Xây dựng chương trình tính toán Đồng hồ logic tại mỗi server

Tâm Quan Trọng và Triển Vọng Của Lập Trình Mạng...- 2 c2 10 CHƯƠNG 2: Xây Dựng chương trình tính toán đồng hồ logic tại mỗi Server.... Tiểu luận này sẽ giới thiệu và phân tích một chương

Trường đại học Sư Phạm

BÁO CÁO MÔN LẬP TRÌNH MẠNG

DE TAI:

XAY DUNG CHUONG TRINH TINH TOAN DONG HO LOGIC

TAI MOI SERVER

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Xuân Phúc Thịnh - 2ICNTTI

Giảng viên hướng dẫn

ts Nguyễn Năng Hùng Vân

Đà Nẵng, tháng 12 năm 2023

MỤC LỤC

i096)9637.10ã00 2

1 Đặtvắn đề HH nh ưưg 2

2 Mục Tiêu Để Tài 0c 22 211 122111122111122110110 01g, 3

3 Phạm vi đểtài 0 2 1n 22210200 da 4

4 Đối Tượng và Phương Pháp Nghiên Cứnu 5252222 2EEE22112222222 E1 rrxe 4

6 Bồ cục để tài 0c HH1 HH HH HH HH na Hac 5

Chương 1: Tổng quan về lập trình mạng - 2 2 9 92522251211211211121121221221221 xe 6

1.1 Giới thiệu về lập trình mạng 2-2222 2221221221122 222 122121 rre 6

1.2 Co ban vé cae giao thite mang ccc cessesssessessesteesetesressiesssetssetiessearerees 6

1.3 Ng6n nett lap trinh mang .aa 8

1.4 Thách thức trong lập trình mạng ¿c1 2201111111111 111110101 101101 01012101 xe 9 1.5 Tâm Quan Trọng và Triển Vọng Của Lập Trình Mạng - 2 c2 10 CHƯƠNG 2: Xây Dựng chương trình tính toán đồng hồ logic tại mỗi Server 11

2.1 Thiết Kế Chương Trình + 2 919251255121191122111212112111211112221 22221 1e 11 2.1.1 M6 Hinh Déng H6 Logic ccccccccccsccssessessessesssesstesressretietitetetsseatitseesseseeaed 11 2.1.2 Giao Thite Giao Tiép ccc cccccccccccccecessesseessesstssesstessesseesretttiestemsreriansretsecerd 11 2.2 Trién Khai Chương Trình 2 222125512E1121121122112112112121212222212 122 re 11 2.2.1 Cấu Trúc Hệ Thống 5252222 1E 1211011211222 1.01212222221211 re 11 2.2.2 Trién Khai M& N@u6tn cece esc cesseessessesstessessessesresietsretitsress titted 12

2.2.3 Chức Năng của Mỗi Server cccccccccesessessessesesstrettrestsetsettiessissitensaenteesee 13

;4esz0007.)0001287Ẻ 14

1 Kết luận và đánh giá S2222212212 1E 122222222121 12121 n ve 14

2 _ Hướng phát triển trong tương lai 5s 2222122221122 12212121212 ye 15

PHAN MO DAU

Môi trường tính toán phân tán ngày càng trở nên phô biến, đặt ra những thách thức lớn về việc đồng bộ hóa thời gian giữa các thành phần của hệ thống Việc đảm bảo sự đồng nhất về thời gian giữa các Server không chỉ là một yếu tô quan trọng đề đạt được hiệu suất tôi ưu mà còn là chìa khóa cho tính tin cậy và ôn định Trong ngữ cảnh này, giá trị đồng hồ logic nỗi lên như một phương tiện hiệu quả đề đo lường và duy trì thời gian

đồng bộ

Tiểu luận này sẽ giới thiệu và phân tích một chương trình Java đơn giản nhưng mạnh mẽ, được thiết kế để mô phỏng quá trình tính toán giá trị đồng hỗ logic tại mỗi Server trong một hệ thông phân tán Chúng tôi không chỉ nhân mạnh tầm quan trọng của việc đồng bộ hóa thời gian mà còn chia sẻ những kiến thức về cách chương trình này thách thức và nâng cao kỹ năng lập trình đa luồng và an toàn đồng thời

1 Đặt vấn đề

Trong môi trường tính toán phân tán, các Server hoạt động độc lập nhưng phải liên

tục tương tác với nhau để thực hiện các nhiệm vụ cụ thê Mỗi Server có một đồng hồ

riêng, và việc đồng bộ hóa thời gian giữa chúng không phải là nhiệm vụ đơn giản Điều này đặt ra thách thức không chỉ về cách đo lường thời gian một cách chính xác mà còn về cách đồng bộ hóa các sự kiện và thông điệp giữa các Server

Ngoài ra, yếu tổ nhân tố ngẫu nhiên như biến động về tốc độ xử lý của các Server, tình trạng mạng, và các điều kiện khác nhau, đều ảnh hưởng đến khả năng duy trì sự đồng

bộ hóa Điều này đặt ra câu hỏi lớn: Làm thế nào chúng ta có thể tính toán và duy trì giá

trỊ đồng hồ logic tại mỗi Server để đảm bảo sự đồng nhất về thời gian va tranh duoc

những vân đề không mong muôn

Trong bối cảnh này, đồ án tập trung vào việc nghiên cứu và triên khai một chương

trình mẫu đẻ tính toán gia tri dong hé logic tai mỗi Server, mục tiêu là đưa ra một cách tiếp cận linh hoạt và hiệu quả để đối mặt với thách thức của việc đồng bộ hóa thời gian

trong hệ thống phân tán ngày nay

2 Mục Tiêu Đề Tài

Mục tiêu cơ bản của đề tài này là khám phá và phát triển một cách tiếp cận đầy sáng tạo để giải quyết vẫn đề đồng bộ hóa thời gian trong môi trường tính toán phân tán Chúng ta hướng đến những mục tiêu chính sau:

a Hiểu Rõ Cơ Chế Giá Trị Đồng Hỗ Logic

Chúng ta sẽ tập trung vào việc hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động của giá trị đồng hồ logic và cách nó có thê được tính toán tại mỗi Server Việc này bao gồm nắm vững các nguyên tắc và thuật toán liên quan, đặt ra những câu hỏi như: Làm thế nào ta định nghĩa

và duy trì giá trị đồng hồ logic? Làm thế nào giá trị này ảnh hưởng đến sự đồng bộ hóa thời gian

b Phân Tích Cách Mỗi Server Tính Toán Đồng Hồ Logic

Chúng ta sẽ xem xét cách mỗi Server trong hệ thống tính toán giá trị đồng hồ logic của mình tại thời điểm gửi và nhận thông điệp Phân tích sâu rộng về phương pháp và

thuật toán mà mỗi Server sử dụng dé dam bao tính dong nhat va d6 tin cậy của giá trị

đồng hỗ logic

c Dánh Giá Hiệu Suất và Tin Cậy

Chúng ta sẽ tiến hành các thử nghiệm và phân tích kết quả dé đánh giá hiệu suất và

độ tin cậy của hệ thống Bằng cách này, chúng ta sẽ có cái nhìn rõ ràng về khả năng của chương trình trong việc giải quyết thách thức của đồng bộ hóa thời gian và sự đồng nhất

về thời gian giữa các Server

d Đề Xuất Hướng Mở Rộng và Cải Tiến

Cuối cùng, chúng ta sẽ đề xuất hướng mở rộng và cải tiễn cho chương trình Dựa trên những kết quả thu được, chúng ta sẽ xem xét cách nâng cao tính linh hoạt và khả năng mở rộng của hệ thông đề có thê đối mặt với một lượng lớn Server và các tình huồng phức tạp hơn trong tương lai

Mục tiêu là tạo ra một chương trình không chỉ đáp ứng hiệu quả với yêu cầu hiện tại mà còn có khả năng phát triên và thích ứng với sự đa dạng và phức tạp hóa ngày càng tăng của môi trường tính toán phân tán

3 Phạm vi đề tài

Đề tài này sẽ tập trung vào việc xây dựng một chương trình mẫu với mục tiêu

chính là tính toán giá trị đồng hồ logic tại mỗi Server trong một hệ thong có nhiều Server

Dưới đây là phạm vi chỉ tiết của đề tài:

a Xây Dựng Hệ Thống Mẫu

Chúng ta sẽ phát triển một hệ thông mẫu gồm nhiều Server có khả năng gửi và

nhận thông điệp Mỗi Server sẽ được thiết kế đề hoạt động độc lập và có thé tương tac voi

các Server khác trong hệ thống

b Tính Toán Giá Trị Đồng Hồ Logie

Mục tiêu chính của chương trình là tính toán giá trị đồng hỗ logic tại mỗi Server Chúng ta sẽ xem xét và triển khai các thuật toán và phương pháp đề đảm bảo tính chính xác và đồng nhất của giá trị đồng hỗ logic trong môi trường phân tán

c Đề Xuất Hướng Mở Rộng và Cải Tiến

Cuối cùng, chúng ta sẽ xem xét khả năng mở rộng của chương trình đề đối mặt với một lượng lớn Server và đề xuất các cải tiền có thể thực hiện đề nâng cao tính linh hoạt và

khả năng mở rộng của hệ thống

Phạm vi của đề tài không chỉ giới hạn trong việc xây đựng một chương trình mẫu

mà còn liên quan đến việc hiểu rõ cơ chế và thuật toán của giá trị đồng hồ logic, cũng như đánh giá sâu sắc về hiệu suất và khả năng mở rộng của hệ thống trong môi trường phân tán

4 Đối Tượng và Phương Pháp Nghiên Cứu

a Đối Tượng Nghiên Cứu

Đối tượng chính của nghiên cứu này là giá trị đồng hồ logic và cách nó được tính toán tại mỗi Server trong một hệ thông phân tán Nghiên cứu sẽ tập trung vào:

® Giả frỊ Đồng Hồ Logic: Hiểu rõ cơ chế hoạt động, đặc điểm và vai trò của

giá trị đồng hồ logic trong quá trình đồng bộ hóa thời gian

© Cách Mỗi Server Tính Toán Đồng Hồ Logic: Phân tích và mô phỏng các phương pháp và thuật toán mà mỗi Server sử dụng đề tính toán giá trị đồng

của giá trị đồng hồ logic trong môi trường phân tán

b Phương Pháp Nghiên Cứu

Đề đạt được mục tiêu nghiên cứu, chúng ta sẽ sử dụng các phương pháp sau:

Mô Phỏng: Xây dựng một hệ thống mẫu với các thành phần Server, mô phỏng môi trường tính toán phân tán Sử dụng dữ liệu mô phỏng và giả lập

các điều kiện đa dạng để kiểm thử chương trình

Thực Nghiệm Trực Tiếp: Triển khai chương trình trên một số Server thực tế

đề đánh giá hiệu suất và độ tin cậy trong môi trường thực tế Thu thập đữ liệu và kết quá đề phân tích

Phân Tích Kết Quá: Áp dụng các phương pháp thống kê và phân tích để đánh giá hiệu suất, tính chính xác và đồng nhất của giá trị đồng hồ logic So sánh kết quả giữa các Server và điều kiện khác nhau

Đề Xuất Hướng Mở Rộng và Cải Tiến: Dựa trên kết quả thu được, đề xuất

các hướng mở rộng và cải tiền cho chương trình để nâng cao tính linh hoạt

và khả năng mở rộng của hệ thông

Phương pháp nghiên cứu này sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan và sâu sắc về cách giá trị đồng hồ logic được tính toán và duy trì tại mỗi Server, cũng như đánh giá hiệu suất và khả năng mở rộng của hệ thống trong môi trường phân tán

5 Ý nghĩa đề tài

Đề tài mang lại sự đóng góp lớn cho lĩnh vực nghiên cứu đồng bộ hóa thời gian và tính toán giá trị đồng hồ logic trong môi trường tính toán phân tán Việc hiểu rõ hơn về cơ chế và phương pháp tính toán giá trị đồng hồ logic tại mỗi Server sẽ hỗ trợ trong việc cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của các hệ thống phân tán Đồng thời, chương trình mẫu có thê được áp dụng trong thực tế đề định hình hướng phát triển tương lai của lĩnh vực này

6 Bồ cục đề tài

Chương I: Tổng quan về lập trình mạng

Chương 2: Xây Dựng chương trình tính toán đồng hỗ logic tại mỗi Server

Chương 1: Tông quan về lập trình mạng

1.1 Giới thiệu về lập trình mạng

Trong thời đại của sự kết nối liên tục và mạng Internet, lập trình mạng đã trở thành

một khía cạnh quan trọng không thê thiếu trong phát triên phần mềm Đây không chỉ là một lĩnh vực chuyên sâu mà còn là bản nền cho việc xây dựng các ứng dụng tương tác,

mà từ đó, con người có thê giao tiếp va chia sẻ thông tin trên khắp thế giới

Lập trình mạng không chỉ là một bộ kỹ năng, mà là một cánh cửa mở ra thế giới của sự liên kết Được bắt nguồn từ nhu cầu không ngừng của con người muốn kết nối, truyền thông, và tương tác, lập trình mạng đưa chúng ta vào thế giới phức tạp và hứng thú của các giao thức, socket, và ứng dụng mạng

Trong chương này, chúng ta sẽ đắm chìm vào thế giới đầy màu sắc của lập trình mạng Từ những giao thức cơ bản quyết định sự liên kết giữa các máy tính đến những thách thức hiện đại như bảo mật và quản lý kết nối, chúng ta sẽ khám phá và hiểu rõ hơn

về cách mà lập trình mạng đã và đang thay đôi cách chúng ta tương tác với thế giới xung quanh Hãy bắt đầu hành trình này và mở cánh cửa vào thế giới rộng lớn của lập trình mạng

1.2 Cơ bản về các giao thức mang

1.1.1 Giao Thức TCP/IP

Giao thức TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) là hệ thống giao thức mạng tiêu chuẩn được sử dụng trên Internet và trong nhiều môi trường mạng Bao gồm hai phân chính, IP (Internet Protocol) làm nhiệm vụ định danh và định tuyến gói tin, trong khi TCP (Transmission Control Protocol) quản lý việc truyền tải đữ liệu một cách đáng tin cậy giữa các máy tính Ngoài ra, còn có giao thức UDP (User Datagram Protocol) được sử dụng cho truyền tin không đảm

bảo độ tin cậy nhưng có thời gian phản hồi nhanh

Giao thức TCP/IP đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự liên kết và truyền thông hiệu quả giữa các thiết bị, làm nền tảng cho việc giao tiếp toàn cầu

1.1.2 Sockets

Sockets là một khái niệm quan trọng trong lập trình mạng, cung cấp cơ chế

đề ứng dụng có thê thiết lập kết nối và truyền thông qua mạng Có hai loại chính:

® Socket TCP: Sử dụng giao thức TCP, đảm bảo truyền tải đữ liệu đáng tin cậy giữa các máy tính Được sử dụng trong các ứng dụng

đòi hỏi tính ổn định như truyền file, email

¢ Socket UDP: Sử dụng giao thức UDP, truyền tin nhanh mà không dam bao d6 tin cậy Thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi thời gian phản hồi nhanh như trò chơi trực tuyến

Sockets mở ra khả năng giao tiếp và truyền thông linh hoạt giữa các ứng dụng trên mạng, tạo nên cơ sở cho việc phát triển ứng dụng mạng đa dạng và mạnh

mé

1.1.3 HTTP va HTTPS

HTTP (Hypertext Transfer Protocol) va HTTPS (Hypertext Transfer Protocol Secure) là hai giao thức thường được sử dụng trong truyền thông web

HTTP dac trưng cho việc truyền tái dữ liệu không được mã hóa, trong khi HTTPS

sử dụng SSL/TLS để bảo vệ thông tin và đảm bảo an toàn trong quá trình truyền tải

Giao thức HTTP và HTTPS đóng vai trò quan trọng trong việc tương tác với các trang web, làm cầu nối giữa người dùng và các dịch vụ trực tuyến 1.1.4 DNS

DNS (Domain Name System) là một hệ thống quản lý tên miền và địa chỉ

IP, giúp dịch giữa tên miền đễ nhớ và địa chí IP của máy chủ Nó đóng vai trò

quan trọng trong việc xác định địa chỉ của một trang web dựa trên tên miền nhập

vào từ người dùng

Giao thức DNS giúp đơn giản hóa quá trình truy cập và tương tác với các dịch vụ trực tuyến thông qua việc sử dụng tên miền thay vì nhớ địa chỉ IP phức tạp 1.1.5 ICMP

ICMP (Internet Control Message Protocol) là giao thức sử dụng để gửi thông báo lỗi và các thông điệp kiểm tra trạng thái của mạng Thường được sử dụng trong các công cụ kiêm thử mạng và quản lý lỗi

Giao thức ICMP giúp duy trì và kiểm soát trạng thái của mạng, làm nền tảng cho các ứng dụng giám sát và quản lý hiệu suất mạng

> Cơ bản về các giao thức mạng cung cấp cơ sở vững chắc cho lập trình viên trong việc xây dựng và hiều rõ về cách thông tin được truyền tải và quản lý

trên mạng Từ giao thức TCP/IP đến những công nghệ bảo mật như HTTPS,

mỗi giao thức đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành và phát triển cơ

sở hạ tầng mạng toàn cầu

1.3 Ngôn ngữ lập trình mạng

1.3.1 Java

Java, một trong những ngôn ngữ lập trình phô biến và mạnh mẽ, đã chứng minh sức mạnh của mình trong lập trình mạng Thư viện java.net cung cấp các lớp

và giao điện cho việc tạo ra và quản lý kết nối mạng Nó hỗ trợ cả TCP và UDP thông qua các lớp như Socket và ServerSocket, mang lại tính linh hoạt và hiệu suất cao cho các ứng dụng mạng Các amework như Netty cung cấp cách tiếp cận hiện

đại với lập trình mạng, giúp xử lý sự kiện và tôi ưu hóa hiệu suất

1.3.2 Python

Python, voi triết lý thiết kế "đọc được, để hiểu", là một ngôn ngữ lập trình

mạng phố biến trong cả cộng đồng mới học lập trình và các nhà phát triển kinh nghiệm Thư viện socket tích hợp sẵn trong Python cung cấp các công cụ mạnh mẽ

để tạo và quản lý kết nỗi mạng Flask và Django là hai framework pho bién trong việc phát triển ứng dụng web, giúp đơn giản hóa quá trình xây dựng và triển khai Python nỗi tiếng với củ pháp rõ ràng và việc phát triển nhanh chóng, làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho việc xây dựng các ứng dụng mạng ngắn

hạn và các dự án lớn

1.3.3 C#

C# là một ngôn ngữ lập trình mạnh mẽ của Microsoft, được sử dụng chủ

yếu trong phát triển ứng dụng Windows và NET Thư viện System.Net cung cấp

ca TCP và UDP thông qua lớp TepClient và UdpClient, cung cấp sự thuận tiện cho lập trình viên

C# có thê được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống phức tạp và ứng dụng doanh nghiệp, đặc biệt là khi tích hợp với các dich vu Microsoft

> Su da dạng trong lựa chọn ngôn ngữ lập trình mạng giúp lập trình viên linh hoạt trong việc chọn ra công cụ phù hợp với yêu cầu cụ thể của dự án Từ sức mạnh và linh hoạt của Java đến tính đơn giản và hiệu quá của Python,

cũng như sự tích hợp chặt chẽ với hệ sinh thái Microsoft của C#, mỗi ngôn

ngữ đều mang lại những ưu điểm độc đáo, làm giàu thêm cơ sở lập trình mạng

1.4 Thách thức trong lập trình mạng

Lập trình mạng, mặc dù là một lĩnh vực hứa hẹn với sự kết nỗi và tương tác, nhưng

đồng thời đối mặt với nhiều thách thức đa dạng Những thách thức này không chỉ đặt ra những yêu cầu cao về kiến thức chuyên sâu mà còn đòi hỏi sự sáng tạo và khả năng giải

quyết vẫn đề Dưới đây là một số thách thức chính mà lập trình viên mạng thường phải đối mặt:

1.4.1 Bảo Mật

Bảo mật luôn là một trong những thách thức lớn nhất trong lập trình mạng Với sự liên kết ngày càng tăng và đữ liệu quan trọng được truyền tải qua mạng, việc đảm bảo an toàn và bảo mật trở nên quan trọng hơn bao giờ hết Lập trình viên phải xem xét và triển khai các biện pháp như xác thực,

mã hóa dữ liệu, và giám sát báo mật để đám bảo rằng thông tin không bị đánh cắp hoặc thay đối trái phép

1.4.2 Quản Lý Kết Nối

Quản lý kết nối là một thách thức đặc biệt khi xử lý các ứng dụng có 36

lượng lớn người dùng hoặc thiết bị đồng thời Việc hiệu quả trong việc mở và đóng kết nối, giữ cho chúng ôn định, và xử lý đồng thời nhiều kết nối là yếu tố quyết định đến hiệu suất của ứng đụng mạng

1.4.3 Độ Tin Cậy và Xử Lý Lỗi