如何保证数据中心服务器的时间一致

计算机和软件工程领域论文的文章，我们在这个系列的每一篇文章中都会阅读一篇来自 OSDI、SOSP 等顶会中的论文，这里不会事无巨细地介绍所有的细节，而是会筛选论文中的关键内容，如果你对相关的论文非常感兴趣，可以直接点击链接阅读原文。

本文要介绍的是 2020 年 OSDI 期刊中的论文 —— Sundial: Fault-tolerant Clock Synchronization for Datacenters[^1]，该论文实现的 Sundial 可以在数据中心提供高精度的、容错的对时机制。在数据中心发生故障时，它也能够保证不同服务器的绝对时间差小于 ~100ns，比行业内的其他的系统好一到两个数量级，这里的 ~100ns 也被称为时间不确定性上限(Time-uncertainty Bound)。

我们在这里会先介绍论文中提到的时间不确定性上限，在最后会介绍 Sundial 的系统架构，包含对时频率和错误恢复两方面的设计。

时间不确定性上限

时间不确定性上限是个非常有趣的概念，假设我们有以下两台服务器，两台服务器本地的绝对时间包含一定的差异，其中服务器 A 在 X 时间从数据库中使用时间戳 T 读取数据，而服务器 B 在随后的 Y 时间使用时间戳 T-1 向数据库写入数据：从整体上看，因为不同服务器绝对时间上的微弱差异，后发生的时间反而使用了更早的时间戳，这就带来了潜在的问题。但是如果我们能够确定不同服务器之间绝对时间的最大差值，让服务器在读取数据时等待一段时间，就可以保证读写操作时序的正确性，这里的等待时间就是上面提到的时间不确定性上限，该值越小，系统的响应速度也就越快。

很多系统都对时间不确定性上限有要求，例如：分布式的事务数据库、一致性快照、网络遥测、单向延迟和分布式日志等，它的值越小，系统就能提供更好的性能、更快的响应速度和更强的一致性。

系统架构设计

Sundial 使用软硬件结合的方式设计，其中包含如下图所示的三个主要组件，它会在硬件中完成同步时间信息、检测系统中错误等重要功能，软件负责计算同步生成树并故障时触发错误恢复机制：

（编辑：烟台站长网）

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