New Methods of Concurrent Checking pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Goessel, Michael/ Ocheretny, Vitaly/ Sogomonyan, Egor/ Marienfeld, Daniel

出品人:

页数:192

译者:

出版时间:

价格:1228.00 元

装帧:

isbn号码:9781402084195

丛书系列:

图书标签:

• 并发检查
• 形式化验证
• 模型检测
• 程序验证
• 软件测试
• 并发程序
• 形式方法
• 算法验证
• 软件可靠性
• 验证技术

《并行计算的基石：现代多核处理器架构与优化实践》 作者： 张伟，李明，王芳 出版社： 蓝天科技出版社 出版日期： 2024年6月 页数： 780页 定价： 198.00元 --- 内容简介： 在当今信息技术飞速发展的时代，多核处理器的普及已成为主流。然而，仅仅拥有强大的硬件资源并不能保证高性能的软件实现。《并行计算的基石：现代多核处理器架构与优化实践》 并非关注于特定应用场景下的并发性验证方法，而是将视角聚焦于驱动现代计算系统的底层硬件机制、软件设计范式以及由此产生的性能瓶颈与优化策略。 本书旨在为计算机科学家、软件工程师以及对高性能计算（HPC）有浓厚兴趣的研究人员提供一本全面且深入的参考手册。我们摒弃了对抽象并发模型中“校验”过程的细致讨论，转而深入挖掘并行程序在真实多核环境下面临的物理和逻辑挑战。 全书结构清晰，共分为七大部分，共计三十章，层层递进地构建了理解现代并行计算的完整知识体系。 --- 第一部分：多核处理器的物理基础与内存层次结构（第1章 – 第5章） 本部分是理解所有并行优化工作的基础。我们首先回顾了冯·诺依曼体系结构在多核时代面临的挑战，重点介绍了现代CPU（如Intel Core系列、AMD Zen架构）的微架构设计，包括乱序执行、分支预测和超线程（SMT）技术的物理实现。 核心内容聚焦于内存墙问题和缓存一致性。我们详细分析了L1、L2、L3缓存的设计哲学、容量、延迟及其对程序性能的决定性影响。特别地，本部分深入探讨了缓存行（Cache Line）的概念，缓存未命中（Cache Misses）的类型（容量、冲突、伪共享），以及这些底层机制如何直接转化为软件层面的性能损耗。我们使用硬件性能计数器（如Intel VTune Profiler）的实际测量数据，直观展示了内存延迟如何淹没计算时间。 --- 第二部分：现代并发编程模型与同步原语的底层实现（第6章 – 第10章） 在硬件基础之上，本部分探讨了操作系统和编程语言提供的并行抽象层。本书不侧重于如何使用特定的“检查”工具来验证程序的并发正确性，而是深入剖析同步机制的效率和开销。 我们详细考察了互斥锁（Mutex）、信号量（Semaphore）、条件变量（Condition Variable）在内核态和用户态的实现差异。尤其值得关注的是无锁编程（Lock-Free Programming） 的原理，包括原子操作（Atomic Operations）的硬件支持（如CAS/LL/SC指令），以及如何利用这些低级原语构建高效、可扩展的数据结构。对于经典的同步屏障（Barrier）和读写锁（RWLock），我们分析了其在NUMA（非统一内存访问）架构下的性能表现。 --- 第三部分：数据竞争与非确定性行为的根源分析（第11章 – 第15章） 本部分是本书的重点之一，它解释了为何并行程序难以调试和预测。我们不再讨论如何通过形式化方法或运行时工具来检查程序的并发逻辑，而是从系统和编译器的角度剖析非确定性的成因。 我们详尽分析了指令重排、内存模型和编译器优化对程序执行顺序的改变。重点讲解了C++内存模型（std::memory_order）和Java内存模型（JMM）的语义，特别是“宽松”（Relaxed）和“获取-释放”（Acquire-Release）语义的实际效果。我们通过分析由处理器缓存一致性协议（如MESI/MOESI）导致的可见性问题，解释了“数据竞争”的深层物理根源，而不是停留在程序逻辑层面。 --- 第四部分：面向多核的算法设计范式（第16章 – 第20章） 优秀的并行性能源于正确的算法设计。本部分转向算法层面，介绍了适用于现代大规模并行计算的几种核心范式。 我们详细介绍了任务并行（Task Parallelism） 和数据并行（Data Parallelism） 的权衡。重点讨论了分治法（Divide and Conquer） 在并行环境下的实现技巧，例如如何有效地划分任务以实现负载均衡。此外，本书还深入探讨了流式计算模型（Stream Processing） 和图计算（Graph Computation） 的并行化策略，以及如何避免在这些模型中出现不必要的同步开销。 --- 第五部分：性能分析与代码优化技术（第21章 – 第25章） 在理解了硬件限制和算法设计之后，本部分提供了实用的、面向性能的代码优化技术。我们强调测量优先于优化的原则，并详细介绍了如何使用专业工具来识别性能瓶颈。 本书详细介绍了性能分析工具的使用方法，如Linux `perf`、Intel VTune Profiler、AMD μProf等，重点指导读者如何解读CPU周期、缓存未命中率、分支误判率等关键指标。优化技术部分涵盖了数据布局优化（如结构体成员的重新排序以对齐缓存行）、循环展开与数据预取（Prefetching）的自动与手动实现，以及如何优化跨CPU核的数据通信。 --- 第六部分：大规模并行环境下的挑战：NUMA与异构计算（第26章 – 第29章） 随着处理器规模的扩大，系统不再是统一的。本部分聚焦于NUMA架构下的性能调优。我们解释了NUMA节点的内存访问延迟差异，并提供了内存分配策略（如`numactl`的使用、First-Touch策略）和线程绑定策略（Thread Pinning）的实战指南，以确保计算密集型任务尽可能在本地内存中执行。 此外，本书还探讨了如何将并行代码扩展到包含GPU、FPGA等加速器的异构计算环境，特别是数据在CPU和加速器之间高效传输的技术。 --- 第七部分：未来趋势与并行计算的演进（第30章） 最后一章展望了未来并行计算的发展方向，包括内存超高带宽（HBM）技术的影响、类脑计算的并行模型，以及软件栈如何适应日益增长的并行度。 总结而言，《并行计算的基石》提供了一个从物理硬件到高级算法的完整并行计算蓝图。它聚焦于如何高效地利用多核资源、理解并克服底层架构的限制，从而构建出高性能、可预测的并行软件，完全侧重于“如何构建和加速”，而非“如何验证和检查”并发逻辑的正确性。 --- 目标读者： 系统级程序员和编译器开发人员 从事高性能计算、科学模拟或大规模数据处理的工程师 计算机体系结构研究生及相关领域的研究人员 --- 推荐理由： “本书对于任何试图突破现代多核处理器性能极限的工程师都是一本不可或缺的指南。它深入浅出地解析了内存墙和缓存一致性的本质，为构建高性能并行代码提供了坚实的理论和实践基础。” — 王教授，某知名大学计算机科学系

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