Grundlegende Konzepte verteilter Systeme

Von der Bedeutung der Zeit in verteilten Systemen

• Updates, die über mehrere Systeme hinweg erfolgen, müssen in korrekter Reihenfolge erfolgen.

• Log-Einträge sollen in korrekter Reihenfolge erfolgen.

• Gültigkeit von Berechtigungen (z. B. Zertifikate)

• geographische Positionsbestimmung (z. B. GPS)

Reale Zeit

Sonnensekunde:

bezieht sich auf die Zeitspanne zwischen aufeinanderfolgenden Sonnenhöchstständen.

Atomzeitsekunde:

Bezugspunkt ist die Schwingungsdauer eines Cäsium-133-Atoms.

TAI (Temps Atomique International): Durchschnittszeit der Atomuhren von über 60 Instituten weltweit (z. B. Braunschweig), ermittelt vom BIH (Bureau International de l’Heure) in Paris

UTC (Universal Coordinated Time):

Basiert auf TAI; aktuell ist noch das Einfügen gelegentlicher Schaltsekunden zur Anpassung an den Sonnentag erforderlich. Ab 2035 wird die Schaltsekunde voraussichtlich abgeschafft.

Computeruhrzeit

• Real-time Clock (RTC): interne batteriegepufferte Uhr.

  (Die Genauigkeit und Auflösung sind teilweise sehr grob.)

• Funkuhr (DCF77 aus Mainflingen, ca. 2000 km Reichweite)

• GPS-Signal (Global Positioning System) mit einer Auflösung von ca. 100 ns

• mittels Nachrichtenaustausch mit einem Zeitserver

Uhrensynchronisation nach Christian

(Probabilistic Clock Synchronisation, 1989)

• Voraussetzung: zentraler Zeitserver mit UTC.

• Clients fragen periodisch nach und korrigieren um halbe Antwortzeit

• Client-Uhren werden niemals zurückgesetzt sondern ggf. nur verlangsamt bzw. beschleunigt.

Network Time Protocol (NTP, RFC 5905)

• Synchronisierung auf UTC

  • im lokalen Netz mit einer Genauigkeit von bis zu 200 Mikrosekunden

  • im Internet mit einer Genauigkeit von 1-10 Millisekunden

• Hierarchie von Zeitservern

  Stratum 0: Quelle - z. B. DCF77-Zeitzeichensender

  Stratum 1: Primärserver

  Stratum 2,...: Sekundär-/...server

  Clients

• Wechselseitiger Austausch von Zeitstempeln zwischen den Server-Rechnern wird unterstützt (NTP ist symmetrisch).

Beispiel zur Berechnung des Gangunterschieds

Lamport-Uhren (logical clocks)

Atomic Commit Protocol

• Verteilte Transaktion erstrecken sich über mehrere Prozesse und meist auch über mehrere Knoten in einem verteilten System.

• Mehr Fehlerfälle müssen berücksichtigt werden.

  Ein Beispiel wäre die Überweisung eines Geldbetrags (konzeptionelles Beispiel):

  send_money(A, B, amount) {
    Begin_Transaction();
    if (A.balance - amount ≥ 0) {
      A.balance = A.balance - amount;
      B.balance = B.balance + amount;
      Commit_Transaction();
    } else {
      Abort_Transaction();
  } }