Softtide：一种用于实时系统的确定性中间件

《ACM Transactions on Embedded Computing Systems》：Softtide: A Deterministic Middleware for Real-Time Systems

针对分布式系统逻辑时钟同步困难的问题，提出软tide middleware，通过API提供全局逻辑时钟，结合去中心化架构，实现逻辑同步、确定性行为和动态组网，简化实时系统设计和验证，实证显示其性能稳定。

　　

摘要

在分布式系统中实现正确的同步是一个复杂的问题。一种有效的方法是在高层设计中使用逻辑时钟，以确保并发操作的确定性。然而，大多数实时网络协议仅提供物理时间同步的手段。因此，最终必须将逻辑时钟的某些特性进行转换并映射到物理时间上，从而失去了其原有的许多优势。

我们提出了一种名为 Softtide 的新中间件，旨在简化具有内置逻辑时钟的系统的实现和部署。其核心思想是通过 API 提供一个全局逻辑时钟，作为调度任务执行和消息传输的基础。同时，保持逻辑时钟与物理时间之间的相对稳定关系，以减少设备间的时间抖动。Softtide 的同步机制受到了最近一种名为 Bittide 的协议的启发，该协议采用了去中心化架构。Softtide 具有以下数学特性：(1) 逻辑同步性，即设备间的传输延迟在逻辑时间上是恒定的；(2) 即使在存在网络延迟、时钟频率差异或故障的情况下，其行为也是确定性的；(3) Softtide 具有去中心化特性，设备可以动态地加入或离开网络。Softtide 提供的同步逻辑时钟简化了实时分布式系统的设计、编译和验证过程。通过实验证明，Softtide 总能产生确定性的结果。