计算机图形学的基础算法 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:刘勇奎

出品人:

页数:214

译者:

出版时间:2001-8

价格:15.00元

装帧:

isbn号码:9787030797957

丛书系列:

图书标签:

• 计算机图形学
• 图形学算法
• 基础算法
• 渲染
• OpenGL
• DirectX
• CG
• 图形学原理
• 可视化
• 图像处理

《深入理解现代操作系统设计与实现》 图书简介 本书旨在为操作系统领域的学习者、研究人员及资深工程师提供一本全面、深入且富有实践指导意义的教材。我们超越了传统操作系统的概念性描述，着重于剖析当代复杂系统背后的核心设计哲学、关键技术实现以及权衡取舍的决策过程。内容涵盖了从基础的进程管理到前沿的分布式事务处理等多个层面，力求构建一个连贯且富有洞察力的知识体系。 第一部分：基础构建模块与核心机制 本部分首先奠定坚实的理论基础，重点关注操作系统如何管理和抽象硬件资源。 第一章：系统引导与硬件抽象层（HAL） 本章详细阐述了计算机从加电到操作系统内核启动的完整流程，包括BIOS/UEFI的作用、启动加载器的机制（如GRUB的原理）。随后，我们深入探讨硬件抽象层（HAL）的设计目标与实现策略，解释操作系统如何通过标准化的接口屏蔽底层硬件差异，确保内核代码的可移植性。着重分析中断向量表的管理、I/O端口的映射以及内存保护单元（MMU）的初始化过程。 第二章：进程与线程模型 这是操作系统的基石。本章不仅描述了进程和线程的定义，更细致地剖析了它们在内核中的表示结构（如Linux中的`task_struct`）。我们详细对比了用户级线程与内核级线程的优劣，并重点分析了上下文切换的开销与优化策略，例如流水线状态的保持和TLB的刷新机制。线程同步机制的讨论将深入到原子操作、内存屏障（Memory Barrier）的必要性及其在多核环境下的应用。 第三章：内存管理的前沿技术 内存管理是决定系统性能的关键因素之一。本章从虚拟内存的基本原理出发，深入探讨了现代系统采用的内存分配算法（如伙伴系统、slab分配器）。分页机制的实现细节，包括多级页表的遍历效率和TLB的缓存策略，将被详尽解析。此外，我们将重点讨论内存保护、地址空间布局随机化（ASLR）的实现细节及其对抗缓冲区溢出攻击的作用，以及内存映射文件（mmap）在高效I/O操作中的角色。 第二部分：资源调度与并发控制 本部分聚焦于操作系统如何高效地调度有限的CPU资源，并确保并发执行任务的数据一致性。 第四章：CPU调度策略的深度剖析 本章全面评估了各种调度算法，包括先来先服务（FCFS）、最短剩余时间优先（SRTF）、轮转（Round Robin），并重点分析了现代操作系统中广泛使用的多级反馈队列（MLFQ）的设计哲学。我们将探讨实时调度（如EDF和RMS）的理论基础，并对比抢占式与非抢占式调度的应用场景。针对多核环境，本章还将介绍负载均衡（Load Balancing）和CPU亲和性（Affinity）的实现技术。 第五章：并发访问控制与同步 本章探讨了并发访问共享资源时可能出现的数据竞争问题。在阐述经典的信号量、互斥锁（Mutex）和条件变量的基础上，本章着重分析了更复杂的同步原语，如读写锁（RWLock）和屏障（Barrier）。更重要的是，我们将探讨无锁数据结构（Lock-Free Data Structures）的设计原理，利用CAS（Compare-and-Swap）等原子指令，实现更高并发性能的解决方案。 第六章：死锁的检测、预防与恢复 死锁是操作系统中一个经典而棘手的难题。本章系统梳理了死锁的四个必要条件，并详细介绍银行家算法在资源分配中的应用与局限性。我们将探讨运行时死锁检测算法的实现框架，以及系统在发生死锁后采取的恢复策略，如进程回滚和资源剥夺。 第三部分：持久化与高效I/O 本部分关注数据的持久化存储和系统与外部世界的交互。 第七章：文件系统的结构与实现 本章超越了目录和文件的概念，深入到磁盘组织层面。我们将详细分析索引节点（Inode）的结构、数据块的分配策略（如FAT、Ext家族和日志文件系统Journaling File Systems）。重点探讨了日志文件系统如何保证写入操作的原子性和持久性，以及如何进行快速恢复。此外，本章还将介绍写时复制（Copy-on-Write, CoW）技术在现代文件系统中的应用，以提高快照和备份的效率。 第八章：块设备驱动与I/O调度 设备管理是操作系统的另一核心职能。本章阐述了设备驱动程序的基本架构，以及如何通过中断和DMA（直接内存访问）实现高效数据传输。I/O调度的讨论将聚焦于磁盘调度算法，如最短寻道时间优先（SSTF）和电梯算法（Elevator Algorithm），并分析现代内核如何根据I/O模式动态选择最佳调度器（如CFQ、Deadline或NOOP）。 第九章：网络协议栈的内核实现 本章将操作系统置于网络环境之中。我们剖析了TCP/IP协议栈在内核中的数据结构（如socket缓冲区和sk_buff结构），以及数据包在内核中从网络接口卡（NIC）到用户空间应用程序的完整路径。重点分析了零拷贝（Zero-Copy）技术在sendfile()等系统调用中的作用，及其如何显著减少数据在内核态和用户态之间拷贝的开销。 第四部分：安全、虚拟化与分布式系统 本部分将视野拓展到现代云计算和安全增强的操作系统环境。 第十章：系统安全与访问控制 本章探讨操作系统如何通过权限机制保障系统完整性。我们将详细研究基于身份的访问控制（DAC）、基于角色的访问控制（RBAC）以及更严格的基于标签的访问控制（MAC，如SELinux/AppArmor的工作原理）。此外，还将分析内核地址空间隔离（KASLR）、权限提升漏洞的防御机制，以及系统调用过滤（seccomp）技术。 第十一章：现代虚拟化技术 本章深入探讨了操作系统如何通过Hypervisor（虚拟机监视器）实现资源隔离和多租户环境。我们将对比全虚拟化、半虚拟化和硬件辅助虚拟化的技术细节。重点分析了客户机操作系统如何与Hypervisor交互以处理敏感指令（如I/O虚拟化），以及内存虚拟化中的影子页表与EPT/RVI技术的性能差异。 第十二章：分布式操作系统的挑战 本章面向分布式环境，探讨了在无共享内存架构下，如何实现一致性与容错性。内容包括分布式状态的同步机制，拜占庭容错的基础概念，以及一致性模型（如顺序一致性、因果一致性）在系统设计中的体现。我们将简要介绍分布式事务中的两阶段提交（2PC）及其改进方案。 本书的编写风格注重逻辑的严谨性、术语的精确性以及对实际工程案例的引用，旨在培养读者从“使用者”升级为“设计者”的思维模式。

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对于现代实时渲染领域的前沿话题，这本书也展现了相当的敏感度和前瞻性。我特别关注了关于光线追踪部分的内容。它并没有将光线追踪停留在理论介绍的层面，而是详细剖析了基于加速结构（如BVH，Bounding Volume Hierarchy）的实际构建和遍历算法。书中对BVH的构建策略，例如“表面积启发式”（SAH）的优化原理，讲解得深入且富有条理，甚至附带了性能测试的示例数据，这让我对实时光追的计算密集性有了更直观的认识。此外，书中对可见性问题的处理，从早期的Z缓冲到更高级的遮挡剔除技术，都有所涉及。让我感到惊喜的是，作者还用一章篇幅简要介绍了GPU并行计算的基础知识，并解释了为什么图形算法天然适合在GPU上执行。这种跨学科的融合视角，使得这本书不仅仅局限于传统意义上的“图形学”，而是将其放置在了整个高性能计算的大背景下进行审视，视野开阔，非常符合当今技术发展的趋势。它为我未来深入学习GPU编程和并行算法打下了坚实的基础。

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阅读体验上，这本书的排版和语言风格形成了一种独特的、引人入胜的节奏。它不是那种一板一眼、枯燥乏味的教科书腔调。作者似乎非常懂得如何与读者进行“对话”。比如，在介绍几何体的布尔运算时，他们没有直接给出繁琐的拓扑学定义，而是通过一个“在虚拟世界中切割蛋糕”的日常比喻来展开，使得那些复杂的交集、并集、差集操作瞬间变得直观可感。这种善用类比的技巧，贯穿了全书，让许多抽象的数学概念“落地”了。更值得称道的是，书中对算法的数学推导过程，逻辑链条非常完整，但又不会过度冗长。他们总是先把核心思想点明，然后给出关键步骤的推导，对于那些需要深入钻研的读者，他们会附上“进阶阅读建议”，引导读者去探索更前沿或更专业的文献，这种处理方式非常得体，兼顾了不同层次读者的需求。我个人感觉，作者在编写这本书时，显然是把自己也当成了一个初学者，去仔细思考“我当初在哪里感到困惑”，然后将这些困惑点一一击破，这种“同理心”让这本书读起来非常顺畅，没有太多“卡壳”的地方。

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总而言之，这本书的价值在于它构建了一座从基础数学到复杂视觉效果的坚固桥梁。它在内容组织上体现出一种优雅的平衡感——既有足够的理论深度去满足专业人士的需求，又保持了足够清晰的叙述方式来接纳渴望入门的新人。这本书的“厚重感”并非来自于堆砌晦涩的术语，而是源于对每一个基础模块的扎实耕耘。例如，在讨论色彩理论和感知模型时，它没有仅仅停留在RGB空间，而是引入了CIE XYZ色度图以及人眼对亮度和色度的敏感度差异，这对于进行高质量的色彩管理和后期处理至关重要。读完它，我不再仅仅是操作软件工具，而是开始思考“为什么这个工具会产生这样的效果”。它真正培养的是一种“图形学思维方式”，即用数学和几何的语言去精确描述和控制视觉世界的构建过程。这本书的价值，在于它能够将一个看似庞杂的领域，拆解成逻辑清晰、环环相扣的模块，让人在学习过程中既感到充实，又充满掌控感，是一本值得反复研读的经典之作。

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这本书的封面设计挺抓人眼球的，那种深邃的蓝色配上霓虹灯线条勾勒出的三维模型，一下子就让人联想到数字世界的奇妙与复杂。我原本对图形学的基础知识了解得七七八八，总觉得很多概念像是悬在空中的楼阁，抓不住实质。然而，这本书的开篇部分，对于向量代数和线性变换的阐述，简直是化繁为简的典范。作者没有直接扔下一堆冰冷的公式，而是巧妙地结合了游戏开发和电影特效中的实际应用场景来引入，比如，解释旋转矩阵时，会提到如何让一个虚拟角色流畅地完成一个侧翻动作。这种叙事方式极大地降低了初学者的畏难情绪，让我感觉自己不是在啃教材，而是在跟随一位经验丰富的工程师进行一次探险。特别是关于齐次坐标的讲解，通过生动的图示对比，一下子就明白了它在透视投影中的核心作用，这比我之前看过的任何资料都要清晰透彻。书中对光照模型的介绍也相当扎实，从最基础的环境光、漫反射光，到复杂的镜面反射和次表面散射的理论基础，都有涉猎。读完这部分，我感觉自己对渲染管线中的“美学”部分有了更深一层的理解，不再满足于仅仅知道“贴图”和“着色器”这些表象，而是开始探究其背后的数学魔力。

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这本书的深度和广度实在令人称赞，它绝非那种只停留在表面概念的“入门读物”。我尤其欣赏作者在处理算法细节时的那种严谨和耐心。比如，在讲解三角形网格的优化和数据结构时，篇幅之大、论述之细，远超我的预期。他们不仅详细描述了BSP树和四叉树在空间划分中的应用原理，还深入探讨了这些结构在加速射线追踪过程中的性能瓶颈与改进方向。我记得有一章专门讨论了细节层次（LOD）技术，书中给出了几种主流LOD算法的伪代码和复杂度分析，甚至还对比了它们在不同硬件架构下的实际表现差异。这种近乎于“工程实践手册”的详尽程度，让这本书的价值远超学术参考书的范畴。我拿着这本书，可以清晰地勾勒出从几何描述到最终屏幕像素点显示的完整流程，中间每一步涉及的计算和取舍都得到了充分的阐述。对于那些希望从“会用”图形库转向“理解原理”的工程师来说，这本书提供了坚实的理论基石，让人在面对复杂项目时，能做到心中有数，游刃有余。它教会的不是“如何写代码”，而是“为什么这样写代码效率更高，效果更好”。

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