bài giảng hệ điều hành mạng nâng cao chương v thời gian và đồng bộ hóa thời gian

Thời gian và đồng bộ hoá thời gian• Dịch vụ thời gian Time Service – Yêu cầu và các vấn đề cần giải quyết – Các nguồn cung cấp thời gian chính xác • Các giải thuật đồng bộ hoá thời gian

V Thời gian và

Thời gian và đồng bộ hoá thời gian

• Dịch vụ thời gian (Time Service)

– Yêu cầu và các vấn đề cần giải quyết

– Các nguồn cung cấp thời gian chính xác

• Các giải thuật đồng bộ hoá thời gian

– Đồng hồ lệch và sai giờ

– Giải thuật Cristian

– Giải thuật Berkerly

– Network Time Protocol - NTP

• Thời gian và đồng hồ logic

Sự cần thiết của dịch vụ thời gian

• Đo độ trễ (delays) giữa các thành phần

phân tán

• Đồng bộ hoá các dòng dữ liệu, như dòng

dữ liệu hình ảnh và âm thanh

• Thiết lập trật tự của các sự kiện

• Cung cấp tem thời gian chính xác cho xác thực các giao dịch, đồng bộ hoá các

CSDL phân tán,

Cơ chế đồng h ồ phần cứng

• Có sẵn trong các thiết bị điện tử

• Đếm số dao động xuất hiện trong tinh thể thạchanh tại tần số xác định

• Lưu số dao động trong một thanh ghi đếm

• Ngắt được tạo ra định kỳ

• Chương trình xử lý ngắt đọc thanh ghi đếm,

chuyển đổi giá trị đọc được ra đơn vị thời gian(giây, nanô giây) và cập nhật đồng hồ phần

mềm

• VD: thời gian tính bằng số giây kể từ 01/01/1970

Các vấn đ ề với đồng h ồ phần cứng

• Tần số dao động

– Thay đổi theo nhiệt độ

– Không giống nhau trên các máy khác nhau

• Độ chính xác:

– Thường sai 1 giây trong 11.6 ng ày

• Dịch vụ thời gian tập trung

– Không thích hợp vì độ trễ của các thông điệp

là không đồng đều

Các ngu ồn cung c ấp thời gian

chính xác

• Universal Coordinated Time (UTC, from French)

– Dựa trên thời gian nguyên tử

– Phát quảng bá từng giây thông qua các trạm truyền thanh và vệ tinh

• Global Positioning System (GPS)

– Phát quảng bá UTC

• Các trạm thu UTC và GPS: sử dụng cho các

mục đích thương mại và đồng bộ qua đồng hồcục bộ

Đồng bộ đồng h ồ

• Giả thiết sai số thời gian cho phép là D

• Đồng bộ đồng hồ ngoài (external) với nguồn thờigian chuẩn:

– Sai số tuyệt đối giữa đồng hồ và nguồn thời gian

chuẩn phải nhỏ hơn D tại mọi thời điểm trong chu kỳ đồng bộ hoá;

– Độ chính xác phải trong giới hạn D.

• Đồng bộ các đồng hồ nội bộ (internal) với nhau:

– Sai số tuyệt đối giữa các đồng hồ phải nhỏ hơn D tại mọi thời điểm trong chu kỳ đồng bộ hoá;

– Các đồng hồ phải cho giá trị thời gian với sai khác

trong giới hạn D.

Hiệu chỉnh thời gian

• Giả thiết 2 đồng hồ lệch nhau với tần suất

R mili giây / giây:

– Sai khác lớn nhất giữa 2 đồng hồ này là

2R/giây

– Vì thế chúng cần được đồng bộ hoá theo chu

kỳ D/2R, để đạt được sai số cho phép D

• Hiệu chỉnh đúng đồng hồ:

– Đọc giá trị UTC và chỉnh lại đồng hồ phần

Các phương ph áp đồng bộ thời gian

• Giải thuật Cristian

• Giải thuật Berkerly

– Mạng Internet:

• Network Time Protocol

Các hệ thống đồng bộ

• Đồng bộ hoá nội bộ giữa 2 tiến trình

– Biết trước các giới hạn MAX, MIN của độ trễ thông

điệp

– Độ trễ đồng hồ và tần suất thực thi

• Giả thiết tiến trình 1 gửi thông điệp đến tiến trình

2 với thời gian t:

– Tiến trình 2 có thể hiệu chỉnh đồng hồ của mình theo thời gian t + (MAX + MIN)/2

– Độ lệch lớn nhất giữa đồng hồ của hai tiến trình là

Giải thu ật Cristian

• Ước lượng thời gian truyền thông điệp là p = (T1

- T0 - h)/2 (1/2 của thời gian chu trình

request-reply)

• Hiệu chỉnh đồng hồ đến UTC + p

• Lặp lại chu trình trên và đo khoảng thời gian T1

-T0 Ghi nhận giá trị T1 - T0 nhỏ nhất là thời điểmcho thời gian chính xác nhất

Giải thuật Cristian (ti ếp)

• Chỉ đồng bộ hoá được nếu thời gian

round-trip là ngắn so với độ chính xác yêu cầu

• Chỉ đạt được độ chính xác cao khi thời

gian truyền thông điệp nhỏ nhất.

• Server có thể là nút yếu nhất trong hệ

thống.

Giải thuật Berkerly

Đồng bộ hoá thực hiện tốt trong khoảng 20-25ms cho 15 máy tính, với tần

Giải thuật Berkerly

• Lựa chọn một điều phối viên master định

Giải thuật Berkerly

• Độ chính xác:

– Phụ thuộc vào thời gian round-trip

• Sai số trung bình:

– Loại trừ được các ngoại lệ thời gian

– Thời gian hiệu chỉnh là trung bình của giá trịthời gian đọc được tại các đồng hồ với độ

lệch nằm trong một giới hạn

• Trường hợp master gặp trục trặc:

– Bầu chọn ra 1 master mới

Net work Time Protocol

• Gồm nhiều máy chủ NTP trên mạng Internet

• Primary servers kết nối trực tiếp với thiết bị tiếpnhận thông điệp UTC

• Secondary servers đồng bộ hoá thời gian với

Tổ chức NTP S ervers

• Chế độ gọi thủ tục (Procedure Call Mode)

– Tương tự giải thuật Cristian: client yêu cầu thời gian từ một vài máy chủ

– Thường dùng để có độ chính xác cao hơn hoặc nơi không có multicast

• Giao thức đối xứng (Symetric Protocol)

– Sử dụng bởi các masters trong LAN v à các lớp servers gần

masters nhất;

Thời gian logic

• Trong nhiều trường hợp, ta chỉ cần thống nhất về thời gian trong hệ thống (không

nhất thiết là thời gian UTC).

• Nhờ vậy có thể suy ra trật tự của các sự

kiện có tính nhân - quả:

a → b (a xuất hiện trước b)

• Thời gian logic biểu diễn quan hệ nhân

-quả.

Ví dụ về trật tự nhân - quả

Đồng hồ logic

• Đồng hồ logic: sử dụng bộ đếm phần mềm tăng đều (không phải là thời gian thực)

• Mỗi tiến trình có một bộ đếm làm tem thời gian.

• a → b ám chỉ T(a) < T(b), trong đó T(a) là tem thời gian logic của a, T(b) là tem thời gian logic của b.