Introduction to 64 Bit Assembly Programming for Linux and OS X

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出版者:CreateSpace Independent Publishing Platform
作者:Ray Seyfarth
出品人:
页数:270
译者:
出版时间:2014-6-30
价格:USD 23.95
装帧:Paperback
isbn号码:9781484921906
丛书系列:
图书标签:
  • Assembly
  • Language
  • 编译原理
  • 汇编
  • Assembly Language
  • 64-bit Programming
  • Linux
  • OS X
  • x86-64
  • Programming
  • Computer Science
  • Operating Systems
  • Low-Level Programming
  • Debugging
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具体描述

深入理解操作系统核心:现代系统编程的基石 本书将带领读者进入一个激动人心且至关重要的领域:现代操作系统底层的汇编语言编程。我们不再仅仅关注高级语言的抽象和便捷性,而是深入探究计算机硬件与软件交互的最底层逻辑。通过掌握汇编语言,你将获得无与伦比的系统洞察力,这对于任何希望成为顶尖软件工程师、系统架构师或安全专家的人来说,都是不可或缺的技能。 本书的核心目标,是为你构建一个坚固的桥梁,连接高级编程概念与实际的硬件执行。我们将系统地解构现代处理器的架构,重点围绕指令集架构(ISA)、内存管理以及操作系统内核调用这三大支柱展开。 第一部分:处理器架构与基础指令集——机器语言的语言 要有效地编程汇编语言,首先必须理解CPU的工作方式。我们从处理器架构的宏观视图开始,介绍冯·诺依曼结构和哈佛结构的基本区别,并详细剖析现代主流架构(如 x86-64 或 ARMv8 的关键概念)。 寄存器深度解析: 寄存器是CPU内部的高速存储单元,是汇编编程的灵魂。我们将对通用寄存器、专用寄存器(如栈指针ESP/RSP、基址指针EBP/RBP、指令指针EIP/RIP等)的功能、调用约定(Calling Conventions)下的使用规则进行详尽的阐述。理解这些寄存器的生命周期和作用域,是编写正确且高效代码的前提。 数据处理指令: 掌握基本的算术和逻辑操作指令集,例如 `ADD`, `SUB`, `MUL`, `DIV`, `AND`, `OR`, `XOR`, `NOT` 等。我们不仅会展示它们的语法,更会深入探讨它们在不同寻址模式(立即数寻址、直接寻址、间接寻址等)下的性能差异和使用场景。 控制流: 程序的执行路径由条件和无条件跳转指令控制。我们将详细讲解 `JMP`, `CALL`, `RET` 的工作机制,以及如何利用标志寄存器(Flags Register)中的条件码(如ZF, CF, SF, OF)来实现复杂的决策逻辑,从而构建起循环(Loops)和条件语句(If/Else)。 数据传输与内存交互: 深入理解 `MOV` 系列指令,以及如何通过精确的内存地址计算来存取堆栈(Stack)和堆(Heap)中的数据。我们将特别关注如何正确地在栈上传递参数和保存/恢复上下文。 第二部分:系统调用接口与进程间通信 汇编语言程序的强大之处在于它能够直接与操作系统内核(Kernel)进行对话。本书将重点讲解如何通过标准的系统调用(System Calls)机制来请求操作系统服务,而不是依赖高级语言库的封装。 系统调用的机制: 详细介绍在Linux环境下触发系统调用的专用指令(如 `INT 0x80` 或更现代的 `SYSCALL` 指令)的流程,包括如何正确地设置系统调用号和参数寄存器。 文件操作的基石: 通过系统调用实现文件I/O,包括打开(`open`)、读取(`read`)、写入(`write`)和关闭(`close`)文件。我们将直接观察这些操作在内核中是如何被触发和处理的。 进程管理基础: 探讨如何使用系统调用来创建新进程(`fork`)、执行新程序(`execve`)以及等待子进程结束(`wait`)。理解进程的生命周期管理,对于理解并发和多任务处理至关重要。 字符串与I/O: 展示如何利用汇编语言来处理原始的字节流,包括高效的字符串操作和向标准输出/错误输出打印数据的技术。 第三部分:内存管理与栈帧的艺术 现代软件的复杂性往往体现在内存管理上。汇编语言要求编程者对内存布局拥有完全的控制权和深刻的理解。 栈帧(Stack Frame)的构建与拆解: 重点剖析函数调用时,调用者和被调用者之间如何协作,共同维护和使用栈帧。这包括保存返回地址、管理局部变量、传递函数参数等一系列关键步骤。这是理解调试器工作原理和避免栈溢出问题的关键。 数据结构在内存中的布局: 学习如何使用汇编指令来操作结构体(Structs)和数组。我们将分析编译器如何将高级语言的数据结构映射到实际的内存地址,以及如何实现结构体成员的偏移量计算。 调用约定(ABI): 深入研究主流平台的应用二进制接口(ABI),特别是参数如何通过寄存器或栈传递,以及函数返回值的存放位置。掌握ABI是编写可互操作代码的基础。 第四部分:高级主题与性能优化 一旦掌握了基础和系统交互,我们将转向如何利用汇编语言的底层能力来榨取极致的性能。 函数调用与过程抽象: 学习如何使用宏(Macros)来抽象重复的汇编代码片段,从而提高代码的可读性和可维护性,同时保持接近裸机的执行效率。 向量化指令集简介(SIMD): 介绍现代处理器中并行处理数据的指令集,如 SSE/AVX 的基本概念。了解如何利用这些指令集来同时处理多个数据点,这在多媒体处理、科学计算中至关重要。 链接与加载: 简要介绍目标文件(Object Files)的结构(如ELF格式),以及链接器(Linker)如何解析符号引用并将你的汇编代码与外部库连接起来的过程。 学习成果 完成本书的学习后,你将不再是被动地接受高级语言编译器的结果。你将能够: 1. 阅读和理解任何使用标准x86-64汇编编写的程序片段,无论其来源是编译器优化输出还是手写代码。 2. 诊断和修复那些只能在底层才能发现的复杂错误,如内存越界、栈破坏和调用约定冲突。 3. 优化关键性能瓶颈的代码段,将其重写为最高效的机器指令序列。 4. 构建与操作系统内核直接交互的实用工具和底层程序。 本书的每一个章节都设计了大量的实践练习,要求读者在真实的Linux或类Unix环境中编译、运行和调试自己的汇编程序,确保理论知识能够转化为实战能力。这是一趟从硅片到应用层面的彻底探索之旅。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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我之前接触过一些关于汇编语言的书籍,但很多都偏向于理论,要么是针对非常古老的架构,要么就是泛泛而谈,很难找到一个可以实际操作的入口。这本书的出现,简直是为我这样想要深入了解操作系统底层运作的开发者量身定做的。它非常务实地聚焦在64位架构上,并且明确了目标平台是Linux和OS X,这对于我来说是至关重要的。我一直在寻找能够真正让我动手实践的资源,而不是仅仅停留在纸面上的理论。这本书的讲解方式,我感觉作者非常注重读者的实际操作体验,大量的代码示例,并且是如何在现代的开发环境中编译、链接和调试,这让我觉得学到的知识是能够立刻应用起来的,而不是空中楼阁。

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这本书的封面设计我第一眼就觉得很有吸引力,那种硬核又有点复古的科技感,让我对内容充满了期待。拿到手之后,沉甸甸的纸张质感和印刷清晰度都相当不错,这让我愿意花更多时间去翻阅和学习。我一直对计算机底层的工作原理非常着迷,尤其是汇编语言,总觉得那是连接硬件和软件的神秘桥梁。之前尝试过一些关于汇编的入门资料,但很多要么过于理论化,要么只针对特定的老旧架构,学起来总感觉不得要领,无法真正理解在现代操作系统中是如何运作的。而这本书的标题,特别是“64 Bit”和“Linux and OS X”,瞬间击中了我。这正是我迫切需要的,能够让我深入了解当下主流操作系统下的汇编编程,而不是停留在一些过时的知识点上。

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这本书的深度和广度都让我印象深刻。它并没有停留在简单的“Hello, World!”层面,而是深入到64位指令集、内存模型、寄存器使用、函数调用约定等核心细节。更重要的是,它将这些底层知识与 Linux 和 OS X 这两个主流操作系统紧密结合。我之前一直对系统调用是如何工作的感到好奇,这本书就用非常清晰的例子来解释应用程序如何通过中断和系统调用与内核交互,这对我理解进程、线程以及更底层的系统服务有了质的飞跃。书中提供的代码示例不仅能运行,而且都带有详细的解释,让我能够一步步地理解每一行汇编代码的作用。我尤其喜欢书中关于调试部分的讲解,学习如何在 GDB 等工具中分析汇编代码,这对于理解程序运行时的状态和排查问题非常有帮助。

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这本书的讲解内容之详尽,是我之前接触过的同类书籍中罕见的。它并没有止步于介绍基本的指令集,而是深入到64位x86-64架构的各个方面,包括各种寻址模式、指令的执行流程、以及不同指令的细微差别。更让我惊喜的是,作者并没有将汇编语言的学习局限于抽象的理论,而是紧密结合了Linux和OS X这两个实际的操作系统环境。书中大量的代码示例,都能够直接在这些平台上进行编译和运行,并且作者还提供了详细的调试技巧,让我能够更好地理解程序的执行过程。我尤其喜欢书中关于系统调用和内存管理部分的讲解,它用一种非常清晰的逻辑,解释了应用程序是如何与操作系统内核进行交互,以及内存是如何在程序中被分配和使用的。这对于我深入理解操作系统的底层原理,以及进行性能优化,都提供了宝贵的指导。

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拿到这本书后,我第一时间就被它厚实的篇幅和严谨的排版吸引了。我一直对计算机底层运作充满好奇,但又苦于找不到系统性的学习资源,尤其是针对64位架构和现代操作系统。这本书的标题“Introduction to 64 Bit Assembly Programming for Linux and OS X”让我眼前一亮,它精准地指出了我所需要的知识点。阅读过程中,我发现作者的讲解风格非常深入浅出,善于用图示和代码示例来阐明抽象的概念,比如CPU的工作原理、内存的访问方式、以及各种指令的作用。我尤其欣赏作者在讲解系统调用和信号处理时,能够清晰地展示应用程序与操作系统内核之间的交互过程,这对于我理解整个计算机系统的运作机制至关重要。

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这本书最大的亮点在于其内容的实用性和前瞻性。在阅读之前,我对于在现代操作系统,特别是64位架构下进行汇编编程的概念是模糊的,感觉汇编似乎离我们普通开发者越来越远。然而,这本书却清晰地阐述了为什么理解汇编对于深入掌握系统、优化性能、甚至进行安全分析仍然至关重要。作者在讲解过程中,没有回避那些看似枯燥的技术细节,而是用一种循序渐进的方式,将复杂的概念分解开来,并辅以大量的代码示例。这些代码示例都经过精心设计,不仅能够帮助读者理解理论知识,更重要的是,它们展示了如何在实际的Linux和OS X环境中进行汇编程序的编写、编译和调试。我尤其喜欢作者在介绍系统调用和内存管理部分的处理方式,用一种非常直观的方式解释了应用程序是如何与操作系统内核进行交互的,这对于我理解进程、线程以及更深层次的系统调用机制提供了前所未有的视角。

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这本书给我最大的惊喜在于它能够将抽象的底层概念具象化。我一直觉得汇编语言是一种非常“低级”的语言,理解起来可能比较晦涩。但作者在书中通过各种生动的比喻和详尽的图解,将CPU的工作流程、内存的分配机制、以及指令的执行过程都解释得清晰明了。特别是关于寄存器、栈、函数调用约定等核心概念的讲解,配合着实际的代码示例,让我能够一步步地跟随作者的思路,理解程序是如何在CPU层面运行的。我印象最深刻的是关于系统调用的那一章节,作者用一种非常清晰的方式展示了应用程序如何通过特定的指令(如`syscall`)向操作系统请求服务,并且解释了系统调用的参数传递和返回值处理。这让我对操作系统内核的功能有了更直观的认识,也理解了为什么在进行系统级编程时,理解汇编是如此重要。

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我一直对计算机底层的工作原理非常着迷,尤其是汇编语言,它就像是连接硬件和软件的桥梁。然而,市面上很多关于汇编的书籍要么过于陈旧,要么过于理论化,很难找到一本能够清晰地介绍在现代64位Linux和OS X环境下进行汇编编程的教材。这本书的出现,正好满足了我的需求。它从最基础的64位架构介绍开始,逐步深入到指令集、寄存器、内存模型等核心概念,并且用非常直观的方式讲解了函数调用、系统调用等关键技术。我印象最深刻的是作者在讲解如何利用汇编语言实现一些底层操作时,提供的那些精心设计的代码示例,它们不仅能够运行,而且都带有详细的解释,让我能够一步步地理解每一行代码的作用。

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这本书的结构安排非常合理,从最基础的64位CPU架构介绍开始,逐步深入到指令集、寻址模式、函数调用约定等核心概念。然后,它将这些理论知识与实际的Linux和OS X操作系统紧密结合,讲解了如何利用这些知识来编写简单的程序,以及如何与操作系统进行交互,例如系统调用、内存管理等。我特别欣赏作者在讲解过程中,对于不同平台(Linux和OS X)的细微差别也进行了说明,这对于我这样需要在两个系统上都有一定了解的开发者来说,非常有帮助。书中的代码示例都经过仔细的验证,并且提供了清晰的编译和运行说明,让我能够轻松地将学到的知识应用到实践中。而且,书中还涉及到了一些更高级的主题,比如调试技术和性能优化,这些内容都让我觉得物超所值。

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作为一名对计算机底层原理充满好奇的开发者,我一直觉得理解汇编语言是通往精通系统编程的必经之路。市面上关于汇编的书籍不少,但很多要么过于学术化,要么只针对特定的老旧架构,很难与我目前使用的64位Linux和OS X环境对接。这本书的出现,恰好填补了这一空白。它不仅详细讲解了64位架构的指令集和寄存器,更重要的是,它将这些理论知识与现代操作系统的实际应用相结合,让我能够理解程序是如何在操作系统中运行,如何进行系统调用,以及如何进行内存管理的。书中的代码示例非常丰富,并且都经过精心设计,能够帮助读者从零开始构建自己的汇编程序。我尤其喜欢书中关于函数调用约定和栈帧管理的讲解,这部分内容往往是初学者容易混淆的地方,但作者通过清晰的图示和代码演示,让我能够彻底理解。

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整本书页数不多也没有陷入到细枝末节中,重点讲述了如果使用汇编进行基本开发和数据结构定义。很实用性价比高。

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