Performance Modeling and Engineering pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Liu, Zhen (EDT)/ Xia, Cathy H. (EDT)

出品人:

页数:236

译者:

出版时间:2008-5

价格:$ 190.97

装帧:

isbn号码:9780387793603

丛书系列:

图书标签:

性能建模
性能工程
计算机性能
排队论
仿真
分析建模
系统设计
软件性能
硬件性能
云计算性能

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具体描述

This book presents the latest advances in methodology and techniques of performance modeling and engineering, ranging from theoretical advances to system and architecture developments, from technology to economics, from academic innovations to engineering processes, from statistical analysis to system control, and from enterprise systems to computer networks. The collection promotes innovative research in these emerging topics, bridging the gap between theory and practice, and stimulating the use of these new developments. Part I focuses on performance design and engineering, introducing new methodologies and considerations including machine learning, network economics, online advertising and performance engineering. Part II concentrates on scheduling and control, covering new developments in Internet traffic routing, network scheduling, and modeling and control of computer systems. Each chapter is self-contained, including both a broad survey of the topic and the technical challenges and solutions.

深入探索现代软件架构的基石：系统演化、弹性与前沿计算范式本书旨在为读者提供一个全面且深入的视角，聚焦于构建、维护和优化下一代高性能、高可靠性计算系统的关键技术与实践。我们不局限于单一的性能度量，而是深入探究从底层硬件交互到上层应用逻辑的完整系统生命周期中的复杂动态，强调在资源受限和需求快速变化环境下的工程决策制定。第一部分：复杂系统的建模与分析基础本部分奠定了理解现代分布式和并行系统性能特性的理论框架。我们将从离散数学和概率论的基础出发，构建描述系统行为的数学模型。 1. 现代并发模型与同步机制的性能剖析：我们将详细考察当前主流并发模型（如Actors、CSP、Go Channels、Rust所有权/借用模型）在实际工作负载下的性能特征。重点分析锁的粒度、无锁数据结构的开销，以及内存屏障对延迟和吞吐量的实际影响。不同于传统的理论模型，本书将通过实际代码片段和性能计数器数据，揭示操作系统调度、上下文切换成本在不同硬件架构（如NUMA、异构多核）上的非线性影响。 2. 深入排队论在资源竞争中的应用：经典的M/M/1模型已不足以应对现代I/O密集型和CPU密集型任务的混合场景。本书将重点介绍非平稳排队系统、优先级调度对延迟敏感型任务的影响，以及有损网络和反馈控制机制下的排队行为。我们将使用更复杂的概率分布（如超指数、Erlang分布）来更精确地模拟请求到达模式和任务执行时间，并探讨如何利用这些模型来设计更优的资源预留策略。 3. 性能可观测性的理论基础与实践：性能分析不再仅仅是事后诊断，而是内嵌于系统设计中的持续过程。本部分将探讨分布式追踪（Tracing）背后的信息论基础，如何有效地在微服务架构中采样和聚合跨越地理位置和技术栈的遥测数据。我们将分析“火焰图”和“栈剖面图”的局限性，并介绍基于采样的统计推断方法，以在不显著增加系统开销的情况下获得高置信度的性能洞察。第二部分：分布式系统中的一致性、延迟与可扩展性工程随着系统边界的扩展，一致性协议的选择直接决定了系统的性能上限和可用性。本部分专注于在分布式环境中实现高性能与强一致性之间的权衡艺术。 4. 分布式事务与共识算法的性能边界：对Paxos、Raft及其变种进行深入的性能评估。我们不仅关注协议的收敛时间，更着重分析在网络分区、领导者选举延迟和拜占庭故障下的尾部延迟（Tail Latency）表现。书中将详细介绍如何通过优化网络协议栈（如使用QUIC替代TCP）和利用硬件加速（如RDMA）来降低共识操作的实际延迟。 5. 数据分片策略与跨节点通信优化：探讨一致性哈希、范围分区、基于查询模式的分区设计。重点分析热点数据（Hot Spot）的识别与动态重平衡机制的性能开销。在跨数据中心或区域部署中，延迟敏感型数据复制（如异步复制与同步复制）的权衡分析，并介绍基于CRDT（Conflict-free Replicated Data Types）的最终一致性方案在低延迟场景下的实际应用案例。 6. 现代存储系统层面的性能调优：超越传统的数据库索引，本书关注下一代持久化技术。我们将分析NVMe SSD、Persistent Memory（PMEM）的独特I/O特性，以及它们如何影响内存映射文件和直接I/O操作的性能。详细讲解Log-Structured Merge Tree (LSM-Tree)的写入放大与读取放大问题，以及如何通过合理的Compaction策略来平衡写入吞吐量和读取延迟。第三部分：面向未来的计算范式与系统优化前沿本部分展望并剖析了当前正在重塑高性能计算格局的前沿技术，强调如何在这些新范式中实现资源的最优利用。 7. 异构计算资源的管理与调度：现代计算平台深度依赖GPU、FPGA和专用AI加速器。本书将介绍如何设计高效的资源池化和细粒度切片机制，以最大限度地利用这些昂贵的加速器资源。重点分析CUDA/OpenCL内核的启动延迟、数据在CPU-GPU内存之间的传输瓶颈，以及如何利用零拷贝技术和异步API来隐藏通信开销。 8. 云原生环境下的性能工程挑战：容器化和无服务器（Serverless）架构引入了新的性能不确定性。我们将研究容器逃逸开销、CGroup资源限制对内核调度抖动的影响，以及冷启动（Cold Start）延迟的根本原因分析与缓解策略。本书提供了在Kubernetes环境中精确测量和保障服务级别目标（SLO）的系统化方法。 9. 机器学习模型部署的性能工程：随着AI驱动的服务成为主流，模型的推理延迟成为新的性能瓶颈。本书将探讨模型量化（Quantization）、剪枝（Pruning）和知识蒸馏对计算需求的影响。我们将深入分析TensorRT、ONNX Runtime等高性能推理引擎的优化原理，并介绍如何设计高效的批处理（Batching）策略以最大化GPU利用率，同时避免不必要的延迟增加。 10. 仿真、数字孪生与性能预测：传统的基准测试往往无法完全捕捉真实世界的复杂交互。本部分将介绍如何使用基于事件的仿真器（如SimPy或专用工具链）来构建系统级的数字孪生。重点在于如何通过高保真仿真来提前发现设计缺陷，并建立从系统负载模型到资源消耗的前馈预测模型，从而实现更主动的性能管理。全书旨在提供一种系统化的、基于数据驱动的工程思维，使读者不仅能够诊断已发生的性能问题，更能预见和规避未来设计中的潜在瓶颈。本书的案例和分析都源自于对大型、高并发生产系统的深度实践经验。