分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)方法（原書第2版）/計(jì)算機(jī)科學(xué)叢書
定 價(jià)：89 元
叢書名：華章教育
- 作者：[奧地利] 赫爾曼·科佩茨（Hermann Kopetz） 著，吳際，龍翔，尚利宏 等 譯
- 出版時(shí)間：2019/1/1
- ISBN：9787111613770
- 出 版 社：機(jī)械工業(yè)出版社
- 中圖法分類：TP316.4
- 頁(yè)碼：264
- 紙張：膠版紙
- 版次：1
- 開(kāi)本：16開(kāi)
實(shí)時(shí)系統(tǒng)的行為確定性是個(gè)艱深的主題，需要對(duì)系統(tǒng)全局特性有深入的理解。準(zhǔn)確和完整理解這個(gè)特性的主要困難在于系統(tǒng)的時(shí)域行為，需要在各個(gè)抽象層次上開(kāi)展分析和設(shè)計(jì)，而這一直是經(jīng)典的實(shí)時(shí)系統(tǒng)著作有所欠缺的地方�！斗植际綄�(shí)時(shí)系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)方法（原書第2版）/計(jì)算機(jī)科學(xué)叢書》從體系結(jié)構(gòu)層面介紹了分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容包括實(shí)時(shí)系統(tǒng)環(huán)境、簡(jiǎn)潔性、全局時(shí)間、實(shí)時(shí)模型、時(shí)間關(guān)系、依賴性、實(shí)時(shí)通信、能量、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)調(diào)度、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、驗(yàn)證性、物聯(lián)網(wǎng)以及實(shí)時(shí)觸發(fā)體系結(jié)構(gòu)方面的內(nèi)容。
本書適合用作高年級(jí)本科生或一年級(jí)研究生的實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)（也稱為信息物理融合系統(tǒng)）課程的教材，首要目標(biāo)是系統(tǒng)地介紹相關(guān)知識(shí)。本書內(nèi)容劃分為14章，正好對(duì)應(yīng)一個(gè)學(xué)期的14周教學(xué)。本書也可作為技術(shù)參考書，向工業(yè)界的實(shí)踐者提供實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀，以及該領(lǐng)域涉及的基礎(chǔ)性概念。從本書第1版出版至今的14年間，維也納技術(shù)大學(xué)有超過(guò)1000名學(xué)生使用該書作為教材來(lái)學(xué)習(xí)實(shí)時(shí)系統(tǒng)課程。這些學(xué)生的反饋和嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)這個(gè)動(dòng)態(tài)變化領(lǐng)域的許多新進(jìn)展，都融入了第2版中。本書關(guān)注體系結(jié)構(gòu)層次的分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。然而我們發(fā)現(xiàn)，相當(dāng)大一部分計(jì)算機(jī)科學(xué)文獻(xiàn)都忽略了實(shí)時(shí)時(shí)間的推進(jìn)，這使得實(shí)時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者不掌握這個(gè)關(guān)鍵知識(shí)的抽象層次就無(wú)法開(kāi)展系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。因此，物理時(shí)間推進(jìn)是本書中最重要的概念，在此基礎(chǔ)上定義很多相關(guān)的概念。本書使用大量來(lái)自工業(yè)界的案例來(lái)洞察解釋與時(shí)間推進(jìn)相關(guān)的基礎(chǔ)性概念。本書擴(kuò)展了分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的概念模型，并精確定義了與時(shí)間相關(guān)的重要概念，如稀疏時(shí)間、狀態(tài)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的時(shí)域精確性和確定性等。
大規(guī)模計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的認(rèn)知復(fù)雜性演化是個(gè)極為受關(guān)注的主題，第2版專門增加了一章來(lái)論述簡(jiǎn)約設(shè)計(jì)（第2章）。本章采納了認(rèn)知領(lǐng)域的一些最新研究發(fā)現(xiàn)，包括概念形成、理解、人類的簡(jiǎn)化策略、模型構(gòu)建，并形成了有助于簡(jiǎn)約系統(tǒng)設(shè)計(jì)的7個(gè)原則。在后續(xù)的12章中，都圍繞這些原則展開(kāi)論述。另外還新增了兩章，分別是第8章和第13章，論述移動(dòng)設(shè)備這一巨大市場(chǎng)中越來(lái)越重要的主題。關(guān)于第6、7、11、12章都進(jìn)行了系統(tǒng)性修訂，并特別關(guān)注基于組件的設(shè)計(jì)和基于模型的設(shè)計(jì)。在第6章中，新增了關(guān)于信息安全和功能安全的多個(gè)小節(jié)。第14章介紹了時(shí)間觸發(fā)體系結(jié)構(gòu)，把本書論述的概念整合成連貫一致的框架，用來(lái)開(kāi)發(fā)可信嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)。自本書第1版出版以來(lái)，在許多應(yīng)用領(lǐng)域都可以清楚地看到,已經(jīng)從采用事件觸發(fā)設(shè)計(jì)方法學(xué)轉(zhuǎn)向采用時(shí)間觸發(fā)設(shè)計(jì)方法學(xué)來(lái)設(shè)計(jì)可信分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)。
本書假設(shè)讀者擁有計(jì)算機(jī)科學(xué)或計(jì)算機(jī)工程方面的背景知識(shí)，或者在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)方面有一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
作為不可分割的組成部分，本書最后對(duì)貫穿全書的技術(shù)術(shù)語(yǔ)給出了相應(yīng)定義。如果讀者在閱讀過(guò)程中不確定某些術(shù)語(yǔ)的確切內(nèi)涵，建議參考術(shù)語(yǔ)定義部分。
致謝
無(wú)法在這里一一列舉所有對(duì)本書第2版有貢獻(xiàn)的學(xué)生、工業(yè)界和科學(xué)界同行的姓名，他們?cè)谶^(guò)去十幾年為本書提出了諸多富有啟發(fā)的問(wèn)題或給出了建設(shè)性的評(píng)論。在完成本書第2版的最后階段——2010年10月，我在范德堡大學(xué)講授一門由Janos Sztipanovits組織的課程，從聽(tīng)眾那里得到了寶貴的意見(jiàn)。在這里要特別感謝Christian Tessarek，他承擔(dān)了本書的插圖設(shè)計(jì)工作。感謝閱讀了部分或全部手稿并提出了許多寶貴修改建議的Sven Bünte、Christian ElSalloum、Bernhard Fr?mel、 Oliver H?ftberger, Herbert Grünbacher、Benedikt Huber、Albrecht Kadlec、Roland Kammerer、Susanne Kandl、Vaclav Mikolasek、Stefan Poledna、Peter Puschner、Brian Randell、Andreas Steininger、Ekarin Suethanuwong、 Armin Wasicek、Michael Zolda，以及來(lái)自范德堡大學(xué)的學(xué)生Kyoungho An、Joshua D. Carl、Spencer Crosswy、Fred Eisele、Fan Qui和 Adam C. Trewyn。
赫爾曼·科佩茨（ Hermann Kopetz），1968年在奧地利維也納大學(xué)獲得物理學(xué)博士學(xué)位，曾在奧地利工業(yè)部工作，自1982年以來(lái)任教于維也納理工大學(xué)，擔(dān)任軟件工程和實(shí)時(shí)系統(tǒng)方向的教授。Kopetz教授目前是奧地利科學(xué)院院士，IEEE Fellow，Information Society Advisory Group（ISTAG）成員，為歐盟委員會(huì)在信息技術(shù)領(lǐng)域提供咨詢。2007年獲得法國(guó)Paul Sabatier大學(xué)榮譽(yù)博士。Kopetz教授是構(gòu)建可靠嵌入式系統(tǒng)所必須的時(shí)間觸發(fā)技術(shù)的理論建立者，也是TTTech公司的聯(lián)合創(chuàng)始人。他已經(jīng)發(fā)表過(guò)100多篇關(guān)于嵌入式系統(tǒng)的論文，并在可靠的實(shí)時(shí)系統(tǒng)領(lǐng)域擁有20多項(xiàng)專利。時(shí)間觸發(fā)技術(shù)目前已經(jīng)部署在領(lǐng)先的自動(dòng)化和航天應(yīng)用領(lǐng)域，并已經(jīng)被NASA用于Orion航天飛船上。
吳際，博士，北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院副教授，中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)軟件工程專業(yè)委員會(huì)委員。主要研究方向?yàn)榘踩P(guān)鍵系統(tǒng)與軟件的建模、驗(yàn)證與評(píng)估，軟件可靠性與安全性，軟件測(cè)試以及智能物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等。獲得省部級(jí)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)2項(xiàng)，北京市教學(xué)成果獎(jiǎng)一等1項(xiàng)和二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。發(fā)表高水平論文30余篇。
龍翔，博士，北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師。CCF體系結(jié)構(gòu)專委會(huì)委員。長(zhǎng)期從事計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和操作系統(tǒng)的教學(xué)工作，以及面向領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、分布式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和安全關(guān)鍵嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面的研究工作。
尚利宏，博士，北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所副教授。中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)容錯(cuò)專業(yè)委員會(huì)委員。主要研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)、容錯(cuò)計(jì)算技術(shù)、機(jī)載計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、機(jī)載機(jī)電系統(tǒng)綜合化技術(shù)。已發(fā)表論文50余篇，其中SCI/EI檢索20余篇，獲發(fā)明專利4項(xiàng)。獲北京航空航天大學(xué)教學(xué)成果一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，省部級(jí)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，省部級(jí)科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)2項(xiàng)。
出版者的話
譯者序
中文版序
前言
第1章 實(shí)時(shí)環(huán)境 1
1.1 實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 1
1.2 功能需求 2
1.2.1 數(shù)據(jù)采集 2
1.2.2 直接數(shù)字控制 4
1.2.3 人機(jī)交互 4
1.3 時(shí)域需求 5
1.3.1 時(shí)域需求的出處 5
1.3.2 最小延遲抖動(dòng) 7
1.3.3 最小錯(cuò)誤檢測(cè)延遲 7
1.4 可信需求 7
1.4.1 可靠性 7
1.4.2 安全性 8
1.4.3 可維護(hù)性 8
1.4.4 可用性 9
1.4.5 信息安全 9
1.5 實(shí)時(shí)系統(tǒng)分類 9
1.5.1 硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)與軟實(shí)時(shí)系統(tǒng) 10
1.5.2 失效安全系統(tǒng)與失效可運(yùn)作系統(tǒng) 11
1.5.3 響應(yīng)有保證系統(tǒng)與盡力而為系統(tǒng) 11
1.5.4 資源充分系統(tǒng)與資源受限系統(tǒng) 12
1.5.5 事件觸發(fā)系統(tǒng)與時(shí)間觸發(fā)系統(tǒng) 12
1.6 實(shí)時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)品的市場(chǎng)分析 12
1.6.1 嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng) 13
1.6.2 工廠自動(dòng)化系統(tǒng) 14
1.6.3 多媒體系統(tǒng) 15
1.7 實(shí)時(shí)系統(tǒng)典型案例 15
1.7.1 管道流量控制系統(tǒng) 15
1.7.2 發(fā)動(dòng)機(jī)控制器 16
1.7.3 自動(dòng)軋鋼系統(tǒng) 17
要點(diǎn)回顧 18
文獻(xiàn)注解 19
復(fù)習(xí)題 19
第2章 簡(jiǎn)約設(shè)計(jì) 21
2.1 認(rèn)知 21
2.1.1 問(wèn)題求解 21
2.1.2 概念定義 23
2.1.3 認(rèn)知復(fù)雜性 23
2.1.4 簡(jiǎn)化策略 25
2.2 概念圖譜 25
2.2.1 概念形成 25
2.2.2 科學(xué)概念 27
2.2.3 消息 27
2.2.4 變量的語(yǔ)義內(nèi)容 28
2.3 建模的本質(zhì) 29
2.3.1 目標(biāo)與視角 29
2.3.2 設(shè)計(jì)的主要挑戰(zhàn) 30
2.4 涌現(xiàn)行為 31
2.4.1 不可約性 31
2.4.2 基礎(chǔ)特性和推導(dǎo)特性 31
2.4.3 復(fù)雜系統(tǒng) 32
2.5 如何開(kāi)展簡(jiǎn)約設(shè)計(jì) 33
要點(diǎn)回顧 34
文獻(xiàn)注解 35
復(fù)習(xí)題 36
第3章 全局時(shí)間 37
3.1 時(shí)間和序 37
3.1.1 不同（性質(zhì)）的序 37
3.1.2 時(shí)鐘 38
3.1.3 精度和準(zhǔn)確度 40
3.1.4 時(shí)間標(biāo)準(zhǔn) 41
3.2 時(shí)間測(cè)量 42
3.2.1 全局時(shí)間 42
3.2.2 區(qū)間測(cè)量 43
3.2.3 π/Δ優(yōu)先序 44
3.2.4 時(shí)間測(cè)量的根本局限 45
3.3 稠密時(shí)間與稀疏時(shí)間 45
3.3.1 稠密時(shí)基 46
3.3.2 稀疏時(shí)基 46
3.3.3 時(shí)空劃分 47
3.3.4 時(shí)間的周期性表示 48
3.4 內(nèi)時(shí)鐘同步 48
3.4.1 同步條件 49
3.4.2 集中式主控同步 50
3.4.3 容錯(cuò)同步算法 51
3.4.4 狀態(tài)校正與速率校正 53
3.5 外時(shí)鐘同步 54
3.5.1 外部時(shí)間源 54
3.5.2 時(shí)間網(wǎng)關(guān) 55
3.5.3 時(shí)間格式 56
要點(diǎn)回顧 56
文獻(xiàn)注解 57
復(fù)習(xí)題 57
第4章 實(shí)時(shí)模型 59
4.1 模型概述 59
4.1.1 組件和消息 59
4.1.2 組件集群 60
4.1.3 時(shí)域控制與邏輯控制 61
4.1.4 事件觸發(fā)控制與時(shí)間觸發(fā)控制 62
4.2 組件狀態(tài) 63
4.2.1 狀態(tài)的定義 63
4.2.2 袖珍計(jì)算器案例 63
4.2.3 基狀態(tài) 64
4.2.4 數(shù)據(jù)庫(kù)組件 66
4.3 消息 66
4.3.1 消息結(jié)構(gòu) 66
4.3.2 事件信息與狀態(tài)信息 66
4.3.3 事件觸發(fā)消息 67
4.3.4 時(shí)間觸發(fā)消息 68
4.4 組件接口 68
4.4.1 接口特性 69
4.4.2 鏈接接口 70
4.4.3 技術(shù)獨(dú)立控制接口 70
4.4.4 技術(shù)相關(guān)調(diào)試接口 70
4.4.5 本地接口 71
4.5 網(wǎng)關(guān)組件 71
4.5.1 特性失配 72
4.5.2 網(wǎng)關(guān)組件的LIF與本地接口 72
4.5.3 標(biāo)準(zhǔn)化的消息接口 73
4.6 鏈接接口規(guī)格 74
4.6.1 傳輸規(guī)格 74
4.6.2 操作規(guī)格 74
4.6.3 元級(jí)規(guī)格 75
4.7 組件集成 76
4.7.1 可組合性原則 76
4.7.2 集成視角 77
4.7.3 成體系系統(tǒng) 77
要點(diǎn)回顧 79
文獻(xiàn)注解 80
復(fù)習(xí)題 80
第5章 時(shí)域關(guān)系 82
5.1 實(shí)時(shí)實(shí)體 82
5.1.1 控制范圍 82
5.1.2 離散實(shí)時(shí)實(shí)體和連續(xù)實(shí)時(shí)實(shí)體 83
5.2 觀測(cè) 83
5.2.1 不帶時(shí)間戳的觀測(cè) 83
5.2.2 間接觀測(cè) 84
5.2.3 狀態(tài)觀測(cè) 84
5.2.4 事件觀測(cè) 84
5.3 實(shí)時(shí)鏡像與實(shí)時(shí)對(duì)象 85
5.3.1 實(shí)時(shí)鏡像 85
5.3.2 實(shí)時(shí)對(duì)象 85
5.4 時(shí)域精確性 86
5.4.1 定義 86
5.4.2 實(shí)時(shí)鏡像的分類 88
5.4.3 狀態(tài)估計(jì) 89
5.4.4 可組合性考慮 90
5.5 持久性和冪等性 90
5.5.1 持久性 90
5.5.2 動(dòng)作延遲時(shí)長(zhǎng) 91
5.5.3 精確性時(shí)間間隔與動(dòng)作延遲 92
5.5.4 冪等性 92
5.6 確定性 92
5.6.1 確定性的定義 93
5.6.2 一致的初始狀態(tài) 95
5.6.3 不確定性設(shè)計(jì)成分 95
5.6.4 重獲確定性 96
要點(diǎn)回顧 97
文獻(xiàn)注解 98
復(fù)習(xí)題 98
第6章 可信性 99
6.1 基本概念 99
6.1.1 故障 100
6.1.2 錯(cuò)誤 101
6.1.3 失效 102
6.2 信息安全 104
6.2.1 安全信息流 104
6.2.2 安全威脅 105
6.2.3 加密方法 106
6.2.4 網(wǎng)絡(luò)身份認(rèn)證 108
6.2.5 實(shí)時(shí)控制數(shù)據(jù)的保護(hù) 109
6.3 異常檢測(cè) 109
6.3.1 什么是異常 109
6.3.2 失效檢測(cè) 111
6.3.3 錯(cuò)誤檢測(cè) 111
6.4 容錯(cuò) 112
6.4.1 故障假設(shè) 113
6.4.2 容錯(cuò)單元 114
6.4.3 成員關(guān)系服務(wù) 116
6.5 健壯性 117
6.5.1 基本概念 117
6.5.2 健壯系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 118
6.6 組件重集成 118
6.6.1 重集成時(shí)間點(diǎn) 119
6.6.2 最小化基狀態(tài)規(guī)模 119
6.6.3 組件重啟 120
要點(diǎn)回顧 120
文獻(xiàn)注解 122
復(fù)習(xí)題 122
第7章 實(shí)時(shí)通信 123
7.1 需求 123
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