图解IT基础设施

　　本书从基础设施架构入手，运用丰富的图例，从微观和宏观两个角度全面介绍了IT基础设施的常备知识，旨在帮助读者通过了解这些知识，加深对IT系统的理解，全面提升快速理解技术本质的能力，从而灵活应对层出不穷的新技术。

　　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　CPU 24
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/O 32
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PC 57
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　Queue 78
4.3.1　什么是Queue 78
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--OSI 7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HTTP 160
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TCP 165
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IP 176
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Ethernet 183
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　VLAN 187
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　SNMP 240
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