Code Design for Dependable Systems pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Fujiwara, Eiji

出品人:

页数:720

译者:

出版时间:2006-7

价格:1467.00 元

装帧:HRD

isbn号码:9780471756187

丛书系列:

图书标签:

软件设计
可靠系统
代码质量
软件工程
系统设计
可维护性
可测试性
容错
并发
分布式系统

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具体描述

Theoretical and practical tools to master matrix code design strategy and technique Error correcting and detecting codes are essential to improving system reliability and have popularly been applied to computer systems and communication systems. Coding theory has been studied mainly using the code generator polynomials; hence, the codes are sometimes called polynomial codes. On the other hand, the codes designed by parity check matrices are referred to in this book as matrix codes. This timely book focuses on the design theory for matrix codes and their practical applications for the improvement of system reliability. As the author effectively demonstrates, matrix codes are far more flexible than polynomial codes, as they are capable of expressing various types of code functions.

In contrast to other coding theory publications, this one does not burden its readers with unnecessary polynomial algebra, but rather focuses on the essentials needed to understand and take full advantage of matrix code constructions and designs. Readers are presented with a full array of theoretical and practical tools to master the fine points of matrix code design strategy and technique:

* Code designs are presented in relation to practical applications, such as high-speed semiconductor memories, mass memories of disks and tapes, logic circuits and systems, data entry systems, and distributed storage systems

* New classes of matrix codes, such as error locating codes, spotty byte error control codes, and unequal error control codes, are introduced along with their applications

* A new parallel decoding algorithm of the burst error control codes is demonstrated

In addition to the treatment of matrix codes, the author provides readers with a general overview of the latest developments and advances in the field of code design. Examples, figures, and exercises are fully provided in each chapter to illustrate concepts and engage the reader in designing actual code and solving real problems. The matrix codes presented with practical parameter settings will be very useful for practicing engineers and researchers. References lead to additional material so readers can explore advanced topics in depth.

Engineers, researchers, and designers involved in dependable system design and code design research will find the unique focus and perspective of this practical guide and reference helpful in finding solutions to many key industry problems. It also can serve as a coursebook for graduate and advanced undergraduate students.

软件工程前沿：面向可靠性的系统设计一本深入剖析现代软件系统核心挑战与前沿解决方案的权威著作随着信息技术的飞速发展，我们所依赖的软件系统——从关键基础设施到日常消费应用——其复杂性与规模呈指数级增长。在这种背景下，“可靠性”（Dependability）不再是一个可有可无的特性，而是决定系统成败的基石。本书《软件工程前沿：面向可靠性的系统设计》旨在为软件架构师、高级开发人员、系统工程师以及所有致力于构建健壮、安全、高可用软件的专业人士，提供一套全面且实用的设计范式、分析工具和实践指南。本书的结构围绕软件生命周期中的关键决策点展开，聚焦于如何从设计之初就将可靠性深深植入系统基因，而非仅仅依赖于后期的测试和修补。我们坚信，可靠性并非通过偶然实现，而是通过系统化的工程方法、严谨的设计选择和持续的验证过程达成的结果。第一部分：可靠性基础与现代挑战的重构本部分奠定了可靠性工程的理论基础，并分析了当前技术栈下面临的独特挑战。第一章：可靠性工程的基石本章首先界定了可靠性的多维度概念，超越了简单的“不崩溃”。我们将详细探讨可用性（Availability）、可维护性（Maintainability）、安全性（Security）、安全性（Safety）和弹性（Resilience）之间的内在联系与权衡。通过历史案例分析，阐述了早期系统设计（如瀑布模型）在应对分布式、高并发环境时的局限性。我们将引入故障模型（Fault Models）的概念，强调从“理想化组件”到“不可靠组件”的思维转变，这是构建可信系统的第一步。第二章：微服务架构下的复杂性蔓延微服务架构以其灵活性和可伸缩性推动了行业进步，但同时也引入了前所未有的分布式复杂性。本章深入剖析了服务间通信中的潜在故障点，包括网络分区、延迟抖动、以及数据一致性的挑战。我们将探讨如何利用领域驱动设计（DDD）的边界上下文来限制故障传播域，并比较同步调用（如REST）与异步消息队列（如Kafka）在可靠性视角下的优劣。重点讨论了分布式事务的Saga模式及其在不同一致性要求下的适用性。第三章：时序依赖与非确定性问题在多核、多线程和分布式系统中，时间成为了一个不可靠的变量。本章探讨了竞态条件（Race Conditions）、死锁（Deadlocks）和活锁（Livelocks）的根本原因。我们引入了基于过程演算（Process Calculus）和时序逻辑（Temporal Logic）的形式化方法，用以分析依赖时间的操作序列。对于现代异步编程模型（如基于事件循环的模型），我们将展示如何通过限制共享状态和强制使用不可变数据结构来从源头上消除许多时序错误。第二部分：架构设计中的可靠性注入本部分将理论转化为实践，重点关注在系统架构层面如何主动设计以应对故障。第四章：冗余、隔离与故障域的划分冗余是实现高可用的核心手段，但有效的冗余需要精心的隔离。本章详尽比较了主动-主动（Active-Active）、主动-被动（Active-Standby）以及冷启动（Cold Start）等不同冗余策略的成本效益和恢复时间目标（RTO）。我们将深入探讨舱壁隔离（Bulkheading）的设计原则，特别是如何通过资源限制（如线程池大小、内存配额）来确保单个组件的失败不会导致整个系统的级联崩溃。同时，我们将讨论容错代理（Fault Tolerant Proxies）的设计，如熔断器（Circuit Breaker）和限流器（Rate Limiter）的精确配置。第五章：数据一致性与持久化策略数据是系统的核心资产，其可靠性至关重要。本章系统性地回顾了CAP理论的实际应用，并超越了基本的强一致性与最终一致性之争。我们将详细介绍共识算法（Consensus Algorithms），特别是Raft和Paxos的工程实现考量，着重分析它们在网络不稳定的环境下的行为。对于NoSQL数据存储，我们将分析不同复制策略（如Quorum机制）对读写延迟和数据完整性的影响，并讨论多活架构（Multi-Region Active-Active）下的数据同步挑战。第六章：可观测性驱动的设计一个系统只有在能够被清晰观察时，才能被有效地维护和恢复。本章将“可观测性”（Observability）提升到设计阶段的核心要素。我们不仅仅讨论日志、指标和追踪（Tracing）这“三驾马车”，更探讨如何设计“可度量”的系统。内容包括：如何设计结构化日志以支持快速故障诊断、如何定义黄金信号（Golden Signals）作为健康检查的基准，以及如何使用分布式追踪来可视化复杂请求的执行路径，定位延迟瓶颈和错误源头。第三部分：验证、演进与韧性工程构建可靠的系统是一个持续的过程。本部分关注如何通过自动化验证、主动注入故障和持续改进来增强系统的韧性。第七章：形式化验证与模型检查对于需要极高安全性和正确性的领域（如航空、医疗），纯粹依赖测试是不够的。本章介绍了使用模型检查（Model Checking）和抽象解释（Abstract Interpretation）等形式化方法来验证系统行为的技术。我们将演示如何为关键的并发控制逻辑或状态机模型建立数学模型，并自动搜索违反系统属性（如死锁、安全违规）的反例。本章旨在为读者提供一个工具箱，以应对那些难以通过常规测试发现的深层逻辑错误。第八章：混沌工程的实践与纪律 “当系统在生产环境中受到考验时，我们才会真正知道它的可靠性。”本章全面介绍了混沌工程（Chaos Engineering）的哲学、方法论和实施步骤。我们将讨论如何设计“小而受控的实验”，而不是随机的破坏。内容涵盖从选择合适的实验范围、定义可量化的假设（Hypothesis），到使用工具（如Gremlin或自建平台）注入网络延迟、资源饱和或服务宕机等故障注入技术。重点强调混沌工程是一种验证和学习的循环，而非单纯的压力测试。第九章：持续集成/持续部署（CI/CD）中的可靠性门禁现代发布流程对可靠性提出了新的要求。本章讨论了如何在CI/CD管道中集成可靠性检查。这包括蓝绿部署（Blue/Green Deployment）和金丝雀发布（Canary Releases）的自动化实现，确保新版本在小流量下表现稳定后才全面推广。我们还将探讨“部署即测试”的概念，即利用生产环境的流量进行A/B测试和影子部署（Shadowing），从而在不影响真实用户体验的情况下，验证新架构决策的鲁棒性。第十章：演化中的可靠性管理与事后总结可靠性管理是一个持续学习的过程。本章聚焦于故障发生后的系统性改进。我们将详细介绍事后总结（Postmortem）的最佳实践——如何进行无责备（Blameless）分析，识别根本原因，并转化为具体的工程改进项。同时，本章探讨了如何建立“韧性预算”（Resilience Budget），将可用性目标（SLA）与开发速度、技术债务管理相结合，实现业务驱动的可靠性权衡。 --- 《软件工程前沿：面向可靠性的系统设计》提供了一个全面的、实践导向的框架，帮助专业人士超越表面的功能实现，深入到系统的内在健壮性建设中。通过掌握这些设计原则和工程技术，读者将能够构建出在面对不可避免的故障和不断变化的需求时，依然能保持高性能和高可靠性的下一代软件系统。