第三章分布式系统的同步精品PPT课件

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2:50
时间守护进程询问其它 机器的时间值
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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
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）。
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
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）
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。
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；
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
6A8
10
12
例子：三个进程，每个均
18
Leabharlann Baidu16
20
24 B 30
有自己的时钟，每个
24
时钟速率不同。
30 36
32
40
40
50
48 C 60
42
56
70
48 D 64
80
54
72
90
60
80
100
进程0 进程1 进程2
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
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
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
3.1 时钟同步
3.1.1 逻辑时钟
✓ 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
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。
◘ 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
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
◘ 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