計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

第1章 系統(tǒng) 1

1.0 概述 1

1.1 系統(tǒng)和復(fù)雜性 2

1.1.1 不同領(lǐng)域中系統(tǒng)的共同

問題 2

1.1.2 系統(tǒng)、組件、接口和

環(huán)境 5

1.1.3 復(fù)雜性 6

1.2 復(fù)雜性的來源 7

1.2.1 相互影響的需求 8

1.2.2 保證高利用率 10

1.3 處理復(fù)雜性I 11

1.3.1 模塊化 11

1.3.2 抽象化 13

1.3.3 層次化 15

1.3.4 分級化 15

1.3.5 組合起來:用名字

關(guān)聯(lián) 16

1.4 求同存異:計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與

其他系統(tǒng)的比較 16

1.4.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組合沒有

限制 17

1.4.2 d(技術(shù))/dt是前所

未有的 18

1.5 處理復(fù)雜性Ⅱ 21

1.5.1 為什么模塊化、

抽象化、層次化和

分級化還不夠 21

1.5.2 迭代法 21

1.5.3 保持簡單 23

1.6 本書其他內(nèi)容 24

習(xí)題 25

第2章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成部分 26

2.0 概述 26

2.1 3種基本抽象 26

2.1.1 存儲器 27

2.1.2 解釋器 32

2.1.3 通信鏈路 36

2.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的命名 37

2.2.1 命名模型 38

2.2.2 默認(rèn)上下文引用和

顯式上下文引用 41

2.2.3 路徑名、命名網(wǎng)絡(luò)和

遞歸名字解析 44

2.2.4 多重查找:在分層的

上下文中搜索 46

2.2.5 名字比較 47

2.2.6 名字發(fā)現(xiàn) 48

2.3 用名字和層次結(jié)構(gòu)組織計(jì)算機(jī)

系統(tǒng) 49

2.3.1 硬件層:總線 51

2.3.2 軟件層:文件抽象 55

2.4 總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，面向未來 58

2.5 案例分析:UNIX文件系統(tǒng)中

的層次和命名 58

2.5.1 UNIX文件系統(tǒng)應(yīng)用

程序編程接口 59

2.5.2 塊層 60

2.5.3 文件層 61

2.5.4 inode編號層 62

2.5.5 文件名層 62

2.5.6 路徑名層 64

2.5.7 連接 65

2.5.8 重命名 66

2.5.9 絕對路徑層 67

2.5.10 符號連接層 68

2.5.11 實(shí)現(xiàn)文件系統(tǒng)API 70

2.5.12 Shell，隱式上下文，

搜索路徑，名字發(fā)現(xiàn) 73

2.5.13 進(jìn)一步閱讀推薦 74

習(xí)題 75

第3章 命名方案的設(shè)計(jì) 77

3.0 概述 77

3.1 命名方案設(shè)計(jì)中的考慮因素 77

3.1.1 模塊化共享 77

3.1.2 元數(shù)據(jù)與名字重載 80

3.1.3 地址:定位對象的

名字 82

3.1.4 生成唯一的名字 83

3.1.5 預(yù)期用戶與用戶友好

的名字 86

3.1.6 名字、值和綁定的

相對壽命 87

3.1.7 回顧和展望:名字是

基本的系統(tǒng)組件 89

3.2 案例研究:統(tǒng)一資源

定位器(URL) 90

3.2.1 網(wǎng)頁瀏覽作為參考

經(jīng)歷;名字發(fā)現(xiàn) 90

3.2.2 URL的解釋 90

3.2.3 URL大小寫敏感性 91

3.2.4 部分URL的錯(cuò)誤

上下文引用 92

3.2.5 URL中的名字重載 94

3.3 戰(zhàn)爭故事:名字使用中的

病癥 95

3.3.1 名字沖突趕走了

笑容 95

3.3.2 來自重載的脆弱名字，

以及市場對策 95

3.3.3 來自重載的更加脆弱

的名字，伴隨市場

崩潰 96

3.3.4 用戶友好的名字中的

大小寫敏感性 97

3.3.5 電話號碼的用盡 98

習(xí)題 100

第4章 使用客戶及服務(wù)增強(qiáng)模塊化 102

4.0 概述 102

4.1 客戶/服務(wù)組織方式 103

4.1.1 從軟模塊化到強(qiáng)制

模塊化 103

4.1.2 客戶/服務(wù)的組織

方式 108

4.1.3 多客戶端和

多服務(wù)器 114

4.1.4 可信中間方 114

4.1.5 一個(gè)簡單的例子

服務(wù) 116

4.2 客戶端和服務(wù)端之間的

通信 117

4.2.1 遠(yuǎn)程過程調(diào)用

(RPC) 117

4.2.2 RPC不等于過程

調(diào)用 119

4.2.3 通過中間方的通信 121

4.3 總結(jié)及前景 122

4.4 案例研究:因特網(wǎng)域名

系統(tǒng)(DNS) 123

4.4.1 DNS中的名字解析 124

4.4.2 層次化的名字管理 128

4.4.3 DNS的其他特點(diǎn) 128

4.4.4 DNS中的名字發(fā)現(xiàn) 129

4.4.5 DNS響應(yīng)的可信性 130

4.5 案例研究:網(wǎng)絡(luò)文件

系統(tǒng)(NFS) 131

4.5.1 命名遠(yuǎn)程的文件和

目錄 131

4.5.2 NFS的遠(yuǎn)程過程

調(diào)用 133

4.5.3 擴(kuò)展UNIX文件系統(tǒng)

來支持NFS 136

4.5.4 一致性 137

4.5.5 NFS版本3及后續(xù)

版本 139

習(xí)題 139

第5章 使用虛擬化技術(shù)強(qiáng)制模塊化 142

5.0 概述 142

5.1 在一個(gè)計(jì)算機(jī)內(nèi)部使用虛擬

化技術(shù)進(jìn)行客戶端服務(wù)器

組織 142

5.1.1 虛擬化計(jì)算機(jī)的抽象

概念 144

5.1.2 仿真與虛擬機(jī) 148

5.1.3 路線圖:逐步

虛擬化 148

5.2 使用SEND、RECEIVE以及

有界緩存區(qū)的虛擬連接 149

5.2.1 有界限緩存區(qū)的SEND

與RECEIVE的接口 150

5.2.2 使用有界緩存區(qū)進(jìn)行

順序合作 150

5.2.3 競爭狀態(tài) 153

5.2.4 鎖與前后原子性 156

5.2.5 死鎖 158

5.2.6 實(shí)現(xiàn)ACQUIRE以及

RELEASE 160

5.2.7 使用單一寫原理實(shí)現(xiàn)

前后原子性動(dòng)作 162

5.2.8 使用異步連接在同步島

之間進(jìn)行合作 165

5.3 在內(nèi)存上強(qiáng)制模塊化 166

5.3.1 使用域強(qiáng)制模塊化 166

5.3.2 使用多個(gè)域控制

共享 167

5.3.3 使用內(nèi)核態(tài)與用戶態(tài)

更多強(qiáng)制模塊化 169

5.3.4 門與模式轉(zhuǎn)換 170

5.3.5 為有界緩存區(qū)強(qiáng)制

模塊化 171

5.3.6 內(nèi)核 172

5.4 虛擬化內(nèi)存 175

5.4.1 虛擬化地址 176

5.4.2 使用頁映射翻譯

地址 177

5.4.3 虛擬地址空間 179

5.4.4 硬件與軟件對比以及

旁路轉(zhuǎn)換緩存 183

5.4.5 段(高級主題) 184

5.5 使用線程虛擬化處理器 185

5.5.1 多個(gè)線程之間共享

一個(gè)處理器 186

5.5.2 實(shí)現(xiàn)YIELD 189

5.5.3 建立和終結(jié)線程 193

5.5.4 使用線程強(qiáng)制模塊化:

搶先式調(diào)度 197

5.5.5 使用線程和地址空間

強(qiáng)制模塊化 198

5.5.6 線程分層 199

5.6 順序合作的線程原語 200

5.6.1 通知丟失問題 200

5.6.2 使用事件計(jì)數(shù)器以及

順序器避免通知丟失

問題 203

5.6.3 實(shí)現(xiàn)AWAIT、ADVANCE、

TICKET、READ

(高級主題) 207

5.6.4 輪詢、中斷與順序

合作 209

5.7 案例分析:在Intel x86上

強(qiáng)制模塊化的演進(jìn) 211

5.7.1 早期設(shè)計(jì):沒有對

強(qiáng)制模塊化的支持 211

5.7.2 使用段強(qiáng)制模塊化 212

5.7.3 基于頁的虛擬地址

空間 213

5.7.4 概述:進(jìn)一步的

演進(jìn) 213

5.8 應(yīng)用:使用虛擬機(jī)強(qiáng)制

模塊化 215

5.8.1 虛擬機(jī)的使用 215

5.8.2 實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī) 216

5.8.3 虛擬化的例子 217

習(xí)題 218

第6章 性能 221

6.0 概述 221

6.1 面向性能的設(shè)計(jì) 221

6.1.1 性能量度 222

6.1.2 一種系統(tǒng)化的面向

性能的設(shè)計(jì)方法 224

6.1.3 利用工作負(fù)載的特性

減少延遲 225

6.1.4 利用并發(fā)性減少

延遲 227

6.1.5 提高吞吐率:

并發(fā)性 228

6.1.6 排隊(duì)與過載 229

6.1.7 消除瓶頸 231

6.1.8 示例:I/O瓶頸 233

6.2 多層存儲 237

6.2.1 內(nèi)存特征 238

6.2.2 利用虛存管理多層

存儲 239

6.2.3 給虛存系統(tǒng)增加多層

存儲管理的功能 241

6.2.4 分析多層存儲系統(tǒng) 244

6.2.5 存儲訪問的局部性與

工作集 245

6.2.6 多層存儲管理策略 247

6.2.7 不同策略的比較

分析 251

6.2.8 其他頁替換算法 254

6.2.9 多層存儲管理的其他

方面 256

6.3 調(diào)度 256

6.3.1 資源調(diào)度 257

6.3.2 調(diào)度的量度 258

6.3.3 調(diào)度策略 260

6.3.4 實(shí)例研究:調(diào)度磁盤

搖臂 267

習(xí)題 269

關(guān)于第二部分 273

附錄A:二元分類的權(quán)衡 275

進(jìn)一步閱讀推薦 278

問題集 315

術(shù)語表 357 ……