软硬件融合——超大规模云计算架构创新之路9787121409226
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作者黄朝波
出版社电子工业出版社
ISBN9787121409226
出版时间2020-07
装帧平装
开本16开
定价89元
货号11033538
上书时间2024-12-22
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作者简介
黄朝波 芯片及互联网行业十年以上工作经验，UCloud芯片及硬件研发负责人。 曾在Marvell从事ARMv7/v8架构高性能多核CPU设计和验证，在Startup公司Simplight从事自主多线程处理器及4G LTE基带SOC芯片设计。 物联网公司创业经历，技术负责人，负责从硬件、软件到云平台的研发工作。本科毕业于西北工业大学，研究生毕业于国防科技大学，在国防科技大学学习期间有幸参与“飞腾”处理器项目研发。
目录
引言 .......................................................................................................................................................... 1
第1 章 云计算底层软硬件 ................................................................................................................... 8
1.1 云计算概述 ............................................................................................................................... 8
1.1.1 云计算的概念 ................................................................................................................ 8
1.1.2 IaaS、PaaS 和SaaS ....................................................................................................... 9
1.2 IaaS 层核心服务..................................................................................................................... 10
1.2.1 计算类服务 .................................................................................................................. 11
1.2.2 存储类服务 .................................................................................................................. 13
1.2.3 网络类服务 .................................................................................................................. 16
1.2.4 IaaS 层服务总结 .......................................................................................................... 18
1.3 云计算的特点 ......................................................................................................................... 19
1.3.1 更大的规模 .................................................................................................................. 19
1.3.2 更“大”的数据 .......................................................................................................... 20
1.3.3 更多的租户 .................................................................................................................. 21
1.3.4 更复杂的网络 .............................................................................................................. 22
1.3.5 安全问题无处不在 ...................................................................................................... 24
1.3.6 面向特定应用场景的云计算服务 .............................................................................. 26
1.3.7 服务接口的兼容性和通用性 ...................................................................................... 27
1.4 底层软硬件挑战 ..................................................................................................................... 28
1.4.1 业务异构加速 .............................................................................................................. 28
1.4.2 工作任务卸载 .............................................................................................................. 29
1.4.3 软硬件接口的标准化和灵活性 .................................................................................. 30
1.4.4 硬件处理的虚拟化和个性化 ...................................................................................... 31
1.4.5 业务和管理物理分离 .................................................................................................. 32
1.4.6 硬件的功能扩展 .......................................................................................................... 33
1.4.7 让硬件快速迭代 .......................................................................................................... 33
1.4.8 硬件高可用 .................................................................................................................. 34
1.5 总结 ....................................................................................................................................... 34
第2 章 软硬件融合综述 ..................................................................................................................... 36
2.1 软硬件基本概念 ..................................................................................................................... 36
2.1.1 软件和硬件 .................................................................................................................. 36
2.1.2 FPGA、ASIC 和SoC .................................................................................................. 37
2.1.3 硬件加速原理 .............................................................................................................. 40
2.2 软硬件划分 ............................................................................................................................. 41
2.2.1 三个维度 ...................................................................................................................... 41
2.2.2 综合分析 ...................................................................................................................... 44
2.2.3 平台选择 ...................................................................................................................... 45
2.3 软硬件协作 ............................................................................................................................. 46
2.3.1 多平台混合架构 .......................................................................................................... 46
2.3.2 软硬件平台的协作 ...................................................................................................... 49
2.3.3 软硬件平台的交互 ...................................................................................................... 51
2.4 软硬件融合 ............................................................................................................................. 52
2.4.1 软硬件融合的概念 ...................................................................................................... 52
2.4.2 软硬件融合的特点 ...................................................................................................... 54
2.4.3 软硬件融合技术 .......................................................................................................... 55
第3 章 计算机体系结构基础 ............................................................................................................. 57
3.1 计算机原理 ............................................................................................................................. 57
3.1.1 处理器架构：从冯·诺依曼架构到RISC-V ............................................................ 57
3.1.2 内存地址：从寻址模式到MMU ............................................................................... 61
3.1.3 I/O：从CPU 中断到DMA ........................................................................................ 65
3.1.4 多核互连：从传统总线到网状总线 .......................................................................... 66
3.1.5 服务器板级架构 .......................................................................................................... 69
3.2 存储 ....................................................................................................................................... 71
3.2.1 缓存和存储分层结构 .................................................................................................. 71
3.2.2 本地存储：磁盘分区和逻辑/物理卷 ......................................................................... 74
3.2.3 分布式存储：GFS 和存储的“温度” ...................................................................... 76
3.3 网络 ....................................................................................................................................... 79
3.3.1 基础物理网络：分层和拓扑 ...................................................................................... 79
3.3.2 虚拟网络：VLAN 和VxLAN .................................................................................... 83
3.3.3 软件定义网络：从OpenFlow 到P4 .......................................................................... 87
3.4 虚拟化 ................................................................................................................................... 93
3.4.1 虚拟化的层次、定义和分类 ...................................................................................... 93
3.4.2 CPU 虚拟化：从软件模拟到完全硬件 ..................................................................... 96
3.4.3 内存虚拟化：影子页表和EPT .................................................................................. 99
3.4.4 I/O 设备虚拟化：从软件模拟到SR-IOV ............................................................... 100
3.4.5 容器虚拟化：Docker 和Kubernetes 介绍 ............................................................... 103
第4 章 软硬件接口 ........................................................................................................................... 105
4.1 软硬件接口概述 ................................................................................................................... 105
4.1.1 软硬件接口定义 ........................................................................................................ 106
4.1.2 生产者-消费者模型 .................................................................................................. 109
4.1.3 用户态的PMD：DPDK 和SPDK ........................................................................... 113
4.2 总线互连............................................................................................................................... 116
4.2.1 AMBA 总线 ............................................................................................................... 116
4.2.2 片上网络NoC 总线 .................................................................................................. 120
4.2.3 片间高速总线PCIe 及SR-IOV ................................................................................ 123
4.2.4 对称的缓存一致性总线CCIX ................................................................................. 128
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