分布式系统的同步.

o 两个问题：时间决不能倒退, 延迟 o 假设：每秒产生100次中断， 每次中断将时间加10毫秒 若调慢时钟，中断服务程序 每次只加9毫秒； 若加快时钟，则加11毫秒。 传播时间
12
Berkeley 算法 – 主动式方法
1. 2. 3.
时间监控器定期查询其他机 器时间 计算出平均值 通知其他机器调整时间
–
基本方法：
–
问题：
– – –
19
集中式算法（仿照单处理机系统的方法 ）

协调者：确定那个进程可进入临界区 通信量：3个消息：请求-许可-释放
C
C
C

缺点：单点失败 单协调者会成为执行的瓶颈
20
Win Thread 临界区

CreateMutex() WaitForSingleObject() ReleaseMutex() InitializeCriticalSection() EnterCriticalSection() LeaveCriticalSection()
第3章 分布式系统的同步
中国科技大学软件学院
丁箐
主要内容
3.1 时钟同步 3.2 互斥 3.3 选举算法 3.4 原子性事务 3.5 分布式系统中的死锁
2
主要内容
3.1 时钟同步 3.2 互斥 3.3 选举算法 3.4 原子性事务 3.5 分布式系统中的死锁
3
3.1 时钟同步

分布式算法的特点
1.
14
多个外部时间源法
例：OSF DCE方法
1. 接受所有时间源的当前UTC区间 2. 去掉与其他区间不相交的区间 3. 将相交部分的中点作为校准时间
时间
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使用同步时钟

1. 2. 3.
最多一次消息提交
每个消息携带一个ID和一个时间印ts（timestamp） 服务器的表T中，记录每个连接C最近的时间印t 如果到达的消息m，ts(m)<t, 则拒绝m

并发事件（concurrent）
6
Lamport算法

对每一事件a，在所有进程中都认可给它分配 一个时间值C(a）
–
–
–
if ab;则C(a)<C(b) a,b C(a) C(b) C是递增的

校正算法
– –
ab， if C(b)<C(a), 则C(b) = C(a) +1
7
Lamport算法
• • • •
服务器要一直保存一个全局变量 G = CurrentTime – MaxLifetime – MaxClockSkew 所有<G的时间印从表T中清除 对于具有新的ID的到达消息m,如果ts(m)<G则拒绝m, 否则，接受m 按照一定时间间隔T，定期地将G写入磁盘。 当系统重启后，G’=G+T
– – – –
稍快时钟
最大偏移率 精确时钟： dC/dt =1 快时钟： dC/dt 〉1 慢时钟： dC/dt < 1
时钟时间,C
dwenku.baidu.com/dt=1 最佳时 钟 稍慢时 dC/dt<1 钟
UTC，t
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Christian’s 算法 -- 逐步调整法

时间服务器，可接受WWV的UTC时间 每隔δ/2ρ校准时间（ 允许误差δ ，存在误差ρ ）
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主要内容
3.1 时钟同步 3.2 互斥 3.3 选举算法 3.4 原子性事务 3.5 分布式系统中的死锁
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3.2 互 斥

基本概念
–
当一个进程使用某个共享资源，其他进程不允许对这个资源 操作 对共享资源进行操作的程序段 信号量、管程 死锁 活锁 饥饿

临界区（Critical Section）：
时间守护 3:00 3:00 3:00 3:00 +25 -10 -20 3:00 0 3:05 +5 +15 网络
3:25 (a)
2:50
3:25 (b)
2:50
3:05 (c)
3:05
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平均值算法 – 非集中式方法
将时间划分成固定长度的再同步间隔，第i次 间隔开始于T0+iR，而结束于 T0+(i+1)R 2. 所有机器广播自己的时钟时间 3. 启动本地计时器收集在S时间间隔中到达的 其他机器广播的时间 4. 执行平均时间计算算法，得到新的时间值 （取平均值，去掉两端值 ）

铯原子钟：9192631770次跃迁=1秒 TAI秒：国际原子时间 UTC秒：世界时间（在TAI秒中加入闰秒） 时间服务：WWV电台、GEOS卫星
10
20
10
时钟同步算法

如何与现实时钟同步 如何使不同机器之间相互同 步
dC/dt>1

设机器时钟值Cp(t), t 为UTC 时间

相关信息散布在多个场地上 每个进程只能基于本地信息做决定


应避免因单点故障造成整个系统的失败
不存在公共时钟或精确的全局时间
4
时钟同步问题

例：makefile误差
output.o ： cc –C output.c
进行编译的 计算机
2144
2145 创建output.o
2146
2147
根据本地时 钟的时间
0 0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 D A 1 0 8 16 24 32 40 48 56 64 72 80 C B 2 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
100
0 0 6 12 18 24 30 36 42 48 70 76 D A
1 0 8 16 24 32 40 48 61 69 77 85 C B
2 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
100
时 间
慢
(a)
快
慢
(b)
快
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物理时钟与现实时钟
（1）如何用现实世界的时钟将它们同步起来； （2）如何使各时钟之间保持同步。



太阳日：连续的两次日中天的时间 太阳秒：solar-day/86400 平均太阳秒：如，格林威治时间
9
现实时钟
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使用同步时钟

1. 2. 3.
基于时钟的缓存一致性
当客户读取一个副本到缓存时，设置一个租期（lease） 在租期过期之前，客户可更新副本，重续租期 如果已经过期，缓存中的副本失效
改进的一致性协议 • 当客户修改文件时，只需将所有没有到期的缓存副 本设为无效 • 如果某个客户崩溃，则等待直到该客户的租期过期
进行编辑的 计算机
2142
2143
2144 创建output.c
2145
根据本地时 钟的时间
时间
时间
5
逻辑时钟

计时器：石英晶体+计数器 时钟偏差（clock skew） 逻辑时钟：相对时间 物理时钟：真实时间 “之前”关系:
– –
–
事件a在b之前出现，则ab a为发送消息m，b为接收m，则ab 具有传递性：ab, bc,则ac