前言

“网络空间安全学科系列教材”编委会并行计算与安全编程出版说明并行计算与安全编程前言随着数字化技术的飞速发展，高性能计算与网络空间安全已成为信息技术领域的两大核心支柱。从分布式数据中心的海量数据处理，到人工智能训练中的GPU集群运算，再到工业控制系统的实时并行调度，并行计算技术已渗透到科研、产业、国防等各个关键领域，成为提升计算效率、突破算力瓶颈的核心手段。然而，并行架构的复杂性也带来独特的安全挑战——多线程资源竞争可能导致数据不一致，分布式节点通信存在数据泄露风险，多进程同步缺陷易引发系统崩溃，这些并行架构特有的安全漏洞往往成为攻击者突破系统防线的关键入口。

当前，多数并行计算教材侧重技术实现却忽视安全防护，安全编程书籍又多聚焦串行环境，二者的割裂导致不少开发者虽然掌握了并行加速能力，却因缺乏安全编程思维，而开发出高效却脆弱的系统。在此背景下，我们结合北京航空航天大学网络空间安全学科的教学积累与科研实践，编写了《并行计算与安全编程》这本书，旨在填补并行技术与安全防护的知识断层，培养兼具高性能计算能力与安全防御思维的复合型人才。

本书以并行计算技术为骨、以安全编程思想为魂，构建了理论奠基—技术实践—安全防护三位一体的知识体系，共分为11章。第1章从并行计算的基本概念入手，解析并行性原理、并行程序设计模型与并行计算机分类，为后续学习搭建理论框架；第2章聚焦并行算法设计基础，通过PCAM设计过程，引导读者掌握从问题拆解到任务分配的完整逻辑；第3～8章系统展开并行编程技术实战，涵盖共享内存编程（OpenMP）、Windows多线程开发、网络通信编程（Socket）、分布式计算（MPI）、GPU加速（CUDA）及深度学习框架（MindSpore），每个技术模块均配套完整代码示例，从环境搭建到核心功能实现，逐步引导读者落地并行程序开发；第9～11章主要讲述安全编程的理论概念和并行安全案例，深入剖析并行环境下的竞争条件、死锁、数据竞争等安全风险。

在内容编排上，本书坚持三大特色： 一是场景化案例驱动，所有案例均源自实际应用场景——分布式计算框架的节点通信加密、多线程文件处理器的临界区防护、聊天室程序的用户身份认证，既展现并行技术的工程价值，又凸显安全编程的必要性；二是跨平台与兼容性，覆盖Linux、Windows、分布式集群等多环境，适配OpenMP、MPI、CUDA等主流并行模型，满足不同学习与开发需求；三是理论与实践平衡，每个技术点先讲解核心原理，再通过案例展开实践，同时穿插安全编程意识，点明并行开发中的潜在风险与防御要点，让读者在掌握技术的同时建立安全意识。

本书可作为高等院校计算机科学与技术、网络空间安全、软件工程等专业的本科及研究生教材，适配“并行程序设计”“系统安全”“高性能计算”等课程，建议读者具备C/C++编程基础与操作系统基本概念。对于企业研发人员，本书可作为并行计算工程师、安全开发工程师的参考读物，尤其适合需要解决分布式系统安全、高性能计算防护等实际问题的技术人员。

由于并行计算与安全编程技术迭代迅速，书中难免存在疏漏之处，恳请广大读者、同行专家批评指正，以便编者在后续修订中不断完善，共同推动并行安全领域的教学与科研发展。

编者2026年1月