Concurrency and Hardware Design pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Cortadella, J.; Yakovlev, A.; Cortadella, Jordi

出品人:

页数:360

译者:

出版时间:2003-01-17

价格:USD 67.95

装帧:Paperback

isbn号码:9783540001997

丛书系列:

图书标签:

• 并发
• 硬件设计
• 计算机体系结构
• 并行计算
• 多核处理器
• 缓存一致性
• 互连网络
• 性能优化
• VLSI设计
• 嵌入式系统

好的，这是一份为一本名为《Concurrency and Hardware Design》的书籍所撰写的，不包含该主题内容的图书简介。这份简介将聚焦于其他计算机科学或工程领域的主题，并以一种专业且引人入胜的方式呈现。 --- 图书名称：《Advanced Data Structures and Algorithmic Complexity Analysis》 导言： 在信息爆炸的时代，数据的规模与复杂性以前所未有的速度增长。高效地组织、存储和检索海量信息，并精确评估算法的性能边界，已成为现代计算科学与工程领域的基石。本书《Advanced Data Structures and Algorithmic Complexity Analysis》旨在为有志于深入理解和掌握这些核心概念的读者，提供一套全面、深入且极具实践指导意义的知识体系。我们跨越了基础课程的范畴，直接深入到处理复杂问题所需的最前沿技术和理论分析框架之中。 第一部分：动态与内存高效的数据结构 本部分将聚焦于那些在面对有限内存和高并发访问压力时展现出卓越性能的数据结构。我们首先将深入剖析B+树和R树的变体及其在数据库系统和地理信息系统（GIS）中的优化应用，特别是针对磁盘I/O和范围查询效率的提升策略。 随后，我们将详细探讨跳跃表（Skip Lists）在并发环境下的非阻塞实现（Non-blocking Implementations），分析其相对于传统平衡二叉搜索树在实现复杂度和并发锁粒度上的优势与权衡。接着，我们将转向内存管理的核心挑战：池化技术（Pooling Techniques）和内存分配器的设计原理。读者将学习到jemalloc和tcmalloc等现代分配器的内部工作机制，理解内存碎片化是如何产生的，以及如何通过自定义的内存区域管理策略来最大化程序性能。 此外，我们还将介绍持久化数据结构（Persistent Data Structures），这些结构允许在对数据进行修改时保留其历史版本。我们将分析如何利用结构共享技术（Structural Sharing），在保证时间复杂度的前提下，实现高效的版本控制和回滚机制，这对于函数式编程范式和审计系统至关重要。 第二部分：算法的渐近分析与理论极限 本部分是本书的核心理论支撑，它将带领读者超越“大O”符号的表面理解，直击算法复杂性分析的精髓。我们将系统性地回顾和深化时间复杂度与空间复杂度的定义，并引入更精细的分析工具，如平均情况分析（Average-Case Analysis）和随机化分析（Randomized Analysis）。 重点内容包括对平均案例下查找树操作的精确概率分析，以及如何使用增量方法（Amortized Analysis）来评估那些操作成本极不均衡的算法，例如斐波那契堆（Fibonacci Heaps）和路径压缩的并查集（Disjoint Set Union with Path Compression）。 更进一步，我们将探讨不可约性（Intractability）与近似算法（Approximation Algorithms）的边界。对于NP-完全问题，本书将详细讲解近似比（Approximation Ratios）的定义和证明方法，并展示诸如线性规划松弛（LP Relaxation）和分支定界（Branch and Bound）等技术如何帮助我们在可接受的时间内找到高质量的解。我们将通过对经典问题如旅行商问题（TSP）和集合覆盖问题的深入剖析，使读者能够清晰地识别哪些问题值得追求精确解，而哪些问题更适合采用启发式或近似方法。 第三部分：高级图算法与网络流理论 图论是解决现实世界中复杂关系问题的强大工具。本部分将专注于那些在大型网络分析中至关重要的算法。我们将深入研究最大流最小割定理（Max-Flow Min-Cut Theorem），并详细推导Dinic算法和Push-Relabel算法的优化细节，分析它们在处理大规模稀疏网络时的性能优势。 此外，本书将详细阐述最短路径算法的扩展，包括如何处理包含负权边的图中的延迟传播（Latency Propagation）问题，并介绍多商品流（Multi-commodity Flow）的基本模型，这是现代通信网络和物流规划中的关键技术。 在非平面图处理方面，我们将探讨图嵌入技术（Graph Embedding），特别是如何利用随机游走（Random Walks）和谱图理论（Spectral Graph Theory）来在高维空间中保留图的拓扑结构，为后续的机器学习和聚类任务奠定基础。 面向读者： 本书面向具有扎实的离散数学和基础算法背景的计算机科学、软件工程、数学专业的高年级本科生、研究生，以及致力于提升系统性能的专业软件工程师和研究人员。掌握本书内容，意味着您将具备设计和分析下一代高性能计算系统的理论深度和工程能力。 ---

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这本厚重的著作，着实让人眼前一亮。初捧此书，便觉其分量十足，并非那种轻飘飘、人云亦云的入门读物。作者似乎下了苦功，将晦涩难懂的底层原理剖析得淋漓尽致。特别是关于系统级并行处理的那几章，叙述得极为详实，每一个细节都经得起推敲。我印象最深的是它对于多核架构下缓存一致性协议的深入探讨，那种层层递进的逻辑，仿佛带着读者亲手搭建起一个复杂的并行系统。书中没有过多渲染高大上的概念，而是脚踏实地，从最基础的硬件操作单元讲起，逐步过渡到操作系统如何调度线程，最终汇聚到软件层面的并发控制策略。这种由下而上的构建方式，极大地帮助我建立了一个完整的认知框架。阅读过程中，我时常需要停下来，对照着书中的图示和代码片段反复琢磨，尤其是那些涉及到硬件寄存器操作和内存屏障设定的部分，处理得尤为谨慎。对于任何希望深入理解现代计算核心如何运作的工程师或高级学生来说，这本书无疑提供了一个坚实且深入的理论基石，远超出了我预期的专业深度。

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我必须承认，这本书的阅读门槛相当高，它要求读者已经对计算机体系结构和操作系统内核有扎实的预备知识。如果抱着快速学会某个并发框架的心态来翻阅，大概率会感到挫败。但对于那些真正渴望从根本上理解并行计算的局限性和可能性的人来说，它就是一本灯塔。我特别欣赏作者在讨论硬件事务性内存（HTM）和软件事务性内存（STM）对比的那一段。作者没有武断地下结论，而是冷静地分析了两者在硬件支持、回滚机制复杂性以及错误处理策略上的权衡。这种客观、审慎的分析态度贯穿全书，使得书中的论述极具说服力。它教会我的不是“如何做”，而是“为什么这样做才是对的”，这才是区分技术深度和广度的关键。读完此书，我感觉自己看待系统性能分析的视角被彻底拓宽了，不再局限于应用层的线程池大小，而是开始思考更底层的资源竞争和物理延迟。

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这本书的排版和结构设计，初看之下可能略显古板，但深入阅读后，我体会到这是一种对知识体系的尊重。它没有采用花哨的颜色或过多的多媒体辅助，而是依靠清晰的章节划分和严谨的术语定义来构建知识体系。第一卷聚焦于底层并行计算的原语和时序问题，第二卷则转向了更宏观的系统级同步与性能优化。这种模块化的组织方式让我在回顾特定知识点时异常高效。举个例子，当我近期在处理一个关于跨NUMA架构的内存访问延迟问题时，我能够迅速定位到书中关于内存控制器和交错访问模式的那一节，并立即找到了理论指导。更值得称道的是，书中对几种主流操作系统内核中同步机制的描述，那种对细节的把握，足以让内核开发者感到亲切。它不像教科书那样刻板地描述概念，而是像一位经验丰富的前辈在传授“江湖经验”——哪些优化在特定指令集下是陷阱，哪些看似不合理的变通方案实则是历史遗留的智慧结晶。

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坦率地说，这本书的阅读体验如同攀登一座技术高峰，过程充满挑战，但登顶后的视野却是无与伦比的开阔。我尤其赞赏作者在平衡理论深度与工程实践上的努力。许多技术书籍要么过于偏重理论的数学推导，让人望而却步；要么则流于浅表的工具介绍，缺乏内在的逻辑支撑。然而，这本书巧妙地避开了这两个极端。它在阐述并发模型（如Actor模型或CSP）的同时，总是能立刻衔接到主流处理器流水线的工作方式上，解释为什么某些并发设计在特定的硬件上会产生性能瓶颈。书中的案例分析环节做得非常出色，它并非简单地罗列API，而是深入剖析了真实世界中那些臭名昭著的死锁和活锁案例，并追溯到它们在硬件层面交互出错的根本原因。这使得书中的每一条“最佳实践”都附带着沉甸甸的“为什么”，而不是空洞的指令。阅读到后半部分，我甚至觉得自己的思维模式都在被重塑，开始习惯性地从硬件的时钟周期和总线仲裁机制的角度去审视代码中的锁粒度选择，收获之大，难以言表。

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如果要用一个词来形容这本书的价值，那一定是“基石”。它没有过多纠缠于特定编程语言的语法糖或者某个热门框架的最新版本更新，而是专注于那些在数十年间都保持相对稳定的、由物理定律和逻辑电路决定的并发本质。例如，书中对乱序执行（Out-of-Order Execution）如何影响程序员对程序顺序的直觉，以及编译器如何配合硬件进行指令重排的详尽描述，是许多偏软件的书籍所完全缺失的视角。这种对“机器如何思考”的深入剖析，帮助我理解了为什么在某些极端情况下，我们精心设计的锁机制反而可能因为底层硬件的优化行为而被绕过或失效。这本书更像是一部关于计算“物理学”的著作，它提供的知识是具有长期生命力的，能够帮助我持续地在技术迭代的大潮中，锚定住那些最核心、最不变的原理。每一位资深系统架构师的案头，都应该有这样一本常读常新的参考书。

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