29、异步系统上模拟同步性的深入解析

异步系统上模拟同步性的深入解析

在分布式系统领域，同步系统和异步系统有着各自独特的特性和应用场景。同步系统中，存在全局时钟来协调各个进程的行为；而异步系统则没有先验的外部时间概念，进程的时间推进依赖于自身操作和消息交换。本文将详细探讨如何在异步系统上模拟同步系统，以及相关的同步器原理和算法。

基于脉冲的同步模型

在同步系统中，存在一个逻辑全局时钟（CLOCK），它以整数 0、1、2 等时刻产生脉冲。进程和通道的行为受这个时钟的控制，具体表现如下：
- 消息传递 ：进程 pi 在脉冲 r 开始时发送给邻居 pj 的消息，会在脉冲 r + 1 开始前被 pj 接收并处理，这意味着在脉冲层面上，消息传递延迟是有界的。
- 处理时间 ：假设本地处理时间相对于传递延迟可以忽略不计，因此可认为其持续时间为零。实际上，消息接收的处理时间可看作被“吸收”到消息传递时间中。
- 消息发送限制 ：每个进程在每个脉冲内最多向给定邻居发送一条消息。当新的脉冲 r + 1 产生时，进程 pi 知道两件事：一是在脉冲 r 期间发送的所有消息都已被接收和处理；二是其他所有进程都处于脉冲 r + 1。

这种基于脉冲的同步模型与之前的定义本质上相同，只是术语有所变化，脉冲相当于轮数。其优势在于，基于时钟/脉冲的表示法能让同步算法更方便地用“when … do …”模式表达。

为了说明基于脉冲的同步模型，我们来看广度优先遍历问题。假设通道是双向的，通信图是连通的，由进程 pa 发起遍历。每个进程有两个局部变量：leveli 和 parenti。初始时，l