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出版者:Elsevier Science Ltd

作者:Ikeda, M. (EDT)/ Ohta, Y. (DRT)

出品人:

页数:1500

译者:

出版时间:2005-12

价格:$ 299.45

装帧:Pap

isbn号码:9780080442723

丛书系列:

图书标签:

• Large Scale Systems
• Systems Engineering
• Computer Science
• Distributed Systems
• Parallel Computing
• Performance Evaluation
• Modeling and Simulation
• Software Engineering
• Algorithms
• Networking

图书简介：《现代计算架构与分布式系统设计》 本书导读： 在当今信息技术飞速发展的时代，计算系统的规模和复杂性正以前所未有的速度增长。从支撑全球互联网服务的超大规模数据中心，到处理海量科学计算任务的超级计算机集群，再到无处不在的物联网（IoT）设备，构建、管理和优化这些“大型系统”的能力，已经成为衡量一个组织技术实力的核心标准。本书《现代计算架构与分布式系统设计》正是为深入剖析和解决这些前沿挑战而编写的一部权威著作。 本书并非对特定年份（如2004年）技术栈的简单回顾，而是聚焦于自21世纪初以来，特别是近十年间，在系统工程、分布式计算理论和实践领域取得的重大突破和演进方向。我们旨在提供一个全面、深入且具有前瞻性的视角，探讨如何设计和实现能够处理PB级数据、支撑数亿并发用户的健壮、可扩展和高可靠性的现代计算基础设施。 核心内容与结构： 本书内容分为五大部分，共十六章，层层递进，力求构建一个从底层硬件抽象到上层应用部署的完整知识体系。 --- 第一部分：分布式系统的基础理论与模型 本部分奠定了理解复杂系统的理论基石。我们摒弃了过时的、僵化的模型，转而关注在现实网络环境下，如何权衡一致性、可用性和分区容错性（CAP定理的现代诠释），以及在新兴的一致性模型（Consistency Models）下的系统设计。 第一章：现代并发与并行计算基础 深入探讨了多核处理器架构的演变（如NUMA、超线程技术），以及如何有效地利用它们。重点分析了现代操作系统内核在线程调度、内存管理（如虚拟内存和TLB命中率优化）方面的最新进展。讨论了锁、无锁（Lock-free）数据结构设计，以及内存屏障（Memory Barriers）在保证并发正确性中的关键作用。 第二章：分布式系统的核心范式与挑战 详细阐述了分布式系统的基本属性：延迟（Latency）、吞吐量（Throughput）和可靠性（Reliability）。我们系统性地介绍了Lamport的逻辑时钟、向量时钟在事件排序中的应用，并着重分析了网络分区、拜占庭将军问题及其在实际系统中的简化与应对策略。 第三章：一致性与共识算法的演进 本章是对共识算法的全面梳理。从经典的Paxos算法的细致剖析（强调其在工程实现中的复杂性），过渡到更易于理解和实践的Raft协议。此外，还探讨了多活（Multi-Active）数据中心场景下的跨区域共识挑战，如Multi-Paxos和Dynamo风格的最终一致性（Eventual Consistency）的权衡。 --- 第二部分：大规模存储系统的架构设计 存储是所有大型系统的基石。本部分专注于超越传统RAID和文件系统的现代分布式存储解决方案。 第四章：分布式文件系统与对象存储 分析了Google File System (GFS) 和Hadoop Distributed File System (HDFS) 的核心设计理念及其对后续系统的影响。重点探讨了对象存储（如Amazon S3的架构原理），包括元数据管理、数据分块（Chunking）和纠删码（Erasure Coding）技术，如何实现超高持久性和成本效益。 第五章：键值存储（KV Stores）与NoSQL的崛起 深入剖析了主流的分布式键值存储的内部机制，如Bigtable、Cassandra和Redis集群。本章详细对比了基于一致性哈希（Consistent Hashing）的负载均衡机制、数据复制策略（主从、多主、Quorum读写）以及不同存储模型（如列式存储、文档存储）的适用场景。 第六章：事务处理与分布式数据库 本章聚焦于如何在分布式环境下维护数据完整性。详细介绍了Google Spanner所代表的NewSQL运动，探讨了如何通过原子钟同步（如TrueTime）或乐观并发控制（Optimistic Concurrency Control, OCC）来实现跨地域的强一致性事务。分析了分布式事务的经典两阶段提交（2PC）的局限性及替代方案（如三阶段提交Saga模式）。 --- 第三部分：构建弹性与可扩展的服务 本部分转向服务层面的设计，重点讨论如何将应用构建成能够在云原生环境中快速迭代和弹性的微服务架构。 第七章：负载均衡与服务发现 超越了传统的四层负载均衡，深入研究了基于Layer 7的应用层负载均衡技术，如请求感知路由、会话保持机制。详细介绍了服务发现机制（如DNS轮询、ZooKeeper/etcd的Watcher机制），以及Sidecar模式在服务网格（Service Mesh）中的应用。 第八章：容错、隔离与弹性设计 探讨了如何应对服务间的故障传播。详细介绍了隔离技术，包括资源池化、Bulkhead（舱壁）模式、限流（Rate Limiting）和熔断器（Circuit Breaker）的设计与实现。分析了故障注入测试（Chaos Engineering）在验证系统弹性中的重要性。 第九章：消息队列与异步通信 分析了高性能消息中间件（如Kafka、Pulsar）的设计原理，重点关注其高吞吐量的日志式存储结构、分区机制和消息传递保证（At-least-once, Exactly-once）。讨论了事件驱动架构（EDA）的应用场景。 --- 第四部分：大规模集群管理与自动化 管理成千上万台机器组成的集群，需要强大的编排和调度能力。本部分聚焦于容器化和资源管理的革命。 第十章：容器化与操作系统级虚拟化 系统性地介绍Linux容器技术（Cgroups和Namespaces）如何实现轻量级隔离。探讨了Docker生态系统的核心组件及其对现代应用部署的颠覆性影响。 第十一章：集群资源调度与管理 本书将Kubernetes (K8s) 作为现代集群调度的核心范例进行深入剖析。详细解析了调度器的算法（如优先级、污点与容忍度Taints and Tolerations）、控制器模型（Controllers）以及Operator模式在有状态应用管理中的应用。 第十二章：自动化运维与基础设施即代码 (IaC) 讨论了配置管理工具（如Ansible, Puppet）和基础设施编排工具（如Terraform）的工作原理。重点分析了持续集成/持续部署（CI/CD）流水线的设计原则，以及如何通过自动化实现快速、低风险的系统变更。 --- 第五部分：性能优化与未来趋势 本部分着眼于性能调优的深度技术，并对未来系统架构的发展方向进行展望。 第十三章：高性能网络编程与加速 分析了现代数据中心网络的演进，包括RDMA (Remote Direct Memory Access) 技术如何减少CPU开销，提升跨节点通信效率。探讨了DPDK和eBPF在用户空间网络处理中的应用。 第十四章：内存、缓存与数据局部性 超越简单的LRU算法，深入探讨了多级缓存体系（L1/L2/L3、分布式缓存如Memcached/Redis）的策略。分析了缓存穿透、雪崩等问题，并介绍了新型内存技术（如PMem）对系统设计的影响。 第十五章：可观测性（Observability）与系统调试 强调在分布式系统中，日志、指标（Metrics）和分布式追踪（Tracing）是诊断问题的关键。详细介绍了OpenTelemetry等标准在统一遥测数据采集中的作用，以及如何利用这些数据进行主动的性能分析和瓶颈定位。 第十六章：系统设计的前沿方向 展望了未来计算范式，包括边缘计算（Edge Computing）对低延迟分布式系统的新要求，以及大规模异构计算（GPU/TPU集群）在AI工作负载下的系统调度挑战。讨论了去中心化架构（如区块链技术在特定场景下的应用）对传统中心化系统的潜在冲击。 --- 本书目标读者： 本书适合有一定计算机科学基础的软件工程师、系统架构师、研究生，以及任何致力于设计、构建和维护超大规模、高可靠性计算系统的技术专业人士。通过阅读本书，读者将能够掌握构建下一代大型系统的核心工程原理和实践技能。

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