Parallel and Distributed Processing and Applications

Parallel and Distributed Processing and Applications pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Springer
作者:Ivan Stojmenovic
出品人:
页数:995
译者:
出版时间:2007-09-14
价格:USD 149.00
装帧:Paperback
isbn号码:9783540747413
丛书系列:
图书标签:
  • 并行处理
  • 分布式处理
  • 高性能计算
  • 云计算
  • 大数据
  • 人工智能
  • 算法
  • 计算机科学
  • 应用
  • 系统架构
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具体描述

穿越时空的计算:从并行处理到分布式系统的演进与应用 这本书并非关于“Parallel and Distributed Processing and Applications”的著作,而是对计算领域中这两个核心概念——并行处理(Parallel Processing)和分布式系统(Distributed Systems)——的深入探索,以及它们如何在现代世界中催生出无数令人振奋的应用。我们将追溯计算能力的边界如何随着硬件和算法的进步而被不断拓展,以及如何从单机上的协同工作,演进到跨越地理鸿沟的协同智能。 第一部分:并行处理的基石——提升计算速度的艺术 在此我们聚焦于如何同时执行多个计算任务,以期在更短的时间内完成复杂问题。我们将从最基础的指令级并行(Instruction-Level Parallelism, ILP)出发,深入剖析现代处理器如何通过流水线(Pipelining)、乱序执行(Out-of-Order Execution)、分支预测(Branch Prediction)等技术,充分挖掘指令间的执行潜力。 随后,我们将视角转向数据级并行(Data-Level Parallelism, DLP),探讨向量处理(Vector Processing)和SIMD(Single Instruction, Multiple Data)指令集如何高效处理大规模同质数据。这部分内容将涵盖GPU(Graphics Processing Unit)的崛起,分析其大规模并行架构如何改变了高性能计算(High-Performance Computing, HPC)的格局,从科学模拟到深度学习训练,GPU的应用无处不在。 更进一步,我们将研究线程级并行(Thread-Level Parallelism, TLP),探讨多核处理器(Multi-core Processors)和多线程(Multithreading)技术的原理。从共享内存模型(Shared Memory Model)下的并发编程,到同步机制(Synchronization Mechanisms)如锁(Locks)、信号量(Semaphores)、条件变量(Condition Variables)的设计与应用,我们将学习如何安全有效地管理多个线程的协作,避免竞态条件(Race Conditions)和死锁(Deadlocks)等棘手问题。 本书将详细介绍多种并行编程模型,如OpenMP、CUDA、MPI(Message Passing Interface)等,并结合实际案例,展示如何在不同硬件平台上实现高效的并行算法。例如,我们将探讨快速傅里叶变换(FFT)、矩阵乘法等经典算法的并行化策略,以及它们在图像处理、信号分析等领域的应用。 第二部分:分布式系统的构建——连接与协作的挑战 本篇将把目光从单一计算节点转移到由多个自治节点组成的网络系统。我们将深入探讨分布式系统的核心挑战,包括一致性(Consistency)、可用性(Availability)、分区容错性(Partition Tolerance)(即CAP定理的权衡)、伸缩性(Scalability)以及并发控制(Concurrency Control)。 我们将详细解析分布式系统中的通信模型,包括远程过程调用(Remote Procedure Call, RPC)、消息队列(Message Queues)和发布-订阅模型(Publish-Subscribe Model)。了解这些通信机制的优劣,对于构建健壮的分布式应用至关重要。 在此基础上,我们将探讨分布式系统中的共识问题(Consensus Problems)。我们将深入分析Paxos算法和Raft算法等分布式共识协议,解释它们如何确保在节点故障的情况下,分布式系统仍然能够达成一致的状态。这将涉及到对领导者选举(Leader Election)、日志复制(Log Replication)等关键机制的理解。 此外,我们还将深入研究分布式存储系统(Distributed Storage Systems),包括分布式文件系统(如HDFS)和分布式数据库(如Cassandra, MongoDB)。我们将探讨数据分片(Data Sharding)、数据复制(Data Replication)、故障恢复(Fault Tolerance)等关键技术,以及它们如何实现高可用性和高吞吐量的存储服务。 本书还会涵盖分布式事务(Distributed Transactions)的处理,探讨两阶段提交(Two-Phase Commit, 2PC)等协议,以及它们在保证数据一致性方面的局限性,并介绍更现代的解决方案,如Sagas模式。 第三部分:交汇与融合——并行与分布式系统的应用前沿 在掌握了并行处理和分布式系统的基本原理后,我们将把目光投向它们在当今科技浪潮中的具体应用,以及它们如何协同工作,驱动着前沿技术的发展。 大数据处理(Big Data Processing)是并行与分布式系统最典型的应用场景。我们将深入剖析Hadoop生态系统(包括HDFS, MapReduce, YARN)和Spark等框架的设计理念和工作原理,展示如何利用分布式并行计算来处理PB级别的数据。我们将讲解数据分析、机器学习模型训练等任务如何通过这些平台实现高效执行。 云计算(Cloud Computing)是并行与分布式系统的天然载体。我们将探讨云平台(如AWS, Azure, GCP)如何通过虚拟化、容器化(如Docker, Kubernetes)等技术,将计算、存储、网络资源池化,并提供按需的并行和分布式计算服务。我们将分析微服务架构(Microservices Architecture)如何利用分布式系统的原理来实现服务的独立部署和弹性伸缩。 人工智能(Artificial Intelligence),特别是深度学习(Deep Learning),是并行和分布式计算的另一大驱动力。我们将深入探讨如何利用GPU集群和分布式训练框架(如TensorFlow Distributed, PyTorch Distributed)来加速神经网络的训练过程,解决海量数据和复杂模型的计算瓶颈。我们将分析数据并行和模型并行等训练策略。 此外,我们还将触及物联网(Internet of Things, IoT)、区块链(Blockchain)、边缘计算(Edge Computing)等新兴领域。在物联网中,大量的传感器设备产生海量数据,需要分布式系统进行采集、存储和分析。区块链利用分布式账本技术来保证数据的安全性和不可篡改性,同时也依赖于分布式共识机制。边缘计算则将计算能力下沉到靠近数据源的设备端,这需要高效的分布式协同。 结语 本书旨在为读者提供一个清晰、系统且深入的视角,理解并行处理和分布式系统这两大计算范式的演进历程、核心挑战以及它们如何共同塑造了我们今天的数字世界。通过对理论基础的扎实讲解和对实际应用的广泛涵盖,希望读者能够掌握构建和理解现代高性能计算和分布式应用的关键知识,从而在快速发展的技术领域中开辟新的道路。

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这本书的书脊,那简洁而专业的配色,总是能让我产生一种想要立刻将其翻开,一探究竟的冲动。当我浏览目录时,我注意到其中有一个章节专门探讨“任务并行与数据并行”。这两种基本的并行策略,在我看来,是理解和设计并行程序的基础。我希望书中能够非常清晰地解释这两种模式的区别,以及如何根据问题的特点来选择合适的并行策略。例如,对于一个需要对大量数据进行独立处理的任务,数据并行可能是更优的选择;而对于一个需要将复杂计算分解为一系列相互依赖的子任务的场景,任务并行则更为合适。我更期待书中能够提供一些关于“同步与互斥”机制的深入分析。在多线程和分布式环境中,多个执行单元同时访问共享资源时,如何保证数据的正确性,是一个棘手的问题。我希望书中能够详细讲解各种同步原语,如锁(mutex, semaphore)、条件变量,以及在分布式环境下的分布式锁、分布式事务等。如果书中能够通过一些具体的代码示例,来演示这些机制的正确使用方式,以及可能出现的死锁和活锁等问题,那将对我的学习非常有帮助。另外,我对书中关于“并行与分布式计算的性能瓶颈分析”的章节有着浓厚的兴趣。任何计算系统,都可能存在性能瓶颈。我希望书中能够提供一套系统性的方法论,来识别和分析并行与分布式系统中的性能瓶颈,例如,CPU密集型、I/O密集型、内存带宽限制、网络通信延迟等等。如果书中能够提及一些常用的性能分析工具,如profiler,以及如何通过日志分析、监控系统等手段来辅助性能调优,那将极大地提升这本书的实用价值。我希望这本书能够帮助我建立一种“性能意识”,让我能够在开发和部署并行与分布式系统时,始终关注性能,并能够采取有效的措施来优化和提升性能。

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这本书的装帧,那稳重而精致的质感,总能让我感受到其中蕴含的深厚知识底蕴。我迫不及待地想要深入书中关于“并行算法的分析与设计”的章节。我好奇作者会如何阐述算法的并行化策略,例如,如何将串行算法分解为可并行执行的子任务,以及如何处理子任务之间的依赖关系。我尤其期待书中能够提供一些关于“分布式系统中的共识问题”的详细讲解。在分布式系统中,如何让所有节点就某个值或状态达成一致,是实现许多分布式服务的基础。我希望书中能够深入剖析经典的共识算法,如Paxos、Raft,并解释它们的设计原理、优缺点以及在不同场景下的应用。如果书中能够通过可视化的方式,展示这些算法的执行过程,并分析其在网络延迟、节点故障等情况下的表现,我相信这会极大地降低理解的难度。另外,我对书中关于“并行与分布式计算在人工智能领域的应用”的章节充满期待。随着人工智能的飞速发展,并行与分布式计算在其中扮演着越来越重要的角色。我希望书中能够介绍如何利用GPU等并行计算资源来加速深度学习模型的训练,以及如何构建大规模的分布式机器学习平台。如果书中能够提供一些具体的AI应用案例,例如,自动驾驶、自然语言处理、计算机视觉等,并分析其背后的并行与分布式技术,那将极具参考价值。我希望这本书能够帮助我理解并行与分布式计算如何赋能人工智能,并为未来的AI发展提供技术洞见。

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刚拿到这本书,我就被它的排版吸引住了。字体的选择,行间距的设置,以及图表的可读性,都透露出出版方在细节上的用心。在快速翻阅的过程中,我注意到书中使用了大量的图示和流程图,这对于理解抽象的计算模型和复杂的算法逻辑至关重要。例如,我看到了关于“分布式事务”的章节,其中可能使用了流程图来清晰地展示两阶段提交(2PC)或三阶段提交(3PC)的执行过程,以及可能出现的死锁和阻塞问题。如果书中能够配以清晰的图示,来解释分布式系统中的“CAP理论”和“PACELC定理”,以及它们在实际系统设计中的权衡,我相信这会大大降低理解的门槛。我尤其关注书中关于“并行算法设计”的章节。对于一些经典的并行算法,如排序、图遍历、矩阵乘法等,我希望书中能够给出详细的伪代码或者实现思路,并分析其在不同并行模型下的性能表现。例如,在GPU上实现并行排序算法,或者在多核CPU上利用OpenMP或MPI进行并行计算。如果书中还能提及一些更高级的并行模式,如MapReduce、Spark的RDD/DataFrame抽象,甚至是函数式编程中的并行范式,那么这本书的深度和广度无疑会更上一层楼。同时,我非常期待书中能够提供一些关于“性能优化”的策略和技巧。在并行和分布式系统中,性能往往是衡量其好坏的关键指标。我希望能看到关于如何减少通信开销、优化数据局部性、避免资源争用、以及进行细粒度并行和粗粒度并行的选择等方面的深入讨论。如果书中能够提供一些性能分析的工具和方法,例如使用profiler来识别瓶颈,或者通过基准测试来评估不同优化策略的效果,那将非常宝贵。我希望这本书能够提供一套系统性的思维框架,帮助我不仅仅是“知其然”,更能“知其所以然”,从而在面对实际的并行与分布式系统设计和优化时,能够更加得心应手。

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这本书的目录结构,在我浏览的瞬间,就勾勒出了一个清晰而完整的知识体系。从基础的并行处理概念,到复杂的分布式系统设计,再到实际的应用部署,每一个章节的标题都精准地定位了学习的重点。我特别留意到其中关于“并发控制”和“一致性模型”的章节,这在我以往的学习过程中,一直是比较抽象和难以掌握的部分。我希望这本书能够以一种循序渐进、深入浅出的方式来讲解这些核心概念,例如,通过生动形象的比喻来解释多线程环境下的竞态条件,或者通过图示化的方式来展示不同一致性模型(如强一致性、最终一致性)的运作机制和权衡。对于分布式系统而言,保证数据的一致性是至关重要的,而不同的应用场景对一致性的要求也各不相同,因此,书中如果能对这些不同的需求进行细致的区分,并提供相应的解决方案,那将极具参考价值。我还在目录中看到了“容错与可用性”这样的章节,这对于构建健壮的分布式系统至关重要。我期待书中能够深入探讨诸如主备切换、负载均衡、数据备份与恢复、以及故障检测与隔离等技术,并分享一些在实际系统中实现高可用性的最佳实践。例如,如何在用户无感知的情况下实现服务器的平滑升级,或者在面临网络分区时,如何最大限度地保证服务的可用性。另外,对于“并行与分布式处理的应用”这一部分,我充满了期待。我希望书中能够涵盖当前主流的分布式计算框架,如Hadoop、Spark、Kafka,甚至是一些更前沿的微服务架构和Serverless计算模型。对于每一个框架,我希望能看到对其核心原理、架构设计、API使用以及典型应用场景的详细介绍。例如,在处理大规模日志分析时,Spark Streaming是如何工作的;在构建高吞吐量的消息队列时,Kafka的分布式协调机制是如何实现的;或者,在设计弹性伸缩的微服务时,Kubernetes是如何提供编排和管理的。如果书中能够提供相应的代码示例,或者引导读者进行简单的实践操作,那将大大增强其学习的实操性。我对这本书的期待,不仅仅是理论知识的储备,更是希望能够获得解决实际工程问题的能力。

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这本书的纸张质感,那种略带哑光的触感,总能让人沉浸其中,不易分神。我迫不及待地想要深入书中关于“并发编程模型”的章节。我好奇作者会如何阐述 Actor 模型、CSP(Communicating Sequential Processes)模型,以及它们与传统的共享内存模型有何不同。理解这些不同的编程模型,是选择合适的开发方式的关键。我尤其期待书中能够详细讲解“分布式事务的处理”。在分布式系统中,如何保证跨多个节点的操作能够原子地完成,是一个极具挑战性的问题。我希望书中能够深入介绍两阶段提交(2PC)、三阶段提交(3PC)等经典协议,并分析它们在一致性、可用性方面的权衡。如果书中能够提供一些关于如何在实际系统中实现分布式事务的解决方案,例如结合补偿事务(Saga模式)来处理复杂场景,那将极大地提升这本书的实用价值。此外,我希望书中能够提供一些关于“大规模并行与分布式系统的容错机制”的详细探讨。在庞大而复杂的系统中,故障是不可避免的。我希望书中能够介绍各种容错策略,如冗余备份、故障检测、优雅降级、自动恢复等,并分析它们在不同类型的故障场景下的适用性。如果书中能够结合一些真实世界的故障案例,来剖析其原因和应对措施,那将具有极强的警示意义。我希望这本书能够帮助我构建既能处理高并发,又能应对各种突发状况的鲁棒系统,从而确保服务的稳定性和可靠性。

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从封面上那种沉静而专业的字体,我就能预感到这本书的内容绝非肤浅之谈。它似乎在邀请读者一同潜入并行与分布式计算那深邃而广阔的海洋。我迫不及待地想要了解书中对“并行计算模型”的探讨。我好奇作者会如何阐述共享内存模型、消息传递模型,以及近年来日益流行的混合模型。它们各自的原理、适用场景、以及在不同硬件架构上的实现细节,对于我理解不同并行任务的划分和调度至关重要。我特别期待书中能够深入讲解“分布式系统的一致性模型”。在数据驱动的时代,如何确保分布式系统中数据的准确性和一致性,是一个核心的挑战。我希望书中能够详细阐述强一致性、顺序一致性、因果一致性以及最终一致性等模型,并分析它们在不同应用场景下的优劣。例如,在涉及金融交易的系统中,需要极高的强一致性;而在社交媒体的feed流中,最终一致性可能就足够了。如果书中能够提供一些经典的分布式一致性算法,如Paxos或Raft的详细讲解,并辅以图解,我相信这对于我理解分布式系统的鲁棒性会有极大的帮助。此外,我对书中关于“并行与分布式应用程序的设计模式”的章节充满期待。我希望能够学习到一些能够指导实际开发的通用设计模式,比如“主从模型”、“管道-过滤器模式”、“MapReduce模式”,以及在微服务架构中常用的“事件驱动架构”、“CQRS”等。这些模式能够帮助我系统地思考如何组织和构建复杂的分布式应用程序,提高代码的可维护性和可扩展性。我希望这本书能够不仅限于理论的讲解,更能提供一些实用的指导,帮助我将学到的知识转化为实际的开发能力,从而能够独立地设计和实现高效、可靠的并行与分布式系统。

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从这本书的厚度,以及封面上那种深邃的蓝色调,我便能感受到它内容的丰富与严谨。我迫不及待地想要深入书中关于“并行处理的硬件架构”的章节。我好奇作者会如何介绍不同类型的并行处理器,例如,多核CPU、GPU、FPGA,以及它们各自的计算模型和指令集架构。了解这些硬件的特性,对于我选择合适的并行化技术和编写高效的并行程序至关重要。我尤其期待书中能够详细讲解“分布式系统中的通信机制”。在分布式环境中,进程或节点之间的通信是不可避免的。我希望书中能够全面介绍各种通信方式,如远程过程调用(RPC)、消息队列(Message Queue)、共享内存(Shared Memory)等,并分析它们在延迟、吞吐量、可靠性等方面的特点。如果书中能够提及一些经典的分布式通信协议,如TCP/IP、UDP,以及更高级的RPC框架,如gRPC、Thrift等,并探讨它们在不同场景下的适用性,那将非常有价值。此外,我希望书中能够提供一些关于“并行与分布式系统的测试与验证”的实用指导。在开发了复杂的并行与分布式系统后,如何有效地对其进行测试,确保其正确性和可靠性,是一个不容忽视的问题。我希望书中能够介绍一些针对并行与分布式系统的测试方法,如单元测试、集成测试、压力测试、故障注入测试等,并分享一些在实际项目中进行测试的经验和教训。如果书中能够推荐一些常用的测试工具和框架,并给出相应的示例,那将大大提升这本书的实用性。我希望这本书能够成为我构建可靠、高效的并行与分布式系统的坚实后盾,帮助我应对各种复杂的工程挑战。

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这本书的封面设计,那种简约而不失力量感的风格,总能让我联想到技术实现的精妙与高效。我翻开书页,最先吸引我目光的是目录中关于“并行计算模型”的细致划分。我期待书中能够深入探讨各种模型,例如,SIMD(单指令多数据流)、MISD(多指令单数据流)、SISD(单指令单数据流)以及MIMD(多指令多数据流)等,并提供具体的硬件实现和软件编程模型作为佐证。理解这些模型,是掌握不同并行计算方式的基础。我特别关注书中关于“分布式系统中的调度与负载均衡”的章节。在多节点的环境中,如何有效地分配计算任务,保证资源的充分利用,避免单点过载,是提升系统整体性能的关键。我希望书中能够详细介绍各种调度算法,如静态调度、动态调度、优先级调度等,以及负载均衡的策略,如轮询、加权轮询、最小连接等。如果书中能够通过一些实际的案例,展示这些调度与负载均衡技术是如何在云计算平台、大数据处理系统中发挥作用的,我相信这会对我的理解产生深远的影响。此外,我非常期待书中能够提供一些关于“并行与分布式系统的安全问题”的讨论。随着分布式系统的普及,安全性的重要性日益凸显。我希望书中能够探讨在并行与分布式环境下可能面临的安全威胁,如数据泄露、拒绝服务攻击、权限滥用等,并介绍一些相应的安全防护措施,如身份认证、访问控制、数据加密、安全审计等。如果书中能够结合实际的安全事件,来剖析其背后的技术原理和防护漏洞,那将极具启发性。我希望这本书能够帮助我构建不仅高效、可靠,而且安全的并行与分布式系统,从而满足日益增长的安全需求。

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书脊上那干净利落的标题,总能让人一眼就看出这是一本关于硬核技术的书籍,充满了严谨的科学逻辑。我迫不及待地想要深入书中关于“并行 I/O”的章节。我好奇作者会如何阐述在并行计算环境中,如何高效地进行数据输入和输出。这对于处理大规模数据集至关重要。我期待书中能够详细介绍各种并行 I/O 技术,例如,MPI-IO、HDF5、Parquet 等,并分析它们在性能、数据管理、跨平台兼容性等方面的优劣。如果书中能够提供一些关于如何优化并行 I/O 性能的技巧,例如,数据分块、异步 I/O、缓存策略等,那将极大地提升这本书的实用价值。我尤其关注书中关于“分布式数据存储与管理”的章节。在分布式系统中,如何高效、可靠地存储和访问海量数据,是一个核心问题。我希望书中能够深入介绍各种分布式存储系统,如HDFS、Ceph、Amazon S3 等,并分析它们的设计理念、架构特点、一致性模型以及适用场景。如果书中能够结合一些实际的案例,来展示这些存储系统是如何支持大数据分析、机器学习等应用的,那将极具启发性。此外,我希望书中能够提供一些关于“并行与分布式系统的监控与诊断”的实践指导。在复杂系统中,及时发现和定位问题是保证系统稳定运行的关键。我希望书中能够介绍各种监控指标,如 CPU 使用率、内存占用、网络流量、磁盘 I/O 等,以及常用的监控工具和平台,如 Prometheus、Grafana、ELK Stack 等。如果书中能够分享一些关于如何利用日志分析、性能剖析等手段来诊断系统故障的经验,那将非常有价值。我希望这本书能够成为我构建和维护高性能、高可用的并行与分布式系统的得力助手,帮助我解决实际工程中遇到的各种挑战。

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这本书的封面设计就透着一股浓浓的学术气息,那种深邃的蓝色背景,加上银色或白色的字体,总能让我联想到严谨的计算机科学理论。我翻开扉页,首先映入眼帘的是作者的姓名,虽然我可能并不熟悉他们,但通常情况下,一本关于并行与分布式处理的书籍,其作者团队往往都是该领域的资深专家,他们的研究成果和学术背景,往往比任何推荐语都更有说服力。我迫不及待地想深入了解书中的内容,尤其是关于“Applications”这一部分,因为它直接关系到这些复杂的理论如何在现实世界中发挥作用。我好奇书中是否会涵盖一些前沿的实际应用案例,比如在大规模数据分析、高性能计算、云计算、物联网,甚至是人工智能领域,这些并行和分布式技术是如何被巧妙地应用,从而解决那些单机系统无法企及的难题。我期待着书中能够提供详实的案例分析,不仅是技术层面的介绍,更希望能够深入探讨这些应用所带来的变革和影响,以及在实际部署过程中可能遇到的挑战和解决方案。例如,在处理海量金融交易数据时,如何利用并行计算来保证实时性和准确性;在构建大规模推荐系统时,分布式算法是如何协同工作的,以提供个性化的用户体验;亦或是,在科学模拟领域,如何通过分布式的计算资源来加速复杂的物理或化学模型的研究。如果书中能够提供这些鲜活的例子,并对其背后的技术原理进行深入剖析,那么这本书的价值将大大提升,因为它不仅能帮助我理解理论,更能让我看到理论的生命力。同时,我也关注书中对不同并行和分布式架构的比较分析,例如共享内存模型与消息传递模型,对称多处理(SMP)与大规模并行处理(MPP),以及近年来兴起的云原生架构等,它们各自的优势、劣势以及适用场景,能够帮助读者在面对实际问题时,做出更明智的技术选型。总而言之,这本书给我的第一印象是专业、严谨,并且充满了解决现实世界问题的潜力,我期待着它能够成为我深入理解并行与分布式处理领域的一块重要基石。

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