分布式系统中的时间问题

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嵌入式分布系统中网络设备的时间同步

嵌入式分布系统中网络设备的时间同步

器的弊端 。本 文介绍 了 N P服务 器 的原 理 、 T 系统总体 任
务 及 其 通 信 机 制 设 计 , 针 对 N P协 议 运 行 在 Vx ok 并 T W rs
下 的 一 些 问 题 进 行 了 相 应 的 改 进 , 时 通 过 性 能测 试 分 析 同
表 明本 系 统 的有 效 性 。
适 用 于 高 速 的 局 域 网 中 。局 域 网 中 的 一 个 或 多 个 服 务 器
以 固定 的 时 间 周 期 向某 个 多 播 地 址 广 播 自己 的 时 标 , 户 客 端 不 计 算 时 间 偏 差 和 网 络 延 迟 , 接 用 接 收 到 的 时 标 修 正 直
自己 的 时钟 , 略 各 种 误 差 。 忽
先 要 生 成 一 个 标 准 的 NTP
NT P算 法 计 算 精 确 的 时 分布式系 统子 A —— — —
——. 授时服务器B T 3 2T

图 2 N P时间偏差与网络延时 T
查询信 息 包 , 过 网 络发 送 通 到B 。B收 到查 询 信 息 包 后 ,
( T ) 务 器 , 立 了 可靠 的处 理 机 制 。重 点 对 N P协 议 进 行 介 绍 , N P服 建 T 包括 其 工 作 原 理 、 网络 结 构 、 作 模 式 以及 处 理 流 工
程 。最 后 对 课 题 的 分 布 式 系统 性 能 进行 测 试 并 作 出详 细 的分 析 , 明 建 立 网络 时 间 服 务 体 系 的 必 要 性 。NTP协 议 用 于 阐
布 式 系 统 中 的 NT P实 现 原
③ 对 称模 式 (y S mmer d ) 两 个 以 上 的 时 间 服 ti mo e : c

java雪花算法时钟回拨问题与应对方案

java雪花算法时钟回拨问题与应对方案

Java雪花算法时钟回拨问题与应对方案1.引言在分布式系统中,唯一标识生成对于数据的一致性和正确性至关重要。

为了满足需求,雪花算法应运而生。

然而,雪花算法在应对时钟回拨问题上存在一些挑战。

本文将介绍Ja va雪花算法的原理,详细探讨时钟回拨问题的本质,并提供相应的应对方案。

2.雪花算法简介雪花算法是一种分布式唯一标识生成算法,能够在分布式系统中生成全局唯一的64位标识。

它的结构如下所示:```063+-------------------------------------------------+|t im es ta mp|w or ker I D|se qu en ce|+-------------------------------------------------+```其中,t im es ta mp为时间戳,占用41位,wo rk er ID为工作机器I D,占用10位,se qu enc e为序列号,占用12位。

通过这种结构,雪花算法可以在有序性、唯一性和可读性上取得良好平衡。

3.时钟回拨问题的本质时钟回拨是指在单机或分布式环境中,时间源突然发生向后调整,导致时间戳发生回拨。

在雪花算法中,时钟回拨问题会导致生成的标识存在重复或无序的情况。

时钟回拨问题通常出现在以下情况下:-系统时间同步不准确:分布式系统中的机器时间没有得到严格同步,导致某台机器的时间与其他机器存在较大差异。

-系统时间误设置:系统管理员或用户在误操作中调整了系统时间,导致时间回拨。

4.时钟回拨问题的影响时钟回拨问题可能会导致以下严重后果:-标识重复:由于时间戳发生回拨,之前生成的标识可能会被重新生成,导致标识重复。

-标识无序:时钟回拨会打破时间戳的递增性,导致生成的标识无序,给数据处理和排序带来一定困扰。

5.应对方案为了解决时钟回拨问题,我们可以采取以下方案:5.1防止系统时间回拨-定期校准时间:定期校准系统时间,保证时间与其他机器的误差在可接受范围内。

分布式系统复习-电子科技大学-曹晟-牛新征

分布式系统复习-电子科技大学-曹晟-牛新征

分布式系统复习I1.分布式系统目标:资源共享、协同计算。

2.分布式系统问题源于三大特点:并发性、无全局时钟、故障独立性。

3.Internet & Intranet 难点:可扩展性(DNS、IP)、资源的定位、异构。

4.移动计算要解决的问题:避免由于移动需要重新配置的问题(DHCP);无线带宽有限,需要考虑QoS;私密和安全问题;Ad hoc网络的路由问题。

5.P2P定义:计算机借助直接交换实现资源共享。

6.P2P与C/S的区别:P2P网络中的节点既可以获取其他节点的资源或服务同时也是资源或服务的提供者,即兼具client和sever双重身份。

7.挑战:异构性、开放性、安全性、故障处理、可扩展性、并发性、透明性(访问、位置、并发、复制、故障、移动、性能、扩展)。

II1.结构模型:构成系统各部分的位置、角色、它们之间的关系。

C/S、P2P、C/S变种2.基础模型:为分布式系统设计者揭示若干关键问题。

交互模型:处理消息发送的性能问题,解决分布式系统中设置时间限制的难题。

故障模型:试图给出对进程和信道故障的一个精确的约定,它定义了什么是可靠的信道和正确的进程。

安全模型:讨论对进程和信道的各种可能的威胁,引入了安全通道的概念,它可以保证在存在各种威胁的情况下通信的安全。

3.中间件:软件层,一组计算机上的进程和对象,它们相互交互,实现分布式系统的通信和资源共享。

为系统开发者屏蔽系统的异构性,提供更方便的编程模式。

4.交互模型:进程之间通过消息传递进行交互,实现系统的通信和协作功能;有较大的时延;时间是进程间进行协调的参考,在分布式系统中,很难有相同的时间概念;独立进程间相互配合的准确性受限于上面两个因素。

5.故障模型:计算机和网络发生故障,会影响服务的正确性;故障模型的意义在于定义可能出现的故障形式,为分析故障带来的影响提供依据;设计系统时,知道如何考虑容错需求。

6.安全模型:分布式系统的模块特性及开放性,使它们暴露在内部和外部的攻击下;安全模型的目的是提供依据,以此分析系统可能受到的侵害,并在设计系统时防止这些侵害的发生。

时间一致算法的原理和应用

时间一致算法的原理和应用

时间一致算法的原理和应用1. 概述时间一致算法是分布式系统中常用的一种算法,用于解决分布式系统中各个节点之间时间的一致性问题。

在分布式系统中,由于节点之间的通信延迟、节点的时钟漂移等原因,会导致节点之间的时间存在差异,进而影响到分布式系统的正确运行。

时间一致算法的目标就是通过一定的机制,使得各个节点之间的时间达到一致,从而保证系统的正确性和可靠性。

2. 原理时间一致算法的原理包括时钟同步和事件顺序。

2.1 时钟同步时钟同步是时间一致算法的核心,它的目标是使得分布式系统中的各个节点的时钟尽可能接近真实时间。

常用的时钟同步算法有以下几种: - NTP(Network Time Protocol):NTP是一种常用的分布式时钟同步协议,在NTP中,一个节点被指定为时间服务器,其他节点通过与时间服务器进行时间同步。

- PTP (Precision Time Protocol):PTP是一种更精确的时钟同步协议,它使用硬件时钟来提供更高的精度和稳定性。

2.2 事件顺序除了时钟同步外,时间一致算法还需要解决事件的顺序问题。

在分布式系统中,由于节点之间的通信延迟,不同节点上的事件的发生顺序可能会存在不一致。

为了保证事件的一致顺序,可以通过以下方法来实现: - 全局时钟:引入一个全局时钟来标识事件的发生顺序,各个节点上的事件按照全局时钟的顺序进行排序,从而实现一致性。

- 向量时钟:向量时钟是一种多向量的时钟,每个节点维护一个向量,向量的长度为节点的个数。

每个节点的向量记录了该节点所观察到的其他节点的事件顺序,通过比较向量的大小来确定事件的顺序。

3. 应用时间一致算法在分布式系统中具有广泛的应用,以下列举了几个常见的应用场景:3.1 分布式数据库在分布式数据库中,不同节点上的数据可能会存在一致性问题。

通过使用时间一致算法,可以保证各个节点上的数据在时间上达到一致,从而保证数据库的正确性。

3.2 分布式事务分布式系统中的事务处理是一个复杂的问题,由于不同节点之间的通信延迟和时钟漂移,可能会导致事务的执行顺序不一致。

准同步、主从同步、互同步和外时钟同步的基本概念

准同步、主从同步、互同步和外时钟同步的基本概念

一、准同步准同步是指系统中各个部件的工作频率接近,但并不是完全同步的状态。

在这种情况下,各个部件之间的时间偏差较小,可以满足系统的基本要求,但是无法完全保证各个部件的运行是严格同步的。

二、主从同步主从同步是指系统中有一个主时钟(Master Clock)和多个从时钟(Slave Clock),主时钟通过特定的方式向从时钟发送时钟信号,使得从时钟能够保持与主时钟的同步。

主从同步通常应用于分布式系统中,通过主时钟的统一调控,保证系统中各个部件的运行是同步的。

三、互同步互同步是指系统中各个部件之间相互发送时钟信号,以使系统中各个部件能够相互保持同步。

这种方式可以在一定程度上减小各个部件之间的时间偏差,从而提高系统的整体性能。

四、外时钟同步外时钟同步是指系统中各个部件通过外部时钟源(如GPS信号或其他精准的时钟源)来保持同步。

这种方式可以在一定程度上保证系统中各个部件的时间精度和稳定性,但是受限于外部时钟源的精度和稳定性。

总结:准同步、主从同步、互同步和外时钟同步是在分布式系统中常见的同步方式。

每种同步方式都有其适用的场合和特点,选择合适的同步方式对于系统的性能和稳定性至关重要。

在实际应用中,需要根据系统的需求和条件来选择合适的同步方式,以保证系统的正常运行和性能的提升。

准同步、主从同步、互同步和外时钟同步是在分布式系统中常见的同步方式。

它们在理论和实践中都有各自的优缺点,在不同的场合下有不同的适用性和应用范围。

接下来,我们将深入探讨这四种同步方式的具体特点以及它们在实际应用中的优劣势。

准同步的特点:1. 时间偏差小:准同步的系统各个部件的工作频率虽然不完全同步,但时间偏差很小,能够满足系统的基本要求。

2. 灵活性强:准同步系统具有一定的灵活性,适用于一些不要求严格同步的场合。

3. 成本低:相比其他同步方式,准同步系统的成本一般较低,对于一些资源有限的系统来说,是一个较为经济的选择。

准同步的缺点:1. 容错性差:准同步系统的容错性不如其他同步方式,一旦出现时钟偏差较大的情况,可能会影响整个系统的运行。

无线分布式测试系统时间统一技术的研究

无线分布式测试系统时间统一技术的研究

时间统一系统是 由导弹、 航天实验等长距
离或超长距 离测量 和控制 的需求 而发展 起来 的

时间统一, 顾名思义 , 不同的测试单元之间 不但 要 有一 个 统一 的时 间基 准 , 而且 还要 使得 整个系统的不 同测试单元的时问和频率达到同 步的一种电子系统 。在无线测试环境下的分布 式测试单元 , 分布在测试环境的不同地理位置,
时间同步触发 , 使得测试单元 间有一个统一的 时间基准 , 当事件发生时, 测试单元才用它的本
地 时 间记 录事 件 发 生 的时刻 , 样 不 同测试 单 这 元 的事 件 发 生 时 刻 的 相 记 录 的时 间 就可 以得 到 同步 通
1 无线分布式测试 系统的时间统一
无线分布式传感测试系统 , 由一个主控站 和分布在不同地理位置 的测试单元组成 , 主控
单元与测试单元采用无线通信模块进行数据交 换, 采用无线 的方式可 以使得该系统应用到地
面上人不容易达到 、 布线困难以及航海航空等
领域 中 。
数据, 但前提是各个测试单元的时钟频率必须
发, 当分频沿触发信号到来时, 主控站通过无线 电波向测试单元发送授时命令, 同时从 G S P 接
收机提取 本 次 触 发 的 UTC时 间 , 通 过 无 线 也
2 时间统一技术的实现方案
2 1 主控 站的设 计 方案 .
电波紧随授时命令发送出去 , 因为采用 G S P 秒
为了解决时间统 一, 本系统在 主控站引人 了 G S接收机, P 利用 G S 收机 的秒脉冲以 P 接 及世界协调时间 ( T ) U C 来给整个系统提供精 准的时间触发。 G S P 接收机每秒发生时刻输出脉冲信号 ,

dubbo 超时时间方法级别设置

dubbo 超时时间方法级别设置

dubbo 超时时间方法级别设置Dubbo超时时间方法级别设置一、引言在分布式系统中,服务调用的超时时间是一个非常重要的参数。

Dubbo作为一种优秀的分布式服务框架,也提供了灵活的超时时间设置方式。

本文将重点介绍Dubbo如何在方法级别设置超时时间,以及如何根据实际需求进行合理的设置。

二、Dubbo超时时间概述在Dubbo中,超时时间指的是服务提供者在规定时间内必须返回结果给服务消费者,否则将抛出超时异常。

Dubbo的超时时间可以在多个层面进行设置,包括全局层面、接口层面和方法层面。

其中,方法级别的设置是最细粒度的,可以根据不同的方法需求进行个性化的超时时间设置。

三、方法级别超时时间设置1. 注解方式Dubbo提供了@org.apache.dubbo.config.annotation.Method 注解,可以在方法上使用该注解进行超时时间的设置。

示例如下:```java@Service(interfaceClass = UserService.class)public class UserServiceImpl implements UserService {@Override@Method(timeout = 3000) // 设置超时时间为3秒public User getUserById(String userId) {// 业务逻辑}}```上述代码中,@Method(timeout = 3000)表示方法getUserById 的超时时间为3秒。

当方法执行时间超过3秒时,Dubbo将抛出超时异常。

2. XML配置方式除了注解方式,Dubbo还支持使用XML配置文件进行方法级别的超时时间设置。

示例如下:```xml<dubbo:service interface="erService"><dubbo:method name="getUserById" timeout="3000"/> </dubbo:service>```上述代码中,<dubbo:method>标签用于设置getUserById的超时时间为3秒。

星链时空基准同步-概述说明以及解释

星链时空基准同步-概述说明以及解释

星链时空基准同步-概述说明以及解释1.引言1.1 概述星链时空基准同步是一项关键的技术创新,旨在解决当前分布式系统中的时间同步问题。

随着信息传输速度的不断提高和全球化通信的普及,各种网络调用和数据交换越来越频繁。

然而,由于地理位置、网络延迟等因素的存在,不同电子设备之间的时间不一致性成为一个严重的问题,严重影响了数据通信和应用的准确性和可靠性。

传统分布式系统中常用的时间同步方法,如网络时间协议(NTP)和协议时钟同步(PTP),已经存在一些局限性。

NTP受限于网络延迟和不可靠性,无法提供高精度和稳定的时间同步。

而PTP需要硬件支持,并且对网络拓扑和同步精度要求较高,不适用于大规模分布式系统。

针对以上问题,星链时空基准同步提供了一种全新的时间同步解决方案。

其基本思想是通过引入星链网络,将全球各地的时间节点连接起来,建立一个去中心化的时空基准。

每个节点在星链网络中都有自己的身份识别码,并由共识算法保证节点之间的时间一致性和可信性。

相比传统方法,星链时空基准同步具有以下几个优势。

首先,它能够提供高精度的时间同步,精确到纳秒级别,满足现代分布式系统对时间精度的要求。

其次,由于星链网络的去中心化特性,它能够抵御单点故障和恶意攻击,保证网络的稳定和安全。

此外,星链时空基准同步还具备良好的可扩展性和适应性,能够应对不同规模和复杂度的分布式系统。

本文将从概述、结构和目的三个方面对星链时空基准同步进行详细介绍。

首先,我们将对其基本原理和关键技术进行概述,包括星链网络的构建和共识算法的设计。

其次,我们将介绍文章的整体结构,并对各部分内容进行简要说明。

最后,我们将明确本文的目的,即通过对星链时空基准同步的研究和分析,推动分布式系统时间同步问题的解决,为未来的发展提供可靠的基础。

通过本文的阐述,我们希望读者能够全面了解星链时空基准同步的原理和优势,并认识到它在解决分布式系统时间同步问题方面的重要性和应用前景。

1.2 文章结构文章结构部分的内容如下:文章结构:本文主要分为引言、正文和结论三个部分,下面将对每个部分进行详细介绍。

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分布式操作系统中的时间问题
摘要
实践表明,分布式操作系统的同步问题常常比单处理器或者多处理器系统中的同步问题更加困难。

本文从时间同步问题开始着手讨论,分析在分布式系统中同步问题的重要性以及如何在分布式系统中实现时间的同步。

本文讨论的问题及其解决方式本质上是比较常见的并且出现在分布式操作系统的不同情况下。

关键词:分布式操作系统、同步、时间问题
Abstract
The practice shows that the synchronization problems in distributed operating systems often more difficult than synchronous problem of single processor or multiprocessor system.This paper begins to discuss from the time synchronization problem,analysis of the importance of synchronization problems in distributed system and how to realize the time synchronization in distributed system.This paper discusses the problems and the solutions are relatively common and occur in different situations under the distributed operating system.
Key Words: distributed operating systems、synchronization、timing issue
一、时钟同步问题
分布式系统中的同步比集中式系统中的同步要复杂一些,因为分布式系统中的同步只能通过分布式算法来实现,如果像集中式系统一样,在某地收集有关系统的所有有关信息,让某个进程分析并做出决定是不切实际的,一般来说分布式算法有如下的性质:
←相关的信息分布在多台机器中
←进程决策仅仅依赖于本地信息
←系统中单点故障应该避免
←没有公共时钟和其他精确的全局时间资源存在
前三点都说明了收集所有的有关信息并对它进行处理是不可接受的。

比如:资源分配(以一种无死锁的分配方式分配)向单一的管理进程发送所有俄I/O 请求,由该管理进程来检查这些请求,但是根据表中的信息允许或者是拒绝请求是不切实际的,在一个大的系统中,这样就会给进程造成太大的负担。

进一步而言,一个故障点就会造成系统的不可靠。

而对于分布式系统来说他应该比单机系统更可靠,也就是说最理想的情况是:一台机器的崩溃不会影响其他机器的使用,而不是因为一台机器的故障而系统停滞不前
在集中式系统中,时间的概念很清楚,当进程想知道时间时,它使用由内核提供的系统调用。

比如进程A先询问时间,然后进程B再询问时间,那么B 得到的时间值就应该大于等于A得到的时间值,因此在分布式系统中获得一致的时间很不容易。

例:make file误差
二、物理时钟问题
2144214521462147
2142214321442145
根据本地时
钟的时间
根据本地时
钟的时间进行编译的
计算机
进行编辑的
计算机
创建output.o
创建output.c
时间
在一些实时系统中,实际时钟时间很重要,对这些系统都需要用到外部的物理时钟,为了提高效率和冗余性,一般使用多个物理时钟,但是又会出现两个问题:1.如何使物理时钟与世界的时钟同步?2.物理时间之间如何保持同步?
←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
每天太阳都是从东方地平线升起,升到天空最高处,然后落到西边。

太阳在最高点称为中天,它发生在每天的中午,连续两次中天之间的时间称为太阳日,每天24小时,每小时3600秒,所以精确的定义太阳秒为1/86400个太阳日,太阳日的几何计算方法如上图。

←原子时钟:原子时钟能精确地计算时间。

←国际原子时间(TAI):虽然TAI相对稳定但是也有各种问题
←BIH:通过引入闺秒来解决问题。

当原子秒计时与太阳秒计时差距增到800微秒时使用闺秒。

如下图:
三、逻辑时钟问题
1.逻辑时钟简介
←只关心时钟内部一致性,不关心时钟是否与实际时间一致
←1978年 Lamport指出,系统中的时钟并不需要绝对的同步
←重要的不是进程有完全一致的时间,而是事件发生的先后次序要一致
发生之前(happens-before)关系定义
mport算法
←时钟时间C必须向前(不断增加),不能后退(减小)
←对时间的更新,只能是在时钟上加一个正数,不能减正数
四、时钟同步的几种算法
1.时钟同步算法
✧条件:
←如果某台机器有WWV接收器
←时钟同步的目的是使其它机器与这台机器同步
✓如何与现实时钟同步?
✓如何使不同机器之间相互同步?
✧介绍时间同步算法:
←设每台机器都有个计时器,该计时器每秒中断H次,计时器溢出时,中断处理程序就将软件时钟加1,软件时钟是从过去某一已知时间开始所经
历的tick数,这个时钟的值称为C。

当UTC时间为t时,机器p的时钟值为Cp(t),理想情况下dc/dt应为1。

←真正的时钟计数器不是每秒精确地中断H次,当H = 60时,计时器应每小时生成216,000次ticks,实际上,计时器芯片的相对误差大约为10-5,即每小时的tick数的范围为215,998到216,002,准确地说,如果存在一个常数p ,使得1 - ρ≤ dC/dt ≤ 1 + ρ成立,就可以认为计时器是正常工作的。

如果两个时钟偏离UTC的方向相反,那么在同步之后的△t时刻时它们的时差为2ρ△t,要保证两个时钟间时间差不超过δ必须至少每隔δ/2ρ秒重新同步。

2.Cristian算法
简介 Cristian 算法:
←该算法非常适合只有一台机器上有WWV接收器而其他所有机器与他同步的系统。

←系统中每台机器至少每隔δ/2ρ秒就向时间服务器发送一条消息查询当
的消息返回给请求者一种近似方前时间,服务器尽快将携带当前时间C
UTC
法,发送者得到时间服务器的响应后,直接将其时钟值设置为C
UTC 如下图:
✧该算法的问题:
时间决不能倒退
如果这个请求发送者的时钟比实际时间快,这时仅将C UTC设置为时钟的当前值会引起严重问题。

比如:时钟发生变化后,编译产生的目标文件产生的时间早于时钟变化前源文件的修改时间。

对时钟的调整必须逐步进行:假设计时器每秒中断100次正常情况下,每次中断将时钟时间增加10毫秒,如果要使时钟慢下来,中断程序就每次只将时间增加9,直到将时间矫正过来为止。

如果时钟要加快时,中断程序就每次只将时间增加11毫秒,而不是立即把时间调整到所需要的值。

时间服务器将当前时间发送给查询时间的机器需要时间,这个延迟时间可能会很长,而且它也在变化,Cristian的处理方法就是计算出准确的延迟时间,为了提高估计值的准确性,建议要进行一系列的测量
3.Berkeley UNIX算法
←时间服务器是活动的,它定期向其他机器查询这些机器的时间,根据得到的响应,时间服务器计算出一个平均值,并通知其它机器调整其时钟,重复这个过程,直到达到一定的缩减量为止
←这种方法适用于那些没有WWV接收器的系统在这样的系统中,操作员必须阶段性地手工设置时间的时间
如下图:
4.平均值算法—非集中式算法
1.所有机器广播自己的时钟时间
2.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
3.执行平均时间计算算法,得到新的时间值
5.多重外部时间源法
✧例:OSF DCE方法
1.接受所有时间源的当前UTC(世界统一时间)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
五、同步时钟的应用
1.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
2.服务器设置的全局变量
G = CurrentTime – MaxLifetime – MaxClockSkew(当前时间-最大生存时间-最大时钟偏移)
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∆T,定期地将G写入磁盘。

当系统重启后,G’=G+∆T
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
4.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。

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