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出版者:第1版 (1999年10月1日)

作者:尚晓航

出品人:

页数:344

译者:

出版时间:1999-10-1

价格:27.50

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787302036906

丛书系列:

图书标签:

• 计算机网络
• 局域网
• Windows NT
• 网络技术
• 网络管理
• Windows Server
• TCP/IP
• 网络配置
• 网络安全
• 计算机

数字时代的信息脉动：网络架构与前沿技术深度解析 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，探索当代信息技术领域中至关重要的几个核心分支：高性能计算架构、现代操作系统深度内核分析、分布式系统设计原则，以及前沿的云计算与虚拟化技术。我们聚焦于构建、优化和管理下一代信息基础设施所需的理论基石与实践技能，完全避开特定旧有操作系统或局域网基础配置的传统叙事范式。 本书分为五个主要部分，每个部分都力求深入挖掘其专业领域的核心机制与未来趋势。 --- 第一部分：现代计算的基石——并行处理与高性能架构 本部分完全脱离了传统意义上的局域网拓扑构建与终端服务配置，转而专注于如何使计算机集群以最快的速度处理海量数据。我们探讨了现代CPU流水线、缓存一致性协议（如MESI的扩展模型），以及超越冯·诺依曼瓶颈的计算范式。 1. 超越摩尔定律的挑战：并行计算模型 深入分析了从SIMD（单指令多数据）到MIMD（多指令多数据）的演进路径。重点剖析了向量化指令集（如AVX-512）在科学计算和大数据处理中的应用，以及如何通过指令级并行（ILP）和内存级并行（MLP）来最大化单颗处理器的吞吐量。我们详细阐述了OpenMP与MPI等并行编程模型的底层实现机制，特别是线程同步原语（如屏障、原子操作）在非一致性内存访问（NUMA）架构下的性能影响与调优策略。 2. 高速互联技术与数据流管理 不再关注传统的以太网协议栈，本书聚焦于数据中心级别的极速互联技术。内容涵盖InfiniBand (IB) 的RDMA（远程直接内存访问）机制，解释其如何绕过操作系统内核实现低延迟通信；以及RoCE（RDMA over Converged Ethernet）在混合网络环境中的实施挑战与优化。我们还探讨了光互联技术（如硅光子学）在未来数据中心集群扩展中的潜力。 3. GPU异构计算的核心原理 详细解析了通用图形处理器（GPGPU）作为高性能计算加速器的底层原理。CUDA和OpenCL的编程模型被视为理解大规模并行计算的窗口。本章深入到线程束（Warp/Wavefront）调度、寄存器溢出、共享内存的有效利用，以及如何设计算法以适应GPU的内存访问模式，实现计算密集型任务的指数级加速。 --- 第二部分：操作系统内核的深层结构与内存管理 本部分摒弃了对特定历史版本操作系统的用户界面或基础服务配置的描述，转而深入现代操作系统内核（如Linux或类Unix内核的高级版本）的内存、进程与调度机制，理解其“黑箱”下的运作逻辑。 4. 虚拟内存与页表管理的高级主题 探讨了现代操作系统的多级页表结构，TLB（转换后援缓冲器）的工作原理及其对性能的影响。我们着重分析了页交换（Paging）、内存映射（mmap）的复杂性，以及在容器化和虚拟化环境中，如何通过KSM（内核共享内存）等技术实现物理内存的有效回收与共享。 5. 现代进程调度算法与公平性 重点分析了CFS（完全公平调度器）的设计哲学，以及如何通过时间片轮转、优先级继承（Priority Inheritance）和实时调度（如SCHED_FIFO）来平衡系统的吞吐量与响应延迟。此外，我们还讨论了如何使用eBPF等工具动态探查和调整调度器的行为，以满足特定工作负载的需求。 6. 文件系统的新范式：写时复制（Copy-on-Write）与事务性 本书不涉及传统文件系统的文件分配表（FAT）或基础NTFS结构，而是聚焦于现代高性能文件系统（如ZFS、Btrfs）的核心技术。深入剖析了写时复制（CoW）如何实现快照（Snapshot）功能，以及事务性日志（Journaling）在保证数据一致性方面的作用，特别是针对固态硬盘（SSD）的磨损均衡（Wear Leveling）优化策略。 --- 第三部分：分布式系统的设计哲学与一致性模型 本部分聚焦于构建跨越多个物理节点的、高可用、高容错的复杂系统所必须遵循的理论与实践，这与单机局域网环境的限制截然不同。 7. CAP理论的现实考量与权衡取舍 详细解析了CAP（一致性、可用性、分区容错性）理论在实际系统设计中的指导意义。我们分析了BASE（基本可用、软状态、最终一致性）模型如何成为许多大规模互联网服务的基石，并对比了Cassandra、Riak等系统在CAP权衡上的具体实现差异。 8. 分布式共识算法的演进 深入研究了Paxos和Raft算法的数学基础和状态机复制机制。本书会详细拆解Raft的领导者选举、日志复制流程，以及如何处理脑裂（Split-Brain）问题，确保集群决策的原子性和顺序性。 9. 分布式事务与两阶段提交的替代方案 探讨了在网络延迟不可避免的环境下，如何处理跨节点的原子性操作。除了传统的两阶段提交（2PC），我们还重点分析了Saga模式、TCC（Try-Confirm-Cancel）等补偿机制，及其在微服务架构中的应用。 --- 第四部分：云原生环境与容器化技术的核心机制 本部分彻底转向了现代数据中心的基础设施抽象层，研究如何高效地隔离、调度和管理应用实例。 10. 容器运行时与命名空间隔离 不再讨论传统服务器操作系统配置，本书聚焦于Linux内核提供的核心隔离机制：Cgroups（控制组）用于资源限制和度量，以及Namespaces（命名空间）用于隔离进程视图、网络栈和用户ID。我们分析了Docker、containerd等运行时如何基于这些内核特性构建应用沙箱。 11. 容器编排系统——Kubernetes的架构深度 对Kubernetes的组件进行系统级剖析，包括API Server、etcd的数据一致性保证、Controller Manager的控制循环逻辑，以及Kubelet如何与容器运行时交互。重点讨论了Pod的生命周期管理、服务发现机制（DNS与Kube-proxy的iptables/IPVS实现）。 12. 服务网格（Service Mesh）与东西向流量治理 探讨Envoy等代理的Sidecar模式，以及Istio、Linkerd等服务网格如何通过Sidecar实现流量加密（mTLS）、精细化路由、熔断和限流。这部分内容完全围绕微服务间的安全通信和流量策略的动态配置展开。 --- 第五部分：数据中心的网络虚拟化与软件定义基础设施 本部分探讨了如何使用软件而非专用硬件来控制网络和存储资源，这是构建弹性云环境的关键。 13. 软件定义网络（SDN）的控制平面与数据平面分离 解析了OpenFlow协议的核心作用，即如何通过集中的控制器（Control Plane）来编程底层转发设备（Data Plane）的行为。我们分析了SDN在网络自动化和安全策略部署中的优势。 14. 覆盖网络（Overlay Networks）与隧道技术 深入研究VXLAN（虚拟可扩展局域网）和Geneve协议如何实现在物理网络之上构建逻辑隔离的网络环境。重点分析了隧道封装/解封装的开销，以及隧道网关（VTEP）的实现原理，这些技术是实现大规模多租户云环境的基础。 15. 存储虚拟化与分布式块存储 本书最后关注于如Ceph、GlusterFS等分布式存储系统的架构。分析其数据分布策略（如CRUSH算法）、纠删码（Erasure Coding）与副本机制，以及如何向应用层提供一致的、高可用的块设备接口，完全区别于传统的本地或共享存储配置。

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