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| 內容簡介： |
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本书首先以霍金提出的两个理论物理限制为引子，解释了多核并行计算兴起的原因，并从硬件的角度阐述并行编程的难题。接着，本书以常见的计数器为例，探讨其不同的实现方法及适用场景。在这些实现方法中，除了介绍常见的锁以外，本书还重点介绍了RCU的使用及其原理，以及实现RCU的基础：内存屏障。*后，本书还介绍了并行软件的验证，以及并行实时计算等内容。本书适合于对并行编程有兴趣的大学生、研究生，以及需要对项目进行深度性能优化的软硬件工程师，特别值得一提的是，本书对操作系统内核工程师也很有价值。
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| 關於作者： |
Paul是IBM Linux技术中心的杰出工程师，目前专注于高性能、可扩放性、实时响应和能源效率的挑战，在无线电和互联网协议、系统管理、商务应用和实时系统方面有颇多成绩。
谢宝友，毕业于四川省税务学校税收专业，现供职于中兴微电子操作系统团队，对操作系统内核有较强的兴趣。专职于操作系统内核已经有八年时间。目标是利用十年时间，成为一名真正的“内核菜鸟”。个人主页是http：xiebaoyou.blog.chinaunix.net。鲁阳，2009年毕业于成都电子科技大学，曾供职于中兴通讯操作系统部门和腾讯移动浏览器部门，后赴美留学，目前供职于分布式内存数据库（distributedin-memorydatabase）公司VoltDB。8年时间从系统内核做到上层应用，目标是做一名真正的“全栈工程师”。
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| 目錄：
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目录
第1章如何使用本书1
1.1路线图1
1.2小问题2
1.3 除本书之外的选择3
1.4示例源代码4
1.5这本书属于谁4
第2章简介6
2.1导致并行编程困难的历史原因6
2.2并行编程的目标7
2.2.1性能8
2.2.2生产率9
2.2.3通用性9
2.3并行编程的替代方案11
2.3.1串行应用的多个实例11
2.3.2使用现有的并行软件11
2.3.3性能优化12
2.4是什么使并行编程变得复杂12
2.4.1分割任务13
2.4.2并行访问控制13
2.4.3资源分割和复制14
2.4.4与硬件的交互14
2.4.5组合使用14
2.4.6语言和环境如何支持这些任务14
2.5本章的讨论15
第3章硬件和它的习惯16
3.1概述16
3.1.1流水线CPU16
3.1.2内存引用17
3.1.3原子操作18
3.1.4内存屏障19
3.1.5高速缓存未命中19
3.1.6IO操作19
3.2开销20
3.2.1硬件体系结构20
3.2.2操作的开销21
3.3硬件的免费午餐23
3.3.13D集成23
3.3.2新材料和新工艺24
3.3.3是光，不是电子24
3.3.4专用加速器24
3.3.5现有的并行软件25
3.4对软件设计的启示25
第4章办事的家伙27
4.1脚本语言27
4.2POSIX多进程28
4.2.1POSIX进程创建和销毁28
4.2.2POSIX线程创建和销毁30
4.2.3POSIX锁31
4.2.4POSIX读写锁34
4.3原子操作37
4.4Linux内核中类似POSIX的操作38
4.5如何选择趁手的工具39
第5章计数40
5.1为什么并发计数不可小看41
5.2统计计数器42
5.2.1设计43
5.2.2基于数组的实现43
5.2.3最终结果一致的实现44
5.2.4基于每线程变量的实现46
5.2.5本节讨论48
5.3近似上限计数器48
5.3.1设计48
5.3.2简单的上限计数实现50
5.3.3关于简单上限计数的讨论55
5.3.4近似上限计数器的实现55
5.3.5关于近似上限计数器的讨论55
5.4精确上限计数56
5.4.1原子上限计数的实现56
5.4.2关于原子上限计数的讨论62
5.4.3Signal-Theft上限计数的设计62
5.4.4Signal-Theft上限计数的实现63
5.4.5关于Signal-Theft上限计数的讨论68
5.5特殊场合的并行计数68
5.6关于并行计数的讨论69
5.6.1并行计数的性能70
5.6.2并行计数的专门化71
5.6.3从并行计数中学到什么71
第6章对分割和同步的设计73
6.1分割练习73
6.1.1哲学家就餐问题73
6.1.2双端队列75
6.1.3关于分割问题示例的讨论81
6.2设计准则82
6.3同步粒度83
6.3.1串行程序84
6.3.2代码锁85
6.3.3数据锁86
6.3.4数据所有权88
6.3.5锁粒度与性能88
6.4并行快速路径90
6.4.1读写锁91
6.4.2层次锁91
6.4.3资源分配器缓存92
6.5分割之外97
6.5.1使用工作队列的迷宫问题并行解法97
6.5.2另一种迷宫问题的并行解法100
6.5.3性能比较I102
6.5.4另一种迷宫问题的串行解法104
6.5.5性能比较II104
6.5.6未来展望与本节总结105
6.6分割、并行化与优化106
第7章锁107
7.1努力活着108
7.1.1死锁108
7.1.2活锁与饥饿114
7.1.3不公平的锁116
7.1.4低效率的锁117
7.2锁的类型117
7.2.1互斥锁117
7.2.2读写锁118
7.2.3读写锁之外118
7.2.4范围锁119
7.3锁在实现中的问题121
7.3.1基于原子交换的互斥锁实现示例121
7.3.2互斥锁的其他实现122
7.4基于锁的存在保证124
7.5锁：是英雄还是恶棍125
7.5.1应用程序中的锁：英雄125
7.5.2并行库中的锁：只是一个工具126
7.5.3并行化串行库时的锁：恶棍128
7.6总结130
第8章数据所有权131
8.1多进程131
8.2部分数据所有权和pthread线程库132
8.3函数输送132
8.4指派线程132
8.5私有化133
8.6数据所有权的其他用途133
第9章延后处理134
9.1引用计数134
9.1.1各种引用计数的实现135
9.1.2危险指针140
9.1.3支持引用计数的Linux原语141
9.1.4计数优化142
9.2顺序锁142
9.3读-复制-修改（RCU）145
9.3.1RCU介绍145
9.3.2RCU基础147
9.3.3RCU用法155
9.3.4Linux内核中的RCU API166
9.3.5玩具式的RCU实现171
9.3.6RCU练习188
9.4如何选择188
9.5更新端怎么办190
第10章数据结构191
10.1从例子入手191
10.2可分割的数据结构192
10.2.1哈希表的设计192
10.2.2哈希表的实现192
10.2.3哈希表的性能195
10.3读侧重的数据结构197
10.3.1受RCU保护的哈希表的实现197
10.3.2受RCU保护的哈希表的性能199
10.3.3对受RCU保护的哈希表的讨论201
10.4不可分割的数据结构201
10.4.1可扩展哈希表的设计202
10.4.2可扩展哈希表的实现203
10.4.3可扩展哈希表的讨论210
10.4.4其他可扩展的哈希表211
10.5其他数据结构214
10.6微优化214
10.6.1实例化215
10.6.2比特与字节215
10.6.3硬件层面的考虑216
10.7总结217
第11章验证218
11.1简介218
11.1.1BUG来自于何处218
11.1.2所需的心态220
11.1.3应该何时开始验证221
11.1.4开源之路221
11.2跟踪222
11.3断言223
11.4静态分析224
11.5代码走查224
11.5.1审查224
11.5.2走查225
11.5.3自查225
11.6几率及海森堡BUG227
11.6.1离散测试统计228
11.6.2滥用离散测试统计229
11.6.3持续测试统计229
11.6.4定位海森堡BUG232
11.7性能评估235
11.7.1性能基准236
11.7.2剖析236
11.7.3差分分析237
11.7.4微基准237
11.7.5隔离237
11.7.6检测干扰238
11.8总结242
第12章形式验证244
12.1通用目的的状态空间搜索244
12.1.1Promela和Spin244
12.1.2如何使用 Promela249
12.1.3Promela 示例： 锁251
12.1.4Promela 示例： QRCU254
12.1.5Promela初试牛刀：dynticks和可抢占RCU260
12.1.6验证可抢占RCU和dynticks264
12.2特定目的的状态空间搜索288
12.2.1解析Litmus测试289
12.2.2Litmus测试意味着什么290
12.2.3运行Litmus测试291
12.2.4PPCMEM讨论292
12.3公理方法293
12.4SAT求解器294
12.5总结295
第13章综合应用296
13.1计数难题296
13.1.1对更新进行计数296
13.1.2对查找进行计数296
13.2使用RCU拯救并行软件性能297
13.2.1RCU和基于每CPU变量的统计计数297
13.2.2RCU及可插拔IO设备的计数器300
13.2.3数组及长度300
13.2.4相关联的字段301
13.3散列难题302
13.3.1相关联的数据元素302
13.3.2更新友好的哈希表遍历303
第14章高级同步304
14.1避免锁304
14.2内存屏障304
14.2.1内存序及内存屏障305
14.2.2如果B在A后面，并且C在B后面，为什么C不在A后面306
14.2.3变量可以拥有多个值307
14.2.4能信任什么东西308
14.2.5锁实现回顾312
14.2.6一些简单的规则313
14.2.7抽象内存访问模型314
14.2.8设备操作315
14.2.9保证315
14.2.10什么是内存屏障316
14.2.11锁约束325
14.2.12内存屏障示例326
14.2.13CPU缓存的影响328
14.2.14哪里需要内存屏障329
14.3非阻塞同步329
14.3.1简单NBS330
14.3.2NBS讨论331
第15章并行实时计算332
15.1什么是实时计算332
15.1.1软实时332
15.1.2硬实时333
15.1.3现实世界的实时334
15.2谁需要实时计算336
15.3谁需要并行实时计算337
15.4实现并行实时系统337
15.4.1实现并行实时操作系统339
15.4.2实现并行实时应用349
15.5实时VS.快速：如何选择351
第16章易于使用353
16.1简单是什么353
16.2API设计的Rusty准则353
16.3修整Mandelbrot集合354
第17章未来的冲突357
17.1曾经的CPU技术不代表未来357
17.1.1单处理器Uber Alles358
17.1.2多线程Mania359
17.1.3更多类似的场景359
17.1.4撞上内存墙359
17.2事务内存360
17.2.1外部世界361
17.2.2进程修改364
17.2.3同步367
17.2.4讨论370
17.3硬件事务内存371
17.3.1HTM与锁相比的优势372
17.3.2HTM与锁相比的劣势373
17.3.3HTM与增强后的锁机制相比的劣势379
17.3.4HTM最适合的场合380
17.3.5潜在的搅局者380
17.3.6结论382
17.4并行函数式编程383
附录A重要问题385
A.1 After的含义是什么385
A.2 并发和并行之间的差异是什么388
A.3现在是什么时间389
附录B同步原语391
B.1组织和初始化391
B.1.1smp_init391
B.2线程创建、销毁及控制392
B.2.1create_thread392
B.2.2smp_thread_id392
B.2.3for_each_thread392
B.2.4for_each_running_thread392
B.2.5wait_thread393
B.2.6wait_all_threads393
B.2.7用法示例393
B.3锁394
B.3.1spin_lock_init394
B.3.2spin_lock
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