分布式系统中的数据一致性问题33页PPT文档

因果一致性在实现时必须建立与维护依赖图，这里涉及 到语义上的以来，是相当困难的。
第五章 分布式系统中的数据一致性问题
● PRAM一致性：一个程序的写操作被其他进程以指定
的顺序见到，不同程序的写操作在不同程序看来次序可以不 同。
[例1] P1： W（x,1） …
P2： … R（x）1 W（x,2）
P3：
但是，打印结果只有6个数字、64种可能。其中，000000 和001001显然不可能。
应该承认所有合理的结果。例如，001011，表示执行的次 序为：
A=1 print（b,c） b=1 print（a,c） c=1
print（a,b）
第五章 分布式系统中的数据一致性问题
● 因果一致性：可能因果相关的写操作应对所有程序可
第五章 分布式系统中的数据一致性问题
[例2] P1： W（x,1） …
P2： … R（x）1 W（x,2）
P3：
…
R（x）1 R（x）2
P4：
…பைடு நூலகம்
R（x）2 R（x）1
违反了因果一致性。因为P2读出了x=1，所以P1和P2的两 个写操作顺序必定为W（x,1）在W（x,2）前。 P3的结果才 是正确的。
第五章 分布式系统中的数据一致性问题
§1.分布式系统中数据一致性存在的困 难
1.高度并行带来的问题
本机内多任务并行带来的困难 多机并行带来的困难 网络延迟不可预测
2.多副本带来的问题
系统中存在多个副本，数据的修改通常会在不同的副 本上进行
第五章 分布式系统中的数据一致性问题
3. 空间数据所存在的特殊困难 跨机图幅的接边问题 拓扑关系的全局动态改变与生成问题
P1：W（x,1） S1 W（y,2）S2
P2：
S1 R（x）1
P3:
s2 R（y）2
弱一致性的缺陷在于没有区分对 共享变量的修改与读取。所以同 步变量的访问即要确保本地写全 部完成（所有副本均已更新）还 要收集其它计算机的写操作信息。
第五章 分布式系统中的数据一致性问题
● 释放一致性：类似临界区，提供“获取”和“释放” 两类原子同步操作。强制：
程序在访问共享变量之前必须成功完成“获取”操作； 完成“释放”操作前，程序的访问操作必须结束； “获取”、“释放”应保证顺序一致性。 释放一致性与用信号量和P、V操作来保证临界区访问正 确性何其相似乃尔！
与此相对应，还可以有入口一致性。
第五章 分布式系统中的数据一致性问题
小结：
一致性模型可以分为两类：
对第二点，强制要求所有的同步访问开始前，已经开始的所有的写操 作必须完成，在更新共享数据后立即进行同步，将新值传遍所有副本；
第三点，保证在读共享数据之前，完成同步操作，以便可以读到最新 值。
做法：
任何程序编制时，在对共享数据写操作后都必须紧接着访问同步变量；
任何读共享数据操作前，访问同步变量。
例如：
不使用同步操作
严格：所有访问时间绝对顺序
最强
顺序：所有程序以相同顺序检测所有
共享访问事件
因果：所有程序以相同顺序检测所有
因果联系事件
PRAM：所有程序按预定次序到来自一 台机器的写操作，来自其他机
器的写操作顺序不必相同
使用同步操作 弱：同步完成后共享数据才保持一致 释放：离开临界区后共享数据才保持
一致 入口：进入临界区时共享数据保持一致
见并保持顺序一致。并发的写操作在不同计算机上看来可以 顺序不同。
[例1] 程序P1：W（x,1） … W（x,3）
P2： R（x）1 W（x,2）
P3： R（x）1 …
R（x）2 R（x）3
P4： R（x）1 …
R（x）3 R（x）2
符合因果一致性要求，但违反了顺序一致性。因为P3和P4见 到访问顺序不同。
第五章 分布式系统中的数据一致性问题
4. 分布式系统中数据一致性保证的不同模型
● 严格一致性：读出的数据始终为最近写入的数据
太严格！实现 难度极大！几 乎不可能！
读x
计算机A
计算机A
时刻T1
时刻T2
写x
计算机A
T2 〉T1，如果两 者非常接近，有 可能因为网络原 因读请求比写请 求晚到！
第五章 分布式系统中的数据一致性问题
● 顺序一致性：只要所有的程序都以一定的顺序运行
● 弱排序：弱排序只要求对共享数据结构的访问保证顺 序一致性。即：
对同步变量（可与信号量类比）的访问是顺序一致的； 在所有以前的写操作结束之前，不的访问同步变量； 在先前所有的同步变量访问完成以前，不得访问共享数 据。
第五章 分布式系统中的数据一致性问题
实现考虑：
为保证第一点，对同步变量的访问必须立即广播。在广播完成之前， 其他程序不的访问别的同步变量；
…
R（x）1 R（x）2
P4：
…
R（x）2 R（x）1
符合PRAM一致性的要求。
PRAM与顺序一致性的差别在于，后者虽然为确定语句
的顺序，但要求所有程序遵从共同的顺序；而前者则允许不 同程序见到的顺序可以不同。
第五章 分布式系统中的数据一致性问题
[例2] 在前面的例子中，结果001001是可以接受的。这时， 各程序看到的顺序：
（即所有程序的访问操作在别的程序看来都是一样的）， 每个程序的操作都以程序规定的次序实现，结果都应该被 接受。
[例1] 程序P1：W（x，1）…
程序P2 ：
…
R（x）0 R（x）1 …
或者两次都为1，都应该接受。
顺序一致性看似很“弱”，实际很强，对多副本一致
性有很强的要求，实际实现也是难以做到的。只能在单一 服务器上使用。
程序A a=1
Print（b,c）
程序B … a=1 …
程序C … a=1 …
…
Print（a,c）
Print（a,b）
…
…
C=1
b=1
…
…
这里只列出本程序感兴趣（与自己的打印有关）的语句执行次序
第五章 分布式系统中的数据一致性问题
PRAM一致性要求虽然较弱，但它要求程序的写操作必 须被其他程序看到（尽管他们的顺序可以不同）。实际上， 这样的要求有点过高，每一个程序只要能够看到与自己有关 的其他程序的写操作就可以了。
第五章 分布式系统中的数据一致性问题
[例2] 程序A
程序B
程序C
a=1;
b=1；
c=1；
print（b,c） print（a,c） print（a,b）
理论上有90个执行的次序。以a=1开头说明，共有5！=120 个顺序，但b=1不能在print（a,c）之后，因此一半是无效 的；同理程序C也如此，只剩下30个有效，共90个有效顺序。