Distributed Algorithms

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出版者:The MIT Press
作者:Wan Fokkink
出品人:
页数:248
译者:
出版时间:2013-12-6
价格:USD 40.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9780262026772
丛书系列:
图书标签:
  • 分布式
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具体描述

This book offers students and researchers a guide to distributed algorithms that emphasizes examples and exercises rather than the intricacies of mathematical models. It avoids mathematical argumentation, often a stumbling block for students, teaching algorithmic thought rather than proofs and logic. This approach allows the student to learn a large number of algorithms within a relatively short span of time. Algorithms are explained through brief, informal descriptions, illuminating examples, and practical exercises. The examples and exercises allow readers to understand algorithms intuitively and from different perspectives. Proof sketches, arguing the correctness of an algorithm or explaining the idea behind fundamental results, are also included. An appendix offers pseudocode descriptions of many algorithms.

Distributed algorithms are performed by a collection of computers that send messages to each other or by multiple software threads that use the same shared memory. The algorithms presented in the book are for the most part "classics," selected because they shed light on the algorithmic design of distributed systems or on key issues in distributed computing and concurrent programming.

Distributed Algorithms can be used in courses for upper-level undergraduates or graduate students in computer science, or as a reference for researchers in the field.

《分布式系统的基石:模型、算法与证明》 本书深入探讨了分布式计算的核心挑战与解决方案,旨在为研究者、工程师和高级计算机科学学生提供一套坚实的理论基础。我们聚焦于分布式系统的本质——独立计算单元如何在没有中心协调的情况下协同工作,以达成共同目标。 核心内容概述: 1. 分布式计算模型: 同步与异步模型: 详细分析了同步模型(消息传递时界已知)和异步模型(消息传递时界任意)的特性、优势与局限性。理解这些模型是设计和分析分布式算法的关键。我们将探讨在不同模型下,算法的可行性和性能差异。 消息传递模型 vs. 共享内存模型: 深入比较了两种主要的通信范式。重点分析了消息传递模型(如 Lamport 的逻辑时钟、向量时钟)和共享内存模型(如原子操作、锁)下的算法设计策略。 故障模型: 涵盖了从无故障到拜占庭故障等不同程度的故障模型。我们将解析在面对进程失效、消息丢失、消息延迟甚至恶意行为时,算法如何保持健壮性和正确性。例如,我们将讨论停止故障、味同嚼蜡故障、并进一步深入拜占庭容错(BFT)的挑战与经典解决方案。 2. 分布式算法设计范式: 一致性算法: 共识问题: 这是分布式系统的核心难题之一。本书将详尽阐述共识的定义、重要性,以及在各种模型下的解决方案。我们将深入研究 Paxos(及其变种如 Multi-Paxos)和 Raft 等经典的共识算法,详细解析它们的协议流程、安全性和活性的证明。 顺序一致性: 探讨如何在分布式环境中实现操作的全局排序,理解其在数据库、内存一致性模型等领域的应用。 状态机复制: 分析如何通过复制状态机并在各个副本上执行相同的操作序列来提供高可用性和容错性。 选举算法: 领导者选举: 讨论如何在没有中心协调者的情况下,从一组进程中选出一个唯一的领导者。我们将介绍如 Bully 算法、Ring 算法等经典选举协议,分析其效率和在不同网络拓扑下的表现。 去中心化选举: 探索在更复杂的场景下,如何实现非单调的、动态的领导者选择。 成员管理与故障检测: 动态成员: 研究在进程加入和离开分布式系统时,如何维护一个准确的系统成员视图。 故障检测器: 深入分析各种故障检测机制,从简单的超时检测到更复杂的概率性或确定性故障检测器,讨论它们的准确性(可靠性与完整性)以及在算法设计中的作用。 分布式事务与协调: 两阶段提交(2PC): 详细分析 2PC 的协议流程、在同步和异步模型下的变体,以及其固有的阻塞问题。 三阶段提交(3PC): 探讨 3PC 如何尝试解决 2PC 的阻塞问题,并分析其自身的挑战。 分布式锁: 研究在分布式环境中实现互斥访问的机制。 并发控制与同步: 时间戳排序: 分析使用时间戳来保证操作顺序的方法。 分布式死锁检测与避免: 探讨在分布式系统中如何识别和处理死锁。 数据分片与复制: 一致性哈希: 介绍一致性哈希在动态节点加入/离开时的键值映射问题上的应用。 分布式缓存: 分析构建可伸缩、高可用的分布式缓存系统所需的算法。 3. 算法的数学证明与分析: 正确性证明: 本书将强调对分布式算法进行严格的数学证明。我们将学习如何使用不变量、归纳法、以及对安全性和活性属性的 formal 证明技术。 复杂度分析: 深入分析算法的时间复杂度、空间复杂度、通信复杂度以及容错能力。我们将评估算法在不同网络条件和故障场景下的性能表现。 形式化方法: 介绍使用模型检查等形式化方法来验证分布式算法的正确性。 本书的独特之处: 理论与实践的结合: 在提供严谨理论分析的同时,本书也联系了现实世界的分布式系统应用,例如现代数据库、分布式文件系统、云计算平台等,帮助读者理解理论知识的实际价值。 详尽的证明与分析: 不同于许多仅给出算法流程的教材,本书致力于提供清晰、完整的算法证明,让读者深刻理解算法为何能够工作,以及其在不同情况下的行为。 面向问题的教学: 围绕分布式系统中的核心问题(如一致性、容错性、可用性),展开算法的介绍和分析,使读者能够系统地掌握解决这些问题的工具集。 循序渐进的难度: 从基础概念入手,逐步深入到更复杂的模型和算法,适合不同背景的读者。 学习本书,您将能够: 理解分布式系统固有的复杂性与挑战。 掌握设计、分析和证明分布式算法的基本原理和技术。 评估和选择适合特定应用场景的分布式算法。 构建健壮、可伸缩且高可用的分布式系统。 为深入研究分布式系统中的前沿问题打下坚实的基础。 本书是所有希望深入理解分布式系统底层机制,并能设计和实现高性能、高可靠性分布式解决方案的专业人士不可或缺的参考。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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《分布式算法》这本书,对于想要深入理解分布式系统底层原理的读者来说,绝对是一块试金石。我记得刚开始翻阅时,就被里面大量的数学符号和图表所震撼。书中的每一页都充满了严谨的逻辑和精妙的设计,尤其是关于“视图(View)”和“阶段(Phase)”的描述,让我对分布式状态的管理有了全新的认识。我以前总觉得分布式系统就是把任务拆开,然后找几个机器一起干,但读了这本书之后,我才明白,原来背后牵扯到那么多关于“顺序”、“同步”和“容错”的复杂博弈。书里对“消息传递”和“共享内存”这两种主要通信模型的深入剖析,也让我对不同分布式系统设计的取舍有了更清晰的理解。比如,为什么有些系统会选择消息队列,而有些则更倾向于 RPC。虽然书中对于具体场景的案例分析不多,更多的是对通用算法的理论推导,但这恰恰是它的价值所在——它教会你如何从根本上去思考问题,而不是被某个特定的技术框架所束缚。我时常会在阅读过程中,脑海里勾勒出各种数据流动的图景,想象着数据在不同节点之间如何传递、如何决策,这是一种非常锻炼抽象思维的过程,也是我在这本书中最大的收获。

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《分布式算法》这本书,光听名字就让人觉得一股深邃的学术气息扑面而来,尤其是在我刚接触这个领域的时候,它简直就像一座知识的金字塔,高耸入云,让人望而却步,又忍不住想要攀登。我记得当时最头疼的就是那些抽象的概念,什么一致性协议、共识问题,听着就像是天书一般,脑子里只有一个模糊的轮廓,具体到实现层面就一片空白。尤其是在学习 Paxos 或 Raft 这种经典的共识算法时,那种“想明白却又似懂非懂”的纠结感,简直可以写一本“分布式算法学习者的痛苦自白”。书里大量的数学推导和形式化证明,对于我这样非数学专业出身的读者来说,简直是二次打击。我常常需要对照着好几篇博文,甚至是一些更基础的教材,才能勉强理解一个引理的意义。尽管如此,当我最终“啃”下哪怕一个算法的某个关键细节时,那种豁然开朗的感觉,也是无与伦比的。这本书更像是提供了一个框架,一个方向,让你知道在分布式领域,有哪些基本的问题需要解决,有哪些经典的解决方案,但具体到如何将这些理论落地,如何进行实际的系统设计,还需要读者自己去大量的实践和摸索,这是一种“授人以鱼不如授人以渔”的教学方式,虽然初期痛苦,但长远来看,受益匪浅。

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坦白讲,《分布式算法》这本书,让我第一次体会到了“理论压倒一切”的无力感。当时我急切地想找到一个能快速解决分布式锁问题的方案,结果翻开书,映入眼帘的是各种关于“公平性”、“活性”和“安全性”的定义,以及一大堆难以理解的数学证明。我当时的感觉就像是,我拿着一把锤子,想去拧一个螺丝,而这本书则在告诉我,螺丝的材质、螺纹的原理、以及如何用合适的工具去拆卸它,但就是不直接告诉我用哪个工具。书中的很多算法,比如“两阶段提交”(Two-Phase Commit)和“三阶段提交”(Three-Phase Commit),虽然听起来能解决事务一致性问题,但它们在实际中的局限性和可能带来的性能瓶颈,书里也都讲得清清楚楚。这让我一度陷入“选择困难症”,一方面觉得理论很深刻,但另一方面又觉得实操起来挑战巨大。我花了很长时间去理解为什么有些算法能够容忍“节点失效”,而有些则不行,这背后涉及到很多关于“一致性模型”的细微差别。总的来说,这本书更适合那些有一定分布式系统基础,并且希望从理论层面去夯实自己知识体系的读者,如果你只是想快速学会某个技术,那这本书可能就不是你的最佳选择。

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《分布式算法》这本书,在我看来,是一本“思想启蒙”级别的著作,而不是一本“操作手册”。我至今记得书中对“分布式系统”这一概念本身的探讨,它并非仅仅是多台计算机的集合,而是一个由通信、协调、容错等一系列复杂机制构建起来的有机整体。当我阅读到关于“一致性(Consistency)”的各种模型时,比如“顺序一致性(Sequential Consistency)”、“因果一致性(Causal Consistency)”,我才真正理解到,在分布式环境中,数据的一致性并非理所当然,而是一个需要付出努力去达成的目标。书中的一些算法,比如 Fekete 的“分布式链式复制”,虽然原理听起来并不算特别高深,但它所体现出的那种对于“局部信息”和“全局协调”的巧妙平衡,给我留下了深刻的印象。我经常会在工作之余,把书中提到的概念与我日常接触到的分布式系统进行对比,思考它们的设计哲学和潜在的权衡。例如,为什么 Google 的 Spanner 会选择 Paxos,而 Amazon 的 Dynamo 会采用最终一致性(Eventual Consistency)?这本书并没有给出直接的答案,但它提供了一个思考框架,让你能够更深入地去理解这些选择背后的原因。它教会我的,是如何去“看穿”一个分布式系统的表象,去理解它核心的运作逻辑。

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说实话,《分布式算法》这本书,我当初是抱着“解决实际问题”的目的去看的,结果发现它更像是在“提出问题”和“规范问题”的层面,提供了一套严谨的理论体系。我在工作中经常会遇到数据同步、服务可用性、事务处理等方面的挑战,当时以为读了这本书就能找到现成的“银弹”。结果发现,书中更多的是在探讨“为什么会出现这些问题”,比如“拜占庭将军问题”这种听起来就很玄乎的场景,以及“如何证明一个算法是正确的”。读到后面,特别是关于“终结性”(Termination)和“活性”(Liveness)的讨论,我才意识到,在分布式环境中,保证“一定能成功”和“不会永远等待”是多么不容易的事情。书里对各种算法的分析,比如 Lamport 的时钟、Chidambaram 的排序算法,都是基于非常抽象的模型,很少直接涉及具体的编程语言或技术栈。这让我一度感到困惑,学了这么多理论,到底该怎么应用到实际的微服务架构中?我尝试着将书中的概念与我熟悉的 Zookeeper、Kafka 等工具进行关联,希望能找到理论与实践的桥梁,但很多时候,理论的抽象性让我难以找到直接的对应关系,更多的时候,我只能从中汲取一些设计的思想和解决问题的思路,而不是直接的代码实现。

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分布式系统算法的概述。算法并不全,但是面基本都点到了。读完Prof Lynch的分布式算法之后默默回来改成3星……

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分布式系统算法的概述。算法并不全,但是面基本都点到了。读完Prof Lynch的分布式算法之后默默回来改成3星……

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过于陈旧

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分布式系统算法的概述。算法并不全,但是面基本都点到了。读完Prof Lynch的分布式算法之后默默回来改成3星……

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分布式系统算法的概述。算法并不全,但是面基本都点到了。读完Prof Lynch的分布式算法之后默默回来改成3星……

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