分布式系统阅读笔记（二十二）-----时钟和时钟同步

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mob604756f80175 2020-01-12 19:09:00

时钟的基本概念

时钟

时钟在一般意义上指的是一个计算机的物理时间，每个计算机都会包括他们自己的物理时钟，不同的计算机的物理可能会不同。

时钟漂移

经过在同个地方的计算机，他们的物理也有可能会不一样，如果他们从刚刚开始相同的时间计时开始，过了1过月，1年也可能会有快又慢，这在专业名词上讲叫做时间漂移。本质的原因是每秒的时间偏移，经过日记月累之后，就会有可能达到1秒钟的差距，解决的办法很简单，就是过一段时间之后，将时间纠正回来就可以了。

UTC

UTC全称是Coordinated Universal Time，协调世界时，又称世界统一时间，用来进行高进度时间的同步。协调世界时以原子时秒长为基础，在此时刻上尽量接近于世界时的一种时间计量系统。

同步物理时间

同步物理时间的主要手段分为2个External synchronization，靠的是UTC协调世界时，给定一个边界值D>0, 满足条件|S(t)-Ci(t)|<D,另外1个是Internal synchronization,同样给定时间边界D，相互之间进行同步，|Ci(t)-Cj(t)|<D。

同步系统中的时间同步

我们首先在一般情况下进行考虑，比如2个进程，相互之间只允许进行消息传递来进行通信，如何进行事件同步，假设传输的时间为T(trans)，假设发送进程P1发送的时间为t,则P2的时间应该设置成t+T(trans),这个很好理解，基于这个思路继续，发送的传输时间一般不可能是固定的，可能受网络环境的影响或快或慢，所以定义了传输的时间上界u(max)，下界u(min)，则此时的抵达时间应该设置成t+(max+min)/2，

Cristian时钟同步方法

Cristian的方法利用了时间服务器，连接上设备并且能够接受从UTC资源发来的信号进行同步，以UTC的时间作为同步的时间。定义一个进程p，一个TimeServer s，请求消息为M(r)，接收消息M(r)，M(r)中包含了从时间服务器中获取的最新的时间，进程p记录了收发的总延时T(round)，则进程p接收到消息后，他的时间应该是p(t)=M(r)中的时间t+T(round)/2。方法大体的思路就是如此，重新体会一下这个方法有什么弊端，明显的一点是单点瓶颈问题，因为服务器是单一服务器，随时都可能挂，所以我们可以联想到的解决办法是提供服务器集群组的方式处理，这时单点问题解决了，但是万一有些进程故意发错的时间给接收进程呢，如何处理，这是一个典型的拜占庭将军问题了，这个暂时不讨论，下面的算法可以帮我们解决这个问题。

The Berkeley Algorithm

这个算法用的是Internal synchronization的方法，给定一组计算机，选出一个作为Coordinator，作为master，这个master选择机器中将要被同步的机器，叫做slave,通过计算与这些机器之间进行时间交换，平均快的和慢的时间，最终达到时间一致性，在比较的过程中，就可以排除明显偏差大的时间了。

The Network Time Protocol

Cristian和Berkeley算法都是偏向于用于小规模的内网中，而Network Time Protocol则是一种在因特网上的分布式时间服务。他定义了Time Service的结构。NTP有下面几个特点。

1、NTP提供了一个客户端可以从网络中精准同步UTC时间的客户端。

2、服务端通过接口的形式方便客户端的调用。

3、NTP服务器与服务器之间的时间同步是以层级控制的方式构成。1级节点同步2个2级节点，2（1）可能又同步2个3级节点，2(2)也可能2个3级节点。其中的时间交互协议通过信息之间的交换。

逻辑时间和时钟

逻辑时间，从字面上理解当然不同于物理时间，在分布式系统中，运用逻辑时间的例子也不少，假设L(i)表示的是消息事件的发生事件，当p1进程接收到的时候，就需要对时间做递增操作，L(i) = L(i) + 1，逻辑意义上的时间增加。

全局有序逻辑时间--Vector Clock

Vector Clock是向量时钟，可以可以保证全局有序的逻辑时间，通过V<t1, t2, t3....>ti保存了Pi进程的当前进行到的时间，当进程Pi接收到相应的消息事件时，则在对应的位置上ti上进行ti = ti + 1的操作，当做Vector Clock向量比较的时候，需要对V每个位置上进行比较，如果V1中的ti全部小于V2中的ti时，才算事件1早于事件2发生。