計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

內(nèi)容概要

　　據(jù)我們所知，《世界著名計(jì)算機(jī)教材精選：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理》在內(nèi)容和方法上是非常獨(dú)特的?！妒澜缰?jì)算機(jī)教材精選：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理》深入而且廣泛地介紹了構(gòu)造計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要原理和概念，這里我們所講的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是指廣義的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括操作系統(tǒng)、客戶端.服務(wù)器應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、安全的Web網(wǎng)站以及容錯(cuò)的磁盤集群等。這些原則和抽象是不受時(shí)間影響的，不管讀者是否是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)專業(yè)的學(xué)生或?qū)I(yè)人士，這些原則都具有重要價(jià)值。這些原則和抽象經(jīng)過(guò)了多代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的證明，《世界著名計(jì)算機(jī)教材精選：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理》作者具有構(gòu)建計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，并講授了該課程數(shù)十年?！　”緯榻B了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中相當(dāng)廣泛的原理和抽象，并深入介紹了它們。本書使用偽代碼介紹核心概念，使得讀者可以測(cè)試他們對(duì)于該概念的具體實(shí)例的理解。通過(guò)使用偽代碼，本書將客戶端.服務(wù)器計(jì)算、遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用、文件、線程、地址空間、盡量送達(dá)網(wǎng)絡(luò)、原子性、驗(yàn)證的消息等概念的精華展現(xiàn)給讀者。在本書的習(xí)題中，我們延續(xù)了這一方法，使得讀者可以通過(guò)研究偽代碼來(lái)探討?！　”緯殖蓛刹糠郑谝徊糠质亲x者拿到的書籍，僅包括前6章，第二部分包括第7～11章和一些輔助材料，已發(fā)布在網(wǎng)絡(luò)上作為開放的教育資源。請(qǐng)參見后面的“到哪里找到第二部分和其他在線材料”。

作者簡(jiǎn)介

作者：（美國(guó)）索爾特（Jerome H. Saltzer） （美國(guó)）卡休克（M. Frans Kaashoek） 譯者：陳文光 張廣艷 陳康 薛瑞尼

書籍目錄

第1章  系統(tǒng)
  1.0  概述
  1.1  系統(tǒng)和復(fù)雜性
    1.1.1  不同領(lǐng)域中系統(tǒng)的共同問(wèn)題
    1.1.2  系統(tǒng)、組件、接口和環(huán)境
    1.1.3  復(fù)雜性
  1.2  復(fù)雜性的來(lái)源
    1.2.1  相互影響的需求
    1.2.2  保證高利用率
  1.3  處理復(fù)雜性I
    1.3.1  模塊化
    1.3.2  抽象化
    1.3.3  層次化
    1.3.4  分級(jí)化
    1.3.5  組合起來(lái)：用名字關(guān)聯(lián)
  1.4  求同存異：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的比較
    1.4.1  計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組合沒有限制
    1.4.2  d（技術(shù)）/dt是前所未有的
  1.5  處理復(fù)雜性Ⅱ
    1.5.1  為什么模塊化、抽象化、層次化和分級(jí)化還不夠
    1.5.2  迭代法
    1.5.3  保持簡(jiǎn)單
  1.6  本書其他內(nèi)容
    習(xí)題
第2章  計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成部分
  2.0  概述
  2.1  3種基本抽象
    2.1.1  存儲(chǔ)器
    2.1.2  解釋器
    2.1.3  通信鏈路
  2.2  計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的命名
    2.2.1  命名模型
    2.2.2  默認(rèn)上下文引用和顯式上下文引用
    2.2.3  路徑名、命名網(wǎng)絡(luò)和遞歸名字解析
    2.2.4  多重查找：在分層的上下文中搜索
    2.2.5  名字比較
    2.2.6  名字發(fā)現(xiàn)
  2.3  用名字和層次結(jié)構(gòu)組織計(jì)算機(jī)系統(tǒng)
    2.3.1  硬件層：總線
    2.3.2  軟件層：文件抽象
  2.4  總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，面向未來(lái)
  2.5  案例分析：UNIX文件系統(tǒng)中的層次和命名
    2.5.1  UNIX文件系統(tǒng)應(yīng)用程序編程接口
    2.5.2  塊層
    2.5.3  文件層
    2.5.4  inode編號(hào)層
    2.5.5  文件名層
    2.5.6  路徑名層
    2.5.7  連接
    2.5.8  重命名
    2.5.9  絕對(duì)路徑層
    2.5.10  符號(hào)連接層
    2.5.11  實(shí)現(xiàn)文件系統(tǒng)API
    2.5.12  Shell，隱式上下文，搜索路徑，名字發(fā)現(xiàn)
    2.5.13  進(jìn)一步閱讀推薦
    習(xí)題
第3章  命名方案的設(shè)計(jì)
  3.0  概述
  3.1  命名方案設(shè)計(jì)中的考慮因素
    3.1.1  模塊化共享
    3.1.2  元數(shù)據(jù)與名字重載
    3.1.3  地址：定位對(duì)象的名字
    3.1.4  生成唯一的名字
    3.1.5  預(yù)期用戶與用戶友好的名字
    3.1.6  名字、值和綁定的相對(duì)壽命
    3.1.7  回顧和展望：名字是基本的系統(tǒng)組件
  3.2  案例研究：統(tǒng)一資源定位器（URL）
    3.2.1  網(wǎng)頁(yè)瀏覽作為參考經(jīng)歷；名字發(fā)現(xiàn)
    3.2.2  URL的解釋
    3.2.3  URL大小寫敏感性
    3.2.4  部分URL的錯(cuò)誤上下文引用
    3.2.5  URL中的名字重載
  3.3  戰(zhàn)爭(zhēng)故事：名字使用中的病癥
    3.3.1  名字沖突趕走了笑容
    3.3.2  來(lái)自重載的脆弱名字，以及市場(chǎng)對(duì)策
    3.3.3  來(lái)自重載的更加脆弱的名字，伴隨市場(chǎng)崩潰
    3.3.4  用戶友好的名字中的大小寫敏感性
    3.3.5  電話號(hào)碼的用盡
    習(xí)題
第4章  使用客戶及服務(wù)增強(qiáng)模塊化
  4.0  概述
  4.1  客戶/服務(wù)組織方式
    4.1.1  從軟模塊化到強(qiáng)制模塊化
    4.1.2  客戶/服務(wù)的組織方式
    4.1.3  多客戶端和多服務(wù)器
    4.1.4  可信中間方
    4.1.5  一個(gè)簡(jiǎn)單的例子服務(wù)
  4.2  客戶端和服務(wù)端之間的通信
    4.2.1  遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用（RPC）
    4.2.2  RPC不等于過(guò)程調(diào)用
    4.2.3  通過(guò)中間方的通信
  4.3  總結(jié)及前景
  4.4  案例研究：因特網(wǎng)域名系統(tǒng)（DNS）
    4.4.1  DNS中的名字解析
    4.4.2  層次化的名字管理
    4.4.3  DNS的其他特點(diǎn)
    4.4.4  DNS中的名字發(fā)現(xiàn)
    4.4.5  DNS響應(yīng)的可信性
  4.5  案例研究：網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)（NFS）
    4.5.1  命名遠(yuǎn)程的文件和目錄
    4.5.2  NFS的遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用
    4.5.3  擴(kuò)展UNIX文件系統(tǒng)來(lái)支持NFS
    4.5.4  一致性
    4.5.5  NFS版本3及后續(xù)版本
    習(xí)題
第5章  使用虛擬化技術(shù)強(qiáng)制模塊化
  5.0  概述
  5.1  在一個(gè)計(jì)算機(jī)內(nèi)部使用虛擬化技術(shù)進(jìn)行客戶端服務(wù)器組織
    5.1.1  虛擬化計(jì)算機(jī)的抽象概念
    5.1.2  仿真與虛擬機(jī)
    5.1.3  路線圖：逐步虛擬化
  5.2  使用SEND、RECEIVE以及有界緩存區(qū)的虛擬連接
    5.2.1  有界限緩存區(qū)的SEND與RECEIVE的接口
    5.2.2  使用有界緩存區(qū)進(jìn)行順序合作
    5.2.3  競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)
    5.2.4  鎖與前后原子性
    5.2.5  死鎖
    5.2.6  實(shí)現(xiàn)ACQUIRE以及RELEASE
    5.2.7  使用單一寫原理實(shí)現(xiàn)前后原子性動(dòng)作
    5.2.8  使用異步連接在同步島之間進(jìn)行合作
  5.3  在內(nèi)存上強(qiáng)制模塊化
    5.3.1  使用域強(qiáng)制模塊化
    5.3.2  使用多個(gè)域控制共享
    5.3.3  使用內(nèi)核態(tài)與用戶態(tài)更多強(qiáng)制模塊化
    5.3.4  門與模式轉(zhuǎn)換
    5.3.5  為有界緩存區(qū)強(qiáng)制模塊化
    5.3.6  內(nèi)核
  5.4  虛擬化內(nèi)存
    5.4.1  虛擬化地址
    5.4.2  使用頁(yè)映射翻譯地址
    5.4.3  虛擬地址空間
    5.4.4  硬件與軟件對(duì)比以及旁路轉(zhuǎn)換緩存
    5.4.5  段（高級(jí)主題）
  5.5  使用線程虛擬化處理器
    5.5.1  多個(gè)線程之間共享一個(gè)處理器
    5.5.2  實(shí)現(xiàn)YIELD
    5.5.3  建立和終結(jié)線程
    5.5.4  使用線程強(qiáng)制模塊化：搶先式調(diào)度
    5.5.5  使用線程和地址空間強(qiáng)制模塊化
    5.5.6  線程分層
  5.6  順序合作的線程原語(yǔ)
    5.6.1  通知丟失問(wèn)題
    5.6.2  使用事件計(jì)數(shù)器以及順序器避免通知丟失問(wèn)題
    5.6.3  實(shí)現(xiàn)AWAIT、ADVANCE、TICKET、READ（高級(jí)主題）
    5.6.4  輪詢、中斷與順序合作
  5.7  案例分析：在Intel x86上強(qiáng)制模塊化的演進(jìn)
    5.7.1  早期設(shè)計(jì)：沒有對(duì)強(qiáng)制模塊化的支持
    5.7.2  使用段強(qiáng)制模塊化
    5.7.3  基于頁(yè)的虛擬地址空間
    5.7.4  概述：進(jìn)一步的演進(jìn)
  5.8  應(yīng)用：使用虛擬機(jī)強(qiáng)制模塊化
    5.8.1  虛擬機(jī)的使用
    5.8.2  實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)
    5.8.3  虛擬化的例子
    習(xí)題
第6章  性能
  6.0  概述
  6.1  面向性能的設(shè)計(jì)
    6.1.1  性能量度
    6.1.2  一種系統(tǒng)化的面向性能的設(shè)計(jì)方法
    6.1.3  利用工作負(fù)載的特性減少延遲
    6.1.4  利用并發(fā)性減少延遲
    6.1.5  提高吞吐率：并發(fā)性
    6.1.6  排隊(duì)與過(guò)載
    6.1.7  消除瓶頸
    6.1.8  示例：I/O瓶頸
  6.2  多層存儲(chǔ)
    6.2.1  內(nèi)存特征
    6.2.2  利用虛存管理多層存儲(chǔ)
    6.2.3  給虛存系統(tǒng)增加多層存儲(chǔ)管理的功能
    6.2.4  分析多層存儲(chǔ)系統(tǒng)
    6.2.5  存儲(chǔ)訪問(wèn)的局部性與工作集
    6.2.6  多層存儲(chǔ)管理策略
    6.2.7  不同策略的比較分析
    6.2.8  其他頁(yè)替換算法
    6.2.9  多層存儲(chǔ)管理的其他方面
  6.3  調(diào)度
    6.3.1  資源調(diào)度
    6.3.2  調(diào)度的量度
    6.3.3  調(diào)度策略
    6.3.4  實(shí)例研究：調(diào)度磁盤搖臂
    習(xí)題
關(guān)于第二部分
附錄A：二元分類的權(quán)衡
進(jìn)一步閱讀推薦
問(wèn)題集
術(shù)語(yǔ)表

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   隨著互聯(lián)網(wǎng)的增長(zhǎng)，一些ISP興旺發(fā)達(dá)而另一些卻沒有，因此已經(jīng)有一些許多合并和收購(gòu)的事情。由此導(dǎo)致的電子郵件服務(wù)提供商名字的脆弱性，已經(jīng)創(chuàng)造了一個(gè)間接域名的市場(chǎng)。這一市場(chǎng)的客戶是需要穩(wěn)定的電子郵箱地址的用戶，例如經(jīng)營(yíng)私人企業(yè)或者擁有大量聯(lián)系人的人們。對(duì)于一年的費(fèi)用，間接名字提供商將會(huì)注冊(cè)一個(gè)新的域名，如Alice.com，并配置DNS名字服務(wù)器，以便郵箱名字Alice@Alice.com能夠成為Alice@Awesome.Net的一個(gè)同義詞。那么，一旦接到ISP合并者的通知，Alice簡(jiǎn)單地要求間接名字提供商重新綁定郵箱名字Alice@Alice.com到Alice24@Awful.net，而她的聯(lián)系人并不需要知道發(fā)生了什么事情。 3.3.3來(lái)自重載的更加脆弱的名字，伴隨市場(chǎng)崩潰 美國(guó)郵政總局以層次結(jié)構(gòu)分配郵遞編碼，稱為郵政編碼(zip code)，以便分發(fā)郵件時(shí)它能利用層次結(jié)構(gòu)。郵政編碼有5位數(shù)字。第一位表示10個(gè)國(guó)內(nèi)地區(qū)。新英格蘭是地區(qū)0，加利福尼亞、華盛頓和俄勒岡組成了地區(qū)9。接下來(lái)的兩個(gè)數(shù)字標(biāo)識(shí)地區(qū)分部。位于馬薩諸塞州波士頓的南站郵政站，是地區(qū)分部021的總部。所有以這三位數(shù)字開頭的郵政編碼，使得它們的郵件在該地區(qū)分部中心進(jìn)行分類。以024開頭的郵政編碼標(biāo)識(shí)馬薩諸塞州的沃爾瑟姆地區(qū)分部。郵政編碼的最后兩位數(shù)字標(biāo)識(shí)特定的郵局（稱為郵寄站），例如馬薩諸塞州的Waban，02468。郵政編碼也有四位附加數(shù)字（稱為Zip+4），用于為每位郵差依據(jù)投遞順序進(jìn)行郵件分類。盡管它們是數(shù)字的，但相鄰的郵政編碼并不一定會(huì)分配給相鄰的站點(diǎn)或地區(qū)分部，所以它們真的是名字，而不是物理地址。盡管不能作為物理地址來(lái)解釋，但這些名字被重載以帶有路由信息。 盡管路由是分層的，顯然10個(gè)地區(qū)沒有路由重要性；每件事都是分部分進(jìn)行的。據(jù)說(shuō)當(dāng)你走進(jìn)波士頓的南站郵政站時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)正在發(fā)送的郵件正在被分類成999箱，全國(guó)每個(gè)分部中心一箱。另外，帶有以021開頭的郵政編碼（包含南站區(qū)域）的郵件有99箱，在該區(qū)域分部?jī)?nèi)的每個(gè)郵政站一箱。在發(fā)出的箱子中的郵件被裝到袋子中，每個(gè)袋子包含發(fā)往一個(gè)地區(qū)分部的郵件。例如，所有發(fā)往南加州地區(qū)的郵包都被裝進(jìn)同一輛卡車運(yùn)往飛機(jī)場(chǎng)，在那里裝入去往洛杉磯的一架飛機(jī)。當(dāng)它們到達(dá)洛杉磯從飛機(jī)中卸下時(shí)，它們又被裝進(jìn)不同的卡車中，開往南加州各個(gè)地區(qū)。對(duì)于021地區(qū)的99箱郵件，也都裝入袋子，每個(gè)袋子運(yùn)往021地區(qū)內(nèi)的一個(gè)不同郵局。 來(lái)自一個(gè)郵局并發(fā)往同一郵局的郵件仍然到地區(qū)中心進(jìn)行分類，因?yàn)閱蝹€(gè)郵局沒有能把郵件分成投遞順序的自動(dòng)分揀機(jī)。所有郵件都發(fā)到一個(gè)地區(qū)中心，對(duì)這一規(guī)則以前有許多例外，但現(xiàn)在例外的數(shù)量已經(jīng)逐年減少。

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