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

H H ệ ệ đi đi ề ề u h u h à à nh m nh m ạ ạ ng ng nâng cao nâng cao Gi Gi ả ả ng viên: Ho ng viên: Ho à à ng Xuân D ng Xuân D ậ ậ u u Email: dauhoang@vnn.vn Email: dauhoang@vnn.vn Khoa Công ngh Khoa Công ngh ệ ệ thông tin 1 thông tin 1 H H ọ ọ c vi c vi ệ ệ n Công ngh n Công ngh ệ ệ BC BC - - VT VT HĐH m HĐH m ạ ạ ng nâng cao ng nâng cao Th Th ờ ờ i gian & i gian & đ đ ồ ồ ng b ng b ộ ộ th th ờ ờ i gian i gian 2 2 V. Th V. Th ờ ờ i gian v i gian v à à đ đ ồ ồ ng b ng b ộ ộ ho ho á á th th ờ ờ i gian i gian HĐH m HĐH m ạ ạ ng nâng cao ng nâng cao Th Th ờ ờ i gian & i gian & đ đ ồ ồ ng b ng b ộ ộ th th ờ ờ i gian i gian 3 3 Th Th ờ ờ i gian v i gian v à à đ đ ồ ồ ng b ng b ộ ộ ho ho á á th th ờ ờ i gian i 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 HĐH m HĐH m ạ ạ ng nâng cao ng nâng cao Th Th ờ ờ i gian & i gian & đ đ ồ ồ ng b ng b ộ ộ th th ờ ờ i gian i gian 4 4 S S ự ự c c ầ ầ n thi n thi ế ế t c t c ủ ủ a d a d ị ị ch v ch v ụ ụ th th ờ ờ i gian i 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, HĐH m HĐH m ạ ạ ng nâng cao ng nâng cao Th Th ờ ờ i gian & i gian & đ đ ồ ồ ng b ng b ộ ộ th th ờ ờ i gian i gian 5 5 Cơ ch Cơ ch ế ế đ đ ồ ồ ng h ng h ồ ồ ph ph ầ ầ n c n c ứ ứ ng ng • Có sẵn trong các thiết bị điện tử • Đếm số dao động xuất hiện trong tinh thể thạch anh 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) v à cập nhật đồng hồ phần mềm. • VD: thời gian tính bằng số giây kể từ 01/01/1970 HĐH m HĐH m ạ ạ ng nâng cao ng nâng cao Th Th ờ ờ i gian & i gian & đ đ ồ ồ ng b ng b ộ ộ th th ờ ờ i gian i gian 6 6 C C á á c v c v ấ ấ n đ n đ ề ề v v ớ ớ i đ i đ ồ ồ ng h ng h ồ ồ ph ph ầ ầ n c n c ứ ứ ng ng • 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. HĐH m HĐH m ạ ạ ng nâng cao ng nâng cao Th Th ờ ờ i gian & i gian & đ đ ồ ồ ng b ng b ộ ộ th th ờ ờ i gian i gian 7 7 Đ Đ ồ ồ ng h ng h ồ ồ l l ệ ệ ch v ch v à à sai gi sai gi ờ ờ • Đồng hồ lệch giờ: – Thời gian tại hai đồng hồ trong hệ thống lệch nhau • Đồng hồ sai giờ: – Khoảng lệch thời gian giữa một đồng hồ so với đồng hồ chuẩn. HĐH m HĐH m ạ ạ ng nâng cao ng nâng cao Th Th ờ ờ i gian & i gian & đ đ ồ ồ ng b ng b ộ ộ th th ờ ờ i gian i gian 8 8 C C á á c ngu c ngu ồ ồ n cung c n cung c ấ ấ p th p th ờ ờ i gian i gian ch ch í í nh x nh x á á c c • Universal Coordinated Time (UTC, from French) – Dựa trên thời gian nguyên tử – Phát quảng bá từng giây thông qua c ác 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 hồ cục bộ. HĐH m HĐH m ạ ạ ng nâng cao ng nâng cao Th Th ờ ờ i gian & i gian & đ đ ồ ồ ng b ng b ộ ộ th th ờ ờ i gian i gian 9 9 Đ Đ ồ ồ ng b ng b ộ ộ đ đ ồ ồ ng h ng h ồ ồ • Giả thiết sai số thời gian cho phép là D • Đồng bộ đồng hồ ngoài (external) với nguồn thời gian 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. HĐH m HĐH m ạ ạ ng nâng cao ng nâng cao Th Th ờ ờ i gian & i gian & đ đ ồ ồ ng b ng b ộ ộ th th ờ ờ i gian i gian 10 10 Hi Hi ệ ệ u ch u ch ỉ ỉ nh th nh th ờ ờ i gian i 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 mềm. [...]... Secondary servers đồng bộ hoá thời gian v i primary servers • Tertiary servers đồng bộ hoá thời gian v i secondary servers, • Số lượng servers phụ thuộc v o số lượng clients HĐH mạng nâng cao mạ Thời gian & đồng bộ thời gian Thờ đồ bộ thờ 18 Tổ chức NTP S ervers HĐH mạng nâng cao mạ Thời gian & đồng bộ thời gian Thờ đồ bộ thờ 19 Các chế độ đồng bộ hoá NTP • Multicast – Một hoặc một số servers định kỳ... chính xác cao khi thời gian truyền thông điệp nhỏ nhất • Server có thể là nút yếu nhất trong hệ thống HĐH mạng nâng cao mạ Thời gian & đồng bộ thời gian Thờ đồ bộ thờ 14 Giải thuật Berkerly Đồng bộ hoá thực hiện tốt trong khoảng 20-25ms cho 15 máy tính, v i tần suất lệch là 2 x 10-5 v thời gian max của chu trình thông điệp là 10ms HĐH mạng nâng cao mạ Thời gian & đồng bộ thời gian Thờ đồ bộ thờ 15... mạ Thời gian & đồng bộ thời gian Thờ đồ bộ thờ 21 V dụ v trật tự nhân - quả HĐH mạng nâng cao mạ Thời gian & đồng bộ thời gian Thờ đồ bộ thờ 22 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 HĐH mạng. ..Các phương ph áp đồng bộ thời gian • Các hệ thống đồng bộ – Đơn giản, thường dựa trên các giới hạn thời gian biết trước • Các hệ thống không đồng bộ – Mạng Intranet: • Giải thuật Cristian • Giải thuật Berkerly – Mạng Internet: • Network Time Protocol HĐH mạng nâng cao mạ Thời gian & đồng bộ thời gian Thờ đồ bộ thờ 11 Các hệ thống đồng bộ • Đồng bộ hoá nội bộ giữa 2 tiến trình – Biết trước... xác cao nhất, dựa trên việc đồng bộ hoá từng cặp HĐH mạng nâng cao mạ Thời gian & đồng bộ thời gian Thờ đồ bộ thờ 20 Thời gian logic • Trong nhiều trường hợp, ta chỉ cần thống nhất v thời gian trong hệ thống (không nhất thiết là thời gian UTC) • Nhờ v y 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 HĐH mạng nâng cao. .. một điều phối viên master định kỳ thăm các slaves • Master ước lượng thời gian cục bộ tại các slaves dựa trên round-trip • Master tính thời gian trung bình cho tất cả slaves, trừ các giá trị không hợp lệ (sai quá lớn) • Master gửi thông điệp hiệu chỉnh thời gian đến từng slave HĐH mạng nâng cao mạ Thời gian & đồng bộ thời gian Thờ đồ bộ thờ 16 Giải thuật Berkerly • Độ chính xác: – Phụ thuộc v o thời gian. .. (T1 - T0 - h)/2 (1/2 của thời gian chu trình requestreply) • Hiệu chỉnh đồng hồ đến UTC + p • Lặp lại chu trình trên v đo khoảng thời gian T 1 T0 Ghi nhận giá trị T1 - T0 nhỏ nhất là thời điểm cho thời gian chính xác nhất HĐH mạng nâng cao mạ Thời gian & đồng bộ thời gian Thờ đồ bộ thờ 13 Giải thuật Cristian (ti ếp) • Chỉ đồng bộ hoá được nếu thời gian round-trip là ngắn so v i độ chính xác yêu cầu... trễ thông điệp – Độ trễ đồng hồ v tần suất thực thi • Giả thiết tiến trình 1 gửi thông điệp đến tiến trình 2 v i 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 (MAX - MIN)/2 HĐH mạng nâng cao mạ Thời gian & đồng bộ thời gian Thờ đồ bộ thờ 12 Giải thuật Cristian • Ước lượng thời gian truyền thông điệp... trừ được các ngoại lệ thời gian – Thời gian hiệu chỉnh là trung bình của giá trị thời gian đọc được tại các đồng hồ v i độ lệch nằm trong một giới hạn • Trường hợp master gặp trục trặc: – Bầu chọn ra 1 master mới HĐH mạng nâng cao mạ Thời gian & đồng bộ thời gian Thờ đồ bộ thờ 17 Network Time Protocol • Gồm nhiều máy chủ NTP trên mạng Internet • Primary servers kết nối trực tiếp v i thiết bị tiếp nhận... servers khác trên đường truyền LAN tốc độ cao; – Các servers hiệu chỉnh đồng hồ v i giả thiết độ trễ thông điệp rất nhỏ • Chế độ gọi thủ tục (Procedure Call Mode) – Tương tự giải thuật Cristian: client yêu cầu thời gian từ một v i 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 các lớp servers . Primary servers kết nối trực tiếp v i thiết bị tiếp nhận thông điệp UTC • Secondary servers đồng bộ hoá thời gian v i primary servers • Tertiary servers đồng bộ hoá thời gian v i secondary servers,. UTC v GPS: sử dụng cho các mục đích thương mại v đồng bộ qua đồng hồ cục bộ. HĐH m HĐH m ạ ạ ng nâng cao ng nâng cao Th Th ờ ờ i gian & i gian & đ đ ồ ồ ng b ng b ộ ộ th th ờ ờ i gian i. cung cấp thời gian chính xác • Các giải thuật đồng bộ hoá thời gian – Đồng hồ lệch v sai giờ – Giải thuật Cristian – Giải thuật Berkerly – Network Time Protocol - NTP • Thời gian v đồng hồ logic HĐH