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出版者:中国水利水电出版社

作者:(美) Natasha Knight

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2001-1

价格:42.80元

装帧:

isbn号码:9787508405414

丛书系列:

图书标签:

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计算机科学与技术前沿探索：构建下一代信息系统 本书聚焦于当前信息技术领域最具活力和挑战性的几个方向，旨在为读者提供一个全面、深入且面向实践的知识体系。它不是对特定软件或操作系统版本的应试指南，而是着眼于底层原理、架构设计和未来趋势的理论与实践相结合的深度探索。 --- 第一部分：高性能计算与并行架构（HPC & Parallel Architectures） 本部分深入探讨了如何设计、构建和优化处理海量数据和复杂模型的计算系统。我们将从硬件层面入手，剖析现代处理器（CPU、GPU、FPGA）的内部工作机制，重点关注指令级并行性（ILP）、乱序执行、内存层次结构（缓存一致性、非均匀内存访问 NUMA）对程序性能的影响。 核心章节内容概述： 1. 现代微处理器流水线深度剖析： 深入理解分支预测、超标量执行、寄存器重命名等关键技术。通过实际案例分析，展示如何编写“CPU友好”的代码，避免流水线停顿。 2. GPU异构计算模型与CUDA/OpenCL编程： 详细介绍SIMT（单指令多线程）架构的编程范式，探讨线程束（Warp/Wavefront）管理、共享内存优化、全局内存访问的合并策略。特别关注如何将传统串行算法转化为高效的并行实现，并对比不同硬件平台的性能特征。 3. 大规模并行算法设计： 涵盖MPI（消息传递接口）和OpenMP（共享内存并行）的编程实践。重点讲解同步机制、死锁避免、负载均衡策略，以及在集群环境中实现高效数据交换的拓扑结构设计。 4. 内存一致性模型与并发控制： 探讨现代多核处理器上的内存模型（如C++内存模型、Java内存模型），深入研究原子操作、锁（Spinlocks, Mutexes, Semaphores）的底层实现及其性能开销。 --- 第二部分：分布式系统与数据存储架构（Distributed Systems & Data Storage） 随着数据量的爆炸性增长，构建可靠、可扩展的分布式系统成为现代软件工程的核心挑战。本部分将理论与业界成熟的实践案例相结合，构建一个完整的分布式系统认知框架。 核心章节内容概述： 1. 一致性、可用性与分区容错性（CAP理论的深入解析）： 不仅停留在理论层面，更将分析ZAB、Raft、Paxos等经典共识算法的实际应用场景、故障恢复流程和性能权衡。通过模拟网络分区，观察不同一致性级别（如最终一致性、顺序一致性）对应用层的影响。 2. 大规模键值存储与NoSQL数据库原理： 剖析Dynamo、Cassandra等去中心化存储系统的设计哲学，包括一致性哈希、向量时钟、Hinted Handoff机制。同时，探讨关系型数据库的分布式扩展策略（如分片Sharding、数据复制Replication）。 3. 流式数据处理框架（Streaming Systems）： 深入讲解Kafka、Pulsar等消息队列的核心架构，包括日志持久化、分区分配和消费者组的协调。在此基础上，分析Spark Streaming、Flink等实时计算引擎的状态管理、窗口操作和事件时间处理的复杂性。 4. 分布式事务管理： 探讨两阶段提交（2PC）、三阶段提交（3PC）的局限性，并重点介绍Saga模式、TCC（Try-Confirm-Cancel）等在微服务架构中实现最终一致性的现代方法。 --- 第三部分：网络协议栈与系统安全（Network Stack & System Security） 本部分回归到操作系统和网络基础设施的基石，探讨如何高效、安全地传输信息。 核心章节内容概述： 1. TCP/IP协议栈的内核实现与优化： 详细剖析从网络接口卡（NIC）到应用层（Socket API）的数据处理流程。重点关注拥塞控制算法（如BBR、CUBIC）的演进、零拷贝技术（如sendfile, mmap）如何减少内核与用户空间的数据拷贝。 2. 高性能网络编程模型： 比较传统I/O模型（阻塞/非阻塞）、I/O多路复用（select/poll/epoll/kqueue）的性能差异。深入研究异步I/O（AIO）和用户态网络栈（如DPDK）如何突破传统内核网络的瓶颈。 3. 操作系统安全机制与加固： 探讨内核级别的防御机制，如地址空间布局随机化（ASLR）、数据执行保护（DEP/NX位）、强制访问控制（MAC，如SELinux/AppArmor）。分析常见的内核漏洞利用（如栈溢出、UAF）的原理和缓解措施。 4. 加密算法的硬件加速与协议应用： 概述现代密码学中的对称加密（AES）和非对称加密（RSA/ECC）的原理。分析TLS/SSL握手过程，探讨硬件安全模块（HSM）在密钥管理中的作用，以及后量子密码学的发展方向。 --- 第四部分：软件架构演进与服务网格（Software Architecture Evolution & Service Mesh） 本部分关注软件系统如何从单体走向微服务，以及如何管理和观测这些复杂的分布式部署。 核心章节内容概述： 1. 微服务的设计原则与挑战： 深入讨论服务边界划分、数据契约管理、服务间通信协议（gRPC vs REST）的选择。分析服务发现、配置中心、链路追踪等关键支撑组件的设计模式。 2. 容器化技术栈的原理： 剖析Docker和Kubernetes背后的核心技术：Cgroups（资源隔离）和Namespaces（进程隔离）。讲解Kubernetes的控制平面（API Server, Scheduler, Controller Manager）和数据平面（Kubelet, Kube-proxy）的协同工作机制。 3. 服务网格（Service Mesh）的引入： 详细介绍Istio、Linkerd等服务网格的Sidecar模式。重点分析控制平面（Pilot, Citadel, Mixer/Telemetry）如何实现流量管理（蓝绿部署、金丝雀发布）、安全策略（mTLS）和服务可观测性（Metrics, Tracing）。 4. 可观测性（Observability）体系构建： 区分Logging、Metrics和Tracing三类数据。探讨Prometheus/Grafana在时间序列数据处理上的优势，以及OpenTelemetry在标准化可观测性数据采集中的作用。 本书的价值在于其跨越了特定软件版本的限制，着眼于信息技术领域底层原理和架构范式的深刻变革，为有志于成为系统架构师或高级研发工程师的读者提供了一份坚实的基础和前瞻性的视野。

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