静态分析/Static analysis pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Yi, Kwangkeun 编

出品人:

页数:442

译者:

出版时间:2006-12

价格:678.00元

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isbn号码:9783540377566

丛书系列:

图书标签:

• 静态分析
• 程序分析
• 编译原理
• 软件测试
• 代码质量
• 安全漏洞
• 形式化验证
• 程序理解
• 软件工程
• 调试

深入探索前沿计算机科学与工程领域 《并行计算与高性能系统设计》 内容简介： 本书全面深入地探讨了现代计算体系结构中的核心议题——并行计算及其对高性能系统设计的深远影响。在摩尔定律趋缓的背景下，如何有效利用多核处理器、GPU、以及大规模集群以应对日益增长的计算需求，成为了计算机科学和工程领域亟待解决的关键挑战。 本书从基础理论出发，系统性地梳理了并行计算的基本模型，包括指令级并行、数据级并行（SIMD）、线程级并行（Shared Memory Multiprocessing, SMP）以及分布式内存并行（Message Passing Interface, MPI）。我们不仅会详细阐述这些模型的数学基础和编程范式，更会聚焦于如何将这些理论应用于解决实际的复杂问题。 第一部分：并行计算的理论基石与硬件基础 我们将从硬件架构的演进入手，分析现代CPU、GPU、FPGA等异构计算平台的设计哲学及其对并行编程模型的约束。深入剖析内存一致性模型、缓存一致性协议（如MESI/MOESI）在多核环境下的重要性，以及由此引发的并发控制难题。 理论方面，本书引入了计算复杂性理论在并行环境下的新视角，探讨了诸如可伸缩性（Scalability）、效率（Efficiency）和负载均衡（Load Balancing）等关键性能指标的量化方法。针对并行算法的设计，将详细介绍划分（Partitioning）、通信（Communication）、同步（Synchronization）这三大核心要素的优化策略，并引入并行算法设计模式（如MapReduce、Pipeline、Divide and Conquer的并行变体）。 第二部分：编程模型与软件实现 软件层面，本书提供了对主流并行编程框架的详尽解读和实践指导。 OpenMP与线程编程： 重点剖析OpenMP的指令集，如何高效地管理共享内存环境下的数据依赖和竞争条件。书中提供了大量关于循环并行化、临界区（Critical Section）优化以及死锁预防的实战案例。 MPI与分布式计算： 详尽讲解MPI标准库中的点对点通信（Point-to-Point）和集合通信（Collective Operations），并探讨如何设计容错的分布式应用。我们将比较MPI与RMA（Remote Memory Access）等新型通信原语的优劣。 异构计算的崛起： 深入CUDA和OpenCL编程模型，指导读者如何有效地将计算密集型任务映射到GPU的数千个核心上。书中会涵盖内存层次结构（全局内存、共享内存、寄存器）的优化技巧，这是实现GPU高效编程的关键。 第三部分：高性能系统的架构与优化实践 本书的后半部分将视角提升至整个系统层面，探讨如何构建和优化高性能计算（HPC）集群。 互连网络技术： 讨论高速互连技术（如InfiniBand、Omni-Path）的拓扑结构、延迟和带宽特性，以及它们如何影响大规模并行作业的性能。 性能分析与调优： 介绍使用性能分析工具（如VTune, Tau, gprof等）来识别程序中的性能瓶颈。重点讲解如何利用硬件性能计数器（Hardware Performance Counters）深入理解指令缓存未命中、分支预测错误和内存延迟等底层问题。 应用案例研究： 通过对科学计算中的典型问题（如有限元分析、分子动力学模拟、大规模矩阵运算）的并行化改造过程进行细致的案例分析，展示理论如何转化为实用的高性能代码。这些案例将覆盖从单机多核到千万核集群的不同尺度。 面向读者： 本书适合计算机科学、软件工程、电子工程、应用数学等相关专业的本科高年级学生、研究生，以及在高性能计算、嵌入式系统、数据中心优化等领域工作的专业工程师和研究人员。阅读本书需要具备扎实的C/C++编程基础和对计算机体系结构的基本了解。 《现代操作系统原理与实践》 内容简介： 本书旨在为读者提供对现代操作系统内核机制的深入、全面且贴近实践的理解。在云计算、移动计算和物联网（IoT）飞速发展的今天，操作系统已不再是简单的资源管理器，而是支撑复杂应用和安全体系的关键基石。我们摒弃了对过时或学术性过强的早期操作系统的冗余描述，将重点聚焦于当代主流系统（如Linux内核、Windows NT/10内核的先进特性以及新兴的微内核设计）中的核心概念和实现技术。 第一部分：基础架构与启动过程 我们从操作系统的基本目标和功能出发，解析操作系统的基本结构，对比宏内核、微内核和混合内核的设计哲学。重点章节将细致描绘计算机系统从加电到用户程序运行起来的完整启动序列（Boot Sequence），包括BIOS/UEFI、引导加载程序（Bootloader）的作用及其安全考量。 第二部分：进程管理与调度 深入探讨进程与线程的抽象模型，区分二者的底层差异和使用场景。在进程管理部分，我们将详述进程上下文切换的开销、PCB（进程控制块）的结构以及操作系统如何通过内核栈和用户栈实现用户态与内核态的切换。 调度算法是本书的核心内容之一。我们将全面分析先到先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）、优先级调度、时间片轮转（Round Robin）等经典算法，并着重剖析现代操作系统为提高响应速度和吞吐量而采用的复杂调度器，例如Linux的完全公平调度器（CFS）的工作原理、多级反馈队列（MLFQ）的设计思想，以及实时操作系统（RTOS）中的特定调度策略（如Rate Monotonic）。 第三部分：内存管理：虚拟化与保护 内存管理是保障系统稳定和安全的关键。本书将详细解释虚拟内存（Virtual Memory）的概念，阐明其如何通过地址翻译机制（Address Translation）实现内存隔离和资源共享。我们将深入研究分页（Paging）和分段（Segmentation）机制，特别是现代系统普遍采用的多级页表结构及其TLB（Translation Lookaside Buffer）的优化作用。 性能优化方面，我们会探讨页面置换算法（如LRU、FIFO、Optimal）的实际应用，以及如何处理缺页中断（Page Fault）。此外，我们将探讨大页（Huge Pages）技术在高性能计算中的作用，以及内存保护机制（如DEP/NX Bit）的实现细节。 第四部分：并发、同步与互斥 在多核CPU成为标配的今天，并发控制是系统编程的难点。本书将系统地介绍互斥锁（Mutex）、信号量（Semaphore）、条件变量（Condition Variables）等同步原语的底层实现。重点分析原子操作（Atomic Operations）在构建高效无锁数据结构中的应用，并深入剖析现代内核如何使用内存屏障（Memory Barriers）来保证多核环境下的可见性和顺序性。死锁的检测、预防和避免策略也将被详细阐述。 第五部分：文件系统与I/O子系统 我们将剖析文件系统的结构，从逻辑视图（目录、文件）到物理存储（块、索引节点/Inode）。本书将对比日志文件系统（如ext4、NTFS）和写时复制文件系统（如ZFS、Btrfs）的优缺点。 I/O子系统部分，我们将研究块设备驱动模型的演进，从传统的轮询到中断驱动，再到现代的异步I/O（AIO）和基于事件的I/O多路复用机制（如epoll/kqueue）。磁盘调度算法（如SSTF、SCAN）和RAID技术在提高I/O性能和可靠性方面的应用也将得到充分讨论。 面向读者： 本书适合所有希望深入理解计算机系统核心运作机制的读者，包括计算机科学专业的学生、系统程序员、内核开发者、以及对操作系统安全和性能优化感兴趣的工程师。要求读者具备扎实的C语言基础和对计算机体系结构的基本概念。 《分布式系统中的一致性与容错》 内容简介： 分布式系统是构建现代互联网服务、云计算平台和大规模数据处理系统的基石。然而，分布式环境固有的延迟、异步性和节点故障，使得确保数据的一致性（Consistency）和系统的容错性（Fault Tolerance）成为最富挑战性的难题。《分布式系统中的一致性与容错》旨在提供一套系统化、理论与实践相结合的框架，用以理解和设计可靠的分布式应用。 第一部分：分布式系统的基础模型与挑战 本书首先定义了分布式系统的基本模型，包括进程间通信（IPC）的挑战、网络拓扑与故障模型（如拜占庭故障、网络分区）。我们深入分析了FLP不可能性（FLP Impossibility Result）对一致性保证的深刻含义，并探讨了现实世界中如何通过牺牲部分特性来构建可用的系统。 第二部分：时间、同步与排序 在缺乏全局时钟的分布式环境中，事件的发生顺序至关重要。我们将详细介绍逻辑时钟的概念： Lamport时间戳： 理解偏序关系（Happened-Before）的数学基础及其在事件排序中的应用。 向量时钟（Vector Clocks）： 如何精确地判断并发关系，以及在冲突检测中的作用。 此外，我们将探讨物理时钟同步协议，如NTP和PTP，以及它们在需要精确时间戳的场景中的局限性。 第三部分：一致性模型详解 本书对一致性模型进行了分层级的阐述，从最强的模型过渡到最宽松的模型，帮助读者根据应用需求做出权衡： 强一致性（Linearizability）： 探讨实现线性一致性的技术，包括使用两阶段提交（2PC）和三阶段提交（3PC），并分析它们的性能瓶颈和局限性。 因果一致性（Causal Consistency）： 如何维护因果关系，同时允许一定的并发。 最终一致性（Eventual Consistency）： 深入分析Quorum机制、Read Repair和Hinted Handoff等技术如何确保数据最终收敛。 第四部分：分布式共识算法 共识是分布式系统中最核心的难题。我们将对两大主流的共识算法进行深入的剖析和对比： Paxos算法族： 详细讲解经典的Paxos协议（包括单决策者和多决策者变体），重点分析其难以理解的复杂性以及如何通过Multi-Paxos实现高效日志复制。 Raft算法： 作为Paxos的简化和可理解性替代方案，本书将详述Raft的领导者选举、日志复制和安全性证明。我们将通过伪代码和状态图的方式，清晰展示Raft的完整生命周期。 第五部分：容错与复制策略 容错性依赖于可靠的数据复制。本书全面评估了不同的复制策略： 主从复制（Master-Slave）： 分析其在故障转移（Failover）过程中可能遇到的数据丢失问题。 多主复制（Multi-Master）： 探讨如何处理冲突检测和解决机制（如CRDTs——Conflict-Free Replicated Data Types）。 状态机复制（State Machine Replication）： 介绍如何通过将应用逻辑抽象为确定性状态机，并使用共识算法来保证所有副本按相同顺序执行操作，从而实现高容错性。 第六部分：分布式事务与数据管理 最后，本书将聚焦于分布式事务的实现。除了传统的ACID保证面临的挑战外，我们还会介绍更具可扩展性的模型，如Saga模式、TCC（Try-Confirm-Cancel）以及如何结合NoSQL数据库的特性来实现业务层面的事务一致性。 面向读者： 本书适合希望深入理解大型互联网架构底层原理的软件架构师、后端开发人员、分布式系统工程师以及计算机科学专业的博士和硕士研究生。理解本书内容需要具备一定的网络编程基础和对并发控制的初步认识。

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阅读体验上，这本书的文字风格极其干燥，仿佛是直接将研究论文的章节拆分重组而成。插图和图表非常少，主要依赖于详尽的文字描述和复杂的数学符号来构建场景。我尝试带着对实际漏洞挖掘的兴趣去阅读，却发现书中大部分篇幅都在处理如何构建一个可靠的、能够处理递归和动态特性的分析框架。例如，在讲解过程间分析（Interprocedural Analysis）时，作者用了近七十页的篇幅来讨论如何有效地构建调用图（Call Graph）的算法，包括如何处理反射和动态链接，这部分内容虽然技术上无可挑剔，但对于时间紧张的工程师来说，可能过于“学术派”了。我希望看到更多关于如何将这些理论应用到处理大型代码库中的实际挑战，比如内存泄漏检测或并发问题的分析。这本书更像是一堂面向博士研究生的研讨课教材，它假设读者已经完全掌握了编译器的基础知识，并且对形式化方法的严谨性有着内在的追求。对于提升理论深度有极大的帮助，但在工程实践的桥梁搭建上，略显不足。

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这本关于静态分析的书籍，坦白说，阅读过程简直是一场思维的马拉松。作者的叙述风格非常严谨，如同在搭建一座精密的知识结构。开篇部分对编译原理的复习，虽然必要，但对于已经有些基础的读者来说，读起来略显冗长。然而，一旦进入核心的控制流图（CFG）和数据流分析的章节，那种抽丝剥茧的感觉才真正显现出来。书中对于各种算法的数学推导，详尽得近乎苛刻，每一步的逻辑衔接都力求无懈可击。我印象最深的是关于“域的完备性”和“不动点迭代”的讨论，作者没有满足于停留在概念层面，而是深入剖析了它们在实际程序分析中的局限性和优化潜力。这本书的难度是毋庸置疑的，它要求读者不仅要有扎实的计算机科学背景，还需要对离散数学有一定的敏感度。它更像是一本工具书，适合那些需要深入理解编译器后端或者形式化验证领域的工程师和研究人员。看完之后，我感觉自己像是重新上了一遍大学的高级算法课程，收获是巨大的，但过程也确实需要极大的专注力。这本书的价值在于它提供的深度，而不是广度，它为你打开了通往程序分析“内功心法”的大门，只是门槛高得让人望而却步。

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我对这本书的期待是能找到一些关于现代编程语言特性，比如Rust或Kotlin中的生命周期分析如何被静态工具捕捉的实用案例。然而，这本书的基调似乎更偏向于经典、更基础的理论模型构建。它的重点完全放在了如何形式化地描述程序行为上，比如各种表示法——从抽象解释到符号执行的初步介绍。其中关于别名分析（Alias Analysis）的章节写得相当精彩，它细致地对比了指针追踪法和基于上下文的分析，并用大量的伪代码展示了不同模型的性能权衡。这本书的结构安排非常清晰，从最简单的句法分析过渡到复杂的语义分析，每一步都建立在前一节的基础上，体现了作者深厚的学术功底。我特别欣赏它在讨论“误报”（False Positives）和“漏报”（False Negatives）时的平衡视角，没有一味地夸大静态分析的能力，而是坦诚地指出了其局限性，并讨论了如何通过更精细的表示法来缓解这些问题。只是，对于那些希望快速上手编写一个功能完善的linter工具的读者来说，这本书可能显得有些“过于理论化”了，它教会你“为什么”这样做有效，而不是直接告诉你“如何”去做。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧和排版都透露着一股老派的学术气息，让人感觉这是一本经过时间检验的经典之作。我尝试从中寻找一些关于程序切片（Program Slicing）的最新进展，特别是面向安全审计方面的应用。书中确实提到了切片的概念，但其描述的算法更偏向于传统的基于控制流和数据流的静态切片方法，对于依赖于依赖关系图或更高级依赖分析技术的现代切片工具的介绍非常有限。让我印象深刻的是对“浮点数精度”在循环分析中如何影响结果的讨论，这一点非常细致，体现了作者对细节的极致追求，这种严谨性在其他同类书籍中是少见的。这本书的优点在于它能够让你对程序分析的“为什么有效”有一个透彻的理解，它就像是讲解光合作用的生物学教科书，详细描述了叶绿体的工作机制。但是，如果你想知道如何利用光合作用的原理去设计一种新型的太阳能电池板（即实际的分析工具），这本书提供的直接指导就显得比较少了。它提供的理论基石坚实无比，但实际工程应用层面的指导则需要读者自行去补足。

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这本书给我的感觉是“厚重而深邃”，它不是一本用来快速浏览的读物。我尤其欣赏作者对于“不确定性”处理的态度。在程序分析领域，完全精确的分析几乎是不可能的，这本书非常坦诚地探讨了如何量化和管理这种不确定性。其中关于约束求解器（Constraint Solvers）在类型推断中的应用部分，作者提供了一种非常优雅的建模方式，将复杂的类型关系转化为一组可解的线性或非线性约束。这种将程序语义映射到已知数学模型的能力，是本书最大的亮点之一。然而，这本书在代码示例的选择上显得有些保守，大多采用的是高度简化的C语言片段，这使得在将其应用于现代面向对象语言或函数式语言时，读者需要进行大量的思维转换。它仿佛固守在计算机科学的黄金时代，对后来的语言范式带来的分析挑战探讨得不够深入。总而言之，它是一部奠基性的著作，能帮助你构建起对静态分析核心机制的坚定信念，但要将其转化为前沿应用，还需要读者自己进行大量的二次开发和知识迁移工作。

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