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出版者:Prentice Hall PTR

作者:Steve Heller

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1998-07-09

价格:USD 44.99

装帧:Paperback

isbn号码:9780139774300

丛书系列:

图书标签:

• Optimization
• C/C++
• C++
• C++
• 性能优化
• 编程技巧
• 代码优化
• 高效编程
• 软件开发
• 算法
• 数据结构
• 内存管理
• 编译器
• 调试

好的，这是一份关于一本名为《性能编程艺术》的图书简介，内容侧重于系统级优化、底层原理以及现代硬件架构下的高效代码实践，完全不涉及C++语言特有的优化细节，旨在提供一个更广泛、更基础的性能工程视角。 --- 性能编程艺术：驾驭现代计算的底层力量 一本关于效率、架构与速度的深度探索 在当今的软件世界中，"快速"不再是一个可选项，而是决定产品成败的核心要素。然而，要真正实现突破性的性能提升，我们必须超越表面的框架和库调用，深入到硬件的本质、操作系统的调度机制以及数据流的物理限制之中。 《性能编程艺术》是一本献给所有追求极致效率的工程师、架构师和系统爱好者的指南。本书摈弃了特定语言的语法束缚，聚焦于普适性的性能工程原则——那些跨越C、Rust、Java乃至汇编语言的底层真理。它不是一本速查手册，而是一场关于如何理解和驯服现代计算平台的深度旅程。 第一部分：基石——理解计算的物理限制 现代处理器并非无限快速的计算引擎，它们是受限于物理定律和复杂流水线的复杂机器。《性能编程艺术》首先为读者建立起一个坚实的性能基准，从最微观的层面解析速度瓶颈的根源。 时钟周期与指令集架构的真相： 我们将详细剖析现代CPU的微架构——流水线深度、分支预测器的准确性与代价，以及指令级并行（ILP）的潜力与陷阱。理解指令的执行延迟和吞吐量，是编写高效代码的第一步。我们将探讨RISC与CISC哲学的演变，以及SIMD（单指令多数据流）指令如何彻底改变并行计算的面貌。 内存的层次结构与延迟黑洞： 内存延迟是现代计算中最常被误解也最容易被忽视的性能杀手。本书系统地梳理了从寄存器、L1/L2/L3缓存到主内存（DRAM），再到持久化内存的完整层级结构。重点解析了缓存一致性协议（如MESI）对多核系统性能的影响，以及如何通过数据布局优化，最大限度地提高缓存命中率，将“热数据”常驻在处理器触手可及的地方。 I/O的瓶颈与零拷贝哲学： 数据传输往往比数据处理本身慢几个数量级。我们深入研究了磁盘（SSD/NVMe）的随机访问特性、DMA（直接内存访问）的工作原理，以及操作系统的I/O子系统如何引入上下文切换和数据拷贝的开销。内容涵盖了现代网络堆栈的优化路径，以及如何利用异步I/O模型绕过阻塞等待，实现高吞吐量的系统设计。 第二部分：设计——面向架构的程序结构 性能优化并非事后诸葛亮，而是贯穿于系统设计之初的考量。《性能编程艺术》强调如何从宏观结构上规避性能陷阱。 并发与并行的高效协作： 介绍了超越简单锁机制的先进同步范式。内容包括无锁数据结构（Lock-Free/Wait-Free）的设计原理，原子操作的正确使用，以及内存屏障（Memory Barriers）在保证跨核心可见性时的精确语义和性能权衡。我们将探讨如何利用并发原语，在不牺牲正确性的前提下，最大化多核处理器的利用率。 数据布局与结构对齐： 探讨如何根据硬件的访问模式来组织数据结构。这包括结构体成员的重新排序以减少填充（Padding）、利用结构化绑定（Struct-of-Arrays vs. Array-of-Structs）来优化矢量化处理，以及内存页对齐在特定工作负载中的关键作用。 编译器与链接器的魔力： 优秀的程序员必须理解编译器“在后台做了什么”。本书详尽分析了现代优化器（如LLVM/GCC）的优化阶段，如常量传播、循环展开、死代码消除等。重点指导读者如何通过代码风格的调整和特定的编译标记，引导编译器生成更优化的机器码，并理解链接时优化（LTO）的优势。 第三部分：度量——科学地诊断性能问题 没有准确的测量，就没有真正的优化。本书将“性能分析”提升为一种科学方法论。 性能探查工具箱的精通： 详细介绍如何利用专业的系统级性能分析工具（如基于Linux `perf`框架的工具集，以及硬件性能计数器API）。读者将学会如何准确地分离CPU时间、缓存未命中、分支失误和系统调用等待，从而将优化精力集中在真正受限的资源上。 火焰图与时间旅行调试： 深入解读火焰图（Flame Graphs）的绘制与解读技术，它能直观地揭示热点函数和调用栈的耗时分布。同时，探讨基于指令集硬件的追踪技术，用于分析程序执行路径的细微差别。 基准测试的严谨性： 强调如何设计科学、可重复的基准测试（Benchmarking），避免常见的偏差，如JIT预热效应、操作系统的随机干扰和测量偏差。学习如何区分“微基准测试”与“宏基准测试”的应用场景。 目标读者 本书不依赖于任何特定语言的特性，而是聚焦于系统、架构和算法层面。它适合： 系统软件工程师： 需要构建高性能数据库、网络栈或操作系统组件的开发者。 性能分析师与调优专家： 希望提升诊断和量化优化成果能力的专业人士。 底层算法研究人员： 致力于将理论算法转化为实际快速代码的研究者。 追求深度的所有程序员： 任何渴望理解“为什么这段代码慢了”以及“如何让它快十倍”的工程师。 《性能编程艺术》将引导您超越代码本身，进入到计算的深层逻辑，帮助您掌握那些能够将软件从“能用”提升到“卓越”的关键洞察力。掌握这些原则，您将能有效地驾驭任何计算平台，为未来的硬件迭代做好准备。

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