Trust Management in Virtual Environments pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Grudzewski, Wieslaw M./ Hejduk, Irena K./ Sankowska, Anna/ Wantuchowicz, Monika

出品人:

页数:230

译者:

出版时间:

价格:855.00 元

装帧:

isbn号码:9781420068900

丛书系列:

图书标签:

• Trust Management
• Virtual Environments
• Security
• Reputation Systems
• Online Trust
• Distributed Systems
• Cybersecurity
• E-commerce
• Social Computing
• Privacy

《分布式系统中的数据一致性与容错：理论、算法与实践》 图书简介 随着云计算、物联网以及边缘计算的蓬勃发展，现代信息系统正以前所未有的规模和复杂性运行于分布式的环境中。在这样的架构下，如何确保海量数据在多个节点间保持同步、如何设计出能够抵御节点故障和网络延迟的健壮系统，成为了构建可靠、高性能应用的核心挑战。本书《分布式系统中的数据一致性与容错：理论、算法与实践》正是为了系统、深入地探讨这些关键问题而编写的专业著作。 本书并非专注于任何特定领域的应用，例如虚拟环境下的信任管理，而是聚焦于分布式系统的基石——数据一致性和系统容错性，旨在为系统架构师、高级软件工程师和计算机科学研究人员提供一套全面、严谨的技术蓝图。 --- 第一部分：分布式系统的基础与挑战（约 300 字） 本部分首先为读者构建起理解分布式系统复杂性的理论框架。我们从定义现代分布式系统的核心特征（如并发性、不可预测的延迟和部分失效）入手，确立讨论的基础。随后，我们将深入探讨分布式系统面临的三大核心难题： 1. 延迟与时钟同步： 讨论FLP不可能性等经典限制，并介绍Lamport时间戳、向量时钟以及物理时钟同步（如NTP和Google的TrueTime）在实际系统中的应用与局限性。 2. 故障模型： 详细区分拜占庭故障、非拜占庭故障、进程暂停和网络分区等不同故障类型，并说明不同的故障模型对系统设计选择的决定性影响。 3. 一致性模型选择： 系统地对比线性一致性、顺序一致性、因果一致性、读写一致性（Read-Your-Writes）以及最终一致性之间的权衡关系，为后续的算法选择奠定理论基础。CAP定理的深入剖析将作为本部分的收官，重点强调其在实际系统设计中的动态应用，而非僵化的选择题。 --- 第二部分：数据一致性算法的深度解析（约 550 字） 本部分是全书的核心，致力于解析主流的强一致性协议，并展示它们如何解决状态机复制（State Machine Replication, SMR）的问题。 1. Paxos 家族协议的精髓： 我们将从基础的单提案（Single-Decree）Paxos开始，逐步推导出多实例 Paxos（Multi-Paxos）的运作机制。重点分析 Paxos 在实际部署中难以理解的“活锁”和“活锁避免”策略。随后，对Raft 协议进行详尽的讲解，Raft 以其更强的可理解性而闻名，本书将详细剖析其领导者选举、日志复制、以及安全性（Safety）和活性（Liveness）的严格证明。 2. 拜占庭容错（BFT）算法： 针对恶意节点存在的场景，本书将详细介绍经典 PBFT（Practical Byzantine Fault Tolerance）的工作流程、消息传递轮次以及如何保证在 $3f+1$ 个节点中容忍 $f$ 个恶意节点。我们还将扩展讨论 PBFT 的现代变体，如 HotStuff 框架及其在区块链和许可链（Permissioned Ledger）中的应用，强调其对网络效率的优化。 3. 一致性在数据库中的体现： 探讨如何在实际的分布式数据库（如 NewSQL 数据库）中实现强一致性。这包括两阶段提交（2PC）的局限性、三阶段提交（3PC）的理论改进以及更现代的基于时间戳的排序和事务处理机制，例如 Google Spanner 中采用的 TrueTime 驱动的外部一致性方案。我们不只是介绍算法，更会深入到事务隔离级别（Serializable, Snapshot Isolation）在分布式环境下的实现挑战。 --- 第三部分：容错机制与系统弹性设计（约 450 字） 可靠性不仅依赖于数据同步，更依赖于系统面对不可预见的故障时能够自动恢复并继续运行的能力。本部分聚焦于系统层面的容错设计。 1. 故障检测与隔离： 详细讨论心跳机制、 Gossip 协议在分布式成员关系管理中的应用。深入分析“割裂脑”（Split-Brain）问题的成因，以及基于仲裁（Quorum）机制和领导者锁（Lease）的解决方案。 2. 负载均衡与请求路由： 探讨一致性哈希（Consistent Hashing）在动态节点增减场景下的优势，以及它如何最小化数据迁移。在请求路由方面，区分客户端感知型路由和协调器感知型路由，并分析不同策略对延迟的影响。 3. 恢复机制与快照： 阐述分布式快照（如 Chandy-Lamport 算法）如何无中断地捕获系统全局一致性状态，这对容灾备份至关重要。同时，讨论 Checkpointing 和 Log Replay 机制在系统重启过程中的作用，确保系统在宕机后能够从最近的有效一致状态恢复。 4. 容错模式： 介绍熔断器（Circuit Breaker）、重试策略（Exponential Backoff）、舱壁模式（Bulkhead）等微服务架构中常用的容错设计模式，这些模式是构建高可用性应用不可或缺的工程实践。 --- 第四部分：工程实践与前沿展望（约 200 字） 最后一部分将理论与实践相结合，引导读者将所学知识应用于实际工程场景，并展望该领域未来的研究方向。 本书将通过对业界知名开源系统（如 ZooKeeper, etcd, CockroachDB）中一致性与容错模块的案例分析，展示理论如何在实际的数十万行代码中得以实现和权衡。分析的重点将放在工程实现中对性能（吞吐量和延迟）的优化手段，以及如何平衡强一致性与系统可用性。 展望部分，我们将讨论时间同步不确定性对强一致性的持续影响，以及去中心化共识机制（如区块链的PoS/PoW）在企业级分布式系统中的潜在借鉴意义。本书旨在提供一个扎实、全面的知识体系，使读者能够自信地设计、构建和维护下一代大规模分布式系统。 --- 本书内容严谨，逻辑清晰，侧重于对底层原理的深入挖掘和对主流工程实践的批判性分析，适合作为分布式系统领域高级技术人员的参考手册或研究生阶段的教材。

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