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软硬件融合——超大规模云计算架构创新之路

软硬件融合——超大规模云计算架构创新之路

作者: 黄朝波 著

20.47万96人 正在读

已完结现代当代当代文学
作品简介

物联网、大数据及人工智能等新兴技术推动云计算持续、快速地发展,底层硬件越来越无法满足上层软件的发展和迭代需求。本书通过探寻软硬件的技术本质,寻找能够使软件灵活性和硬件高效性相结合的方法,帮助有软件背景的读者更深刻地认识硬件,加深对软硬件之间联系的理解,并且更好地驾驭硬件;同时帮助有硬件背景的读者站在更全面的视角宏观地看待问题,理解需求、产品、系统、架构等多方面的权衡。 《软硬件融合——超大规模云计算架构创新之路》共9章:第1章为云计算底层软硬件,第2章为软硬件融合综述,第3章为计算机体系结构基础,第4章为软硬件接口,第5章为算法加速和任务卸载,第6章为虚拟化硬件加速,第7章为异构加速,第8章为云计算体系结构趋势,第9章为融合的系统。 《软硬件融合——超大规模云计算架构创新之路》立意新颖,案例贴近前沿,内容由浅入深,并且“展望未来”,可以帮助广大互联网及IT行业的软硬件工程师更好地理解软件、硬件及两者之间的内在联系,也可以作为计算机相关专业学生的技术拓展读物。

目录 (207章)
倒序
正文
第1章云计算底层软硬件1.1云计算概述1.1.1云计算的概念1.1.2IaaS、PaaS和SaaS1.2IaaS层核心服务1.2.1计算类服务1.2.2存储类服务1.2.3网络类服务1.2.4IaaS层服务总结1.3云计算的特点1.3.1更大的规模1.3.2更“大”的数据1.3.3更多的租户1.3.4更复杂的网络1.3.5安全问题无处不在1.3.6面向特定应用场景的云计算服务1.3.7服务接口的兼容性和通用性1.4底层软硬件挑战1.4.1业务异构加速1.4.2工作任务卸载1.4.3软硬件接口的标准化和灵活性1.4.4硬件处理的虚拟化和个性化1.4.5业务和管理物理分离1.4.6硬件的功能扩展1.4.7让硬件快速迭代1.4.8硬件高可用1.5总结第2章软硬件融合综述2.1软硬件基本概念2.1.1软件和硬件2.1.2FPGA、ASIC和SoC2.1.3硬件加速原理2.2软硬件划分2.2.1三个维度2.2.2综合分析2.2.3平台选择2.3软硬件协作2.3.1多平台混合架构2.3.2软硬件平台的协作2.3.3软硬件平台的交互2.4软硬件融合2.4.1软硬件融合的概念2.4.2软硬件融合的特点2.4.3软硬件融合技术第3章计算机体系结构基础3.1计算机原理3.1.1处理器架构:从冯·诺依曼架构到RISC-V3.1.2内存地址:从寻址模式到MMU3.1.3I/O:从CPU中断到DMA3.1.4多核互连:从传统总线到网状总线3.1.5服务器板级架构3.2存储3.2.1缓存和存储分层结构3.2.2本地存储:磁盘分区和逻辑/物理卷3.2.3分布式存储:GFS和存储的“温度”3.3网络3.3.1基础物理网络:分层和拓扑3.3.2虚拟网络:VLAN和VxLAN3.3.3软件定义网络:从OpenFlow到P43.4虚拟化3.4.1虚拟化的层次、定义和分类3.4.2CPU虚拟化:从软件模拟到完全硬件3.4.3内存虚拟化:影子页表和EPT3.4.4I/O设备虚拟化:从软件模拟到SR-IOV3.4.5容器虚拟化:Docker和Kubernetes介绍第4章软硬件接口4.1软硬件接口概述4.1.1软硬件接口定义4.1.2生产者-消费者模型4.1.3用户态的PMD:DPDK和SPDK4.2总线互连4.2.1AMBA总线4.2.2片上网络NoC总线4.2.3片间高速总线PCIe及SR-IOV4.2.4对称的缓存一致性总线CCIX4.2.5非对称的缓存一致性总线CXL4.2.6总线互连总结4.3通用接口Virtio4.3.1Virtio寄存器4.3.2Virtqueue交互队列4.3.3Virtio交互4.3.4总结4.4高速网络接口RDMA4.4.1基本概念4.4.2RoCE分层4.4.3RDMA接口4.4.4RDMA总结4.5高速存储接口NVMe4.5.1NVMe概述4.5.2NVMe寄存器4.5.3NVMe队列4.5.4NVMe命令结构4.5.5网络存储接口NVMeoF4.5.6NVMe及NVMeoF总结4.6软硬件接口总结4.6.1接口分层4.6.2接口共享第5章算法加速和任务卸载5.1基本概念5.1.1硬件加速5.1.2硬件处理模块5.1.3算法加速和任务卸载的概念5.2算法加速5.2.1加密算法加速5.2.2压缩算法加速5.2.3数据冗余算法加速5.2.4正则表达式算法加速5.2.5加速器性能设计原则5.3任务卸载5.3.1任务卸载模型5.3.2IPsec卸载5.3.3虚拟网络卸载5.3.4远程存储卸载5.3.5虚拟化卸载5.4算法加速和任务卸载总结5.4.1算法加速是基础5.4.2任务卸载是多系统协作第6章虚拟化硬件加速6.1基本概念6.1.1软硬件中的抽象6.1.2虚拟化抽象6.1.3虚拟化模型6.1.4虚拟化加速的必要性6.2虚拟化的硬件处理6.2.1流水线处理6.2.2虚拟化映射6.2.3缓存机制6.2.4通用虚拟化流水线6.3网络虚拟化处理6.3.1包处理用于网络虚拟化6.3.2定制的网络包处理6.3.3ASIC软件可编程包处理6.3.4FPGA硬件可编程包处理6.3.5案例:MellanoxFlexFlow6.3.6网络包处理总结6.4存储虚拟化处理6.4.1分布式存储Ceph6.4.2以事务为单位的存储处理6.4.3远程存储虚拟化加速6.4.4本地存储虚拟化加速6.5虚拟化硬件加速总结6.5.1灵活的高性能流水线6.5.2高性能缓存机制6.5.3可软件编程、通用、数据流驱动的数据处理引擎6.5.4虚拟化硬件加速的意义6.5.5其他虚拟化加速场景第7章异构加速7.1异构计算概述7.1.1基本概念(并行计算、异构计算)7.1.2典型案例7.1.3性能约束和优化7.1.4易用性思考7.2GPU和CUDA7.2.1GPU和CUDA概念7.2.2GPU硬件架构7.2.3CUDA编程模型7.3OpenCL和FPGA异构计算7.3.1OpenCL7.3.2XilinxSDAccel7.3.3英特尔加速栈7.4DSA7.4.1DSA发展背景7.4.2DSA典型领域:DNN7.4.3ASIC实现:谷歌TPU7.4.4FPGA实现:微软Catapult7.4.5Chiplet实现:OCPODSA7.5异构加速计算总结7.5.1平台选择(GPU、FPGA、ASIC/DSA)7.5.2异构计算加速优化第8章云计算体系结构趋势8.1概述8.2业务和管理分离8.2.1虚拟化视角:I/O及管理的卸载8.2.2体系结构视角:以数据为中心8.2.3Nitro系统8.2.4MellanoxBluefieldDPU8.2.5总结8.3业务的异构加速8.3.1业务加速概述8.3.2DSA加速:谷歌TPU服务8.3.3FPGA加速:FaaS8.3.4异构计算架构演进8.4存储的加速和定制8.4.1存储概述8.4.2热存储服务器:XilinxNVMeoF参考设计8.4.3机架级冷存储:微软Pelican8.5网络可编程和性能优化8.5.1数据中心网络综述8.5.2数据面编程交换芯片8.5.3高性能网络优化8.6硬件定制8.6.1硬件定制概述8.6.2亚马逊的硬件定制8.6.3OCP开放计算项目第9章融合的系统9.1软硬件融合系统栈9.1.1系统边界:多数据中心9.1.2数据中心的系统堆栈9.2分层的系统实现9.2.1迭代的系统9.2.2分域的硬件平台9.2.3不同层次的实现9.2.4软硬件协同设计9.3深层次开放合作9.3.1软硬件的距离越来越大9.3.2互联网公司自研芯片的优劣势9.3.3深层次的开放合作
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