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江峰 / 电子工业出版社 / 2022-10 / 其他
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分布式高可用算法
本书从原理出发,系统性地介绍了分布式系统和算法,而非介绍如何使用某种分布式框架。本书首先介绍了分布式系统是如何被建模的,以及分布式算法是如何被描述的,然后从基础的链路抽象开始逐步增加复杂度,最终将复杂的共识抽象以简单的方式呈现在读者面前。通过阅读本书,读者不仅可以掌握常用的分布式算法,还可以学到分布式算法的证明方法及适用条件,为自行设计分布式系统和算法打下坚实的基础。本书适合分布式领域的初学者及相关从业者阅读参考。
江峰,教授级高工,中国电信集团云计算专业首席专家,中国计算机学会信息存储专委会委员。长期在分布式存储领域从事理论研究和工程实践工作。 受内容分发网络(CDN)的启发,在业内首次提出和设计了“为写而生”的内容存储网络(CSN)——CTOOS。CTOOS实现了广域分布式海量数据存储服务的高可用、低时延和强一致,达到了单命名空间跨池数十个、实存容量过EB的规模,并长期稳定运行,为企业创造了可观的收益,技术水平达到了国内领先。 以第一作者在国际期刊会议上发表论文多篇,以第一发明人申请专利十多件,以第一完成人获得省部级、中国电信集团科技进步奖多次。
1 初识分布式 1 1.1 什么是分布式系统1 1.2 分布式算法的意义 3 1.3 “两将军”问题3 1.4 设计分布式算法的主要挑战8 1.4.1 并发执行 8 1.4.2 进程失败 9 1.4.3 链路失败 10 2 算法模型 12 2.1 I/O 自动机 12 2.1.1 基本模型 13 2.1.2 组合模型15 2.1.3 隐藏操作 16 2.1.4 与业务逻辑的关系18 2.1.5 小结 19 2.2 编程模型 20 2.2.1 调用关系 . 21 2.2.2 事件和事件处理器 . 23 2.2.3 抽象和实现 . 25 3 系统模型 30 3.1 进程 30 3.2 消息 31 3.3 进程启动 32 3.4 进程失败 33 3.4.1 崩溃式失败 . 33 3.4.2 遗漏式失败 . 34 3.4.3 恢复后崩溃失败 . 35 3.4.4 拜占庭失败 . 36 3.4.5 各种失败的关系 . 37 3.5 时钟 37 3.5.1 本地时钟和全局时钟 . 37 3.5.2 因果顺序不变 . 38 3.5.3 逻辑时钟 . 41 3.5.4 时钟偏移 . 42 3.6 时间假设 43 3.6.1 异步系统 . 44 3.6.2 同步系统 . 45 3.6.3 部分同步系统 . 46 3.7 安全性和活性 47 3.8 组合模型 48 3.9 多数派 50 3.10 性能度量 51 4 链路 52 4.1 公平丢包链路 53 4.1.1 定义 . 53 4.1.2 消息系统 . 54 4.2 顽固链路 57 4.2.1 定义 . 57 4.2.2 静音型失败算法 . 57 4.3 可靠链路 60 4.3.1 定义 . 61 4.3.2 静音型失败算法 . 61 4.4 先进先出可靠链路 63 4.4.1 定义 . 63 4.4.2 静音型失败算法 . 63 4.5 日志可靠链路 65 4.5.1 定义 . 65 4.5.2 恢复型失败算法 . 66 4.6 其他说明 69 5 失败检测和选主 70 5.1 失败检测 70 5.2 完美失败检测 71 5.2.1 定义 . 71 5.2.2 停止型失败算法 . 71 5.3 最终完美失败检测 73 5.3.1 定义 . 73 5.3.2 噪音型失败算法 . 74 5.4 选主 76 5.4.1 定义 . 76 5.4.2 停止型失败算法 . 77 5.5 最终选主 78 5.5.1 定义 . 79 5.5.2 噪音型失败算法 . 79 5.5.3 恢复失败型算法 . 81 6 可靠广播 85 6.1 尽力广播 85 6.1.1 定义 . 86 6.1.2 静音型失败算法 . 86 6.2 正则可靠广播 87 6.2.1 定义 . 87 6.2.2 停止型失败算法 . 88 6.2.3 静音型失败算法 . 90 6.3 统一可靠广播 91 6.3.1 定义 . 92 6.3.2 停止型失败算法 . 92 6.3.3 静音型失败算法 . 94 6.4 顽固广播 97 6.4.1 定义 . 97 6.4.2 恢复型失败算法 . 97 6.5 概率广播 98 6.5.1 定义 . 99 6.5.2 随机化算法:尽力推送 . 100 6.5.3 随机化算法:推拉结合 . 106 6.6 先进先出广播 112 6.6.1 定义 . 113 6.6.2 静音型失败算法 . 113 6.7 因果可靠广播 115 6.7.1 定义 . 115 6.7.2 静音型失败算法 . 116 6.7.3 停止型失败算法 . 118 ?6.7.4 静音型失败算法:基于向量时间 120 7 共享内存 124 7.1 介绍 124 7.1.1 前提假设 . 125 7.1.2 操作顺序 . 126 7.1.3 操作失败 . 127 7.2 (1-N)正则注册器 . 128 7.2.1 定义 . 128 7.2.2 停止型失败算法 . 130 7.2.3 静音型失败算法 . 132 7.3 (1-N)原子注册器 . 135 7.3.1 定义 . 136 7.3.2 停止型失败算法 . 137 7.3.3 静音型失败算法 . 140 7.4 (N-N)原子注册器 144 7.4.1 定义 . 144 7.4.2 停止型失败算法 . 147 7.4.3 静音型失败算法 . 149 7.5 (1-N)日志正则注册器 . 152 7.5.1 操作顺序 . 153 7.5.2 定义 . 153 7.5.3 恢复型失败算法 . 155 7.6 (N-N)顺序注册器 158 7.6.1 定义 . 159 7.6.2 正则、顺序与原子注册器的比较 160 7.6.3 叠加性 . 163 7.6.4 静音型失败算法 . 164 7.7 因果注册器和先进先出注册器 169 7.8 CAP 理论 . 170 8 共识 173 8.1 正则共识 174 8.1.1 定义 . 174 8.1.2 停止型失败算法:泛洪共识 175 8.1.3 停止型失败算法:等级共识 178 8.2 统一共识 180 8.2.1 定义 . 180 8.2.2 停止型失败算法:泛洪统一共识 181 8.2.3 停止型失败算法:等级统一共识 184 8.3 适用于噪音型失败模型的统一共识 188 8.3.1 概述 . 188 8.3.2 代次变更 . 189 8.3.3 代次共识 . 195 8.3.4 噪音型失败算法 . 200 8.3.5 Paxos 协议 . 204 8.4 日志统一共识 206 8.4.1 定义 . 206 8.4.2 日志代次变更 . 207 8.4.3 日志代次共识 . 209 8.4.4 恢复型失败算法 . 213 8.5 随机共识 215 8.5.1 定义 . 216 8.5.2 共币 . 217 8.5.3 静音型失败算法:随机二值正则共识 222 8.5.4 静音型失败算法:随机多值正则共识 229 8.6 统一快速共识 231 8.6.1 定义 . 231 8.6.2 静音型失败算法 . 232 8.7 统一序列共识 236 8.7.1 概述 . 236 8.7.2 定义 . 237 8.7.3 基于单值共识的算法 . 239 8.8 适用于噪音型失败模型的统一序列共识 240 8.8.1 概述 . 241 8.8.2 代次序列共识 . 241 8.8.3 噪音型失败算法 . 252 8.8.4 Multi-Paxos 和Raft 协议 254 9 共识的应用 256 9.1 全序广播 256 9.1.1 定义 . 258 9.1.2 算法:基于共识的全序广播 259 9.2 复制状态机 263 9.2.1 定义 . 263 9.2.2 算法:基于全序广播的状态复制 264 9.3 信号量 265 9.3.1 定义 . 265 9.3.2 算法:基于全序广播的信号量 267 9.4 原子提交 270 9.4.1 介绍 . 271 9.4.2 定义 . 272 9.4.3 停止型失败算法:基于共识的非阻塞式原子提交 273 9.5 组成员关系 276 9.5.1 定义 . 277 9.5.2 停止型失败算法:基于共识的组成员关系 278 9.6 可停止全序广播 280 9.6.1 定义 . 281 9.6.2 停止型失败算法:基于共识的可停止全序广播 283 9.7 可重配复制状态机 287 9.7.1 进程的加入和离开 . 288 9.7.2 定义 . 289 9.7.3 停止型失败算法:基于可停止全序广播 291 10 基于时钟的算法 295 10.1 包含时钟的时间假设 295 10.2 基于时钟同步的失败检测 297 10.2.1 完美失败检测 . 297 10.2.2 最终完美失败检测 . 299 10.3 基于网络同步的虚拟时钟 301 10.3.1 定义 . 302 10.3.2 停止型失败算法 . 302 10.4 时钟同步与网络同步的等价性 303 10.5 实时操作系统的意义 305 11 结束语 306 参考文献 307
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开播时间:09月02日 10:30