如何让网络中的 N 台计算机同时启动一项活动？答案

【问题标题】：How to get N computers in a network to start an activity simultaneously?如何让网络中的 N 台计算机同时启动一项活动？
【发布时间】：2014-04-23 10:44:06
【问题描述】：

我正在尝试创建一个分布式应用程序，该应用程序需要网络中的所有计算机同时执行一个事件。

假设我们有两个长度相等的数组。

labels[] = ["label1", "label2", "label3", ...]
duration[] = [0.5, 1.2, 0.1, 0.1, 3.0, ...]

我在一个局域网中有一个主控和 N 个从属。假设数组已复制到所有从站。我现在想要的是在所有这些上运行以下代码。

for i in len(labels):
  print labels[i]
  sleep(duration[i])

我需要这段代码在客户端上同时启动。

如何同时在所有客户端触发“执行”事件？假设所有客户端都使用同一个 NTP 服务器同步，如果我要求它们在预定义的时间开始，准确性是否合理？ duration[] 数组的时间元素可以小至 0.1 秒，我想要合理的同时性。

【问题讨论】：

您需要它们的同步程度如何？ 0.1 秒？ 1秒？ 10 秒？
我希望它们同步到大约 0.1 秒。正如我所说，每个标签至少会出现 0.1 秒，所以如果您将每个标签视为在屏幕上闪烁的颜色，我想要一种错觉，即所有屏幕都以相同的颜色闪烁相同的持续时间。
为了让人类观察者认为事件是同时发生的，它们可能需要比flicker fusion rate 更快地发生；您可能希望在至少 15Hz 内触发它们，并且在良好照明下可能高达 60Hz；相隔 0.067 到 0.017 秒。仍然完全在 NTP 的能力范围内。

标签： python networking distributed distributed-computing

【解决方案1】：

据http://en.wikipedia.org/wiki/Network_Time_Protocol称，“NTP在公共互联网上通常可以将时间保持在几十毫秒以内，并且在理想条件下在局域网中可以达到优于一毫秒的精度。非对称路由和网络拥塞会导致错误100 毫秒或更长。”

因此，使用公共 NTP 服务器在 100 毫秒内同步是可行的，并且可能是您实现此功能的最简单途径。

由于您在 LAN 上，您可能可以通过让主服务器向下属发送网络消息以告知其当前时间，或者更简单地通过在 LAN 上运行您自己的 NTP 服务器来获得更好的性能并将您的集群指向它。

【讨论】：

【解决方案2】：

简短的回答 - 正是在同一时间 - 是不可能的。正如 Russell 所写，NTP 仅在 100 毫秒内准确。在 LAN 上运行，您可以测量通信延迟，并且在发送任务时，您可以在任务应该开始时添加超时。当您将其发送到N 节点并且平均延迟为L 毫秒时，第一个节点需要等待(N-1) * Lms 才能启动，第二个节点需要等待(N-2) * Lms ... 等等。最后一个会立即开始。

要看看同步时钟的问题有多复杂，你可以阅读谷歌在Spanner: Google's Globally-Distributed Database上的研究论文。他们使用原子钟和 GPS 时钟在数据中心内同步纳秒，跨数据中心同步几毫秒。

【讨论】：

【解决方案3】：

正如其他人所写的那样，使用 Internet NTP 服务器可能会导致太大的延迟。

我看到两个选项：

设置本地 NTP 服务器并将其用作所有客户端的参考。
让您的客户端侦听 UDP 数据包并将其作为广播/多播触发。然后他们应该或多或少同时开始。

【讨论】：

【解决方案4】：

假设您在 LAN 上具有良好的性能特征，NTP 的替代解决方案就是让主设备向从设备发送消息，以便在收到消息后执行所述任务。如果传输和处理的延迟在预期的“合理同时”范围内，它应该符合要求。根据架构（中断与轮询）、系统负载和链路质量（无线），可以合理地预期该时间小于 10 毫秒。

此外，802.1q VLAN 标准定义了第 2 层 QoS（CoS 标签），您可以利用这些 QoS 来确定交换机上此控制流量的优先级。

也许这种方法会简化应用程序，方法是让一个更简单的“哑”从属设备——监听并响应命令——然后是一个拥有所有系统逻辑的主设备。

【讨论】：