分布式系統(tǒng)：概念與設(shè)計（原書第5版）

Distributed Systems：Concepts and Design,Fifth Edition
出版者的話
譯者序
前言
第1章　分布式系統(tǒng)的特征1
　1.1　簡介1
　1.2　分布式系統(tǒng)的例子2
　　1.2.1　Web搜索2
　　1.2.2　大型多人在線游戲3
　　1.2.3　金融交易3
　1.3　分布式系統(tǒng)的趨勢4
　　1.3.1　泛在聯(lián)網(wǎng)和現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)5
　　1.3.2　移動和無處不在計算5
　　1.3.3　分布式多媒體系統(tǒng)7
　　1.3.4　把分布式計算作為一個公共設(shè)施7
　1.4　關(guān)注資源共享8
　1.5　挑戰(zhàn)9
　　1.5.1　異構(gòu)性9
　　1.5.2　開放性10
　　1.5.3　安全性11
　　1.5.4　可伸縮性11
　　1.5.5　故障處理12
　　1.5.6　并發(fā)性13
　　1.5.7　透明性14
　　1.5.8　服務(wù)質(zhì)量15
　1.6　實例研究：萬維網(wǎng)15
　1.7　小結(jié)20
　練習(xí)20
第2章　系統(tǒng)模型22
　2.1　簡介22
　2.2　物理模型23
　2.3　體系結(jié)構(gòu)模型24
　　2.3.1　體系結(jié)構(gòu)元素24
　　2.3.2　體系結(jié)構(gòu)模式30
　　2.3.3　相關(guān)的中間件解決方案34
　2.4　基礎(chǔ)模型36
　　2.4.1　交互模型36
　　2.4.2　故障模型39
　　2.4.3　安全模型41
　2.5　小結(jié)44
　練習(xí)45
第3章　網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)際互連46
　3.1　簡介46
　3.2　網(wǎng)絡(luò)類型48
　3.3　網(wǎng)絡(luò)原理50
　　3.3.1　數(shù)據(jù)包的傳輸50
　　3.3.2　數(shù)據(jù)流50
　　3.3.3　交換模式51
　　3.3.4　協(xié)議52
　　3.3.5　路由55
　　3.3.6　擁塞控制57
　　3.3.7　網(wǎng)際互連58
　3.4　互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議60
　　3.4.1　IP尋址62
　　3.4.2　IP協(xié)議63
　　3.4.3　IP路由64
　　3.4.4　IPv667
　　3.4.5　移動IP69
　　3.4.6　TCP和UDP70
　　3.4.7　域名71
　　3.4.8　防火墻72
　3.5　實例研究：以太網(wǎng)、WiFi、藍牙74
　　3.5.1　以太網(wǎng)75
　　3.5.2　IEEE 802.11無線LAN78
　　3.5.3　IEEE 802.15.1藍牙無線PAN79
　3.6　小結(jié)81
　練習(xí)81
第4章　進程間通信83
　4.1　簡介83
　4.2　互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的API84
　　4.2.1　進程間通信的特征84
　　4.2.2　套接字85
　　4.2.3　UDP數(shù)據(jù)報通信85
　　4.2.4　TCP流通信88
　4.3　外部數(shù)據(jù)表示和編碼91
　　4.3.1　CORBA的公共數(shù)據(jù)表示92
　　4.3.2　Java對象序列化93
　　4.3.3　可擴展標(biāo)記語言94
　　4.3.4　遠(yuǎn)程對象引用97
　4.4　組播通信98
　　4.4.1　IP組播——組播通信的實現(xiàn)98
　　4.4.2　組播的可靠性和排序100
　4.5　網(wǎng)絡(luò)虛擬化：覆蓋網(wǎng)絡(luò)101
　　4.5.1　覆蓋網(wǎng)絡(luò)101
　　4.5.2　Skype：一個覆蓋網(wǎng)絡(luò)的例子102
　4.6　實例研究：MPI103
　4.7　小結(jié)104
　練習(xí)105
第5章　遠(yuǎn)程調(diào)用107
　5.1　簡介107
　5.2　請求-應(yīng)答協(xié)議107
　5.3　遠(yuǎn)程過程調(diào)用112
　　5.3.1　RPC的設(shè)計問題113
　　5.3.2　RPC的實現(xiàn)115
　　5.3.3　實例研究：Sun RPC116
　5.4　遠(yuǎn)程方法調(diào)用118
　　5.4.1　RMI的設(shè)計問題118
　　5.4.2　RMI的實現(xiàn)121
　　5.4.3　分布式無用單元收集124
　5.5　實例研究：Java RMI125
　　5.5.1　創(chuàng)建客戶和服務(wù)器程序127
　　5.5.2　Java RMI的設(shè)計和實現(xiàn)130
　5.6　小結(jié)130
　練習(xí)131
第6章　間接通信133
　6.1　簡介133
　6.2　組通信134
　　6.2.1　編程模型135
　　6.2.2　實現(xiàn)問題136
　　6.2.3　實例研究：JGroups工具箱138
　6.3　發(fā)布-訂閱系統(tǒng)140
　　6.3.1　編程模型142
　　6.3.2　實現(xiàn)問題143
　　6.3.3　發(fā)布-訂閱系統(tǒng)的例子146
　6.4　消息隊列146
　　6.4.1　編程模型147
　　6.4.2　實現(xiàn)問題148
　　6.4.3　實例研究：Java消息服務(wù)149
　6.5　共享內(nèi)存的方式152
　　6.5.1　分布式共享內(nèi)存152
　　6.5.2　元組空間通信153
　6.6　小結(jié)159
　練習(xí)161
第7章　操作系統(tǒng)支持162
　7.1　簡介162
　7.2　操作系統(tǒng)層163
　7.3　保護164
　7.4　進程和線程165
　　7.4.1　地址空間166
　　7.4.2　新進程的生成167
　　7.4.3　線程169
　7.5　通信和調(diào)用176
　　7.5.1　調(diào)用性能177
　　7.5.2　異步操作181
　7.6　操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)183
　7.7　操作系統(tǒng)層的虛擬化185
　　7.7.1　系統(tǒng)虛擬化186
　　7.7.2　實例研究：系統(tǒng)虛擬化的Xen方法186
　7.8　小結(jié)193
　練習(xí)194
第8章　分布式對象和組件196
　8.1　簡介196
　8.2　分布式對象197
　8.3　實例研究：CORBA198
　　8.3.1　CORBA RMI199
　　8.3.2　CORBA的體系結(jié)構(gòu)203
　　8.3.3　CORBA遠(yuǎn)程對象引用205
　　8.3.4　CORBA服務(wù)206
　　8.3.5　CORBA客戶和服務(wù)器實例206
　8.4　從對象到組件209
　8.5　實例研究：企業(yè)JavaBeans和Fractal212
　　8.5.1　企業(yè)JavaBeans213
　　8.5.2　Fractal217
　8.6　小結(jié)220
　練習(xí)220
第9章　Web服務(wù)222
　9.1　簡介222
　9.2　Web服務(wù)223
　　9.2.1　SOAP225
　　9.2.2　Web服務(wù)與分布式對象模型的比較228
　　9.2.3　在Java中使用SOAP229
　　9.2.4　Web服務(wù)和CORBA的比較232
　9.3　Web服務(wù)的服務(wù)描述和接口定義語言233
　9.4　Web服務(wù)使用的目錄服務(wù)235
　9.5　XML安全性237
　9.6　Web服務(wù)的協(xié)作239
　9.7　Web服務(wù)的應(yīng)用241
　　9.7.1　面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)241
　　9.7.2　網(wǎng)格241
　　9.7.3　云計算243
　9.8　小結(jié)244
　練習(xí)245
第10章　對等系統(tǒng)247
　10.1　簡介247
　10.2　Napster及其遺留系統(tǒng)250
　10.3　對等中間件251
　10.4　路由覆蓋252
　10.5　路由覆蓋實例研究：Pastry和Tapestry254
　　10.5.1　Pastry254
　　10.5.2　Tapestry260
　　10.5.3　從結(jié)構(gòu)化對等方法到非結(jié)構(gòu)化對等方法260
　10.6　應(yīng)用實例研究：Squirrel、OceanStore和Ivy262
　　10.6.1　Squirrel Web緩存263
　　10.6.2　OceanStore文件存儲264
　　10.6.3　Ivy文件系統(tǒng)267
　10.7　小結(jié)269
　練習(xí)269
第11章　安全性271
　11.1　簡介271
　　11.1.1　威脅和攻擊272
　　11.1.2　保護電子事務(wù)274
　　11.1.3　設(shè)計安全系統(tǒng)275
　11.2　安全技術(shù)概述276
　　11.2.1　密碼學(xué)277
　　11.2.2　密碼學(xué)的應(yīng)用277
　　11.2.3　證書279
　　11.2.4　訪問控制280
　　11.2.5　憑證282
　　11.2.6　防火墻283
　11.3　密碼算法283
　　11.3.1　密鑰（對稱）算法285
　　11.3.2　公鑰（不對稱）算法288
　　11.3.3　混合密碼協(xié)議289
　11.4　數(shù)字簽名289
　　11.4.1　公鑰數(shù)字簽名290
　　11.4.2　密鑰數(shù)字簽名——MAC291
　　11.4.3　安全摘要函數(shù)291
　　11.4.4　證書標(biāo)準(zhǔn)和證書權(quán)威機構(gòu)292
　11.5　密碼實用學(xué)293
　　11.5.1　密碼算法的性能293
　　11.5.2　密碼學(xué)的應(yīng)用和政治障礙294
　11.6　實例研究：Needham-Schroeder、Kerberos、TLS和802.11 WiFi295
　　11.6.1　Needham-Schroeder認(rèn)證協(xié)議295
　　11.6.2　Kerberos296
　　11.6.3　使用安全套接字確保電子交易安全300
　　11.6.4　IEEE 802.11 WiFi安全設(shè)計中最初的缺陷302
　11.7　小結(jié)303
　練習(xí)304
第12章　分布式文件系統(tǒng)305
　12.1　簡介305
　　12.1.1　文件系統(tǒng)的特點307
　　12.1.2　分布式文件系統(tǒng)的需求308
　　12.1.3　實例研究309
　12.2　文件服務(wù)體系結(jié)構(gòu)310
　12.3　實例研究：SUN網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)313
　12.4　實例研究：Andrew文件系統(tǒng)321
　　12.4.1　實現(xiàn)322
　　12.4.2　緩存的一致性324
　　12.4.3　其他方面326
　12.5　最新進展327
　12.6　小結(jié)330
　練習(xí)331
第13章　名字服務(wù)332
　13.1　簡介332
　13.2　名字服務(wù)和域名系統(tǒng)334
　　13.2.1　名字空間335
　　13.2.2　名字解析337
　　13.2.3　域名系統(tǒng)339
　13.3　目錄服務(wù)344
　13.4　實例研究：全局名字服務(wù)344
　13.5　實例研究：X.500目錄服務(wù)346
　13.6　小結(jié)349
　練習(xí)349
第14章　時間和全局狀態(tài)351
　14.1　簡介351
　14.2　時鐘、事件和進程狀態(tài)352
　14.3　同步物理時鐘353
　　14.3.1　同步系統(tǒng)中的同步354
　　14.3.2　同步時鐘的Cristian方法354
　　14.3.3　Berkeley算法355
　　14.3.4　網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議355
　14.4　邏輯時間和邏輯時鐘357
　14.5　全局狀態(tài)359
　　14.5.1　全局狀態(tài)和一致割集360
　　14.5.2　全局狀態(tài)謂詞、穩(wěn)定性、安全性和活性362
　　14.5.3　Chandy和Lamport的“快照”算法362
　14.6　分布式調(diào)試365
　　14.6.1　收集狀態(tài)366
　　14.6.2　觀察一致的全局狀態(tài)366
　　14.6.3　判定可能的?367
　　14.6.4　判定明確的?368
　　14.6.5　在同步系統(tǒng)中判定可能的?和明確的?369
　14.7　小結(jié)369
　練習(xí)369
第15章　協(xié)調(diào)和協(xié)定371
　15.1　簡介371
　15.2　分布式互斥373
　15.3　選舉377
　15.4　組通信中的協(xié)調(diào)與協(xié)定380
　　15.4.1　基本組播381
　　15.4.2　可靠組播381
　　15.4.3　有序組播383
　15.5　共識和相關(guān)問題388
　　15.5.1　系統(tǒng)模型和問題定義389
　　15.5.2　同步系統(tǒng)中的共識問題391
　　15.5.3　同步系統(tǒng)中的拜占庭將軍問題392
　　15.5.4　異步系統(tǒng)的不可能性394
　15.6　小結(jié)395
　練習(xí)396
第16章　事務(wù)和并發(fā)控制398
　16.1　簡介398
　　16.1.1　簡單的同步機制（無事務(wù)）399
　　16.1.2　事務(wù)的故障模型400
　16.2　事務(wù)400
　　16.2.1　并發(fā)控制402
　　16.2.2　事務(wù)放棄時的恢復(fù)405
　16.3　嵌套事務(wù)406
　16.4　鎖408
　　16.4.1　死鎖413
　　16.4.2　在加鎖機制中增加并發(fā)度415
　16.5　樂觀并發(fā)控制417
　16.6　時間戳排序419
　16.7　并發(fā)控制方法的比較423
　16.8　小結(jié)425
　練習(xí)425
第17章　分布式事務(wù)429
　17.1　簡介429
　17.2　平面分布式事務(wù)和嵌套分布式事務(wù)429
　17.3　原子提交協(xié)議431
　　17.3.1　兩階段提交協(xié)議432
　　17.3.2　嵌套事務(wù)的兩階段提交協(xié)議434
　17.4　分布式事務(wù)的并發(fā)控制437
　　17.4.1　加鎖437
　　17.4.2　時間戳并發(fā)控制437
　　17.4.3　樂觀并發(fā)控制438
　17.5　分布式死鎖439
　17.6　事務(wù)恢復(fù)444
　　17.6.1　日志445
　　17.6.2　影子版本446
　　17.6.3　為何恢復(fù)文件需要事務(wù)狀態(tài)和意圖列表447
　　17.6.4　兩階段提交協(xié)議的恢復(fù)448
　17.7　小結(jié)450
　練習(xí)450
第18章　復(fù)制453
　18.1　簡介453
　18.2　系統(tǒng)模型和組通信的作用454
　　18.2.1　系統(tǒng)模型455
　　18.2.2　組通信的作用456
　18.3　容錯服務(wù)459
　　18.3.1　被動（主備份）復(fù)制461
　　18.3.2　主動復(fù)制462
　18.4　高可用服務(wù)的實例研究：閑聊體系結(jié)構(gòu)、Bayou和Coda463
　　18.4.1　閑聊體系結(jié)構(gòu)464
　　18.4.2　Bayou系統(tǒng)和操作變換方法469
　　18.4.3　Coda文件系統(tǒng)471
　18.5　復(fù)制數(shù)據(jù)上的事務(wù)475
　　18.5.1　復(fù)制事務(wù)的體系結(jié)構(gòu)476
　　18.5.2　可用拷貝復(fù)制477
　　18.5.3　網(wǎng)絡(luò)分區(qū)479
　　18.5.4　帶驗證的可用拷貝479
　　18.5.5　法定數(shù)共識方法480
　　18.5.6　虛擬分區(qū)算法481
　18.6　小結(jié)483
　練習(xí)484
第19章　移動和無處不在計算486
　19.1　簡介486
　19.2　關(guān)聯(lián)491
　　19.2.1　發(fā)現(xiàn)服務(wù)492
　　19.2.2　物理關(guān)聯(lián)495
　　19.2.3　小結(jié)和前景496
　19.3　互操作497
　　19.3.1　易變系統(tǒng)的面向數(shù)據(jù)編程497
　　19.3.2　間接關(guān)聯(lián)和軟狀態(tài)500
　　19.3.3　小結(jié)和前景501
　19.4　感知和上下文敏感501
　　19.4.1　傳感器502
　　19.4.2　感知體系結(jié)構(gòu)502
　　19.4.3　位置感知506
　　19.4.4　小結(jié)和前景509
　19.5　安全性和私密性510
　　19.5.1　背景510
　　19.5.2　一些解決辦法511
　　19.5.3　小結(jié)和前景515
　19.6　自適應(yīng)515
　　19.6.1　內(nèi)容的上下文敏感自適應(yīng)515
　　19.6.2　適應(yīng)變化的系統(tǒng)資源517
　　19.6.3　小結(jié)和前景518
　19.7　實例研究：Cooltown518
　　19.7.1　Web存在519
　　19.7.2　物理超鏈接520
　　19.7.3　互操作和eSquirt協(xié)議521
　　19.7.4　小結(jié)和前景522
　19.8　小結(jié)523
　練習(xí)523
第20章　分布式多媒體系統(tǒng)525
　20.1　簡介525
　20.2　多媒體數(shù)據(jù)的特征527
　20.3　服務(wù)質(zhì)量管理528
　　20.3.1　服務(wù)質(zhì)量協(xié)商531
　　20.3.2　許可控制534
　20.4　資源管理534
　20.5　流自適應(yīng)535
　　20.5.1　調(diào)整536
　　20.5.2　過濾536
　20.6　實例研究：Tiger視頻文件服務(wù)器、BitTorrent和端系統(tǒng)多播537
　　20.6.1　Tiger視頻文件服務(wù)器537
　　20.6.2　BitTorrent540
　　20.6.3　端系統(tǒng)多播541
　20.7　小結(jié)544
　練習(xí)544
第21章　分布式系統(tǒng)設(shè)計：Google實例研究546
　21.1　簡介546
　21.2　實例研究簡介：Google547
　21.3　總體結(jié)構(gòu)和設(shè)計理念550
　　21.3.1　物理模型550
　　21.3.2　總的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)551
　21.4　底層通信范型553
　　21.4.1　遠(yuǎn)程調(diào)用554
　　21.4.2　發(fā)布-訂閱556
　　21.4.3　通信的關(guān)鍵設(shè)計選擇總結(jié)557
　21.5　數(shù)據(jù)存儲和協(xié)調(diào)服務(wù)557
　　21.5.1　Google文件系統(tǒng)557
　　21.5.2　Chubby561
　　21.5.3　Bigtable565
　　21.5.4　關(guān)鍵設(shè)計選擇總結(jié)570
　21.6　分布式計算服務(wù)571
　　21.6.1　MapReduce571
　　21.6.2　Sawzall574
　　21.6.3　關(guān)鍵設(shè)計選擇總結(jié)575
　21.7　小結(jié)576
　練習(xí)576
參考文獻578
索引615