时钟和顺序
时钟简述
什么是分布式系统下的时钟
大多数设备都有时钟功能，时钟在通信时起到了非常重要的作用。
集中式系统下，时钟由设备自行控制，没有与其他设备的交互，因此时钟值的准确性影响并不是很大。
分布式系统下，存在每个设备也都有自己的时钟，各个时钟的值可能不一样。如果分布式系统的各个设备时钟不同，那么凡是用到时间或时间戳的地方就会出现时钟问题。因此保证各个设备时间的一致性是非常重要的。
分布式系统中的时钟最重要的应用之一就是保证事件的有序性，比如LWW依赖于时钟。
时钟一致性的几种方式
目前工业中使用最多的方式是时钟同步。
- 物理时钟：通过设备自身的物理时钟实现。不可行，因为物理时钟有误差，所以不可能一致。
- 逻辑时钟：通过逻辑上的时钟实现，可行，由于并非物理性质的时间戳，因此时间都是可控的，但是复杂度高并且会出现冲突问题。
- 时钟同步：使用物理时钟，但同时依赖于一组更加准确的时钟服务器，各个设备不断的从服务器同步时间，可行，但也有一定误差，最小可控制在几十毫秒之内。
物理时钟
时间本质上是一个过程，只要一个物理东西能够模拟这个过程，并加以累计和计算，那么这就是物理时钟。
通常最准确的物理时钟时以铯原子跃迁的周期为1s，从而实现的铯原子钟。但由于造价昂贵，因此现代计算机或大多数网络设备上都是用石英钟，造价低廉但同时也不是非常精准，特别是高温情况下。
时钟同步
为什么需要时钟同步
分布式系统中，每个设备都有一个各自的时钟，如果这些设备的时钟都不相同，那么就会出现一次完整请求中，链路中的不同设备上看到的请求发生时间不一致。另外由于一些通信依赖于时钟，当时间错误时，还可能会发生通信故障。
如一次请求中依次经过了A、B、C三个设备。理论上A、B、C三个设备上看到的请求日志时间应该是A<B<C。但由于A、B、C三个设备时间没有同步，因此最终A设备上请求时间为2022-1-1 12:00:00，而B设备上看到的时间为2021-2-2 12:00:00，C设备上看到的时间为2022-1-1 12:01:00。由于时钟未作同步而导致无法观测调用情况。
如分布式系统中，处理并发情况时使用了时间戳对比，而由于各个设备上时间不一致，那么就会产生并发问题。
时钟同步算法
NTP
通过NTP实现分布式系统中各个设备上时间的一致。
NTP的原理是各个设备从同一组NTPD服务器上逐步同步时间，直到时间趋于一致，而这组NTPD服务器可能又是从其他更上层NTPD服务组上同步的时间。
最顶层的NTPD通常由权威机构所持有，底层通过铯原子钟保证时间的准确性。同时针对特殊的误差由人工或机器校准。
逻辑时钟
由于物理时钟误差太大，时钟同步依旧有几十毫秒的误差，因此出现了逻辑时钟。
逻辑时钟本质上并非是真实的时间，而是用这种逻辑概念来表现事件的顺序。
使用逻辑时钟，进程的每一个操作都是事件，由进程为每一个进程分配一个逻辑时间戳，从而保证事件一定是有序的。
Lamport 算法
有序通信
有序通信非常重要，有时这决定程序以什么样的逻辑运行。
如设备1同时收到另外两台设备2和3的交互时（如2尝试修改A=2，3尝试修改A=3），1会根据2和3发生的时间戳，来选择执行哪一个交互。如果2先发生，那么最终A=3；如果3先发生，那么最终A=2。如果时钟一致时，依赖于时钟的通信就是有序的。当时钟不一致时，2虽然发生的早，但设备时间较大，3虽然发生迟，但设备时间较小，最终会导致期望的是先执行2再执行3，但由于时钟不一致导致时间戳不正确，从而造成结果发生错误。
如设备故障后，副本选举中，多个副本都尝试发起选举请求，通常先发起的副本应当票数最多，但由于时钟不一致导致通信不是有序的，最终选举出来的副本很可能并不是理论上的设备。
