确定性执行

确定性执行是指在给定输入的情况下,在有限的时间内产生一致的输出。

也就是输入到输出的运行过程是确定的,输入与输出有如下关系: 输出 = f (输入)。

确定性执行主要涉及以下几个方面:

  1. 时间确定性:计算的输出始终在给定的某个时间点之前发生,即程序不能无限制地运行下去,需要有一个时间限制。
  2. 数据确定性:在给定相同的输入和内部状态下,计算将始终产生相同的输出,也就是说输出仅跟输入有关,与过程无关。
  3. 完全确定性:时间确定性和数据确定性的组合,即同时保证时间和数据的确定性。

确定性执行面临的困难主要有:

  • 资源限制:需要保证足够的计算资源,如处理器的时间、内存、以及服务响应时间。
  • 硬件错误:需要处理可能发生的硬件故障,如缓存不一致、内存损坏、传输延迟等。
  • 时间同步:需要保证系统内部和外部的时间同步,减少时间抖动和误差。
  • 数据一致性:需要保证数据在不同的执行路径或者节点之间的一致性,避免数据丢失或者冲突。

确定性执行的实现方法主要有:

  • 硬件锁步:通过两条不同的执行路径同时执行,然后比较它们的结果来验证一致性。
  • 软件锁步:可以并行或顺序执行软件多次,并通过通信协议或者校验码来检查一致性。
  • 周期确定性执行:通过阻塞等待点来控制进程的执行周期,并提供激活时间戳和随机数来保证数据确定

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