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第1章 分布式系统的特征1

1.1简介1

1.2分布式系统的例子2

1.2.1 Web搜索2

1.2.2大型多人在线游戏3

1.2.3金融交易3

1.3分布式系统的趋势4

1.3.1泛在联网和现代互联网5

1.3.2移动和无处不在计算5

1.3.3分布式多媒体系统7

1.3.4把分布式计算作为一个公共设施7

1.4关注资源共享8

1.5挑战9

1.5.1异构性9

1.5.2开放性10

1.5.3安全性11

1.5.4可伸缩性11

1.5.5故障处理12

1.5.6并发性13

1.5.7透明性14

1.5.8服务质量15

1.6实例研究：万维网15

1.7小结20

练习20

第2章 系统模型22

2.1简介22

2.2物理模型23

2.3体系结构模型24

2.3.1体系结构元素24

2.3.2体系结构模式30

2.3.3相关的中间件解决方案34

2.4基础模型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小结44

练习45

第3章 网络和网际互连46

3.1简介46

3.2网络类型48

3.3网络原理50

3.3.1数据包的传输50

3.3.2数据流50

3.3.3交换模式51

3.3.4协议52

3.3.5路由55

3.3.6拥塞控制57

3.3.7网际互连58

3.4互联网协议60

3.4.1 IP寻址62

3.4.2 IP协议63

3.4.3 IP路由64

3.4.4 IPv667

3.4.5移动IP69

3.4.6 TCP和UDP70

3.4.7域名71

3.4.8防火墙72

3.5实例研究：以太网、WiFi、蓝牙74

3.5.1以太网75

3.5.2 IEEE 802.11无线LAN78

3.5.3 IEEE 802.15.1蓝牙无线PAN79

3.6小结81

练习81

第4章 进程间通信83

4.1简介83

4.2互联网协议的API84

4.2.1进程间通信的特征84

4.2.2套接字85

4.2.3 UDP数据报通信85

4.2.4 TCP流通信88

4.3外部数据表示和编码91

4.3.1 CORBA的公共数据表示92

4.3.2 Java对象序列化93

4.3.3可扩展标记语言94

4.3.4远程对象引用97

4.4组播通信98

4.4.1 IP组播——组播通信的实现98

4.4.2组播的可靠性和排序100

4.5网络虚拟化：覆盖网络101

4.5.1覆盖网络101

4.5.2 Skype：一个覆盖网络的例子102

4.6实例研究：MPI103

4.7小结104

练习105

第5章 远程调用107

5.1简介107

5.2请求—应答协议107

5.3远程过程调用112

5.3.1 RPC的设计问题113

5.3.2 RPC的实现115

5.3.3实例研究：Sun RPC116

5.4远程方法调用118

5.4.1 RMI的设计问题118

5.4.2 RMI的实现121

5.4.3分布式无用单元收集124

5.5实例研究：Java RMI125

5.5.1创建客户和服务器程序127

5.5.2 Java RMI的设计和实现130

5.6小结130

练习131

第6章 间接通信133

6.1简介133

6.2组通信134

6.2.1编程模型135

6.2.2实现问题136

6.2.3实例研究：JGroups工具箱138

6.3发布—订阅系统140

6.3.1编程模型142

6.3.2实现问题143

6.3.3发布—订阅系统的例子146

6.4消息队列146

6.4.1编程模型147

6.4.2实现问题148

6.4.3实例研究：Java消息服务149

6.5共享内存的方式152

6.5.1分布式共享内存152

6.5.2元组空间通信153

6.6小结159

练习161

第7章 操作系统支持162

7.1简介162

7.2操作系统层163

7.3保护164

7.4进程和线程165

7.4.1地址空间166

7.4.2新进程的生成167

7.4.3线程169

7.5通信和调用176

7.5.1调用性能177

7.5.2异步操作181

7.6操作系统的体系结构183

7.7操作系统层的虚拟化185

7.7.1系统虚拟化186

7.7.2实例研究：系统虚拟化的Xen方法186

7.8小结193

练习194

第8章 分布式对象和组件196

8.1简介196

8.2分布式对象197

8.3实例研究：CORBA198

8.3.1 CORBA RMI199

8.3.2 CORBA的体系结构203

8.3.3 CORBA远程对象引用205

8.3.4 CORBA服务206

8.3.5 CORBA客户和服务器实例206

8.4从对象到组件209

8.5实例研究：企业JavaBeans和Fractal212

8.5.1企业JavaBeans213

8.5.2 Fractal217

8.6小结220

练习220

第9章Web服务222

9.1简介222

9.2 Web服务223

9.2.1 SOAP225

9.2.2 Web服务与分布式对象模型的比较228

9.2.3在Java中使用SOAP229

9.2.4 Web服务和CORBA的比较232

9.3 Web服务的服务描述和接口定义语言233

9.4 Web服务使用的目录服务235

9.5 XML安全性237

9.6 Web服务的协作239

9.7 Web服务的应用241

9.7.1面向服务的体系结构241

9.7.2网格241

9.7.3云计算243

9.8小结244

练习245

第10章 对等系统247

10.1简介247

10.2 Napster及其遗留系统250

10.3对等中间件251

10.4路由覆盖252

10.5路由覆盖实例研究：Past和Tapest254

10.5.1 Pastry254

10.5.2 Tapest260

10.5.3从结构化对等方法到非结构化对等方法260

10.6应用实例研究：Squirrel、OceanStore和Ivy262

10.6.1 Squirrel Web缓存263

10.6.2 OceanStore文件存储264

10.6.3 Ivy文件系统267

10.7小结269

练习269

第11章 安全性271

11.1简介271

11.1.1威胁和攻击272

11.1.2保护电子事务274

11.1.3设计安全系统275

11.2安全技术概述276

11.2.1密码学277

11.2.2密码学的应用277

11.2.3证书279

11.2.4访问控制280

11.2.5凭证282

11.2.6防火墙283

11.3密码算法283

11.3.1密钥（对称）算法285

11.3.2公钥（不对称）算法288

11.3.3混合密码协议289

11.4数字签名289

11.4.1公钥数字签名290

11.4.2密钥数字签名——MAC291

11.4.3安全摘要函数291

11.4.4证书标准和证书权威机构292

11.5密码实用学293

11.5.1密码算法的性能293

11.5.2密码学的应用和政治障碍294

11.6实例研究：Needham-Schroeder、Kerberos、 TLS和802.11 WiFi295

11.6.1 Needham-Schroeder认证协议295

11.6.2 Kerberos296

11.6.3使用安全套接字确保电子交易安全300

11.6.4 IEEE 802.11 WiFi安全设计中最初的缺陷302

11.7小结303

练习304

第12章 分布式文件系统305

12.1简介305

12.1.1文件系统的特点307

12.1.2分布式文件系统的需求308

12.1.3实例研究309

12.2文件服务体系结构310

12.3实例研究：SUN网络文件系统313

12.4实例研究：Andrew文件系统321

12.4.1实现322

12.4.2缓存的一致性324

12.4.3其他方面326

12.5最新进展327

12.6小结330

练习331

第13章 名字服务332

13.1简介332

13.2名字服务和域名系统334

13.2.1名字空间335

13.2.2名字解析337

13.2.3域名系统339

13.3目录服务344

13.4实例研究：全局名字服务344

13.5实例研究：X…500目录服务346

13.6小结349

练习349

第14章 时间和全局状态351

14.1简介351

14.2时钟、事件和进程状态352

14.3同步物理时钟353

14.3.1同步系统中的同步354

14.3.2同步时钟的Cristian方法354

14.3.3 Berkeley算法355

14.3.4网络时间协议355

14.4逻辑时间和逻辑时钟357

14.5全局状态359

14.5.1全局状态和一致割集360

14.5.2全局状态谓词、稳定性、安全性和活性362

14.5.3 Chandy和Lamport的“快照”算法362

14.6分布式调试365

14.6.1收集状态366

14.6.2观察一致的全局状态366

14.6.3判定可能的φ367

14.6.4判定明确的φ368

14.6.5在同步系统中判定可能的φ和明确的φ369

14.7小结369

练习369

第15章 协调和协定371

15.1简介371

15.2分布式互斥373

15.3选举377

15.4组通信中的协调与协定380

15.4.1基本组播381

15.4.2可靠组播381

15.4.3有序组播383

15.5共识和相关问题388

15.5.1系统模型和问题定义389

15.5.2同步系统中的共识问题391

15.5.3同步系统中的拜占庭将军问题392

15.5.4异步系统的不可能性394

15.6小结395

练习396

第16章 事务和并发控制398

16.1简介398

16.1.1简单的同步机制（无事务）399

16.1.2事务的故障模型400

16.2事务400

16.2.1并发控制402

16.2.2事务放弃时的恢复405

16.3嵌套事务406

16.4锁408

16.4.1死锁413

16.4.2在加锁机制中增加并发度415

16.5乐观并发控制417

16.6时间戳排序419

16.7并发控制方法的比较423

16.8小结425

练习425

第17章 分布式事务429

17.1简介429

17.2平面分布式事务和嵌套分布式事务429

17.3原子提交协议431

17.3.1两阶段提交协议432

17.3.2嵌套事务的两阶段提交协议434

17.4分布式事务的并发控制437

17.4.1加锁437

17.4.2时间戳并发控制437

17.4.3乐观并发控制438

17.5分布式死锁439

17.6事务恢复444

17.6.1日志445

17.6.2影子版本446

17.6.3为何恢复文件需要事务状态和意图列表447

17.6.4两阶段提交协议的恢复448

17.7小结450

练习450

第18章 复制453

18.1简介453

18.2系统模型和组通信的作用454

18.2.1系统模型455

18.2.2组通信的作用456

18.3容错服务459

18.3.1被动（主备份）复制461

18.3.2主动复制462

18.4高可用服务的实例研究：闲聊体系结构、Bayou和Coda463

18.4.1闲聊体系结构464

18.4.2 Bayou系统和操作变换方法469

18.4.3 Coda文件系统471

18.5复制数据上的事务475

18.5.1复制事务的体系结构476

18.5.2可用拷贝复制477

18.5.3网络分区479

18.5.4带验证的可用拷贝479

18.5.5法定数共识方法480

18.5.6虚拟分区算法481

18.6小结483

练习484

第19章 移动和无处不在计算486

19.1简介486

19.2关联491

19.2.1发现服务492

19.2.2物理关联495

19.2.3小结和前景496

19.3互操作497

19.3.1易变系统的面向数据编程497

19.3.2间接关联和软状态500

19.3.3小结和前景501

19.4感知和上下文敏感501

19.4.1传感器502

19.4.2感知体系结构502

19.4.3位置感知506

19.4.4小结和前景509

19.5安全性和私密性510

19.5.1背景510

19.5.2一些解决办法511

19.5.3小结和前景515

19.6自适应515

19.6.1内容的上下文敏感自适应515

19.6.2适应变化的系统资源517

19.6.3小结和前景518

19.7实例研究：Cooltown518

19.7.1 Web存在519

19.7.2物理超链接520

19.7.3互操作和eSquirt协议521

19.7.4小结和前景522

19.8小结523

练习523

第20章 分布式多媒体系统525

20.1简介525

20.2多媒体数据的特征527

20.3服务质量管理528

20.3.1服务质量协商531

20.3.2许可控制534

20.4资源管理534

20.5流自适应535

20.5.1调整536

20.5.2过滤536

20.6实例研究：Tiger视频文件服务器、BitTorrent和端系统多播537

20.6.1 Tiger视频文件服务器537

20.6.2 BitTorrent540

20.6.3端系统多播541

20.7小结544

练习544

第21章 分布式系统设计：Google实例研究546

21.1简介546

21.2实例研究简介：Google547

21.3总体结构和设计理念550

21.3.1物理模型550

21.3.2总的系统体系结构551

21.4底层通信范型553

21.4.1远程调用554

21.4.2发布—订阅556

21.4.3通信的关键设计选择总结557

21.5数据存储和协调服务557

21.5.1 Google文件系统557

21.5.2 Chubby561

21.5.3 Bigtable565

21.5.4关键设计选择总结570

21.6分布式计算服务571

21.6.1 MapReduce571

21.6.2 Sawzall574

21.6.3关键设计选择总结575

21.7小结576

练习576

参考文献578

索引615