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趣話計算機底層技術

出版社：電子工業(yè)出版社出版時間：2023-06-01
開本： 其他 頁數(shù)： 288
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趣話計算機底層技術 版權信息

趣話計算機底層技術 本書特色

這本書主要是用講故事的方式介紹計算機底層相關的技術，用通俗易懂的表達方式幫助大家學習底層技術。 故事的主人公可能是計算機里的一個程序、一個進程、一個線程、一個函數(shù)、一個數(shù)據(jù)包、一個文件等這樣的軟件角色，也可能是CPU、內存、網(wǎng)卡等這樣的硬件角色。 本書透過這些角色的視角去講述發(fā)生在計算機世界里的故事，幫助大家在故事中學習和了解計算機底層技術的工作原理。 整本書由幾十個故事構成，故事之間既有關聯(lián)性，讓你像“追劇”一樣學習技術，也有一定的獨立性，讓你隨時翻開一篇都能看下去。 本書主要涵蓋計算機中的CPU、存儲、I/O、操作系統(tǒng)、系統(tǒng)編程、安全六個主題，每個主題一章，你不必從頭到尾逐篇閱讀，完全可以挑選自己感興趣的任何章節(jié)開始閱讀。

趣話計算機底層技術 內容簡介

本書用一系列有趣的小故事講述計算機底層相關的技術知識。? 第1章：聚焦計算機中*核心的CPU，從*基礎的門電路開始，到基本的指令執(zhí)行過程，*后到CPU的一些高級技術。內容涵蓋緩存、原子操作、指令流水線、分支預測、亂序執(zhí)行、超線程、SIMD、 內存管理、TLB等。? 第2章：主要講述計算機中的存儲設施，包括CPU中的緩存，內存、機械硬盤三者數(shù)據(jù)存儲的原理，以及硬盤上的數(shù)據(jù)管理組織的軟件――文件系統(tǒng)基本模型。? 第3章：主要講述計算機中的I/O和數(shù)據(jù)傳輸。內容涵蓋總線系統(tǒng)、中斷機制、DMA技術、零拷貝技術。重點關注網(wǎng)卡相關的數(shù)據(jù)傳輸，包括網(wǎng)卡的基本工作機制，網(wǎng)卡接收數(shù)據(jù)包后的處理，*后介紹一種時下流行的數(shù)據(jù)包處理技術――DPDK。? 第4章：前面三章主要是在硬件層面，這一章開始介紹軟件。本章聚焦計算機中*重要的軟件――操作系統(tǒng)。本書默認以Linux為參考，內容涵蓋操作系統(tǒng)的一些基礎知識，包括進程、線程、系統(tǒng)調用、異常處理、信號、鎖、權限管理，*后介紹一個時下流行的容器技術Docker的原理。? 第5章：主要涉及系統(tǒng)編程中和操作系統(tǒng)緊密相關的一些技術點。包括進程的創(chuàng)建過程、線程棧、進程間通信、I/O多路復用、內存映射文件、協(xié)程，*后簡單介紹調試器GDB和可執(zhí)行文件ELF。? 第6章：本章的主題是安全。網(wǎng)絡安全涉及方方面面，本章挑選了和計算機系統(tǒng)底層相關的一些安全技術，通過故事去感受計算機攻擊的原理，包含棧溢出攻擊、整數(shù)溢出攻擊、DDoS攻擊、TCP會話劫持、HTTPS原理，還有前幾年大火的CPU漏洞――熔斷與幽靈攻擊原理等。

趣話計算機底層技術 目錄

第1章 計算機的大腦：中央處理器CPU
1.1 CPU的細胞：門電路
1.1.1 邏輯門
1.1.2 加法器
1.1.3 算術邏輯單元ALU
1.2 程序的本質：指令
1.2.1 指令集
1.2.2 寄存器
1.2.3 匯編語言
1.2.4 高級語言
1.2.5 指令執(zhí)行過程
1.3 像流水線一樣執(zhí)行指令
1.3.1 指令流水線
1.3.2 流水線的級數(shù)
1.3.3 流水線里的冒險
1.4 CPU里的存儲設施：緩存
1.4.1 緩存
1.4.2 緩存行
1.4.3 指令緩存與數(shù)據(jù)緩存
1.5 多核緩存不一致引發(fā)的問題
1.5.1 原子操作
1.5.2 緩存引發(fā)的問題
1.5.3 緩存一致性協(xié)議MESI
1.6 指令還能亂序執(zhí)行
1.6.1 數(shù)據(jù)冒險與流水線停頓
1.6.2 亂序執(zhí)行
1.7 跳還是不跳，這是一個問題
1.7.1 靜態(tài)預測
1.7.2 動態(tài)預測
1.8 一條指令同時處理多個數(shù)據(jù)
1.8.1 一個簡單的循環(huán)
1.8.2 并行計算
1.8.3 一條指令處理多個數(shù)據(jù)
1.9 一個核同時執(zhí)行兩個線程
1.9.1 資源閑置
1.9.2 超線程技術
1.10 CPU是如何管理內存的
1.10.1 8086
1.10.2 32位時代
1.10.3 虛擬內存
1.10.4 分頁交換
1.11 CPU地址翻譯的備忘錄
1.11.1 虛擬地址翻譯
1.11.2 地址翻譯緩存
1.11.3 翻譯后備緩沖區(qū)
1.12 GPU和CPU有什么區(qū)別
1.12.1 龐大的核心數(shù)量
1.12.2 GPU的SIMT與“超線程”
第2章 計算機中的存儲設施
2.1 緩存為什么比內存還快
2.2 內存條是如何存儲數(shù)據(jù)的
2.2.1 數(shù)據(jù)存儲
2.2.2 內存編址
2.3 多個CPU如何共同訪問內存
2.3.1 NUMA架構
2.3.2 操作系統(tǒng)支持
2.3.3 內存分配問題
2.4 機械硬盤存儲數(shù)據(jù)的原理
2.5 硬盤那么大，計算機如何管理
2.5.1 扇區(qū)和塊
2.5.2 塊位圖
2.5.3 inode
2.5.4 目錄
2.5.5 塊組、組描述符、超級塊
2.5.6 引導塊、分區(qū)DBR和MBR
第3章 數(shù)據(jù)的輸入與輸出
3.1 計算機中的高速公路
3.1.1 早期的總線系統(tǒng)
3.1.2 南橋與北橋
3.1.3 消失的北橋
3.2 其他設備如何與CPU通信
3.2.1 8259A可編程中斷控制器
3.2.2 APIC高級可編程中斷控制器
3.2.3 中斷親和性
3.3 計算機啟動的過程
3.3.1 開始執(zhí)行
3.3.2 MBR
3.3.3 操作系統(tǒng)
3.4 CPU把數(shù)據(jù)搬運的工作“外包”出去
3.4.1 PIO模式
3.4.2 DMA技術
3.4.3 DMA全面開花
3.5 神奇的零拷貝技術
3.5.1 數(shù)據(jù)的四次拷貝
3.5.2 零拷貝技術
3.6 網(wǎng)卡是如何工作的
3.6.1 集線器時代
3.6.2 數(shù)據(jù)收發(fā)過程
3.6.3 交換機時代
3.7 網(wǎng)卡收到數(shù)據(jù)包后發(fā)生什么
3.7.1 數(shù)據(jù)幀校驗
3.7.2 DMA數(shù)據(jù)傳輸
3.7.3 軟中斷
3.7.4 輪詢收包
3.7.5 協(xié)議棧
3.8 繞過操作系統(tǒng)，直接收發(fā)數(shù)據(jù)包
3.8.1 萬兆流量需求
3.8.2 中斷問題
3.8.3 超快的抓包技術：DPDK
3.8.4 空轉問題
第4章 計算機的大管家：操作系統(tǒng)
4.1 一個控制程序的進化
4.1.1 多道程序處理
4.1.2 時間分片
4.1.3 狀態(tài)
4.1.4 優(yōu)先級
4.1.5 多核時代
4.2 程序運行的實體：進程
4.2.1 進程地址空間
4.2.2 進程調度
4.2.3 進程與線程
4.3 CPU的執(zhí)行流：線程
4.4 內核地址空間歷險記：系統(tǒng)調用
4.4.1 神秘的長者
4.4.2 系統(tǒng)調用
4.4.3 內核堆棧
4.5 當除數(shù)為0時，CPU發(fā)生了什么
4.5.1 中斷和異常
4.5.2 信號投遞
4.5.3 異常返回
4.6 發(fā)給進程的信號，到底去哪兒了
4.6.1 可靠信號與不可靠信號
4.6.2 信號的處理
4.6.3 多線程的信號處理
4.7 困住線程的鎖，到底是什么
4.7.1 原子操作
4.7.2 自旋鎖
4.7.3 互斥鎖
4.7.4 條件變量
4.7.5 信號量
4.8 Linux的權限管理
4.8.1 打開文件的過程
4.8.2 權限檢查
4.8.3 UGO與ACL檢查
4.8.4 Cgroup與SELinux的檢查
4.9 計算機中“楚門的世界”
4.9.1 隱藏文件系統(tǒng)：chroot與pivot_root
4.9.2 進程的隔離：命名空間
4.9.3 行為的限制：Cgroup
第5章 系統(tǒng)編程那些事兒
5.1 進程是如何誕生的
5.1.1 奇怪的fork
5.1.2 寫時拷貝
5.1.3 消失的線程們
5.2 線程的棧里都裝了什么
5.2.1 自動增長
5.2.2 內核棧
5.2.3 棧溢出
5.3 進程間如何通信
5.3.1 信號
5.3.2 socket套接字
5.3.3 匿名管道
5.3.4 消息隊列
5.3.5 共享內存
5.4 高性能基礎：I/O多路復用
5.4.1 select模型
5.4.2 poll模型
5.4.3 epoll模型
5.5 像訪問內存一樣讀寫文件
5.5.1 傳統(tǒng)文件讀寫
5.5.2 內存映射文件
5.6 線程里的多個執(zhí)行流：協(xié)程
5.6.1 線程阻塞問題
5.6.2 多個執(zhí)行流的“調度”
5.7 調試器是如何工作的
5.7.1 軟件斷點
5.7.2 單步調試
5.7.3 內存斷點
5.8 可執(zhí)行文件ELF
5.8.1 格式識別
5.8.2 ELF文件格式
5.8.3 加載過程
第6章 計算機的攻擊與安全防護
6.1 TCP序列號的秘密
6.1.1 TCP初始化序列號是多少
6.1.2 Linux協(xié)議棧里的計數(shù)器
6.2 “猜出”TCP的序列號
6.2.1 神秘的TCP計數(shù)器
6.2.2 奇怪的TCP連接
6.2.3 基于計數(shù)器的側信道攻擊
6.3 危險的TCP SYN Flood
6.3.1 SYN洪水攻擊
6.3.2 安全防護：SYN Cookie
6.4 從HTTP到HTTPS的進化
6.4.1 版：直接簡單加密
6.4.2 第二版：非對稱加密
6.4.3 第三版：非對稱與對稱加密結合
6.4.4 第四版：密鑰計算
6.4.5 第五版：數(shù)字證書
6.4.6 第六版：信任鏈
6.5 線程棧里的秘密行動
6.5.1 棧溢出與Stack Canary
6.5.2 虛函數(shù)攻擊
6.6 CPU分支預測引發(fā)的危機
6.6.1 觸發(fā)分支預測
6.6.2 亂序執(zhí)行與緩存引發(fā)的攻擊
6.6.3 KPTI內核頁表隔離
6.7 CPU中隱藏的秘密基地
6.7.1 神秘的SGX
6.7.2 CPU里的禁區(qū)
6.7.3 內存加密
6.8 躲在暗處的挖礦病毒
6.9 服務器被挖礦，Redis竟是內鬼
6.9.1 挖礦病毒的入侵
6.9.2 Redis持久化存儲“闖禍了”
6.10 整數(shù) 1引發(fā)的內核攻擊
6.10.1 IDT被誰篡改了？
6.10.2 有符號與無符號大有不同
6.10.3 整數(shù) 1的悲劇
6.11 從虛擬機中逃脫
6.11.1 虛擬化技術
6.11.2 虛擬機逃逸技術
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計算機從來都不只是一種工具，它是人類智慧的結晶和智能演化的一種形態(tài)，是定義問題、求解問題的思想庫和兵器庫。本書正是看到了這一層，創(chuàng)造性地“以讀者為中心，以問題為導向，以故事為載體”，打造出沉浸式、臨場感、高參與度的閱讀體驗，對于專業(yè)圖書來說，有一種“軒轅式革命”的味道。故事是技術的好催化劑，希望后續(xù)能推出動畫版，用視頻的形式還原書中一幕幕有趣的場景。 唐彰國，四川師范大學教授，碩士生導師；四川師范大學網(wǎng)絡與通信技術研究所總工程師 本書不僅系統(tǒng)地介紹了計算機底層技術知識，而且作者通過幽默風趣的小故事、通俗易懂的語言，把枯燥無味的技術知識生動形象地呈現(xiàn)給了讀者。整書結構全面系統(tǒng)、知識深入淺出、內容生動翔實，相信每位讀者都能從中獲得很大幫助！ 劉凡平，海豚躍躍•認知智能 CEO；《突圍算法》《大數(shù)據(jù)時代的算法》等書作者 計算機底層知識是軟件工程師和網(wǎng)絡安全工程師的基本功，但相比應用開發(fā)來說，常常顯得艱深晦澀。本書創(chuàng)造性地采用擬人視角，通過虛擬化的人物和故事將這些晦澀的知識通俗化，撥開底層技術艱深的迷霧，大大降低了學習的門檻，大家不妨一讀！ 白皓文，奇安信資深威脅情報分析師 對初學計算機的朋友來說，晦澀的原理闡述總讓初學者望而卻步，而本書用通俗易懂的方式闡述底層技術。我鼓勵大家讀這本書的原因在于，它以一種更易理解、更易接受的方式讓讀者了解專業(yè)嚴謹?shù)募夹g知識。如果你想要快速了解計算機底層原理等基礎知識，那這本書很適合你。 何鵬，百度集團安全部 高級產(chǎn)品運營經(jīng)理 我讀過的技術書籍或文章通常有如下特點，或因嚴謹性而失去趣味性，或因趣味性而失去嚴謹性，而本書是我見過為數(shù)不多能將二者完美結合起來的技術書。你既可以沉浸在其中一個個生動形象的人物和故事里，又可以深挖這里面的技術細節(jié)，可謂是既生動又翔實，值得一讀！ 閃客，微信公眾號“低并發(fā)編程”作者，《Linux源碼趣談》作者

趣話計算機底層技術 作者簡介

軒轅之風（@編程技術宇宙），前百度、360、奇安信高級安全研發(fā)工程師，專注網(wǎng)絡安全、流量分析、大數(shù)據(jù)處理領域的軟件研發(fā)。

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