第三章分布式系统的同步精品PPT课件
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分布式控制系统概述PPT课件
DeviceNet
Foundation Fieldbus
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第二节 DCS组成
2.操作站： 完成人机界面功能、供操作员操作监视。
1. 画面种类：流程图、总貌、控制组、调整趋势、 报警归档等。
2. 宝钢高炉控制系统：800多幅流程图画面（操 作）、200多幅报警画面。
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第二节 DCS组成
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本章知识点
第一章 概述
1.分布式控制系统的概念 2.分布式控制系统的组成、结构 3.分布式控制系统的特点 4.分布式控制系统的体系结构
和技术特点 5.分布式控制系统的发展
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8
第一节 DCS概念
一、概念
• 分布式计算机控制系统又称集散控制系统，简称 DCS（Distributed Control System)
工厂停工，重则导致设备的损坏甚至发生火灾、爆炸
等恶性事故，这就是所谓“危险集中”。
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☞而采用一台计算机工作、另一台计算机备用的双机双 工系统，或采用常规仪表备用方式，虽可提高控制系 统的可靠性，但成本太高，如果工厂的生产规模不大， 则经济性更差，用户难以接受。因此，有必要吸收常 规模拟仪表和计算机控制系统的优点，并且克服它们 的弱点，利用各种新技术和新理论，研制出新型的控 制系统。
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☞20 世纪 70 年代初，大规模集成电路的问世及微处理 器的诞生，为新型控制系统的研制创造了物质条件。 同时，CRT 图形显示技术和数字通信技术的发展，为 新型控制系统的研制提供了技术条件，现代控制理论 的发展为新型控制系统的研制和开发提供了理论依据 和技术指导。根据“危险分散”的设计思想，过去由 一台大型计算机完成的功能，现在可以由几十台甚至 几百台微处理机来完成。各微处理机之间可以用通信 网络连接起来，从而构成一个完整的系统。
分布式系统的演进和架构34页PPT
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称1、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
15、机会是不守纪律的。——雨果
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称1、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
分布式文件系统HDFSPPT课件
《大数据技术及应用》
信息科学与技术学院
2
3.1 分布式文件系统
• 3.1.1 • 3.1.2
计算机集群结构 分布式文件系统的结构
《大数据技术及应用》
信息科学与技术学院
3
3.1.1计算机集群结构
•分布式文件系统把文件分布存储到多个计算机节点上，成千上万的计算 机节点构成计算机集群 •与之前使用多个处理器和专用高级硬件的并行化处理装置不同的是，目 前的分布式文件系统所采用的计算机集群，都是由普通硬件构成的，这就 大大降低了硬件上的开销
客户端 文件名或数据块号 名称节点
(Client)
(NameNode)
数据块号、数据块位置
写数据 读数据
数据节点 (DataNode)
数据节点 （DataNode）
……
本地Linux文件系统
本地Linux文件系统
机架1
……
备份
数据节点
数据节点
（DataNode）
（DataNode）
……
本地Linux文件系统
Ø名称节点起来之后，HDFS中的更新操作会重新写到EditLog 文件中，因为FsImage文件一般都很大（GB级别的很常见）， 如果所有的更新操作都往FsImage文件中添加，这样会导致系 统运行的十分缓慢，但是，如果往EditLog文件里面写就不会这 样，因为EditLog 要小很多。每次执行写操作之后，且在向客户 端发送成功代码之前，edits文件都需要同步更新。
《大数据技术及应用》
信息科学与技术学院
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3.4.3通信协议
• HDFS是一个部署在集群上的分布式文件系统，因此，很多 数据需要通过网络进行传输。 • 所有的HDFS通信协议都是构建在TCP/IP协议基础之上的。 • 客户端通过一个可配置的端口向名称节点主动发起TCP连 接，并使用客户端协议与名称节点进行交互。 • 名称节点和数据节点之间则使用数据节点协议进行交互。 • 客户端与数据节点的交互是通过RPC（Remote Procedure Call）来实现的。在设计上，名称节点不会主动发起RPC， 而是响应来自客户端和数据节点的RPC请求。
第3章 分布式文件及数据库系统
– 每一个文件具有唯一的逻辑地址，每一个文件 副本对应一个物理地址
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名字服务器
• 文件服务器管理
– 动态管理文件服务器
• 添加、删除文件服务器
– 指导文件服务器进行文件备份
• 同一个文件在两台文件服务器中保存副本
– 实时获取文件服务器信息
• 剩余空间、负载
– 文件服务器选择策略:剩余空间+负载
3.3.2 分布式数据库系统的定义
分布式数据库包含两个重要组成部分： 分布式数据库（DDB）和分布式数据库管 理系统（DDBMS） 。 分布式数据库是计算机网络环境中各场地 上数据库的逻辑集合。 分布式数据库管理系统是分布式数据库系 统中的一组软件，它复杂管理分布环境下 逻辑集成数据的存取、一致性、有效性和 完备性。
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文件的传输
• 文件服务器：监控管理程序
– 监控文件服务器信息，提供当前的磁盘空间等资源信息 – 响应删除文件命令，删除文件服务器上的文件 – 响应备份命令，将本地文件备份到另一文件服务器上
• 客户端使用的工具包
– 上传文件、下载文件、删除文件 – ftp协议
• NS使用的工具包
– 提供资源信息查询 – 通知备份文件到第三方文件服务器 – 删除文件服务器上的备份文件功能
3.3.3分布式数据库的基本特点
物理分布性：数据不是存储在一个场地上，而是 存储在计算机网络的多个场地上。
• MapReduce 模式的思想是通过自动分割将 要执行的问题(程序)、拆解成Map(映射)和 Reduce(化简)的方式。
• 在自动分割后通过Map 程序将数据映射成 不相关的区块，分配(调度)给大量计算机处 理达到分散运算的效果，再通过Reduce 程 序将结果汇整，输出开发者需要的结果。
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名字服务器
• 文件服务器管理
– 动态管理文件服务器
• 添加、删除文件服务器
– 指导文件服务器进行文件备份
• 同一个文件在两台文件服务器中保存副本
– 实时获取文件服务器信息
• 剩余空间、负载
– 文件服务器选择策略:剩余空间+负载
3.3.2 分布式数据库系统的定义
分布式数据库包含两个重要组成部分： 分布式数据库（DDB）和分布式数据库管 理系统（DDBMS） 。 分布式数据库是计算机网络环境中各场地 上数据库的逻辑集合。 分布式数据库管理系统是分布式数据库系 统中的一组软件，它复杂管理分布环境下 逻辑集成数据的存取、一致性、有效性和 完备性。
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文件的传输
• 文件服务器：监控管理程序
– 监控文件服务器信息，提供当前的磁盘空间等资源信息 – 响应删除文件命令，删除文件服务器上的文件 – 响应备份命令，将本地文件备份到另一文件服务器上
• 客户端使用的工具包
– 上传文件、下载文件、删除文件 – ftp协议
• NS使用的工具包
– 提供资源信息查询 – 通知备份文件到第三方文件服务器 – 删除文件服务器上的备份文件功能
3.3.3分布式数据库的基本特点
物理分布性：数据不是存储在一个场地上，而是 存储在计算机网络的多个场地上。
• MapReduce 模式的思想是通过自动分割将 要执行的问题(程序)、拆解成Map(映射)和 Reduce(化简)的方式。
• 在自动分割后通过Map 程序将数据映射成 不相关的区块，分配(调度)给大量计算机处 理达到分散运算的效果，再通过Reduce 程 序将结果汇整，输出开发者需要的结果。
分布式数据库系统体系结构ppt课件
三个基本特性 ➢分布性是指系统的各组成单元是否位于同一场地上。 分布式数据库系统是物理上分散、逻辑上统一的系统， 即具有分布性。而集中式数据库系统集中在一个场地上， 所以不具有分布性。
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§2.5 分布式数据库系统分类
➢异构性是指系统的各组成单元是否相同，不同为 异构，相同为同构。异构主要:
-数据异构性：指数据在格式上、语法和语义上 存在不同。
Multidatabase layer
Local system layer
LIS3
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§2.6 MDBS 体系结构
MDBS 的组件结构
System
USER
responses
User requests
Multi-DBMS Layer
Query Processor
DBMS
Transaction Manager
全局日志 局部概念模式
系统日志 局部内模式
数据库
应用处理器 数据处理器
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§2.2 组件结构
应用处理器（AP）功能：
➢ 用户接口：检查用户身份，接受用户命令，如： SQL命令。
➢ 语义数据控制器： 视图管理、安全控制、语义完 整性控制（全局概念模式）。这些约束定义在字典 中。
➢全局查询处理器:将用户命令翻译成数据库命令； 生成全局查询的分布执行计划；收集局部执行结果 并返回给用户。
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§2.3 模式结构
我国分布式数据库系统标准草案中给定的抽象为四层的 模式结构：全局外层、全局概念层、局部概念层和局部 内层。模式与模式之间是映射关系。
全局 外层
ES1
全局概 念层
ES2 …… ESn GCS
映射
全局模式 映射模式
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§2.5 分布式数据库系统分类
➢异构性是指系统的各组成单元是否相同，不同为 异构，相同为同构。异构主要:
-数据异构性：指数据在格式上、语法和语义上 存在不同。
Multidatabase layer
Local system layer
LIS3
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§2.6 MDBS 体系结构
MDBS 的组件结构
System
USER
responses
User requests
Multi-DBMS Layer
Query Processor
DBMS
Transaction Manager
全局日志 局部概念模式
系统日志 局部内模式
数据库
应用处理器 数据处理器
10
§2.2 组件结构
应用处理器（AP）功能：
➢ 用户接口：检查用户身份，接受用户命令，如： SQL命令。
➢ 语义数据控制器： 视图管理、安全控制、语义完 整性控制（全局概念模式）。这些约束定义在字典 中。
➢全局查询处理器:将用户命令翻译成数据库命令； 生成全局查询的分布执行计划；收集局部执行结果 并返回给用户。
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§2.3 模式结构
我国分布式数据库系统标准草案中给定的抽象为四层的 模式结构：全局外层、全局概念层、局部概念层和局部 内层。模式与模式之间是映射关系。
全局 外层
ES1
全局概 念层
ES2 …… ESn GCS
映射
全局模式 映射模式
大数据技术原理与应用精品PPT课件
•FsImage文件没有记录块存储在哪个数据节点，而是由名 称节点把这些映射保留在内存中。当数据节点加入HDFS 集群时，数据节点会把自己所包含的块列表告知给名称节 点，此后会定期执行这种告知操作，以确保名称节点的块 映射是最新的。
3.3.2名称节点和数据节点
EditLog文件 •因为FsImage文件一般都很大（GB级别的很常见），如 果所有的更新操作都往FsImage文件中添加，这样会导致 系统运行的十分缓慢。因此，通常先往EditLog文件里面写。 由于EditLog 要小很多，因此就不会这样。每次执行写操 作之后，且在向客户端发送成功代码之前， EditLog文件 都需要同步更新。
群，具有很好的可伸缩性
●安全 含义：保障系统的安全性 HDFS实现情况：安全性较弱
3.2 HDFS简介
总体而言，HDFS要实现以下目标： ●容错 ●流式数据读写 ●能存储大数据集 ●强大的跨平台兼容性
HDFS在实现上述优良特性的同时，也使得自身具有一些应用局限性，主 ●不支持多用户写入及任意修改文件
●并发控制 含义：客户端对于文件的读写不应该影响其他客户端
对同一个文件的读写 HDFS实现情况：机制非常简单，任何时间都只允许有
一个程序在写入某个文件
3.1.3分布式文件系统的设计需求
●文件复制（容错机制） 含义：一个文件可以拥有在不同位置的多个副本 HDFS实现情况：HDFS采用了多副本机制
●硬件和操作系统的异构性（可伸缩性） 含义：可以在不同的操作系统和计算机上实现同
•名称节点起来之后，HDFS中的更新操作会重新写到 EditLog文件中。
3.3.2名称节点和数据节点
名称节点的启动
•在名称节点启动的时候，它会将FsImage文件中的内容 加载到内存中，之后再执行EditLog文件中的各项操作， 使得内存中的元数据和实际的同步，存在内存中的元数 据支持客户端的读操作。
3.3.2名称节点和数据节点
EditLog文件 •因为FsImage文件一般都很大（GB级别的很常见），如 果所有的更新操作都往FsImage文件中添加，这样会导致 系统运行的十分缓慢。因此，通常先往EditLog文件里面写。 由于EditLog 要小很多，因此就不会这样。每次执行写操 作之后，且在向客户端发送成功代码之前， EditLog文件 都需要同步更新。
群，具有很好的可伸缩性
●安全 含义：保障系统的安全性 HDFS实现情况：安全性较弱
3.2 HDFS简介
总体而言，HDFS要实现以下目标： ●容错 ●流式数据读写 ●能存储大数据集 ●强大的跨平台兼容性
HDFS在实现上述优良特性的同时，也使得自身具有一些应用局限性，主 ●不支持多用户写入及任意修改文件
●并发控制 含义：客户端对于文件的读写不应该影响其他客户端
对同一个文件的读写 HDFS实现情况：机制非常简单，任何时间都只允许有
一个程序在写入某个文件
3.1.3分布式文件系统的设计需求
●文件复制（容错机制） 含义：一个文件可以拥有在不同位置的多个副本 HDFS实现情况：HDFS采用了多副本机制
●硬件和操作系统的异构性（可伸缩性） 含义：可以在不同的操作系统和计算机上实现同
•名称节点起来之后，HDFS中的更新操作会重新写到 EditLog文件中。
3.3.2名称节点和数据节点
名称节点的启动
•在名称节点启动的时候，它会将FsImage文件中的内容 加载到内存中，之后再执行EditLog文件中的各项操作， 使得内存中的元数据和实际的同步，存在内存中的元数 据支持客户端的读操作。
分布式系统电子科大ppt课件
Distributed systems principles and paradigms
分布式系统:原理和范例
中文版，原书第2版 清华大学出版社 辛春生 陈宗斌 等译
6
2018/10/29
成绩构成
10% 平时成绩 20% 大作业 70% 期末测试
先行课:
计算机网络 操作系统 面向对象编程
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移动计算和普适计算的区别
2018/10/29
分布式系统举例－P2P计算
P2P计算 P2P最根本的思想，同 时也是它与C/S最显著 的区别在于网络中的 节点（peer）既可以 获取其它节点的资源 或服务同时又是资源 或服务的提供者，即 兼具Client和Server的 双重身份。
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2018/10/29
2018310现或曾担任计算机应用研究计算机科学技术学报jcstacmgisieeeicde等学术期刊和会议的审稿9thinternationalconferencewebbasedlearningicwl2010的programchairsecondinternationalworkshopinformationmanagementmobileapplicationsinconjunctionvldb2012的technicalprogramcommitteeacm会员中国计算机学会会员科大树蛙工作室指导老师2008级软件3班2012级计算机10班党员教师指导学生获得2012年银杏黄创新创业基金创新创业训练计划长虹杯软件创意大赛省科技创新苗子工程等多项
2018/10/29
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分布式系统举例－物联网
物联网 物联网就是把传感器装 备到电网、铁路、桥梁、 隧道、公路、建筑、供 水系统、大坝、油气管 道以及家用电器等各种 真实物体上，通过互联 网联接起来，进而运行 特定的程序，达到远程 控制或者实现物与物的 直接通信。
分布式系统(我们山大博士生导师的课件)
Distributed Systems
Dulix
主要内容
分布式技术发展简介
分布式系统特征
分布式系统实例
分布式系统面临的挑战
分布式系统发展趋势 分布式系统模型
Page 2
分布式系统发展简介
1960~1970 机器直接通讯，如IBM System 360s
80年代以后，PC开始流行，企业开始拥有大量服务器，对于 RPC需求增大，出现：
Client-server
Page 30
C/S架构
• mapping of services to multiple servers; • caching
Page 31
架构模型 P2P
Peer-to-peer
– In this architecture all of the processes involved in a task or activity play similar roles, interacting cooperatively as peers without any distinction between client and server processes or the computers on which they run.
–国际组织在持续努力：
• Internet相关协议（RFC文档）（） • CORBA完整规约（）
Page 14
分布式系统面临的挑战
3、安全性 Security
– 分布式系统所维护的信息源一般具有很高的内在价值。 – 安全主要包括： • 机密性（防止泄漏给未授权者） • 完整性（防止改变和讹误）
Page 32
常见的架构模式
Dulix
主要内容
分布式技术发展简介
分布式系统特征
分布式系统实例
分布式系统面临的挑战
分布式系统发展趋势 分布式系统模型
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分布式系统发展简介
1960~1970 机器直接通讯，如IBM System 360s
80年代以后，PC开始流行，企业开始拥有大量服务器，对于 RPC需求增大，出现：
Client-server
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C/S架构
• mapping of services to multiple servers; • caching
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架构模型 P2P
Peer-to-peer
– In this architecture all of the processes involved in a task or activity play similar roles, interacting cooperatively as peers without any distinction between client and server processes or the computers on which they run.
–国际组织在持续努力：
• Internet相关协议（RFC文档）（） • CORBA完整规约（）
Page 14
分布式系统面临的挑战
3、安全性 Security
– 分布式系统所维护的信息源一般具有很高的内在价值。 – 安全主要包括： • 机密性（防止泄漏给未授权者） • 完整性（防止改变和讹误）
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常见的架构模式
相关主题
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如果考虑服务器中断处理的时间I，那么传输的时间间隔为T1-T0I，单向传输时间为它的一半。
3.1 时钟同步
3.1.3 时钟同步算法
✓ Berkeley算法
✓
时间守护进程（时间服务器）定期地询问每台机器的时间。然
后基于这些回答计算出平均值并告诉所有的机器将它们的时钟拨 快或拨慢到一个新的值。（适合于没有WWV接收器的系统）
列性质：若a→b，则c(a)<c(b)。此外，时钟时间值C必须递增，不
能倒退。
0
0
0
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例子：三个进程，每个均
18
16
20
24 B 30
有自己的时钟，每个
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时钟速率不同。
30 36
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40
50
48 C 60
42
56
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48 D 64
80
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90
60
80
100
进程0 进程1 进程2
第3章 分布式系统的同步
互斥 选举算法 原子事务 分布式系统中的死锁
3.1 时钟同步
分布式算法的性质
• 相关信息分散在多台机器上 • 进程决策仅仅依赖于本地信息 • 系统中单点故障应避免 • 没有公用时钟和其他精确的全局时间资源存在
进行编译的 计算机
进行编译的 计算机
2144 2142
2145
创建
在事件发生的顺序上要完全一致。 ◘ 只关心事件发生的顺序，而不关心是否与真实时间接近。（逻辑时钟）
3.1 时钟同步
3.1.1 逻辑时钟
✓ 先发生关系
◘ a发生在b之前，记为：a→b。存在两种情况： ▪ 如果a和b是同一进程中两个事件，且a发生在b之前，则a→b为真； ▪ 如果a是一个进程发送消息的事件，b为另一个进程接收这一消息的事 件，则a→b为真；
3:00 3:00
3:00 0
3:00 +5
3:00
3:00 +25
-10 -20
+15
3:25
2:50
时间守护进程询问其它 机器的时间值
3:25
2:50
机器应答
3:05
3:05
时间守护进程通知每个 机器如何调整时间
3.1 时钟同步
3.1.3 时钟同步算法
✓ 平均值算法
3.1 时钟同步
3.1.2 物理时钟
中天点：太阳到 达一天的最高 点
地球轨道
在n天以后的中天 点地球已经旋转 了将近３６０度
地球第０天到 达中天
地球第n天到
达中天
到银河系的距 离
到银河系的距 离
物理时钟：UTC （统一协调时间），它是所有现代人使用的时间。
3.1 时钟同步
3.1.3 时钟同步算法
◘ 性质： ▪ 先发生关系具有传递性：若a→b且 b→c，则a→c。
✓ 并发事件
如果两个事件x和y，出现在不同的进程中，但并不交换消息，则x→y为
假， y→x也为假。则事件x和y称为并发事件。
3.1 时钟同步
3.1.1 逻辑时钟
✓ Lamport算法
对于对每一事件a，给它分配一个时间值C(a)。这些时间值具有下
◘ 每次震荡计数器减1，当计数器减为0时，产生一次中断（时钟点）。 ◘ 在多CPU系统中，不同计算机上的晶体以不同的频率震荡，导致时钟不
同步。（时钟偏移）
✓ 问题：同步所有时钟产生一个单一的、无二义的时间标准可能吗？ ——Lamport：时钟同步是可能的！！！
◘ 如果两个进程无相互作用，它们的时钟无需同步。 ◘ 时钟同步不需要绝对同步，不需所有进程在时间上完全一致，而是它们
适合于只有一台机器上有WWV接收器 （时间服务器），其它所有机器与 它同步的系统。
发送机器
T0
请求
时间服务器
时间
I，中断处理时 间
T1
CUTC
T0和T1都是由相同时钟测量的
说明：每台机器以小于或等于δ/2ρ秒的周期定期地向时间服务器发送 消息询问当前的时间，时间服务器接到消息后就尽快回答含有当前时 间CUTC值的消息。
0 6A 12 18 24 30 36 42 48 D 70 76
进程0
0 8 16 24 B 32 40 48 C 61 69 77 85
进程1
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
进程2
3.1 时钟同步
3.1.1 逻辑时钟
✓ Lamport算法补充说明 ◘ 在每两个事件之间，时钟必须至少滴答一下。如果一个进程
3.1 时钟同步
3.1.3 时钟同步算法
✓ Cristian’s算法
问题1：发送者如何根据时间服务器的返回值调整时间？ 由于时间不能倒退，因此一种方法是根据时钟快慢，中断服务程 序调整（增大或减小）每次中断所加的时间值。
问题2：如何处理从时间服务器发送的应答到发送者存在的延迟？ 精确记录从向时间服务器发送请求的起始时间于时间T0和接收到应 答的结束时间T1。 当前服务器时间估计值=CUTC+（T1-T0）/2
output.o 2143
时间
2146
2147
2144
创建
output.c
2145
根据本地时 钟的时间
根据本地时 钟的时间
当每台机器都有自己的时钟，一个发生于另一个事件之后的事 件可能会标记一个比另一个事件更早的时间
3.1 时钟同步
3.1.1 逻辑时钟
✓ 计算机计时方法
◘ 计算机上的计时器通常由一个精确的石英晶体制成，它以一定的频率震 荡。
3.1 时钟同步
3.1.1 逻辑时钟
Hale Waihona Puke ✓ Lamport算法 Lamport解决方案直接使用先发生关系，每条消息携带发送者的时 钟以指出其发送的时刻，当消息到达时，接收者时钟若比消息发送 时钟小，就立即将自己的时钟调到比发送时间大1或更多的值。
Lamport解决方案：
调整C到达的时间为５ ６-61，D到达的时间 为５４-70
以相当快的速度连续发送或接收两条消息，它必须在这中间至少嘀 嗒一下。
◘ 附加条件：两个事件不会精确的同时发生。如果进程1和进程 2同时发生了2个事件，发生时刻都是40，则前者记为40.1，后者为 40.2。
✓ lamport算法遵循的规则：
◘ 若在同一进程中a发生在b之前，则C（a）<C（b）; ◘ 若a和b分别代表发送消息和接收消息，则C（a）<C（b）； ◘ 对所有的a和b，C（a）≠C（b）。
1-ρ≤dC/dt≤1+ρ
若保证两个时钟之间的差不超过δ，时钟至少在每δ/2ρ秒内再同步 一次。（ρ为最大漂移速度）
稍快时钟
dC/dt>1 dC/dt=1
最佳时钟
dC/dt<1
稍慢时钟
时钟时间C
UTC，t
图3-5 不是所有的时钟都按正确的速率中断
3.1 时钟同步
3.1.3 时钟同步算法
✓ Cristian’s算法
3.1 时钟同步
3.1.3 时钟同步算法
✓ Berkeley算法
✓
时间守护进程（时间服务器）定期地询问每台机器的时间。然
后基于这些回答计算出平均值并告诉所有的机器将它们的时钟拨 快或拨慢到一个新的值。（适合于没有WWV接收器的系统）
列性质：若a→b，则c(a)<c(b)。此外，时钟时间值C必须递增，不
能倒退。
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例子：三个进程，每个均
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有自己的时钟，每个
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时钟速率不同。
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进程0 进程1 进程2
第3章 分布式系统的同步
互斥 选举算法 原子事务 分布式系统中的死锁
3.1 时钟同步
分布式算法的性质
• 相关信息分散在多台机器上 • 进程决策仅仅依赖于本地信息 • 系统中单点故障应避免 • 没有公用时钟和其他精确的全局时间资源存在
进行编译的 计算机
进行编译的 计算机
2144 2142
2145
创建
在事件发生的顺序上要完全一致。 ◘ 只关心事件发生的顺序，而不关心是否与真实时间接近。（逻辑时钟）
3.1 时钟同步
3.1.1 逻辑时钟
✓ 先发生关系
◘ a发生在b之前，记为：a→b。存在两种情况： ▪ 如果a和b是同一进程中两个事件，且a发生在b之前，则a→b为真； ▪ 如果a是一个进程发送消息的事件，b为另一个进程接收这一消息的事 件，则a→b为真；
3:00 3:00
3:00 0
3:00 +5
3:00
3:00 +25
-10 -20
+15
3:25
2:50
时间守护进程询问其它 机器的时间值
3:25
2:50
机器应答
3:05
3:05
时间守护进程通知每个 机器如何调整时间
3.1 时钟同步
3.1.3 时钟同步算法
✓ 平均值算法
3.1 时钟同步
3.1.2 物理时钟
中天点：太阳到 达一天的最高 点
地球轨道
在n天以后的中天 点地球已经旋转 了将近３６０度
地球第０天到 达中天
地球第n天到
达中天
到银河系的距 离
到银河系的距 离
物理时钟：UTC （统一协调时间），它是所有现代人使用的时间。
3.1 时钟同步
3.1.3 时钟同步算法
◘ 性质： ▪ 先发生关系具有传递性：若a→b且 b→c，则a→c。
✓ 并发事件
如果两个事件x和y，出现在不同的进程中，但并不交换消息，则x→y为
假， y→x也为假。则事件x和y称为并发事件。
3.1 时钟同步
3.1.1 逻辑时钟
✓ Lamport算法
对于对每一事件a，给它分配一个时间值C(a)。这些时间值具有下
◘ 每次震荡计数器减1，当计数器减为0时，产生一次中断（时钟点）。 ◘ 在多CPU系统中，不同计算机上的晶体以不同的频率震荡，导致时钟不
同步。（时钟偏移）
✓ 问题：同步所有时钟产生一个单一的、无二义的时间标准可能吗？ ——Lamport：时钟同步是可能的！！！
◘ 如果两个进程无相互作用，它们的时钟无需同步。 ◘ 时钟同步不需要绝对同步，不需所有进程在时间上完全一致，而是它们
适合于只有一台机器上有WWV接收器 （时间服务器），其它所有机器与 它同步的系统。
发送机器
T0
请求
时间服务器
时间
I，中断处理时 间
T1
CUTC
T0和T1都是由相同时钟测量的
说明：每台机器以小于或等于δ/2ρ秒的周期定期地向时间服务器发送 消息询问当前的时间，时间服务器接到消息后就尽快回答含有当前时 间CUTC值的消息。
0 6A 12 18 24 30 36 42 48 D 70 76
进程0
0 8 16 24 B 32 40 48 C 61 69 77 85
进程1
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
进程2
3.1 时钟同步
3.1.1 逻辑时钟
✓ Lamport算法补充说明 ◘ 在每两个事件之间，时钟必须至少滴答一下。如果一个进程
3.1 时钟同步
3.1.3 时钟同步算法
✓ Cristian’s算法
问题1：发送者如何根据时间服务器的返回值调整时间？ 由于时间不能倒退，因此一种方法是根据时钟快慢，中断服务程 序调整（增大或减小）每次中断所加的时间值。
问题2：如何处理从时间服务器发送的应答到发送者存在的延迟？ 精确记录从向时间服务器发送请求的起始时间于时间T0和接收到应 答的结束时间T1。 当前服务器时间估计值=CUTC+（T1-T0）/2
output.o 2143
时间
2146
2147
2144
创建
output.c
2145
根据本地时 钟的时间
根据本地时 钟的时间
当每台机器都有自己的时钟，一个发生于另一个事件之后的事 件可能会标记一个比另一个事件更早的时间
3.1 时钟同步
3.1.1 逻辑时钟
✓ 计算机计时方法
◘ 计算机上的计时器通常由一个精确的石英晶体制成，它以一定的频率震 荡。
3.1 时钟同步
3.1.1 逻辑时钟
Hale Waihona Puke ✓ Lamport算法 Lamport解决方案直接使用先发生关系，每条消息携带发送者的时 钟以指出其发送的时刻，当消息到达时，接收者时钟若比消息发送 时钟小，就立即将自己的时钟调到比发送时间大1或更多的值。
Lamport解决方案：
调整C到达的时间为５ ６-61，D到达的时间 为５４-70
以相当快的速度连续发送或接收两条消息，它必须在这中间至少嘀 嗒一下。
◘ 附加条件：两个事件不会精确的同时发生。如果进程1和进程 2同时发生了2个事件，发生时刻都是40，则前者记为40.1，后者为 40.2。
✓ lamport算法遵循的规则：
◘ 若在同一进程中a发生在b之前，则C（a）<C（b）; ◘ 若a和b分别代表发送消息和接收消息，则C（a）<C（b）； ◘ 对所有的a和b，C（a）≠C（b）。
1-ρ≤dC/dt≤1+ρ
若保证两个时钟之间的差不超过δ，时钟至少在每δ/2ρ秒内再同步 一次。（ρ为最大漂移速度）
稍快时钟
dC/dt>1 dC/dt=1
最佳时钟
dC/dt<1
稍慢时钟
时钟时间C
UTC，t
图3-5 不是所有的时钟都按正确的速率中断
3.1 时钟同步
3.1.3 时钟同步算法
✓ Cristian’s算法