WebAssembly原理與核心技術

WebAssembly原理與核心技術 pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

☆☆☆☆☆
出版者:
作者:張秀宏
出品人:
頁數:272
译者:
出版時間:2020-10-1
價格:79
裝幀:平裝
isbn號碼:9787111665540
叢書系列:Web開發技術叢書
圖書標籤:
  • WebAssembly
  • Wasm
  • 前端開發
  • 編譯原理
  • 底層技術
  • 性能優化
  • 瀏覽器
  • 技術棧
  • 軟件工程
  • 跨平颱
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具體描述

WebAssembly是棧式虛擬機和字節碼技術的*新應用,在Web開發、後端開發、區塊鏈等領域大顯身手,越來越受歡迎。

本書是WebAssembly入門和進階的必讀書,它不僅對WebAssembly的工作原理、核心技術和規範進行瞭全麵的剖析和解讀,而且給齣瞭實現WebAssembly解釋器和AOT編譯器的思路和代碼。

本書共14章,分為四個部分:

第壹部分 WebAssembly概述(第1章)

主要介紹瞭WebAssembly的概念、發展曆史以及閱讀本書需要做的準備工作。

第二部分 二進製和文本格式(第2~4章)

詳細講解瞭WebAssembly的二進製格式、文本格式以及指令集。

第三部分 虛擬機和解釋器(第5~11章)

詳細講解瞭WebAssembly的解釋器和虛擬機的工作原理以及實現思路,包括操作數棧、內存、函數調用、控製指令、鏈接和實例化、錯誤處理和驗證等。

第四部分 WebAssembly進階(第12~14章)

深入地講解瞭AOT編譯器的實現思路和WebAssembly的提案等內容。

通過閱讀本書,讀者不僅可以理解WebAssembly核心原理,還可以學習如何實現WebAssembly解釋器和AOT編譯器。即收獲瞭“魚”,又學會瞭“漁”。

數字時代的基石:計算架構與係統編程實務 內容提要: 本書深入探討瞭現代計算係統最底層的原理與實踐,聚焦於處理器設計、內存管理、操作係統內核、並發模型以及高性能計算編程範式的演進。它不是關於特定應用層技術或框架的指南,而是旨在為讀者構建堅實的底層知識體係,理解軟件運行的物理邊界與邏輯限製。全書內容圍繞如何高效地組織數據、調度任務以及利用硬件特性展開,通過嚴謹的理論推導與豐富的工程案例,揭示從矽片到高效軟件之間的橋梁。 --- 第一部分:深度剖析計算的物理基礎 第一章:晶體管的邏輯與數字電路的構建 本章從物理層麵的半導體特性齣發,闡述晶體管如何作為信息處理的基本開關。我們將詳細解析CMOS邏輯門的工作原理、時序特性及其在集成電路中的物理布局挑戰。重點討論組閤邏輯與時序邏輯電路的設計範式,例如鎖存器(Latch)和觸發器(Flip-Flop)的構造,以及它們在同步電路設計中的關鍵作用。此外,本章還將簡要介紹EDA工具流在芯片設計中的作用,以及摩爾定律的物理瓶頸。 第二章:中央處理單元(CPU)的微架構 本章深入現代高性能處理器的核心——微架構。我們將超越馮·諾依曼模型的基本描述,專注於指令級並行(ILP)的實現機製。詳細分析流水綫(Pipeline)的深度與結構、分支預測單元(Branch Predictor)的算法(如Gshare、TAGE)及其對性能的影響。隨後,重點剖析亂序執行(Out-of-Order Execution, OoOE)的實現,包括指令緩衝(Reorder Buffer, ROB)、保留站(Reservation Station)以及寄存器重命名技術。讀者將理解為什麼指令的“依賴關係”是限製現代CPU性能提升的關鍵瓶頸。 第三章:存儲器層級結構與性能優化 理解數據在CPU和主存之間的傳輸效率是高性能計算的基石。本章係統地梳理瞭存儲器層級結構,從寄存器、L1/L2/L3緩存到主內存(DRAM)。重點講解緩存的工作原理,包括映射策略(直接映射、全相聯、組相聯)、寫策略(寫迴、直寫)以及替換算法(LRU、FIFO)。隨後,探討內存一緻性模型(如x86 TSO、ARM等)的細微差彆,以及如何通過內存屏障(Memory Barrier/Fence)來保證多核環境下的數據正確性。 --- 第二部分:操作係統與係統調用的機製 第四章:進程、綫程與上下文切換的開銷 本章探討操作係統如何抽象硬件資源以支持多任務環境。詳細闡述進程(Process)與綫程(Thread)的結構差異、它們在內存地址空間上的隔離性與共享性。核心內容是上下文切換(Context Switch)的完整流程,分析寄存器保存、頁錶切換、TLB(Translation Lookaside Buffer)失效的成本,從而量化多任務切換對性能的實際影響。 第五章:虛擬內存管理與地址翻譯 本章揭示虛擬地址到物理地址的轉換過程。深入解析多級頁錶(Page Table)的結構、頁錶項(PTE)的組成,以及TLB在加速地址翻譯中的關鍵作用。討論缺頁中斷(Page Fault)的處理流程,以及內存分頁機製在實現內存保護、文件映射和高效內存共享方麵的工程實踐。 第六章:同步原語的底層實現與陷阱 係統編程中最難掌握的部分是並發控製。本章專注於操作係統提供的同步原語,如互斥鎖(Mutex)、信號量(Semaphore)和條件變量(Condition Variable)的內核實現。討論原子操作(Atomic Operations)的硬件基礎(如Load-Link/Store-Conditional或Compare-and-Swap, CAS),以及如何利用這些原語構建無鎖(Lock-Free)數據結構,避免死鎖、活鎖和優先級反轉等經典並發陷阱。 --- 第三部分:係統編程範式與高性能計算 第七章:係統級接口編程與係統調用 本章關注應用程序與內核交互的接口。詳細剖析係統調用的機製,包括用戶態到內核態的模式切換、參數傳遞約定。重點研究文件I/O模型,對比同步阻塞I/O、異步I/O(AIO)以及基於事件驅動的I/O復用模型(如`select`/`poll`/`epoll`或`kqueue`),分析它們在處理高並發連接時的性能差異。 第八章:零拷貝(Zero-Copy)技術與數據傳輸優化 在網絡和存儲密集型應用中,數據的多次內核/用戶空間拷貝是性能瓶頸。本章專門探討“零拷貝”技術,如`sendfile()`、`splice()`等機製,並從數據結構的角度解釋它們如何繞過傳統I/O路徑中的冗餘內存復製。同時,本章還會分析DMA(Direct Memory Access)在數據傳輸中的角色。 第九章:函數調用約定與棧幀結構 理解程序是如何在運行時管理函數參數、局部變量和返迴地址至關重要。本章詳細對比主流架構(如x86-64, ARM)的函數調用約定(Calling Convention),解析棧幀(Stack Frame)的構造、參數傳遞(寄存器優先還是棧上傳遞)以及返迴地址的維護。這是深入理解調試器工作原理和編寫安全係統代碼的前提。 第十章:動態鏈接與加載機製 本章探討程序是如何從磁盤加載到內存並成功執行的。深入解析ELF(Executable and Linkable Format)文件結構,動態鏈接器(如ld.so)的工作原理,包括GOT(Global Offset Table)和PLT(Procedure Linkage Table)的機製,以及運行時重定位的實現。理解這些機製有助於診斷庫依賴問題和優化程序啓動時間。 --- 第四章:性能分析與係統調試工具集 第十一章:性能分析工具與硬件性能計數器 本章介紹如何量化程序性能瓶頸。重點講解如何使用性能分析器(Profiler)來識彆CPU熱點和I/O等待。深入探討PMU(Performance Monitoring Unit)及其暴露的硬件性能計數器(如指令周期、緩存未命中率、分支預測錯誤次數),並指導讀者如何使用這些底層數據來指導代碼重構。 第十二章:係統調試與信號處理 係統級調試是定位復雜錯誤的關鍵技能。本章介紹使用GDB等調試工具的高級技巧,包括設置條件斷點、檢查內存布局和分析堆棧迴溯。同時,詳細闡述進程如何響應操作係統發送的信號(Signals),以及編寫信號處理函數時需要注意的異步安全問題。 --- 麵嚮讀者: 本書適閤有一定C/C++編程基礎,並希望深入理解計算機係統底層運行機製的軟件工程師、係統程序員、編譯器開發者以及計算機科學專業的學生。閱讀本書將使讀者建立起一種“由下至上”的視角,從而編寫齣更高效、更穩定、更能充分發揮現代硬件潛能的軟件係統。

作者簡介

張秀宏

服務器開發工程師,在遊戲服務器、區塊鏈等領域有多年的開發和架構經驗。曾在EA、樂元素、比特大陸等公司擔任高級服務器工程師,對Java、Go、Lua等語言以及高級語言虛擬機有非常深入的研究。

曾獨立撰寫暢銷書《自己動手寫Java虛擬機》和《自己動手實現Lua:虛擬機、編譯器、標準庫》,廣受讀者好評。

目錄資訊

前言
第一部分 概述
第1章  Wasm介紹3
11 Wasm簡史3
12 Wasm簡介6
13 準備工作10
14 你好Wasm11
15 本章小結13
第二部分 二進製和文本格式
第2章 二進製格式17
21 二進製格式介紹17
211 Wasm二進製格式總體結構18
212 索引空間21
213 實體類型23
22 二進製格式分析25
220 魔數和版本號25
221 類型段26
222 導入段28
223 函數段30
224 錶段30
225 內存段31
226 全局段32
227 導齣段33
228 起始段34
229 元素段35
2210 代碼段35
2211 數據段37
2212 自定義段38
23 二進製格式解碼39
231 LEB128介紹39
232 解碼基本類型41
233 解碼嚮量類型44
234 處理tag44
235 解碼代碼項和錶達式45
236 解碼整體結構45
237 處理錯誤情況47
24 實現dump命令48
25 本章小結50
第3章 指令集51
31 指令集介紹51
311 操作碼51
312 助記符53
313 立即數54
314 操作數57
32 指令分析58
321 數值指令58
322 變量指令60
323 內存指令61
324 結構化控製指令62
325 跳轉指令64
326 函數調用指令65
33 指令解碼66
34 完善dump命令69
35 本章小結70
第4章 文本格式71
41 基本結構71
411 類型域72
412 導入和導齣域73
413 函數域75
414 錶域和元素域75
415 內存域和數據域76
416 全局域77
417 起始域77
42 指令78
421 普通形式78
422 摺疊形式79
43 本章小結81
第三部分 虛擬機和解釋器
第5章 操作數棧85
51 操作數棧85
52 虛擬機87
521 指令循環88
522 指令分派88
53 參數指令89
531 drop指令90
532 select指令90
54 數值指令91
541 常量指令92
542 測試指令92
543 比較指令93
544 一元算術指令95
545 二元算術指令96
546 類型轉換指令99
55 本章效果103
56 本章小結105
第6章 內存107
61 內存介紹107
62 內存實現108
63 內存指令109
631 size和grow指令110
632 加載指令111
633 存儲指令113
64 本章效果115
65 本章小結117
第7章 函數調用(上)119
71 函數調用介紹119
72 函數調用實現122
721 增強操作數棧123
722 添加調用棧124
723 增強虛擬機126
724 call指令127
73 局部變量指令129
731 localget指令130
732 localset指令130
733 localtee指令131
74 全局變量指令132
741 globalget指令132
742 globalset指令133
75 本章效果134
76 本章小結135
第8章 控製指令137
81 控製指令介紹137
811 跳轉標簽138
812 跳轉標簽索引139
813 塊類型141
82 控製指令實現142
821 block和loop指令142
822 if指令144
823 br指令146
824 br_if指令148
825 br_table指令149
826 return指令150
827 unreachable和nop指令151
83 本章效果152
84 本章小結153
第9章 函數調用(下)155
91 本地函數調用155
911 本地函數介紹155
912 統一兩種函數158
913 調用本地函數159
914 鏈接本地函數161
915 測試本節代碼162
92 間接函數調用163
921 間接函數調用介紹163
922 實現錶165
923 初始化錶166
924 call_indirect指令167
925 測試本節代碼168
93 本章小結169
第10章 鏈接和實例化171
101 定義實例接口171
102 實現實例接口174
1021 函數174
1022 錶176
1023 全局變量177
1024 虛擬機177
103 實例化模塊178
104 本章效果180
105 本章小結183
第11章 錯誤處理和驗證185
111 各種錯誤186
1111 解碼錯誤186
1112 結構錯誤188
1113 實例化錯誤189
1114 運行時錯誤190
112 驗證整體結構190
113 驗證函數字節碼192
1131 數據結構193
1132 操作數棧194
1133 控製棧195
1134 驗證指令197
114 本章效果198
115 本章小結199
第四部分 進階
第12章 編譯為Wasm203
121 控製指令203
122 參數指令207
123 變量指令208
124 內存指令210
125 數值指令213
126 本章小結215
第13章 AOT編譯器217
131 AOT介紹217
132 編譯模塊219
133 編譯函數220
1331 內部函數221
1332 外部函數222
1333 導齣函數222
1334 輔助方法223
134 編譯指令224
1341 參數指令224
1342 變量指令225
1343 內存指令226
1344 數值指令227
1345 結構化控製指令228
1346 跳轉指令230
1347 函數調用指令231
135 本章效果233
136 本章小結234
第14章 提案和前景235
141 提案235
1411 多塊內存237
1412 內存塊操作237
1413 引用類型239
1414 尾遞歸調用241
1415 異常處理242
1416 多綫程支持244
1417 其他提案247
142 前景248
附錄A Wasm指令錶249
附錄B 二進製格式
附錄C WAT語法255
· · · · · · (收起)

讀後感

評分☆☆☆☆☆

評分☆☆☆☆☆

評分☆☆☆☆☆

評分☆☆☆☆☆

評分☆☆☆☆☆

用戶評價

评分☆☆☆☆☆

這本書的文字風格非常沉穩且富有洞察力,很少使用誇張的形容詞,而是依靠紮實的技術細節和邏輯推理來構建論點。它在探討Wasm的局限性,比如與DOM的交互延遲、異常處理的復雜性等方麵,錶現齣難得一見的客觀與批判性。這種平衡的視角,讓我更理性地認識到Wasm並非萬能的“銀彈”,而是一個需要根據具體場景謹慎選擇的技術。書中對WebAssembly Text Format (WAT) 的講解詳盡到令人稱贊,通過對這種人類可讀格式的解析,使得原本晦澀的二進製結構變得直觀易懂。總而言之,這是一部嚴肅、深入、麵嚮未來的技術專著,它不是教你如何快速實現一個Demo,而是賦予你理解和掌握WebAssembly底層運行邏輯的“內功心法”,對於想要在下一代Web技術浪潮中占據製高點的技術人員來說,是不可或缺的寶藏。

评分☆☆☆☆☆

這本書的敘事方式非常引人入勝,它不是那種枯燥的官方文檔堆砌,而更像是一場技術導遊帶領我們探索Wasm世界的旅程。作者在描述那些看似復雜的底層機製時,總能巧妙地穿插一些生動的比喻和實際的編程場景,讓那些抽象的內存尋址、堆棧操作變得觸手可及。比如,書中對Wasm GC(垃圾迴收)接口的探討,不隻是羅列瞭規範草案,而是結閤瞭現代語言(如Rust、Go)的內存管理範式,對比瞭傳統JS引擎的GC策略,這種跨領域對比極大地拓寬瞭我的視野。它讓我理解瞭Wasm不僅僅是一個編譯目標,更是一個影響整個軟件棧架構的新範式。讀完後,我立刻有種衝動想去嘗試用不同的語言編譯代碼到Wasm,並觀察它們在瀏覽器和Node.js環境中的錶現差異。這種實踐的驅動力,正是優秀技術書籍的價值所在。

评分☆☆☆☆☆

這本書的編排結構,特彆是對工具鏈和生態係統的梳理,讓人印象深刻。它不僅僅關注Wasm運行時本身,更把視角延伸到瞭整個開發生命周期。從編譯器的選擇(Emscripten、wasm-pack等)到調試工具的使用,再到部署和版本控製的最佳實踐,作者都給齣瞭詳盡的指導。我尤其欣賞其中關於性能基準測試(Benchmarking)章節的嚴謹性,它教導讀者如何科學地測量Wasm代碼的真實性能,避免陷入誤區。不同於市麵上許多隻關注“如何快速上手”的教程,這本書的要求更高,它促使讀者去思考“為什麼是這樣”以及“如何做得更好”。這種對技術深度和廣度兼顧的寫作風格,使得這本書不僅適閤初學者建立認知框架,更適閤希望深入優化和創新應用的中高級開發者作為案頭參考手冊。

评分☆☆☆☆☆

翻開這本關於現代網頁技術前沿的書,我最大的感受就是它對WebAssembly(Wasm)這個概念的鋪陳,簡直是為我這樣既想瞭解底層原理,又渴望掌握實際應用技巧的開發者量身定做的。書中對Wasm的二進製格式的解析非常深入,從模塊結構到函數簽名,再到內存模型,每一個細節都經過瞭細緻的剖析。它沒有停留在浮於錶麵的“快”和“跨平颱”這些宣傳口號上,而是真正深入到瞭編譯目標、綫性內存的布局以及類型係統的設計哲學中去。讀完前幾章,我對Wasm如何與JavaScript環境高效協同工作,以及它在虛擬機級彆是如何執行代碼的,有瞭一個脫胎換骨的理解。尤其對AOT編譯和JIT策略在不同宿主環境中的差異討論,見解獨到,讓我對未來Web性能優化有瞭新的思考方嚮。這本書的結構安排非常閤理,從基礎概念的建立,到高級特性的介紹,再到實際的性能調優實踐,層層遞進,邏輯嚴密,真正體現瞭“原理與核心技術”的深度。

评分☆☆☆☆☆

作為一名資深前端工程師,我一直對Web生態的演進保持高度關注,而這本書清晰地勾勒齣瞭Wasm在未來前端架構中所扮演的關鍵角色。它沒有沉溺於理論的海洋,而是用大量的篇幅聚焦於“核心技術”的應用層麵。無論是關於WebAssembly System Interface (WASI) 的詳細介紹,還是如何利用其沙箱特性構建安全的插件係統,都極具實操價值。特彆是對復雜應用(如視頻編解碼、大型遊戲引擎)移植到Web平颱的案例分析,展現瞭Wasm在突破傳統JavaScript性能瓶頸方麵的巨大潛力。書中還花瞭相當的筆墨討論瞭Wasm模塊與現有JS庫的互操作性挑戰及解決方案,這些都是我們在實際工作中會遇到的痛點。這本書讓我對“組件化”和“微服務”在瀏覽器端的實現有瞭更深層次的思考,它提供瞭一套比以往任何技術都更具普適性和安全性的新工具箱。

评分☆☆☆☆☆

非常實用的一本書,適閤想進一步瞭解WASM的人

评分☆☆☆☆☆

非常實用的一本書,適閤想進一步瞭解WASM的人

评分☆☆☆☆☆

張老師又齣新書瞭,WASM是棧式虛擬機和字節碼技術的應用,現在我們公司也開始用瞭,齣的真及時!內容非常詳盡,對入門者也相當友好!好書

评分☆☆☆☆☆

這本書名字改成《自己動手實現Wasm》也是可以的🐶

评分☆☆☆☆☆

側重點在於虛擬機的實現,很不錯,需要配閤代碼來閱讀操作。不過以為還會有瀏覽器與 wasm 交互部分的原理,總體來說,這本書值得一看。

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