图解IT基础设施

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山崎泰史 基础设施顾问。日本横滨人。 三绳庆子 就职于株式会社VMware。负责灵活运用VMware vSphere、公用云的IT中期计划的制定及系统架构的设计等。近些年，针对数字化转型时代基础设施的存在方式做相关咨询工作。 畔胜洋平 曾在互联网公司工作，从开发、基础设施，到运维，积累了很多经验，之后从事金融软件工程师的工作，在Oracle以数据库顾问的身份负责以金融机构为中心的任务关键型系统的设计和使用。 佐藤贵彦 毕业于奈良先端科学技术大学院大学，毕业后从事基础设施及应用程序方面的工作。

第1章 让我们来看看基础设施架构1
1.1 什么是IT基础设施2
1.2 集中式架构与分布式架构4
1.2.1 集中式架构4
1.2.2 分布式架构6
1.3 垂直分布式架构8
1.3.1 客户端服务器架构8
1.3.2 三层架构9
1.4 水平分布式架构11
1.4.1 简单水平分布式架构11
1.4.2 共享式架构13
1.5 地理分布式架构15
1.5.1 主备式架构15
1.5.2 灾难恢复式架构16
第2章 让我们来拆一拆服务器19
2.1 物理服务器20
2.1.1 服务器外观和安装位置20
2.1.2 服务器内部结构22
2.2 CPU24
2.3 内存26
2.4 I/O设备29
2.4.1 硬盘29
2.4.2 网卡31
2.4.3 控制I/O32
2.5 总线34
2.5.1 带宽34
2.5.2 总线带宽35
2.6 小结37
第3章 让我们来看看三层架构系统39
3.1 图解三层架构系统40
3.2 主要概念的说明41
3.2.1 什么是进程和线程41
3.2.2 什么是内核44
3.3 Web数据流48
3.3.1 从客户端PC到Web服务器48
3.3.2 从Web服务器到AP服务器51
3.3.3 从AP服务器到DB服务器53
3.3.4 从AP服务器到Web服务器56
3.3.5 从Web服务器到客户端PC57
3.3.6 小结58
3.4 虚拟化59
3.4.1 什么是虚拟化60
3.4.2 OS也是虚拟化技术之一60
3.4.3 虚拟机61
3.4.4 容器的历史62
3.4.5 Docker的登场62
3.4.6 云与虚拟化技术63
第4章 支撑基础设施的理论基础65
4.1 串行与并行66
4.1.1 什么是串行和并行66
4.1.2 所用之处68
4.1.3 小结70
4.2 同步和异步71
4.2.1 什么是同步和异步71
4.2.2 所用之处73
4.2.3 小结77
4.3 Queue78
4.3.1 什么是Queue78
4.3.2 所用之处79
4.3.3 小结83
4.4 排他控制84
4.4.1 什么是排他控制84
4.4.2 所用之处85
4.4.3 小结87
4.5 有状态和无状态88
4.5.1 什么是有状态和无状态88
4.5.2 让我们再深入一点90
4.5.3 所用之处90
4.5.4 小结92
4.6 可变长度和固定长度93
4.6.1 什么是可变长度和固定长度93
4.6.2 所用之处95
4.6.3 小结97
4.7 数据结构（数组与链表）97
4.7.1 什么是数据结构（数组与链表）97
4.7.2 所用之处99
4.7.3 小结101
4.8 搜索算法101
4.8.1 什么是搜索算法101
4.8.2 所用之处102
4.8.3 小结106
第5章 支撑基础设施的理论应用109
5.1 缓存110
5.1.1 什么是缓存110
5.1.2 所用之处111
5.1.3 小结112
5.2 中断114
5.2.1 什么是中断114
5.2.2 让我们再深入一点114
5.2.3 所用之处115
5.2.4 小结117
5.3 轮询117
5.3.1 什么是轮询117
5.3.2 所用之处118
5.3.3 小结120
5.4 I/O大小121
5.4.1 什么是I/O大小121
5.4.2 所用之处122
5.4.3 小结126
5.5 日志记录127
5.5.1 什么是日志记录127
5.5.2 所用之处128
5.5.3 小结129
5.6 复制132
5.6.1 什么是复制132
5.6.2 所用之处133
5.6.3 小结135
5.7 主／从136
5.7.1 什么是主／从136
5.7.2 所用之处138
5.7.3 小结139
5.8 压缩139
5.8.1 什么是压缩139
5.8.2 让我们再深入一点140
5.8.3 所用之处142
5.8.4 小结144
5.9 错误检测144
5.9.1 什么是错误检测144
5.9.2 让我们再深入一点145
5.9.3 如何检测错误146
5.9.4 所用之处147
5.9.5 小结148
第6章 连接系统的网络构造149
6.1 网络150
6.2 分层结构151
6.2.1 拿公司来比喻分层结构151
6.2.2 分层结构分担任务152
6.2.3 分层模型的代表--OSI7层模型152
6.2.4 分层结构并非网络独有153
6.3 协议154
6.3.1 人与人之间沟通的语言也是协议154
6.3.2 协议对计算机来说必不可少155
6.3.3 协议对服务器内部来说也必不可少157
6.4 TCP/IP联通了今天的网络158
6.4.1 互联网的发展与TCP/IP协议套件158
6.4.2 TCP/IP的分层结构158
6.5 应用层协议HTTP160
6.5.1 HTTP的处理流程161
6.5.2 请求与响应的具体内容161
6.5.3 应用层协议的处理在用户空间进行163
6.5.4 套接字以下的处理在内核空间进行163
6.6 传输层协议TCP165
6.6.1 TCP的作用166
6.6.2 内核空间中的TCP处理167
6.6.3 根据端口号转发数据169
6.6.4 连接的建立170
6.6.5 数据保证与重传控制171
6.6.6 流量控制与拥塞控制173
6.7 网络层协议IP176
6.7.1 IP的作用176
6.7.2 内核空间中的IP处理176
6.7.3 以IP地址标记的目的地为终点的数据传输178
6.7.4 私有网络与IP地址180
6.7.5 路由181
6.8 链路层协议Ethernet183
6.8.1 Ethernet的作用183
6.8.2 内核空间中的Ethernet处理184
6.8.3 同一链路内的数据转发186
6.8.4 VLAN187
6.9 在TCP/IP通信之后189
6.9.1 网络交换机的中继处理189
6.9.2 传输终点的接收处理191
第7章 实现基础设施持续运转的机制193
7.1 容错性与冗余化194
7.1.1 什么是容错性194
7.1.2 什么是冗余化195
7.2 服务器内部冗余化197
7.2.1 电源、设备等的冗余化197
7.2.2 网络接口的冗余化198
7.3 存储冗余化202
7.3.1 HDD的冗余化202
7.3.2 路径的冗余化207
7.4 Web服务器冗余化209
7.4.1 Web服务器的内部冗余化209
7.4.2 服务器冗余化211
7.5 AP服务器冗余化215
7.5.1 AP服务器的冗余化215
7.5.2 数据库连接的冗余化217
7.6 DB服务器冗余化220
7.6.1 DB服务器的冗余化（主-备）220
7.6.2 DB服务器的冗余化（主-主）222
7.7 网络设备冗余化226
7.7.1 L2交换机的冗余化226
7.7.2 L3交换机的冗余化229
7.7.3 网络拓扑231
7.8 站点冗余化235
7.8.1 站点内部冗余化的整体图235
7.8.2 站点间的冗余化236
7.9 监测237
7.9.1 什么是监测237
7.9.2 存活监测238
7.9.3 日志监测239
7.9.4 性能监测240
7.9.5 SNMP240
7.9.6 内容监测243
7.10 备份244
7.10.1 什么是备份244
7.10.2 系统备份245
7.10.3 数据备份247
7.11 总结248
第8章 确保提升性能的基础设施机制251
8.1 响应与吞吐量252
8.1.1 造成性能问题的两类原因252
8.1.2 响应问题255
8.1.3 吞吐量问题256
8.2 什么是瓶颈257
8.2.1 瓶颈是制约处理速度的要因257
8.2.2 瓶颈应该如何消除258
8.2.3 瓶颈将永远存在259
8.3 从三层架构系统图上发现的瓶颈261
8.3.1 CPU瓶颈的例子261
8.3.2 内存瓶颈的例子270
8.3.3 磁盘I/O瓶颈的例子273
8.3.4 网络I/O瓶颈的例子278
8.3.5 应用程序瓶颈的例子282
8.4 总结286