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第1章 概论1

1.1 推动因素1

1.2 基本计算机组成2

1.3 分布式系统的定义4

1.4 我们的模型7

1.5 互连网络8

1.6 应用与标准12

1.7 范围13

1.8 参考资料来源15

参考文献16

习题18

第2章 分布式程序设计语言20

2.1 分布式程序设计支持的需求20

2.2 并行/分布式程序设计语言概述20

2.3 并行性的表示21

2.4 进程通信与同步27

2.5 远程过程调用34

2.6 健壮性35

参考文献38

习题40

第3章 分布式系统设计的形式方法43

3.1 模型的介绍43

3.1.1 状态机模型43

3.1.2 佩特里网44

3.2 因果相关事件49

3.2.1 发生在先关系49

3.2.2 时空视图49

3.2.3 交叉视图50

3.3 全局状态51

3.3.1 时空视图中的全局状态51

3.3.2 全局状态：一个形式定义53

3.3.3 全局状态的 快照54

3.3.4 一致全局状态的充要条件55

3.4 逻辑时钟56

3.4.1 标量逻辑时钟57

3.4.2 扩展57

3.4.3 有效实现59

3.4.4 物理时钟60

3.5 应用60

3.5.1 一个全序应用：分布式互斥60

3.5.2 一个逻辑向量时钟应用：消息的排序61

3.6 分布式控制算法的分类62

3.7 分布式算法的复杂性63

参考文献63

习题65

4.1 互斥67

第4章 互斥和选举算法67

4.2 非基于权标的解决方案68

4.2.1 Lamport算法的简单扩展68

4.2.2 Ricart和Agrawala的第一个算法69

4.2.3 Maekawa的算法70

4.3 基于权标的解决方案71

4.3.1 Ricart和Agrawala的第二个算法71

4.3.2 一个简单的基于权标环的算法73

4.3.3 一个基于权标环的容错算法74

4.3.4 基于权标的使用其他逻辑结构的互斥75

4.4 选举76

4.4.1 Chang和Roberts的算法77

4.4.2 非基于比较的算法79

4.5 投标80

4.6 自稳定84

参考文献86

习题89

第5章 死锁的预防、避免和检测91

5.1 死锁问题91

5.1.1 死锁发生的条件91

5.1.2 图论模型92

5.1.3 处理死锁的策略93

5.1.4 请求模型94

5.1.5 资源和进程模型94

5.1.6 死锁条件94

5.2 死锁预防95

5.3 一个死锁预防的例子：分布式数据库系统96

5.4 死锁避免98

5.5 一个死锁避免的例子：多机器人的灵活装配单元100

5.6 死锁检测和恢复103

5.6.1 集中式方法103

5.6.3 等级式方法104

5.6.2 分布式方法104

5.7 死锁检测和恢复的例子105

5.7.1 AND模型下的Chandy，Misra和Hass算法105

5.7.2 AND模型下的Mitchell和Merritt算法106

5.7.3 OR模型下的Chandy，Misra和Hass算法106

参考文献108

习题109

第6章 分布式路由算法111

6.1 导论111

6.1.1 拓扑112

6.1.2 交换112

6.1.3 通信类型113

6.1.4 路由113

6.1.5 路由函数114

6.2 一般类型的最短路径路由114

6.2.2 Ford的分布式算法115

6.2.1 Dijkstra集中式算法115

6.2.3 ARPAnet的路由策略116

6.3 特殊类型网络中的单播118

6.3.1 双向环118

6.3.2 网格和圆环119

6.3.3 超立方120

6.4 特殊类型网络中的广播122

6.4.1 环122

6.4.2 2维网格和圆环123

6.4.3 超立方124

6.5 特殊类型网络中的组播127

6.5.1 一般方法128

6.5.2 基于路径的方法128

6.5.3 基于树的方法129

参考文献131

习题133

第7章 自适应、无死锁和容错路由135

7.1 虚信道和虚网络135

7.2 完全自适应和无死锁路由137

7.2.1 虚信道类137

7.2.2 逃逸信道138

7.3 部分自适应和无死锁路由139

7.4 容错单播：一般方法142

7.5 2维网格和圆环中的容错单播143

7.5.1 基于局部信息的路由143

7.5.2 基于有限全局信息的路由146

7.5.3 基于其他故障模型的路由147

7.6 超立方中的容错单播148

7.6.1 基于局部信息的模型148

7.6.2 基于有限全局信息的模型：安全等级150

7.6.3 基于扩展安全等级模型的路由：安全向量151

7.7.1 一般方法152

7.7 容错广播152

7.7.2 使用全局信息的广播153

7.7.3 使用安全等级进行广播153

7.8 容错组播155

7.8.1 一般方法155

7.8.2 基于路径的路由155

7.8.3 使用安全等级在超立方中进行组播157

参考文献159

习题163

第8章 分布式系统的可靠性166

8.1 基本模型166

8.2 容错系统设计的构件模块167

8.2.1 稳定存储器167

8.2.2 故障-停止处理器168

8.2.3 原子操作169

8.3 节点故障的处理169

8.3.1 向后式恢复169

8.3.2 前卷式恢复170

8.4.1 检查点的存储172

8.4 向后恢复中的问题172

8.4.2 检查点方法173

8.5 处理拜占庭式故障176

8.5.1 同步系统中的一致协议176

8.5.2 对一个发送者的一致177

8.5.3 对多个发送者的一致179

8.5.4 不同模型下的一致180

8.5.5 对验证消息的一致181

8.6 处理通信故障182

8.7 处理软件故障185

参考文献186

习题191

第9章 静态负载分配192

9.1 负载分配的分类192

9.2 静态负载分配193

9.2.1 处理器互连194

9.2.2 任务划分195

9.2.3 任务分配196

9.3 不同调度模型概述196

9.4 基于任务优先图的任务调度197

习题200

9.5 案例学习：两种最优调度算法200

9.6 基于任务相互关系图的任务调度201

9.7 案例学习：域划分203

9.8 使用其他模型和目标的调度205

9.8.1 网络流量技术：有不同处理器能力的任务相互关系图206

9.8.2 速率单调优先调度和期限驱动调度：带实时限制的定期任务209

9.8.3 通过任务复制实现故障安全调度：树结构的任务优先图211

参考文献217

第10章 动态负载分配222

10.1 动态负载分配222

10.1.1 动态负载分配的组成要素223

10.2 负载平衡设计决策224

10.2.1 静态算法对动态算法224

10.1.2 动态负载分配算法224

10.2.2 多样化信息策略225

10.2.3 集中控制算法和分散控制算法225

10.2.7 操作系统和独立任务启动策略226

10.2.6 进程分类226

10.2.8 开环控制和闭环控制226

10.2.9 使用硬件和使用软件226

10.2.5 资源复制226

10.2.4 移植启动策略226

10.3 移植策略：发送者启动和接收者启动227

10.4 负载平衡使用的参数229

10.4.1 系统大小229

10.4.2 系统负载229

10.4.3 系统交通强度229

10.4.4 移植阈值230

10.4.5 任务大小230

10.4.6 管理成本230

10.4.7 响应时间230

10.4.8 负载平衡视界230

10.4.9 资源要求230

10.5 其他相关因素231

10.5.1 编码文件和数据文件231

10.5.2 系统稳定性231

10.5.3 系统体系结构231

10.6 负载平衡算法实例231

10.6.2 最近邻居算法：扩散232

10.6.3 最近邻居算法：梯度232

10.6.1 直接算法232

10.6.4 最近邻居算法：维交换233

10.7 案例学习：超立方体多计算机上的负载平衡237

10.8 未来的研究方向238

参考文献239

习题242

11.1 基本概念243

11.2 可串行性理论243

第11章 分布式数据管理243

11.3 并发控制246

11.3.1 基于锁的并发控制246

11.3.2 基于时戳的并发控制247

11.3.3 乐观的并发控制248

11.4 复制和一致性管理248

11.4.1 主站点方法249

11.4.2 活动复制249

11.4.3 选举协议250

11.4.4 网络划分的乐观方法：版本号向量251

11.4.5 网络分割的悲观方法：动态选举253

11.5 分布式可靠性协议255

参考文献259

习题260

第12章 分布式系统的应用263

12.1 分布式操作系统263

12.1.1 服务器结构264

12.1.2 八种服务类型264

12.1.3 基于微内核的系统265

12.2 分布式文件系统265

12.2.2 文件共享语义266

12.2.3 文件系统合并266

12.2.1 文件存取模型266

12.2.5 命名和名字服务267

12.2.6 加密267

12.2.4 保护267

12.2.7 缓存268

12.3 分布式共享存储器269

12.3.1 存储器相关性问题270

12.3.2 Stumm和Zhou的分类270

12.3.3 Li和Hudak的分类271

12.4 分布式数据库系统273

12.5 异构型处理275

12.6 分布式系统的未来研究方向276

参考文献277

习题281

附录 DCDL中的通用符号列表282

索引283

9.9 未来的研究方向2196