分布式系统时钟同步设计与实现

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1、2006年1月January2006第32卷第2期计算机工程ComputerEngineering№2Vol.32·开发研究与设计技术·文章编号：1000—3428(2006)02—0279—03文献标识码：A中图分类号：TP391分布式系统时钟同步设计与实现刘立月，王更生，魏永丰(华东交通大学信息学院，南昌330013)摘要：时钟同步是分布式系统的核心技术之一，考虑到分布式系统的可扩展性及同步精度要求，提出了基于GPS与NTP的混合同步方案解决系统时间同步问题，并对其原理与实现进行了阐述。关键词：时钟同步；GPS；NTP；分布式系统DesignandImplementat

2、ionofClockSynchronizationinDistributedSystemLIULiyue,WANGGengsheng,WEIYongfeng(SchoolofInformationEngineering,EastChinaJiaotongUniversity,Nanchang330013)【Abstract】Clocksynchronizationiskeytechnologyindistributedsystem.Thispaperstudiestimesynchronizationtechnology,consideringsystemexpansibi

3、lityandhighprecisetimesynchronization,andsuggeststhatadesignthinkingofamixedtimesynchronizationsolutionbasedonGPSandNTPsolvestimesynchronizationindistributedsystem,discussesandanalysesitstheoryandimplementation.【Keywords】Timesynchronization;Globlepositioningsystem;Networktimeprotocol;Distr

4、ibutedsystem时间同步是计算机应用系统的一个最基本的要求，集中式系统的时间无二义性，而作为计算机应用系统的分布式系统没有标准的时间统一系统或共同的时间基准，同时该系统对时间有更高的要求，如分布式系统的任务调度，多任务(进程)间的同步以及基于优先级调度算法等对时间的分辨率都有较高的要求。为了减少时间的不一致性对分布式系统所造成的影响，必须对系统进行时钟同步。其目的就是在一个分布式的网络系统中维护一个全局一致的物理或逻辑时钟，以使得系统各节点对系统中与时间有关的事件有相同的观测参考点，确保各节点发送和接收消息在时间逻辑上具有正确的因果关系。1系统时钟同步方案设计时钟同

5、步可以由硬件实现、软件实现或分层混合实现。硬件同步：主要是通过分布系统在每个节点设置GPS接收器，以由外部提供标准时钟同步信号，并以此为标准时间同步整个分布系统。硬件同步精度很高，同步算法简单，只需要传递标准的时间值即可，但成本较高。硬件同步适合范围广泛，在一个大规模分布系统中完全采用硬件同步是不现实的。软件同步：通过使用适应具体分布系统特点的合理分布时间同步算法，完全利用软件来提供全系统统一的时间。软件同步一般涉及时间信息包在网络中的传输，因此同步精度与网络延迟有关，不确定性大，误差容易积累。对于广域网上的大型分布系统不能保证同步精度。优点是易于操作、成本低廉。混合同步：

6、将硬件同步和软件同步相结合，在其中一个节点处使用硬件同步UTC时钟，其它节点使用软件同步。从分布式系统可扩展性、较高同步精度要求及实现成本相对较低出发，采用混合同步算法解决系统时间同步问题。将大型分布式系统按位置距离远近或内部局域网分成若干个工作组，每组设置一台时间服务器，工作组内工作站通过NTP协议与组内时间服务器同步,也称内同步；组间服务器通过GPS接收器保持与UTC(UniversalTimeCoordinated)同步,也称外同步，从而确保整个系统时间同步。其具体的设计原理如图1所示。GPS接收器接收器图1系统时间同步方案2系统时钟同步方案实现2.1外同步实现系统外

7、同步主要问题是如何通过GPS接收器获取UTC时间信息，关键是将GPS接收器的数据格式解码为用户所需求的信息。基金项目：华东交通大学科研基金资助项目作者简介：刘立月(1970—)，男，讲师、硕士，主研方向：测控，网络与数据库；王更生，教授；魏永丰，助教收稿日期：2004-12-30E-mail：lly_nwpu@163.comGPS时间服务器工作站1工作站2┅┅工作站n工作组nGPS接收器时间服务器工作站1工作站2┅┅工作站n工作组1时间服务器工作站1工作站2┅┅工作站n工作组2分布式系统时钟同步方案Motorola