分布式系统中的时间问题
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
https://www.360docs.net/doc/918935126.html,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) 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 对于具有新的ID的到达消息m,如果ts(m) 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 分布式操作系统进程 同步分析 杨利辛2015022497 2015 10 15 在分布式操作系统中，为实现进程的同步，首先要对系统中发生的事件进行排序，还要有良好的分布式同步算法。本文对分布式操作系统中的一些常见算法进行了分析，从而解析才能使进程在分布式操作系统中更加正确有效地协同工作。 在分布式系统中，处于不同物理位置的若干进程通过传递消息相互通信，进行协同工作完成同一任务。工作过程中，进程产生了大量的事件和消息，这些事件和消息在时间上的先后顺序对工作正确有效的完成往往是有影响的。由于进程所处的物理位置不同带来的时钟差异如各地时钟值的差异和时钟运行精度的差 异等）和网络传输延时等方面的原因，一个进程所看到的系统内事件和消息的先后顺序很可能与它们的实际顺序是不一致的，这样就带来了问题 布式系统都要求系统内的事件和消息的产生时间是精确的，甚至有些系统的任务结果是否正确直接有赖于这些精确的时间值，比如大型分布式数据库系统、电子商务和证券交易等金融业服务系统、分布式文件系统等。在这些系统中，各进程间的同步就必须达到基于物理时钟同步的程度。以证券系统为例，如果客户机的时钟与服务器的时钟不同步，那么客户按照自己的时钟所提出的服务请求将会被服务器提早或推迟执行，这可能会给客户带来巨大的损失。这时，客户的服务请求是否被顺序公平的响应已失去了意义。 在单机条件下，诸进程运行于同一个处理机和内存环境中，进程通信十分简单。进程之间可以借助于“共享存储器”进行直接通信。而在多机条件下，相互合作的进程可能在不同的处理机上运行，进程间的通信涉及处理机的通信问题。在松散耦合系统中，进程间通信还可能要通过较长的通信信道，甚至网络。因此，在多机条件下，广泛采用间接通信方式，即进程间是通过消息进行通信的。在分布式操作系统中，为了实现进程的同步，首先要对系统中发生的事件进行排序，还要有良好的分布式同步算法。 首先，看事件排序问题。在单处理机系统及紧密耦合的多处理机系统中，由于共有一种时钟又共享存储器，确定两个事件的先后次序比较容易。而在分布式系统中，既无共用时钟，又无共享存储器，自然也就难于确定两个事件发生的先后次序了。这里所说的排序，既包括要确定两个事件的偏序，也要包括所有事件的全序。Lamport于1978年提出的一个算法。该方法建立在以下基础上：（1）事件之间存在的偏序； 基于可调度性与全局延迟的分布式嵌入系统实时通信中的 总线访问优化 本文在对TTP通信协议进行研究的基础上，发现嵌入式实时系统通信过程中的消息调度算法只考虑消息的可调度性而没有对全局延迟进行考虑的问题，从而提出基于可调度性及全局延迟的实时通信的总线访问优化的研究课题，随后对实时通信总线的访问优化算法进行了研究，其中包括：静态单消息算法、静态多消息算法、动态消息分配算法以及动态数据包分配，并对可调度性的判断依据进行了说明，最后通过研究现有可调度性最优算法，从而给出改进后的算法描述并加以实现。 第一章绪论 1.1课题背景 随着网络技术以及和数字信息技术的高速发展，在信息家电、医疗仪器、智能汽车、工业控制、通信设备各个领域中，嵌入式系统无处不在。随着网络技术的飞速发展，在许多嵌入式应用中，往往包含许多设备，譬如只能中央空调，这时分布式系统就是实现这种系统最方便、最现实的方法[1]。 由于分布式系统具有如下特点：时间关键的任务放在不同的CPU中可以更容易保证满足它的死线要求；把处理器放在设备级上更便于实现设备之间的接口；如果系统中包含从供应商购买的几个设备或系统，它们之间也含有自己的CPU，或者还包含有通信接口，通常不可能把系统的任务放到这些设备中，或者相反把设备的任务放到系统中；使用几个小CPU比使用一个大CPU更便宜；分布式的系统能够利用本身的高度容错性使得在高性能领域分布式系统系统中具有得天独厚的优势。 所以，许多嵌入式系统利用分布式系统实现，在分布的处理器之间利用通讯链路连接起来，数据链路可以是高速并行数据总线（紧耦合型），也可以是串行数据链路。 但是，随着电控单元的增多、功能日益复杂、网络通信数据量不断增大、要 1 关于分布式系统复习题与参考答案 一、填空题(每题n分,答错个扣分,全错全扣g，共计m分) 1．访问透明性是指对不同数据表示形式以及资源访问方式的隐藏。而位置透明是用户无法判别资源在系统中的物理位置。 2. 迁移透明性是指分布式系统中的资源移动不会影响该资源的访问方式。而复制透明是指对同一个资源存在多个副本的隐藏。 3. 一个开放的分布式系统就是根据一系列准则来提供服务，这些准则描述了所提供服务的语法和语义。 4. 集群计算系统一个突出的特征是它的同构性；它提供了最大限度的分布式透明性。可用于单个程序在多台计算机上并行地运行。 5. 网格计算系统具有高度的异构性：其硬件、操作系统、网络、管理域和安全策略等都不尽相同。 6. 网格计算系统一个关键问题是如何把来自不同计算机组织的资源集中起来，使一组人或机构进行协调工作。 7. 分布式事务处理的四个特性是：原子性、一致性、独立性和持久性。 8. 分布式普适系统应用程序的需求归纳为三种，它们是：接受上下文的变化、促使自主合成、认可共享为默认行为。 9. 分布式系统体系结构样式很多，其最重要的有：分层体系结构；基于对象的体系结构、以数据为中心的体系结构以及基于事件的体系结构等四类。 10. 客户/服务器结构的应用程序通常划分为三层，它们是：用户接口层、处理层和数据层。 11. 在结构化点对点体系结构中覆盖网络是用一个确定性的过程来构成的，这个使用最多的进程是通过一个分布式哈希表来组织进程的。 12. 超级对等体通常是维护一个索引或充当一个代理程序的结点。 13. 分布式软件体系结构主要分集中式、非集中式和各种混合形式三大类。其非集中式体系结构又分为结构化的点对点、非结构化的点对点、超级对等体三种。 14. 实现软件自适应的基本技术分为要点分离、计算映像和基于组件的设计三种类型。 15. 分布式的自主系统指的是自我管理、自我恢复、自我配置和自我优化等各种自适应性。 16. 一个线程独立地执行它自己的程序代码。线程系统一般只维护用来让多个线程共享CPU 所必需的最少量信息。 17. 有两种实现线程线程包的基本方法：一是可以构造一个完全在用户模式下执行的线程；二是由内核来掌管线程并进行调度。 18. 分布式系统中的多线程通常有：多线程用户和多线程服务器两大类型。而以分发器/工作者模型组织起来的多线程服务器是最为流行的一种。 19. 虚拟化可采用两种方法，一是构建一个运行时系统，提供一套抽象指令集来执行程序。二是提供虚拟机监视器。 20. 在服务器的组织结构中，迭代服务器是自己处理请求，将响应返回给客户；而并发服务器将请求传递给某个独立线程或其他进程来处理。 21. 服务器集群在逻辑上由三层组成，第一层是逻辑交换机；第二层是应用/计算服务；第三层是文件/数据库系统。 22. 在代码迁移的框架结构中，进程包含三个段，它们是代码段、资源段和执行段三个段。 23. 进程对资源的绑定有三种类型：一是按标识符绑定；二是按值绑定；三是按类型绑定。而三种类型的资源对机器的绑定是未连接资源、附着连接资源和紧固连接资源。 24. 中间件是一种应用程序，它在逻辑上 部编八年级语文下册《时间的脚印》同步测试及答案解析 一、字词书写 1．给下列加点字的注音,或根据拼音写汉字。 踪．迹（____）腐蚀．（____）粗糙．（____） 龟．裂（____）砂lì（____）山lù（____）wéi（____）幕 二、选择题 2．下列加点词语运用不正确的一项是( ) A．长沙橘洲音乐艺术节上，五色斑斓 ．．．．的灯光，光芒四射的焰火，把整个橘子洲头的上空辉映得无比绚烂。 B．湖南省首届“青少年国学知识大赛”在长沙隆重举行，通过观看比赛，我们了解了许多鲜为人 ．．．知．的国学知识。 C．电影《摔跤吧，爸爸》在社会上引起不小的轰动，观看者趋之若鹜 ．．．．，电影院竟出现一票难求的局面。 D．远亲不如近邻 ．．．．．．，很多老人与邻里结成对子，互相帮助，自发形成了“互助养老”的模式。3．下列句子没有语病的一句是( ) A．我国石油的生产，长期不能自给，一旦中东地区局势出现动荡，我国的燃油市场也将随之出现波动。 B．我们应该发挥广大青年的充分的作用，让他们在亚太市长峰会期间各显其能，使来宾们从中感受到中国青年的友好。 C．一位优秀的有20多年教学经验的我们学校的语文教师，调到北京去了。 D．他清楚地记得，一周前，一个人背着一个黑色的皮包，从这条小路匆匆地走进村子，径直走进了王明那有些破败的小院。 4．下列句子没有使用拟人手法的一项是（） A．狂风吹来了，洪水冲来了，冰河爬来了，碎石、沙砾、泥土被它们带着，开始了旅行。 B．特别是刮风沙的时候，就像砂轮在有力地转动，岩石被磨损得光溜溜的，造成了许多奇形怪状的石头。 C．越是笨重的石块越跑不远，越是轻小的沙砾越能旅行到遥远的地方。 D．如果我们熟悉了这些石头的历史，便有可能踏着历史的脚印，一步一步地走向地下的宝库。5．下列句子标点符号使用不恰当的一项是（） A．大自然中的各种物质都时时刻刻在运动着:这里在死亡，那里在生长……这里在建设，那里在破坏。 《第8课时间的脚印》 一、其他 1.阅读下面的文字，完成下列各题。 越是笨重的石块越跑不远，越是轻小的沙砾越能旅行到遥远的地方。它们被风吹向高空，被水带入大海。蒙古高原发生了风暴之后，北京的居民便忙着掸去身上的尘土。黄河中下游河水变得浑浊，谁都知道这是西北黄土高原被破坏的结果。在山麓、沟hè、河谷、湖泊、海洋等比较低蛙的地方，有许多泥沙不断地被留下来，它们填充着湖泊，垫高了河床。我国洞庭湖的面积逐渐缩小，黄河下游的水面比地面还高，就是有许多泥沙沉diàn下来的结果。 （1）给加点字注音，根据拼音写出相应的汉字。 掸．去______山麓．______ ．．．．．．沟hè______ 沉diàn______ （2）文中有错别字的一个词语是“______”，这个词语的正确写法是“______”。 （3）文中“沙砾”的“砾”意思是：______。 （4）将下列句子改为反问句，不得改变句子意思。 越是笨重的石块越跑不远，越是轻小的沙砾越能旅行到遥远的地方。 2.如图是汉字“石”的演变过程，请欣赏不同的字体，并简要说明该汉字甲骨文的构 造意义。 3.学习小组开展了“认识计时装置”的活动，请你参与并回答问题。 （1）下面是一名组员搜索到的一种古老的计时装置。请你观察图 片并阅读材料，概括材料的主要内容。 整件铜壶滴漏由四个铜壶组成，分别是日壶、月壶、星壶、受水 壶。也有一种说法称为日天壶、夜天壶、平水壶和受水壶。日壶壶 壁铸有圆形太阳图，月壶壶壁铸有月形图，星壶壶壁铸有北斗七星 图，受水壶壶壁铸有八卦图。使用时四壶自上而下依次安放，最上为日壶，最下为受水壶。在日、月、星壶的底部各有一个出水的龙头。受水壶壶盖正中立一铜表尺，上有时辰刻度，自下而上为子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥。 铜尺前放一木制浮箭，木箭下端是一块木板，称作浮舟。壶身刻有关于制作年份和人员的文字。水由日壶依次沿龙头滴下，受水壶中的水随时间的推移而逐渐增加，浮箭逐渐上升，从而读出时间。 （2）该组员建议大家一起去博物馆参观滴漏和其他计时装置，但有些同学反对这一提议。请你帮他说一段话，动员大家一起去近距离观看。 （3）下面是黄伟找的一段关于地壳演变的资料，有几处错误，请你按要求帮他修改。 地壳表层岩石（母岩）在大气、水、生物、冰川等地质作用下，【A】逐渐分解、破碎、松散形成各种风化物。这些风化物又在风力或流水等外力搬运作用下，【B】在湖泊、海洋等地表低洼处沉积，经过长期固结成岩，最终形成沉积岩。 ①【A】处画线句子有语序不当的问题，应将“______”与“______”调换位置。 ②【B】处画线句子有用词不当的问题，应把“______”改为“______”。 二、现代文阅读 4.计时的变迁 漫奇①一寸光阴一寸金，寸金难买寸光阴。这是千百年来教诲人们珍惜时间的格言。光阴即时间，怎么用长度“寸”来计量呢？ 《时间的脚步》同步测试 一、积累与运用（30分） 1．下列词语中，加点字的读音完全正确的一项是（）(4分) A.沙砾（lì）棘手（là）迥乎不同（jiǒng） B.喑哑（yīn）稽首（qǐ）楔形文字（xiē） C.龟裂（guī）枯涸（hé）骇人听闻（hài） D.狡黠（xiá）山麓（lù）锲而不舍（qì） 2．下列句子中有错别字的一项是（）(4分) A.雨水落到河湖里，渗入到地下，都对岩石有破坏作用。 B.让别的矿物质填充了它的遗体，保留了它的外形甚至内部的构造。 C.有一种很粗糙的石头，叫作“砾岩”。 D.就好像一丙铁扫帚从地上扫过，刨刮着所遇到的一些石头。 3.依次填入下列句子横线上的词语，恰当的一项是( ) (4分) (1)地球上某些地方的岩石在被破坏，同时它们又被陆续搬运到低洼的地方________起来，开始了重新生成岩石的过程。 (2)我国洞庭湖的面积逐渐缩小，黄河下游的水面比地面还高，就是有许多泥沙________下来的结果。 (3)有时候，在粗糙的岩石上________着的岩层，它里面的物质颗粒却逐渐变细了。 A.堆积覆盖沉积 B.沉积堆积覆盖 C.堆积沉积覆盖 D.沉积填充堆积 4.下列语句中没有语病的一项是( ) (4分) A.空气和水中的酸类，腐蚀了岩石中的一部分物质。水流和风还不断地吹拂、冲刷着它。 B.化石是历史的证人，它帮助我们认识地球历史的发展过程。 C.读懂这些记录，不仅有助于我们去寻找地下的宝藏，而且还使我们增加了知识。 D.不要认为岩石是坚固不坏的，它无时无刻经受着从各方面来的“攻击”。 5..下列句子中标点符号使用正确的一项是( ) (4分) A.大自然中的各种物质都时时刻刻在运动着——这里在死亡，那里在生长，这里在建设，那里在破坏。 B.它告诉我们：在6亿多年前到5亿多年前的那个叫作寒武纪的时代，地球上的海洋是 分布式系统中进程的同步方法 【摘要】在分布式操作系统中，为了实现进程的同步，首先要对系统中发生的事件进行排序，还要有良好的分布式同步算法。本文对分布式操作系统中的一些常见算法进行了分析，从而解析才能使进程在分布式操作系统中更加正确有效地协同工作。 【关键字】分布式操作系统，进程，同步，算法。 【Abstract】In the distributed operating system，in order to achieve the process of synchronization,First, you want to sort of events that occur in the system,but you also distributed synchronization algorithm.This article analyzes some common algorithms in the distributed operating system, to resolve to make the process more correctly and effectively work together in a distributed operating system. 【Key words】Distributed operating system, Process, Synchronous, Algorithm. 在分布式系统中，处于不同物理位置的若干进程通过传递消息相互通信，进行协同工作完成同一任务。工作过程中，进程产生了大量的事件和消息，这些事件和消息在时间上的先后顺序对工作正确有效的完成往往是有影响的。由于进程所处的物理位置不同带来的时钟差异如各地时钟值的差异和时钟运行精度的差异等）和网络传输延时等方面的原因，一个进程所看到的系统内事件和消息的先后顺序很可能与它们的实际顺序是不一致的，这样就带来了问题，如图1所示。 100 150 300 350 物理时间 图1 分布式进程通信示例 在一个先来先服务的分布式系统中，X地的进程Pi在时刻100时向Z滴的进程Pk发出了请求服务的消息Rq，并盖上了本地的时间戳130，随后Y地的进程Pj也向Pk发出了请求服务消息，并盖上了本地的时间戳120。Pj的消息在时刻300到达Pk，而Pi的消息在时刻350才到达Pk。这样，对Pk而言，不管到达的顺序还是按照时间戳的大小都应该先对Pj进行服务，这显然是不公平的。因此，在分布式系统中必须采取一定的同步机制来保证工作的顺利进行和结果正确。 进程同步大致有两种程度：一种是局部的松散同步，即事件和消息产生的逻辑顺序上简单同步；一种是全局的精确同步，即各进程的本地时钟基于现实世界物理时间标准同步。前一种同步能由Lamport算法和Ricart and Agrawla 算法等算法实现。在这种同步机制中，各进程利用逻辑时钟产生时间戳，能保证按序发送消息，同样接收进程也能按序接收。或者说，接受进程能按序从各个不同进程接收消息，而且从同一进程接收的消息也是顺序的。但这种同步仅仅保证了事件和消息的顺序一致性，而不能反映它们产生的真实时间，因为同步机制中所采用的时间戳只能看作是一个数字编号，并没有和物理时钟精确对应起来。这种同步机制在分布式系统的实际应用中有着很大的局限，因为很多现实的分 ———————————— 基金项目基金项目：：重庆市科技攻关计划基金资助项目(2009AB2244) 作者简介作者简介：：蒋建春(1975－)，男，副教授、博士研究生，主研方向：嵌入式系统软件，汽车电子；刘 涛，硕士研究生 收稿日期收稿日期：：2011-11-29 修回日期修回日期：：2012-03-09 E-mail ：Dreamliutao@https://www.360docs.net/doc/918935126.html, 分布式实时系统的通信中间件分布式实时系统的通信中间件设计与设计与设计与实现实现 蒋建春1,2，刘 涛1 (1. 重庆邮电大学汽车电子与嵌入式系统研究所，重庆 400065；2. 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044) 摘 要：面向汽车电子的分布式实时系统通信中间件，须处理大量周期通信或非周期通信事件，并对时间有着严格的限制，不能有效进行通信时刻控制。为此，参考AUTOSAR 规范，从实时性保证与柔性配置管理角度出发，提出一种分布式实时应用的通信中间件。该通信中间件具有可重用性、可裁减性和可配置性，可应用于多种操作系统及硬件平台。通过通信中间件的运行示例分析，验证了该通信中间件的可行性。 关键词关键词：：分布式实时系统；中间件；实时性；柔性管理；调度机制；AUTOSAR 规范 Design and Realization of Communication Middleware for Distributed Real-time System JIANG Jian-chun 1,2, LIU Tao 1 (1. Institute of Automotive Electronic and Embedded System, Chongqing University of Posts and Telecommunications, Chongqing 400065, China; 2. Key Lab of Optoelectronic Technique and System of Ministry of Education, Chongqing University, Chongqing 400044, China) 【Abstract 】Facing to Distributed Real-time Systems(DRS) of automotive electronic, communication middleware must handle many aperiodic and periodic communication events under strict time requirements, they can not control communication time. This paper proposes a communication middleware of distributed real-time application referencing AUTOSAR standard by requirements of real-time and flexible configuration mechanism. It has reusability, tailorability and configurability, can hide the difference of communication protocols and be used to different operation system and platforms. Application case analysis of a communication middleware show its feasibility. 【Key words 】Distributed Real-time Systems(DRS); middleware; real-time; flexible management; scheduling mechanism; AUTOSAR standard DOI: 10.3969/j.issn.1000-3428.2012.21.066 计 算 机 工 程 Computer Engineering 第38卷 第21期 V ol.38 No.21 2012年11月 November 2012 ·工程应用技术与实现工程应用技术与实现·· 文章编号文章编号：：1000—3428(2012)21—0249—04 文献标识码文献标识码：：A 中图分类号中图分类号：：TP391 1 概述 缩短系统开发生命周期(System Development Life Cycle, SDLC)并提高软件重用性是开发分布式实时系统软件过程中重要的关注点。通信中间件集中统一管理了大量有严格时间限制的周期或非周期通信事件，以其自身的复杂度换取了开发应用的便利，受到开发者及用户越来越多的青睐。通常采用的CORBA 中间件技术，作为一种抽象的规范定义并不限制具体的实施方案，为分布式应用提供了很好的互操作性、平台无关性、语言无关性。Mini CORBA 和Real-Time CORBA 规范由CORBA 裁剪而来，以便满足分布应用实时性需求及嵌入式环境需求。Mini CORBA 针对嵌入式应用中有限的资源环境(如CPU 处理能力、内存容量、功耗等)，裁减中间件动态分配以适应嵌入式应用，但并没有对实时性要求提供保障，应用于分布式实时系统中通信的可靠性大大降低。Real-Time CORBA 支持固定优先级的实时应用，提供对象调用操作端到端的可预测性，但是Real-Time CORBA 缺少在不同 DRS 间的端对端通信时间的柔性配置管理，不能有效进行通信时刻控制，同时其对象动态调用操作并不适用于嵌入式环境[1-2]。针对分布式实时系统的嵌入式环境应用，通信中间件必须具有通信实时性保证、通信时间柔性配置管理、以静态方式进行接口调用等特点。为此，本文参考汽车电子AUTOSAR 规范软件分层架构及通信服务的模块功能[3]，设计并实现了一种具有实时性保证、柔性配置管理，适用于汽车电子嵌入式系统的分布式实时应用的通信中间件，进行柔性配置后应用于通信实例中，并进行了运行分析。 2 总体架构设计 通信中间件是定义于应用程序和操作系统、硬件平台之间的一个中间层，是定义的一组较为完整的、标准的应用程序通信接口，以实现分布式网络中各节点的外部通信及应用程序之间的内部通信。欧洲汽车制造商和他们的一级供应商建立的AUTOSAR 规范，旨在促使软件架构由一系列相对独立的构件组成、借由统一接口及端口映射机制 部编版2019-2020学年初中语文八年级下册第8课时间的脚印同步测试D卷 姓名:________ 班级:________ 成绩:________ 一、知识点基础练 (共7题；共41分) 1. （11分）给下面划线的字注音。 ________________________________ 踪迹腐蚀浑浊山麓 ________________________________ 粗糙龟裂刨刮沟壑 ________________________ 帷幕钟鼎文楔形文字 2. （5分）请写出几句与时间相关的名言。 3. （4分）指出下列句子运用的说明方法。 ①……它缓慢地移动着，破坏作用就更大了，就好像一柄铁扫帚从地扫过上刨刮着所遇到的，一些石头。________ ②例如，在建筑兰新铁路的时候，一个山头在几分钟内就被炸掉了，这相对地质作用的速度可要快多了。________ ③不要认为岩石是坚固不坏的。它无时无刻不经受着从各方面来的“攻击”。________ ④根据计算，大约3000到10000年的时间，可以形成一米厚的岩石。________ 4. （2分） (2017七下·泰兴期中) 下列句子中划线成语使用不正确的一项是（）。 A . 作客《朗读者》的耄耋老人许渊冲，是一位著作等身的翻译大家。 B . 近日，台湾一架小型飞机降落时滑出跑道，如果滑入一侧的大海，后果将不堪设想。 C . 坐公交车给年纪大的人让座，这种尊老爱幼的行为无可厚非。 D . 曾经的《亮剑》，当下的《人民的名义》，在弘扬正能量方面有异曲同工之妙。 5. （15分） (2017七下·钦州港期末) 品味精妙。 （1） 一只胖胖的手在我的手掌里，像一条倔强的活鱼一样挣扎着 （2） 他买橘子水日益熟练起来，情绪日益高涨，最终成了一种可怕的狂热。 （3） 挨打时，他总是说：“不痛，不痛。”甚至哈哈大笑起来，很响亮很长久的笑，两颗很大的泪珠便在他光滑饱满的脸颊上滚落下来。 6. （2分） (2017八上·凉山期中) 下列句子中没有语病的一项是（） A . 经调查“8．12”天津港爆炸事故原因是海瑞公司违规经营、违规储存危险货物以及安全管理极其混乱造成的。 B . 面对叙利亚小难民艾兰伏尸海滩的照片，使欧洲一些国家终于松口，允许更多难民入境。 C . 磁州瓷器工艺精湛，具有高雅、时尚、个体的艺术享受，是一种观赏价值极高的的艺术品。 D . 屠呦呦用青蒿素治疗疟疾的研究，有效的降低了疟疾患者的失望率，为医学发展做出了卓越的贡献。 7. （2分）将下列词语按照敬辞和谦辞分类。 令爱舍弟垂询赐教贤弟愚见鄙人劳驾赏脸 寒舍见谅奉劝久仰高就拙见斧正贵庚家慈 敬辞：________ 谦辞：________ 二、阅读拓展练 (共2题；共39分) 8. （20分）阅读下文，回答问题。 “望梅”能否止渴 基于GPS 的控制系统时间同步 金刚平,徐欣圻 (中国科学院国家天文台南京天文光学新技术研究所,南京 210042) 摘 要:介绍如何利用G PS 接收器获取准确的UT C 时间,在分布式实时操作系统QNX 下,实现系统时间和UT C 的一致。同时讨论了如何建立网络时间服务器,通过执行网络时间 同步算法,实现局域网内不同计算机之间的时间同步。最后文章给出在具体应用中的实例。 关键词:G PS;QNX;时间服务器 中图分类号:TP311 文献标识码:A 文章编号:1000-2162(2002)04-0030-05 0 前 言 目前,G PS (G lobal P osition System )在导航和定位方面得到了广泛的应用,同时在授时领域,也开始利用G PS 来获取准确的UT C (C oordinated Universal T ime )时间。在国家九五重大科学工程LAMOST (Large Sky Area Multi -objects Fiber S pectroscopic T elescope )望远镜的控制系统中,为了实施精确跟踪天体目标,需要一个准确的UT C 时间。同时,处于控制系统局域网内部的其他计算机也需要和UT C 时间同步。因此,我们决定采用G PS 来构建时标系统,并利用网络通讯把得到的准确的UT C 时间发布到整个网络中,以实现整个控制系统时间同步[1]。 1 时间同步的必要性 建立时间服务器,实现网络内计算机之间时间同步的必要性在于: 数据分析:在网络应用中,我们从不同的网络节点计算机获取数据。通常在数据包里面,包含有数据到达的时间信号。但只有实现了网络内的时间同步,才可以利用时间戳来获取这些数据之间的关系。 对时间敏感的交易:在股票和货币类对时间比较敏感的交易中,这些活动经常发生在不同的城市,时间的准确性对交易的顺利进行影响很大。 网络安全:很多的局域网安全系统都是基于各个通讯终端的准确时间戳。有一些安全系统通过测试网络延迟来决定是否终止交易。 在实时控制领域:例如我们正在研制的国家重大科学工程项目LAMOST 控制系统便是典型一例,其分布式控制局域网内部的时间同步,对于实现精确的协调控制,其作用是不言而喻的。 收稿日期:2002-05-28 作者简介:金刚平(1975-),男,安徽桐城人,南京天文光学新技术研究所助理研究员,硕士; 徐欣圻(1944-),男,江苏无锡人,南京天文光学新技术研究所研究员,博士生导师. 2002年12月 第26卷第4期安徽大学学报(自然科学版)Journal of Anhui University Natural Science Edition December 2002V ol.26N o.4 收稿日期:2004 07 14 作者简介:刘俊丽(1972 ),女,毕业于黑龙江大学计算数学及其应用软件专业,黑龙江省黑河学院计算机系讲师,从事计算机教学工作。 分布式系统中容错技术导论 刘俊丽 (齐齐哈尔大学黑河学院,齐齐哈尔164300) 摘 要 本文讲述的是分布计算系统出现部分失效的时候,系统应该能自动从失效中恢复过来,并且不会对整个系统的性能产生严重的影响。 关键词 分布式系统;故障;失效;容错 Abstract The article is abou t the fault tolerance that the system can recover from the crash automatically and won t have a serious influence on the function of the whole system. Key words the distribu ted system;the crash;the failure;the fault tolerance 中图分类号 TP392 文献标识码 A 文章编号 1008-0821(2004)10-0223-03 分布计算系统区别于单机系统的一个特点是在分布式系统中存在着部分失效的情况。当分布式系统某个部件出现问题的时候就发生了部分失效。虽然部分失效对分布式系统的性能有一定的影响,但同时,它应该不会影响分布式系统中整个应用程序的正确执行。相反,在单机系统中,如果系统中的一个关键部件出现问题,整个应用程序就无法继续执行。 分布计算系统的一个重要设计目标是当系统中出现部分失效的时候,系统应该能自动从失效中恢复过来,并且不会对整个系统的性能产生严重的影响。故此在这里我们讨论分布计算系统中的容错技术。 容错是计算机科学中一个重要的研究领域。首先介绍与故障处理有关的一些基本概念和分布计算系统中的故障模型。关于分布计算系统中容错的一些非常有用而详细的介绍可以参见文献[J ALOTE,1994]。 1 基本概念 分布计算系统应该是一个可信赖的系统(dependable system),容错是与可信赖系统紧密相联系的一个概念。分布计算系统的可信赖性(dependability )包括如下几个方面[KOPETZ,1993]: 1 1 可用性(availability) 可用性反映的是系统随时可被用户使用的特性。也就是说,在任何给定的时刻用户都可以使用此系统正确地执行用户给定的任务。 1 2 可靠性(reliability) 可靠性指的是在错误存在的情况下,系统持续服务的能力。尽管可靠性和可用性容易混淆,但它们并不是同一个概念。可靠性反映的是一段时间的特性,而可用性反映的是某个时刻的特性。高可靠性系统能够持续运行一个相当长的时间而不会中断。如果一个系统,每个小时都有并 且仅有1毫秒时间失效,那么它的可用性可达99 9999%,但是它仍然是一个高度不可靠的系统。同样地,如果一个系统从来不崩溃,但是在8月份中,有2个星期的假期需要关机,这个系统是高可靠性的系统,但是它的可用性只有96%。 1 3 安全性(safety) 安全性指的是在系统出现暂时错误的情况下,不出现灾难性后果的能力。例如核电厂的控制系统和宇宙飞船的控制系统要求具有很高的安全性。 1 4 可维护性(maintainability) 可维护性指的是系统一旦出现故障,系统易于修复的能力。高可维护性的系统意味着具有高的可用性。对于高可维护性系统来说,要求它具有自动检测错误和自动修复的能力。 1 5 保密性(security) 保密性要求系统资源不被非法用户访问。 系统失效指的是系统不能提供它所固有的服务功能。例如,分布式系统是为用户提供一系列服务的,但其中某一个服务或某些服务功能不能完全正确提供时,就说系统失效了。 一般来说,从错误的时间特性来看,错误可分为暂时性的(transient)、间歇性的(intermittent)和永久性的(per manent)。暂时性的错误一旦发生之后就会消失,当相关的操作重复执行之后,错误就消失了。间歇性的错误是一会儿出现,一会儿又消失的错误,这种错误是十分令人烦恼的一种错误,因为它十分难于诊断。永久性错误是一种持续性错误,这种错误一旦出现,将会长时间存在,直到出现错误的部件被修复为止。像集成芯片被烧坏、软件缺陷、磁盘磁头损坏等都是永久性错误。 223 2004年10月第10期October 2004No .10 现代情报 情报纵横 部编版语文八年级下册第8课《时间的脚印》同步练习（含答案） 基础题 1. 下列词语中，加点字的读音完全正确的一项是（） A. 腐蚀．（shí）棘．手（là）迥．乎不同（jiǒnɡ） B. 喑．哑（yīn）稽．首（qí）楔．形文字（xiē） C. 龟．裂（ɡuī）枯涸．（hé）骇．人听闻（hài） D. 狡黠．（xiá）山麓．（lù）锲．而不舍（qì） 2. 下列各句中，有错别字的一项是（） A. 雨水落到河湖里，渗入到地下，都对岩石有破坏作用。 B. 让别的矿物质填充了它的遗体，保留了它的外形甚至内部的构造。 C. 有一种很粗糙的石头，叫作“砾岩”。 D. 就好像一丙铁扫帚从地上扫过，刨刮着所遇到的一些石头。 3. 下列各句中，省略号使用错误．．的一项是（） A. 湖边、海边……形成的岩石就常常是这样的。 B. 一年过去了，两年过去了……泥沙越积越厚。 C. 时间是没有脚的，而人们却想出了许多法子记录下它的踪迹，用钟表、用日历…… D. 在炎热的阳光烘烤着它，严寒的霜雪冷冻着它，风吹着它，雨打着它…… 4. 指出下列句子运用的说明方法。 （1）……它缓慢地移动着，破坏作用就更大了，就好像一柄铁扫帚从地扫过上刨刮着所遇到的，一些石头。 ________ （2）例如，在建筑兰新铁路的时候，一个山头在几分钟内就被炸掉了，这相对地质作用的 速度可要快多了。________ （3）不要认为岩石是坚固不坏的。它无时无刻不经受着从各方面来的“攻击”。________ （4）根据计算，大约3000到10000年的时间，可以形成一米厚的岩石。________ 阅读题 （一）可燃冰是天使还是魔鬼？ ①21年前的夏天，德国科学家在北太平洋海底800米深处，第一次取出可燃冰样品， 并使人类第一次看到，冰雪般的东西被点燃后，发出魔幻般淡红色的火焰，耗尽能量后，硕大的冰块竟变成了一摊清水…… 可燃冰的由来 ②可燃冰的学名叫甲烷水合物，它的形状像石蜡遇热未融化前的样子，洁白而绵软。它是甲烷气体和水分子在高压低温作用下的特殊产物，它像地毯一样覆盖了10%的海底，总面积达4000万平方公里，深度在数百米到数千米不等。据科学家估计，全球可燃冰总储量高 达2．5万万亿立方米，是石油、天然气和煤总储量的两倍，假如能够安全开采，至少可供 人类使用数百年。 ③按美国科学家的说法，可燃冰是海洋微生物和海底油气在海洋板块作用下的产物。因为占地球2/3的生命是由生活在海床下微生物构成的，那里没有氧气，一片黑暗，亿万年来，不计其数的微生物从不停歇地制造着甲烷。另外，当海洋板块下沉时，海底油气随板块边缘喷涌而出，在接触到冰冷的海水后，天然气与海水发生化学作用，日积月累，在高压低温的 1 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 分布式复习资料 第1章 分布式系统是若干独立计算机的结合，这些计算机对于用户来说就像是单个相关系统。 硬件方面：机器本身是独立的。 软件方面：对用户来说就像与单个系统打交道。 重要特性：1、各种计算机之间的差别以及计算机之间的通信方式的差别对用户是隐藏的。 2、用户和应用程序无论在何时何地都能够以一种一致和统一的方式与分布式系统进行交互。 中间件：为了使种类各异的计算机和网络都呈现为单个的系统，分布式系统常常通过一个“软件层”组织起来。该“软件层”在逻辑上位于由用户和应用程序组成的高层与由操作系统组成的低层之间。如图，这样的分布式系统有时又称为中间件。 注意层次分布与组件 分布式系统的最主要目标是使用户能够方便地访问远程资源，并且以一种受控的方式与其他用户共享这些资源。 透明性：如果一个分布式系统能够在用户和应用程序面前呈现为单个计算机系统，这样的分布式系统就是透明的。透明的类型：1、访问透明性：指对不同数据表示形式以及资源访问方式的隐藏。 2、位置透明性：指用户无法判别资源在系统中的物理位置。 3、并发透明性：在资源共享时，用户不会感觉到他人也在使用自己正使用的资源。 4、故障透明性：用户不会注意到某个资源(也许他从未听说过这个资源)无法正常工作，以及系统随后 从故障中恢复的过程。 开放性：一个开放式的分布式系统，是根据一系列准则来提供服务，这些准则描述了所提供服务的语法和含义。 互操作性：刻画了来自不同厂商的系统或组件的两种实现能够在何种程度上共存并且协同工作，这种共存和协同工作只能依赖于通过双方在公共标准中规定的各自所提供的服务来完成。 可移植性：刻画了这样的性能，如果为分布式系统A开发了某个应用程序，并且另一个分布式系统B与A具有相同的接口，该应用程序在不做任何修改的情况下在B上执行的可行程度。 可扩展性：当一个系统需要进行扩展时，必须解决多方面的问题。首先考虑规模上的扩展。在需要支持更多的用户或资源时，我们常常收到集中的服务、数据以及算法所造成的限制，如图所示。例如，许多服务是以集中的方式实现的，它们由分布式系统中一台特定的计算机上运行的单个服务来提供。这种方案存在的问题是显而易见的：用户增多时该服务将成为系统的瓶颈。即使它拥有无限的处理能力和存储能力，在系统达到一定规模后与该服务器的通信也将发生困难。从而使得系统规模无法继续增长。 时间的脚印 【课内四基达标】 一、给下列加点的字注音。 腐蚀( ) 浑浊( ) 山麓( ) 粗糙( ) 龟裂( ) 海枯石烂( ) 琥珀( )( ) 沙砾( ) 二、阅读分析 ①地面上和地下的生物，也没有放弃对岩石的破坏。 ②当然我们也不能忘掉人的作用。例如，在建筑兰新铁路的时候，一个山头在几分钟内就被炸掉了，这相对地质作用的速度要快多了。 ③大块的石头破碎成小块的石子，小块的石子再分成细微的沙砾、泥土。狂风吹来了，洪水冲来了，冰河爬来了，碎石、沙砾、泥土被它们带着，开始了旅行。 ④越是笨重的石块越跑不远，越是轻小的沙砾越能旅行到遥远的地方。它们被风吹向高空，被水带入大海。蒙古高原发生了风暴之后，北京的居民便忙着掸去身上的尘土。黄河中下游的河水变浑浊，谁都知道这是西北黄土高原被破坏的结果。 1.关于选段的说明方法，下列选项正确的是( ) A.作比较 B.举例子 C.下定义 D.打比方 2.选段③中“旅行”一词是什么意思?若换成“到远方去”行吗?为什么? ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ 3.“狂风吹来了，洪水冲来了，冰河爬来了。”一句中采用了什么修辞手法?“冰河”能“爬”吗?这个“爬”字在句中有什么好处? ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ 【能力素质提高】 比较阅读。 雪夜分布式操作系统进程同步分析
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