本书旨在全面介绍互联网及其他常用分布式系统的原理、体系结构、算法和设计,内容涵盖分布式系统的相关概念、**、数据复制、组通信、分布式文件系统、分布式事务、分布式系统设计等,以及相关的前沿主题,包括Web服务、网格、移动系统和无处不在系统等。

【前言】
Distributed Systems:Concepts and Design,Fifth Edition
在互联网和Web持续发展并且对我们社会的每个方面都产生影响的时候,这本教材的第5版问世了。本书的介绍性章节提到互联网和Web对诸多(如金融、商业、艺术、娱乐等)应用领域的影响以及对信息社会的普遍影响。它还强调了诸如Web搜索和多人在线游戏等应用领域中的需求。从分布式系统的角度出发,这些开发在应用的范围、多个现代系统所支持的工作负载和系统大小等方面正在对底层系统架构提出实质性的新需求。重要的趋势包括网络技术上不断增加的多样性和普遍性(包括不断增加的无线网络的重要性)、移动和无处不在计算元素及分布式系统架构的集成(这导致了相当不同的物理体系结构),还包括支持多媒体服务的需求和云计算模式���出现,这些都对分布式系统服务的观点提出了挑战。
本书旨在提供对互联网和其他分布式系统原理的理解,提供这些系统的体系结构、算法和设计,展示它们如何满足当代分布式应用的需求。本书的前7章覆盖分布式系统研究的基础部分。前两章提供对主题的概念性概述,介绍了分布式系统的特征和在系统设计中所必须解决的挑战:*重要的可伸缩性、异构性、**性和故障处理。这两章还开发了用于理解交互过程、故障和**性的抽象模型。随后是其他基础性章节,这些章节介绍了网络研究、进程间通信、远程调用、间接通信和操作系统支持。
后续的章节涉及中间件这个重要的主题,考察了支持分布式应用的不同的方法,包括分布式对象和组件、Web服务和对等解决方案。接下来的章节涉及**、分布式文件系统和分布式命名系统这些已被完善的主题,然后介绍了与数据相关的重要方面(包括分布式事务和数据复制)。与这些主题相关的算法也在它们出现时被论及,或者在专门论述定时、协调和协定等单独的章节中介绍。
本书接着论述移动和无处不在计算以及分布式多媒体系统这些新出现的领域,然后给出了一个内容充实的实例研究,从搜索功能和由Google提供的不断扩展的附加服务(例如,Gmail和Google Earth)两个角度,关注支持Google的分布式系统基础设施的设计和实现。*后一章综述了本书所介绍的所有这些体系结构概念、算法和技术,诠释了如何在一个给定应用领域的整体设计中将这些内容组织在一起。
第5版新增部分
新的章节
间接通信(第6章),包括组通信、发布-订阅,对JavaSpaces、JMS、WebSphere和Message Queues的实例研究。
分布式对象和组件(第8章),包括基于组件的中间件和对企业版JavaBeans、Fractal和CORBA的实例研究。
分布式系统设计:Google实例研究(第21章),专门针对Google基础设施的新的大的实例研究。
新增到其他章节中的主题 云计算、网络虚拟化、操作系统虚拟化、消息传递接口、无结构的P2P、元组空间、与Web服务相关的松耦合。
其他新的实例研究 Skype、Gnutella、TOTA、L2imbo、BitTorrent、End System Multicast。
关于内容更新的更详细的情况,参见Ⅷ页中的表。
目的和读者群
本书可用做本科生教材和研究生的入门教材,也可作为自学教材。本书采用自顶向下的方法,首先叙述在分布式系统设计中要解决的问题,然后,通过抽象模型、算法和对广泛使用的系统进行详细的实例研究,描述成功开发系统的方法。本书覆盖的领域有足够的深度和广度,以便读者能继续研究分布式系统文献中大多数的研究论文。
本书针对具有面向对象编程、操作系统、初级计算机体系结构等基础知识的学生。本书覆盖与分布式系统有关的计算机网络,包括互联网、广域网、局域网和无线网的基本技术。本书中的算法和接口大部分用Java描述,小部分用ANSI C描述。为了表述上的简洁明了,还使用一种从Java/C派生出来的伪码。
本书的组织
下图显示的本书章节可归在7个主要的主题领域。该图提供了本书的结构指南,也为教师、读者提供了一个导航路径,以便于他们理解分布式系统设计中的不同子领域。
参考文献
万维网的存在改变了书(例如本书)与源材料(包括研究论文、技术规约和标准)的链接方式。许多源文件现在可从Web上获取,有一些甚至只能从Web上获得。出于简洁和可读性的考虑,本书对Web参考材料采用了一种特殊的格式,类似URL参考文献,诸如[www.omg.org]和[www.rsasecurity.com I]的参考文献指的是仅能从Web上获得的文档。在本书结尾的参考文献清单中可以找到它们,但是完整的URL仅在本书参考文献的联机版本(www.cdk5.net/refs)上给出。两个版本的参考文献都有对这种机制的详细解释。
与第4版相关的改变
在开始新版本写作之前,我们针对使用第4版的教师做了一个调查,并根据调查结果识别出所需要的新材料和需要做的修改。此外,我们认识到不断增加的分布式系统的多样性,特别是从当前可用于分布式系统***的体系结构方法的范围来说。这些都要求本书做重要的改变,特别是前面(基础性)的章节。
总之,这些使得我们编写了全新的3章,对其他一些章节做了实质性的修改,并在书中多处补充了新的内容。对许多章节进行了改变以反映所描述系统的新的、可用的信息。这些修改总结在下面的表格中。为了帮助已使用过第4版的教师,只要可能,我们就保留了前一版本采用的结构。对于已被删除的材料,我们把它放在与书配套的Web网站上,并与以前版本中被删除的材料放在一起。这些被删除的材料包括关于ATM的实例研究、UNIX中的进程间通信、CORBA(其精减的版本仍然保留在第8章中)、Jini分布式事件规约和(以OGSA和Globus工具集为特色的)网格中间件,以及关于分布式共享内存的章节(对它的简明总结现在被包含在第6章中)。
在本书的一些章节中,例如新的关于间接通信的章节(第6章)包含了许多材料。教师在选择2~3项技术做详细的讲解之前可以选择广泛的内容(例如,组通信,假定它的基本角色,以及发布-订阅或消息队列,假定它们在商业分布式系统中的盛行)。
章节的顺序已经修改以容纳新的材料,并反映对某些主题相对重要性的改变。为了完全理解某些主题,读者可能发现附带一个参考文献是必要的。例如,如果第9章引用的第11章**的章节被理解,那么第9章关于XML**技术的内容可以被更好地理解。
本书结构变动如下表所示:
新增的章:第6章 间接通信 包括了第4版的事件和通知第8章 分布式对象和组件 全部包括了来自第4版的CORBA实例研究第21章 分布式系统设计:Google实例研究 包含一个新的关于Google的大的实例研究有实质性改变的章:第1章 分布式系统的特征 重要材料的重构:新增1.2节和1.3.4节关于云计算的介绍第2章 系统模型
重要材料的重构:新增2.2节,2.3节重写以反映新书的内容和相关的体系结构观点第4章 进程间通信
几处更新:客户-服务器通信移到了第5章;新增4.5节(包括了关于Skype的实例研究);新增4.6节;删除了对UNIX的IPC的实例研究第5章 远程调用
重要材料的重构:客户-服务器通信移到该章;介绍了从客户-服务器通信到RPC以及RMI的发展;事件和通知移到了第6章增加了新内容或删除了内容的章,但没有结构性改变:第3章 网络和网际互连 几处更新:3.5节删除了ATM的材料第7章 操作系统支持 新增7.7节第9章 Web服务 9.2节新增了松耦合的讨论第10章 对等系统 新增10.5.3节讨论了非结构化对等系统(包括了新的Gnutella实例研究)第15章 协调和协定 组通信的材料移到了第6章第18章 复制 组通信的材料移到了第6章第19章 移动和无处不在计算 19.3.1节增加了元组空间(TOTA和L2imbo)的材料第20章 分布式多媒体系统 20.6节补充了新的实例研究,增加了BitTorrent和End System Multicast
剩下的章节仅做了少量的修改。
致谢
我们非常感谢下列参加了我们调查的教师:Guohong Cao、Jose Fortes、Bahram Khalili、George Blank、Jinsong Ouyang、JoAnne Holliday、George K.Thiruvathukal、Joel Wein、Tao Xie和Xiaobo Zhou。
我们要感谢下列审阅新章节或提供其他实质性帮助的人:Rob Allen、Roberto Baldoni、John Bates、Tom Berson、Lynne Blair、Geoff Coulson、Paul Grace、Andrew Herbert、David Hutchison、Laurent Mathy、Rajiv Ramdhany、Richard Sharp、Jean-Bernard Stefani、Rip Sohan、Francois Taiani、Peter Triantafillou、Gareth Tyson和已故的Maurice Wikes先生。我们还要感谢Google的员工,他们的见解剖析了Google基础设施的设计合理性,他们是:Mike Burrow、Tushar Chandra、Walfredo Cirne、Jeff Dean、Sanjay Ghemawat、Andrea Kirmse和John Reumann。
这本书的编辑Rachel Head也提供了重要的支持。
Web站点
和以前一样,我们在一个Web站点中提供了大量的材料,用于帮助教师和读者。读者可通过URL访问该网站:www.cdk5.net。
该Web网站包括:
教师指导 我们为教师提供下列辅助性材料:
本书全部的插图(以PowerPoint文件的方式);
按章给出的教学提示;
练习的答案(有口令保护,仅对教师开放)。
参考文献清单 本书结尾处的参考文献清单也可在Web网站上找到。参考文献清单的Web版本包含可联机获得的材料的Web链接。
勘误表 给出书中的错误和改正清单。错误在本书重印时被更正,针对每次印刷提供一个单独的勘误表。(鼓励读者报告遇到的任何明显的错误到下面的电子邮件地址。)
补充材料 我们为每一章提供一套补充材料。包括书中程序的源代码和相关的阅读材料,主要是本书上一版本有的但在本版本中因篇幅的缘故而被删除的材料,该类补充材料在本书中用类似www.cdk5.net/ipc(该URL提供与第4章“进程间通信”相关的补充材料)的链接表示。第4版的两个完整的章在新版中不再出现,它们可以在下面的URL处找到:
CORBA实例研究:www.cdk5.net/corba。
分布式共享内存:www.cdk5.net/dsm。

George Coulouris
Jean Dollimore
Tim Kindberg
Gordon Blair
伦敦,布里斯托尔,兰开斯特,2011
authors@cdk5.net

Distributed Systems:Concepts and Design,Fifth Edition
出版者的话
译者序
前言
第1章 分布式系统的特征
1.1 简介
1.2 分布式系统的例子
1.2.1 Web搜索
1.2.2 大型多人在线游戏
1.2.3 金融交易
1.3 分布式系统的趋势
1.3.1 泛在联网和现代互联网
1.3.2 移动和无处不在计算
1.3.3 分布式多媒体系统
1.3.4 把分布式计算作为一个公共设施
1.4 关注资源共享
1.5 挑战
1.5.1 异构性
1.5.2 开放性
1.5.3 **性
1.5.4 可伸缩性
1.5.5 故障处理
1.5.6 并发性
1.5.7 透明性
1.5.8 服务质量
1.6 实例研究:万维网
1.7 小结
练习
第2章 系统模型
2.1 简介
2.2 物理模型
2.3 体系结构模型
2.3.1 体系结构元素
2.3.2 体系结构模式
2.3.3 相关的中间件解决方案
2.4 基础模型
2.4.1 交互模型
2.4.2 故障模型
2.4.3 **模型
2.5 小结
练习
第3章 网络和网际互连
3.1 简介
3.2 网络类型
3.3 网络原理
3.3.1 数据包的传输
3.3.2 数据流
3.3.3 交换模式
3.3.4 协议
3.3.5 路由
3.3.6 拥塞控制
3.3.7 网际互连
3.4 互联网协议
3.4.1 IP寻址
3.4.2 IP协议
3.4.3 IP路由
3.4.4 IPv
3.4.5 移动IP
3.4.6 TCP和UDP
3.4.7 域名
3.4.8 防火墙
3.5 实例研究:以太网、WiFi、蓝牙
3.5.1 以太网
3.5.2 IEEE 802.11无线LAN
3.5.3 IEEE 802.15.1蓝牙无线PAN
3.6 小结
练习
第4章 进程间通信
4.1 简介
4.2 互联网协议的API
4.2.1 进程间通信的特征
4.2.2 套接字
4.2.3 UDP数据报通信
4.2.4 TCP流通信
4.3 外部数据表示和编码
4.3.1 CORBA的公共数据表示
4.3.2 Java对象序列化
4.3.3 可扩展标记语言
4.3.4 远程对象引用
4.4 组播通信
4.4.1 IP组播——组播通信的实现
4.4.2 组播的可靠性和排序
4.5 网络虚拟化:覆盖网络
4.5.1 覆盖网络
4.5.2 Skype:一个覆盖网络的例子
4.6 实例研究:MPI
4.7 小结
练习
第5章 远程调用
5.1 简介
5.2 请求-应答协议
5.3 远程过程调用
5.3.1 RPC的设计问题
5.3.2 RPC的实现
5.3.3 实例研究:Sun RPC
5.4 远程方法调用
5.4.1 RMI的设计问题
5.4.2 RMI的实现
5.4.3 分布式无用单元收集
5.5 实例研究:Java RMI
5.5.1 创建客户和服务器程序
5.5.2 Java RMI的设计和实现
5.6 小结
练习
第6章 间接通信
6.1 简介
6.2 组通信
6.2.1 编程模型
6.2.2 实现问题
6.2.3 实例研究:JGroups工具箱
6.3 发布-订阅系统
6.3.1 编程模型
6.3.2 实现问题
6.3.3 发布-订阅系统的例子
6.4 消息队列
6.4.1 编程模型
6.4.2 实现问题
6.4.3 实例研究:Java消息服务
6.5 共享内存的方式
6.5.1 分布式共享内存
6.5.2 元组空间通信
6.6 小结
练习
第7章 操作系统支持
7.1 简介
7.2 操作系统层
7.3 保护
7.4 进程和线程
7.4.1 地址空间
7.4.2 新进程的生成
7.4.3 线程
7.5 通信和调用
7.5.1 调用性能
7.5.2 异步操作
7.6 操作系统的体系结构
7.7 操作系统层的虚拟化
7.7.1 系统虚拟化
7.7.2 实例研究:系统虚拟化的Xen方法
7.8 小结
练习
第8章 分布式对象和组件
8.1 简介
8.2 分布式对象
8.3 实例研究:CORBA
8.3.1 CORBA RMI
8.3.2 CORBA的体系结构
8.3.3 CORBA远程对象引用
8.3.4 CORBA服务
8.3.5 CORBA客户和服务器实例
8.4 从对象到组件
8.5 实例研究:企业JavaBeans和Fractal
8.5.1 企业JavaBeans
8.5.2 Fractal
8.6 小结
练习
第9章 Web服务
9.1 简介
9.2 Web服务
9.2.1 SOAP
9.2.2 Web服务与分布式对象模型的比较
9.2.3 在Java中使用SOAP
9.2.4 Web服务和CORBA的比较
9.3 Web服务的服务描述和接口定义语言
9.4 Web服务使用的目录服务
9.5 XML**性
9.6 Web服务的协作
9.7 Web服务的应用
9.7.1 面向服务的体系结构
9.7.2 网格
9.7.3 云计算
9.8 小结
练习
第10章 对等系统
10.1 简介
10.2 Napster及其**系统
10.3 对等中间件
10.4 路由覆盖
10.5 路由覆盖实例研究:Pastry和Tapestry
10.5.1 Pastry
10.5.2 Tapestry
10.5.3 从结构化对等方法到非结构化对等方法
10.6 应用实例研究:Squirrel、OceanStore和Ivy
10.6.1 Squirrel Web缓存
10.6.2 OceanStore文件存储
10.6.3 Ivy文件系统
10.7 小结
练习
第11章 **性
11.1 简介
11.1.1 威胁和攻击
11.1.2 保护电子事务
11.1.3 设计**系统
11.2 **技术概述
11.2.1 密码学
11.2.2 密码学的应用
11.2.3 证书
11.2.4 访问控制
11.2.5 凭证
11.2.6 防火墙
11.3 密码算法
11.3.1 密钥(对称)算法
11.3.2 公钥(不对称)算法
11.3.3 混合密码协议
11.4 数字签名
11.4.1 公钥数字签名
11.4.2 密钥数字签名——MAC
11.4.3 **摘要函数
11.4.4 证书标准和证书权威机构
11.5 密码实用学
11.5.1 密码算法的性能
11.5.2 密码学的应用和政治障碍
11.6 实例研究:Needham-Schroeder、Kerberos、TLS和802.11 WiFi
11.6.1 Needham-Schroeder认证协议
11.6.2 Kerberos
11.6.3 使用**套接字确保电子交易**
11.6.4 IEEE 802.11 WiFi**设计中*初的缺陷
11.7 小结
练习
第12章 分布式文件系统
12.1 简介
12.1.1 文件系统的特点
12.1.2 分布式文件系统的需求
12.1.3 实例研究
12.2 文件服务体系结构
12.3 实例研究:SUN网络文件系统
12.4 实例研究:Andrew文件系统
12.4.1 实现
12.4.2 缓存的一致性
12.4.3 其他方面
12.5 *新进展
12.6 小结
练习
第13章 名字服务
13.1 简介
13.2 名字服务和域名系统
13.2.1 名字空间
13.2.2 名字解析
13.2.3 域名系统
13.3 目录服务
13.4 实例研究:全局名字服务
13.5 实例研究:X.500目录服务
13.6 小结
练习
第14章 时间和全局状态
14.1 简介
14.2 时钟、事件和进程状态
14.3 同步物理时钟
14.3.1 同步系统中的同步
14.3.2 同步时钟的Cristian方法
14.3.3 Berkeley算法
14.3.4 网络时间协议
14.4 逻辑时间和逻辑时钟
14.5 全局状态
14.5.1 全局状态和一致割集
14.5.2 全局状态谓词、稳定性、**性和活性
14.5.3 Chandy和Lamport的“快照”算法
14.6 分布式调试
14.6.1 收集状态
14.6.2 观察一致的全局状态
14.6.3 判定可能的?
14.6.4 判定明确的?
14.6.5 在同步系统中判定可能的?和明确的?
14.7 小结
练习
第15章 协调和协定
15.1 简介
15.2 分布式互斥
15.3 选举
15.4 组通信中的协调与协定
15.4.1 基本组播
15.4.2 可靠组播
15.4.3 有序组播
15.5 共识和相关问题
15.5.1 系统模型和问题定义
15.5.2 同步系统中的共识问题
15.5.3 同步系统中的拜占庭将军问题
15.5.4 异步系统的不可能性
15.6 小结
练习
第16章 事务和并发控制
16.1 简介
16.1.1 简单的同步机制(无事务)
16.1.2 事务的故障模型
16.2 事务
16.2.1 并发控制
16.2.2 事务放弃时的恢复
16.3 嵌套事务
16.4 锁
16.4.1 死锁
16.4.2 在加锁机制中增加并发度
16.5 乐观并发控制
16.6 时间戳排序
16.7 并发控制方法的比较
16.8 小结
练习
第17章 分布式事务
17.1 简介
17.2 平面分布式事务和嵌套分布式事务
17.3 原子提交协议
17.3.1 两阶段提交协议
17.3.2 嵌套事务的两阶段提交协议
17.4 分布式事务的并发控制
17.4.1 加锁
17.4.2 时间戳并发控制
17.4.3 乐观并发控制
17.5 分布式死锁
17.6 事务恢复
17.6.1 日志
17.6.2 影子版本
17.6.3 为何恢复文件需要事务状态和意图列表
17.6.4 两阶段提交协议的恢复
17.7 小结
练习
第18章 复制
18.1 简介
18.2 系统模型和组通信的作用
18.2.1 系统模型
18.2.2 组通信的作用
18.3 容错服务
18.3.1 被动(主备份)复制
18.3.2 主动复制
18.4 高可用服务的实例研究:闲聊体系结构、Bayou和Coda
18.4.1 闲聊体系结构
18.4.2 Bayou系统和操作变换方法
18.4.3 Coda文件系统
18.5 复制数据上的事务
18.5.1 复制事务的体系结构
18.5.2 可用拷贝复制
18.5.3 网络分区
18.5.4 带验证的可用拷贝
18.5.5 法定数共识方法
18.5.6 虚拟分区算法
18.6 小结
练习
第19章 移动和无处不在计算
19.1 简介
19.2 关联
19.2.1 发现服务
19.2.2 物理关联
19.2.3 小结和前景
19.3 互操作
19.3.1 易变系统的面向数据编程
19.3.2 间接关联和软状态
19.3.3 小结和前景
19.4 感知和上下文敏感
19.4.1 传感器
19.4.2 感知体系结构
19.4.3 位置感知
19.4.4 小结和前景
19.5 **性和私密性
19.5.1 背景
19.5.2 一些解决办法
19.5.3 小结和前景
19.6 自适应
19.6.1 内容的上下文敏感自适应
19.6.2 适应变化的系统资源
19.6.3 小结和前景
19.7 实例研究:Cooltown
19.7.1 Web存在
19.7.2 物理超链接
19.7.3 互操作和eSquirt协议
19.7.4 小结和前景
19.8 小结
练习
第20章 分布式多媒体系统
20.1 简介
20.2 多媒体数据的特征
20.3 服务质量管理
20.3.1 服务质量协商
20.3.2 许可控制
20.4 资源管理
20.5 流自适应
20.5.1 调整
20.5.2 过滤
20.6 实例研究:Tiger视频文件服务器、BitTorrent和端系统多播
20.6.1 Tiger视频文件服务器
20.6.2 BitTorrent
20.6.3 端系统多播
20.7 小结
练习
第21章 分布式系统设计:Google实例研究
21.1 简介
21.2 实例研究简介:Google
21.3 总体结构和设计理念
21.3.1 物理模型
21.3.2 总的系统体系结构
21.4 底层通信范型
21.4.1 远程调用
21.4.2 发布-订阅
21.4.3 通信的关键设计选择总结
21.5 数据存储和协调服务
21.5.1 Google文件系统
21.5.2 Chubby
21.5.3 Bigtable
21.5.4 关键设计选择总结
21.6 分布式计算服务
21.6.1 MapReduce
21.6.2 Sawzall
21.6.3 关键设计选择总结
21.7 小结
练习
参考文献
索引

计算机领域经典著作,被誉为是衡量所有其他分布式系统教材的标准,已被爱丁堡大学、伊利诺伊大学、卡内基-梅隆大学、南加州大学、得克萨斯A&M大学、多伦多大学、罗切斯特理工学院、北京大学等名校采纳为**操作系统、计算机网络、分布式系统课程的教材。