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技術(shù)文章
NTP時(shí)間服務(wù)器在分布式系統(tǒng)時(shí)鐘同步的重要性
點(diǎn)擊次數(shù)：7672 發(fā)布時(shí)間：2011-8-19
NTP時(shí)間服務(wù)器在分布式系統(tǒng)時(shí)鐘同步的重要性
因?yàn)榉植际较到y(tǒng)使用分布式算法，所以它的同步機(jī)制比集中式系統(tǒng)更為復(fù)雜。在集中式系統(tǒng)中能夠做到的，在某一位置上能集收到系統(tǒng)的所有信息，然后由某些進(jìn)程檢測(cè)這些信息，再做出同步?jīng)Q策，而這在分布式系統(tǒng)中常常是不可能做到的。分布式算法一般有以下特點(diǎn)：
1）相關(guān)信息分布在多臺(tái)機(jī)器上。
2）進(jìn)程只根據(jù)本地可用的信息做出決策。
3）應(yīng)避免系統(tǒng)中單機(jī)失效。
4）沒有公共時(shí)鐘或其他的全局時(shí)間源。
前面三點(diǎn)都是說在處理過程中的單個(gè)點(diǎn)上無法收集到系統(tǒng)的所有信息。例如，在做資源分配（以不會(huì)出現(xiàn)死鎖的方式分配I／O設(shè)備）時(shí)，通常不應(yīng)將所有的UO請(qǐng)求發(fā)送給一個(gè)管理進(jìn)程.管理進(jìn)程檢查所有的I/O請(qǐng)求，根據(jù)其設(shè)備表中的信息決定滿足請(qǐng)求或拒絕請(qǐng)求。在大系統(tǒng)中，將所有的請(qǐng)求發(fā)送給單個(gè)管理進(jìn)程，會(huì)使這個(gè)進(jìn)程的負(fù)擔(dān)過重。而且象這樣的單機(jī)失效會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)變得不可靠。理想情況下，分布式系統(tǒng)應(yīng)該比單機(jī)更可靠。如果分布式系統(tǒng)中某臺(tái)機(jī)器停止工作，剩余的機(jī)器應(yīng)該能夠繼續(xù)完成系統(tǒng)功能。zui不希望看到的是，由于某臺(tái)機(jī)器的失敗（如資源分配器）導(dǎo)致許多其他機(jī)器（如它的客戶）終止工作。為了在沒有集中控制的情況下實(shí)現(xiàn)同步，需要采取與傳統(tǒng)操作系統(tǒng)不同的方式。
上面列出的第4點(diǎn)也很重要。在集中式系統(tǒng)中，時(shí)間是很明確的。每個(gè)進(jìn)程要知道當(dāng)前時(shí)間，只要執(zhí)行一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用，操作系統(tǒng)內(nèi)核就會(huì)返回當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間給進(jìn)程。如果進(jìn)程A查詢了系統(tǒng)時(shí)間，稍后進(jìn)程B也去查詢系統(tǒng)時(shí)間，那么進(jìn)程B得到的時(shí)間將在進(jìn)程A得到的時(shí)間值之后（也可能相等），肯定不會(huì)在此之前。分布式系統(tǒng)中，要達(dá)到這種時(shí)間的一致性不是件簡(jiǎn)單的事。
作為一個(gè)簡(jiǎn)單例子，考慮一下缺乏全局一致的時(shí)間對(duì)UNIX中make程序的意義。在UNIX中，大型程序通常分割成多個(gè)源文件，這樣在修改某個(gè)文件時(shí)只要編譯這一個(gè)文件，而不是編譯所有的文件。如果程序有一百個(gè)文件，則不需因?yàn)橛幸粋€(gè)文件發(fā)生了較大的變化而重新編譯所有文件，從而大大加快了程序員工作的速度。
通常，make程序的工作方式很簡(jiǎn)單。程序員在修改源文件后，啟動(dòng)nla~e。Make程序檢查源文件及與它相應(yīng)的目標(biāo)文件的zui后修改時(shí)間。如果源文件input．C的zui后修改時(shí)間為2151，而相應(yīng)目標(biāo)程minput．o的zui后修改時(shí)間為2150，make程序就可以確定在創(chuàng)建input．o后，修改了源文件input．C，因此要重新編譯源文件input．C。相反，如果output．c的zui后修改時(shí)間為2144，而output,o的zui后改時(shí)間為2145，就不需要重新編譯output，c了。Make程序遍歷所有的源文件，找
出需要重新編譯的文件，調(diào)用編譯器編譯這些文件。
現(xiàn)在，想象在沒有全局—致時(shí)間的分布式系統(tǒng)中執(zhí)行make程序。假設(shè)ouput．o的zui后修改時(shí)間還是2144，隨即修改了源文件output．c，但是由于編輯output．c的機(jī)器的時(shí)鐘慢，所以修改后output．c的zui后時(shí)間被為2143．這時(shí)，make程序就不會(huì)重新編譯output.c結(jié)果，生成的可執(zhí)行文件就包括由舊的源文件生成的目標(biāo)文件和新的源文件產(chǎn)生的目標(biāo)文件。 這樣，程序的運(yùn)行就會(huì)存在問題，而程序員要在代碼中找到問題的出處，也是大傷腦筋的事。
上面我們看到，時(shí)間是人們考慮問題的基礎(chǔ)，時(shí)鐘之間的不同步會(huì)產(chǎn)生戲劇性的結(jié)果。因此，以“分布系統(tǒng)中的所有時(shí)鐘可能同步嗎?”這樣一個(gè)簡(jiǎn)單問題開始研究同步是比較合適的。
因?yàn)榉植际较到y(tǒng)使用分布式算法，所以它的同步機(jī)制比集中式系統(tǒng)更為復(fù)雜。在集中式系統(tǒng)中能夠做到的，在某一位置上能集收到系統(tǒng)的所有信息，然后由某些進(jìn)程檢測(cè)這些信息，再做出同步?jīng)Q策，而這在分布式系統(tǒng)中常常是不可能做到的。分布式算法一般有以下特點(diǎn)：
1）相關(guān)信息分布在多臺(tái)機(jī)器上。
2）進(jìn)程只根據(jù)本地可用的信息做出決策。
3）應(yīng)避免系統(tǒng)中單機(jī)失效。
4）沒有公共時(shí)鐘或其他的全局時(shí)間源。
前面三點(diǎn)都是說在處理過程中的單個(gè)點(diǎn)上無法收集到系統(tǒng)的所有信息。例如，在做資源分配（以不會(huì)出現(xiàn)死鎖的方式分配I／O設(shè)備）時(shí)，通常不應(yīng)將所有的UO請(qǐng)求發(fā)送給一個(gè)管理進(jìn)程.管理進(jìn)程檢查所有的I/O請(qǐng)求，根據(jù)其設(shè)備表中的信息決定滿足請(qǐng)求或拒絕請(qǐng)求。在大系統(tǒng)中，將所有的請(qǐng)求發(fā)送給單個(gè)管理進(jìn)程，會(huì)使這個(gè)進(jìn)程的負(fù)擔(dān)過重。而且象這樣的單機(jī)失效會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)變得不可靠。理想情況下，分布式系統(tǒng)應(yīng)該比單機(jī)更可靠。如果分布式系統(tǒng)中某臺(tái)機(jī)器停止工作，剩余的機(jī)器應(yīng)該能夠繼續(xù)完成系統(tǒng)功能。zui不希望看到的是，由于某臺(tái)機(jī)器的失敗（如資源分配器）導(dǎo)致許多其他機(jī)器（如它的客戶）終止工作。為了在沒有集中控制的情況下實(shí)現(xiàn)同步，需要采取與傳統(tǒng)操作系統(tǒng)不同的方式。
上面列出的第4點(diǎn)也很重要。在集中式系統(tǒng)中，時(shí)間是很明確的。每個(gè)進(jìn)程要知道當(dāng)前時(shí)間，只要執(zhí)行一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用，操作系統(tǒng)內(nèi)核就會(huì)返回當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間給進(jìn)程。如果進(jìn)程A查詢了系統(tǒng)時(shí)間，稍后進(jìn)程B也去查詢系統(tǒng)時(shí)間，那么進(jìn)程B得到的時(shí)間將在進(jìn)程A得到的時(shí)間值之后（也可能相等），肯定不會(huì)在此之前。分布式系統(tǒng)中，要達(dá)到這種時(shí)間的一致性不是件簡(jiǎn)單的事。
作為一個(gè)簡(jiǎn)單例子，考慮一下缺乏全局一致的時(shí)間對(duì)UNIX中make程序的意義。在UNIX中，大型程序通常分割成多個(gè)源文件，這樣在修改某個(gè)文件時(shí)只要編譯這一個(gè)文件，而不是編譯所有的文件。如果程序有一百個(gè)文件，則不需因?yàn)橛幸粋€(gè)文件發(fā)生了較大的變化而重新編譯所有文件，從而大大加快了程序員工作的速度。
通常，make程序的工作方式很簡(jiǎn)單。程序員在修改源文件后，啟動(dòng)nla~e。Make程序檢查源文件及與它相應(yīng)的目標(biāo)文件的zui后修改時(shí)間。如果源文件input．C的zui后修改時(shí)間為2151，而相應(yīng)目標(biāo)程minput．o的zui后修改時(shí)間為2150，make程序就可以確定在創(chuàng)建input．o后，修改了源文件input．C，因此要重新編譯源文件input．C。相反，如果output．c的zui后修改時(shí)間為2144，而output,o的zui后改時(shí)間為2145，就不需要重新編譯output，c了。Make程序遍歷所有的源文件，找
出需要重新編譯的文件，調(diào)用編譯器編譯這些文件。
現(xiàn)在，想象在沒有全局—致時(shí)間的分布式系統(tǒng)中執(zhí)行make程序。假設(shè)ouput．o的zui后修改時(shí)間還是2144，隨即修改了源文件output．c，但是由于編輯output．c的機(jī)器的時(shí)鐘慢，所以修改后output．c的zui后時(shí)間被為2143．這時(shí)，make程序就不會(huì)重新編譯output.c結(jié)果，生成的可執(zhí)行文件就包括由舊的源文件生成的目標(biāo)文件和新的源文件產(chǎn)生的目標(biāo)文件。 這樣，程序的運(yùn)行就會(huì)存在問題，而程序員要在代碼中找到問題的出處，也是大傷腦筋的事。
上面我們看到，時(shí)間是人們考慮問題的基礎(chǔ)，時(shí)鐘之間的不同步會(huì)產(chǎn)生戲劇性的結(jié)果。因此，以“分布系統(tǒng)中的所有時(shí)鐘可能同步嗎?”這樣一個(gè)簡(jiǎn)單問題開始研究同步是比較合適的。
NTP 協(xié)議全稱網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議（Network Time Procotol），它的目的是在互聯(lián)網(wǎng)上傳遞統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間。具體的實(shí)現(xiàn)方案是在網(wǎng)絡(luò)上某個(gè)時(shí)鐘源設(shè)備（即NTP時(shí)間服務(wù)器），為網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)提供授時(shí)服務(wù)，通過這個(gè)時(shí)鐘源產(chǎn)品可以使網(wǎng)絡(luò)中的眾多電腦和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都保持時(shí)間同步。具體參考：http://www.ruicheng-china.cn/。
銳呈NTP時(shí)間服務(wù)器以GPS信號(hào)作為時(shí)間源，同時(shí)可選北斗、CDMA、B碼等時(shí)間源，內(nèi)嵌流行的NTP/SNTP協(xié)議，同步網(wǎng)絡(luò)中的所有計(jì)算機(jī)、控制器等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)授時(shí), 廣泛應(yīng)用于金融、通信、電力、交通、廣電、安防、水利、石化、冶金、國(guó)防、醫(yī)療、教育、*、IT等領(lǐng)域。
公司名稱：上海銳呈電氣有限公司
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