从交通信号灯看流控和拥塞控制

Posted 2023-03-08 dog250

局部的效率和全局的公平一直都是矛盾的双方。对一个统计复用系统，局部效率由流控决定，而全局公平由拥塞控制决定。

交通信号灯是个典型的分时复用流控的实例，但我经常看到绿灯方向没有任何车辆通过，红灯方向却排成了长龙，这是个不佳的策略。如果是 Linux kernel，早有一堆人卷 patch 了。

可明明只需要实时 “观测” 统计一下流量，设置一下信号灯就行了，这么简单的操作背后还有什么考虑？

作为分时复用系统，目之所及重要的是调度策略，调度器不能忍受资源闲置，十字路口竟然闲置了一半容量，这是失败的策略。

但从拥塞控制角度看，局部转移视线到全局，如果根据实时流量切换信号灯，这种策略可能从 “心理” 上影响司机，而造成流量颠簸。

人的行为具有规律性，某司机每个工作日某时通过某路口时总是绿灯，接下来某个路口是红灯，这是每天开车上下班路上用时几乎相等的原因，周一到周五下班路上时间大概率是 40 分钟，41 分钟，38 分钟，39 分钟，43 分钟，但几乎不可能是 40 分钟，73 分钟，25 分钟，58 分钟，91 分钟，所以不要以堵车作不确定的借口。

按固定间隔调度信号灯，流量是收敛的。但根据实时流量调度，就不好收敛了。如果某司机发现空闲道路有更大概率遇到红灯，那么他可能会换另一条路，影响另一条路的流量，加剧拥塞，当绿灯道路拥堵到让司机宁可等红灯也不想排队时，流量就颠簸了，最终再次影响信号灯。

注意，从流控视角，是拥塞导致了绿灯，但从自私的拥塞控制视角，司机会颠倒因果，为了不等红灯而加入拥塞。

实时调度的流量带有博弈性质，颠簸而不收敛。

互联网流量调度大概也是如此，QoS 要看全局而非当前节点，如果某 queue 空闲，其它流量能被调度到该 queue 吗？假设可以，如果有条流 “发现” 了这个恩惠，它会发送更多数据，从而拥塞加剧，这有损全局公平性。

曾经我觉得公路交通作为一个统计复用系统，通行时间不确定，但后来我发现这个时间波动性很小，唯一可能对时间造成比较大影响的是交通事故。并道，等红灯这些时间几乎固定。每天坐地铁，你同样会发现身边的人也是同样的人，统计复用系统的行为其实非常固定，这固定的背后应该就是每个节点的固定调度策略。

但当我跟别人说这个固定模式时，没人相信我，没有人相信这是固定的。我曾经提到过一种新样式的拥塞控制算法，利用这种固定的模式来决策发送，但仔细想想，发现点有趣的端倪，如果足够多的 sender 都基于观察到的固定流量模式做决策，固定流量模式本身也就消失了，系统重新开始博弈，颠簸。

到底怎么回事？固定的策略导致固定的流量模式，但固定的流量模式却不能被利用，这是一个从阿拉丁神灯里跳出来的俄罗斯套娃。

每个路口的调度策略可以根据时段切换，但根据实时流量切换又不影响全局，难度很大，要避免他们发现这个策略，还要让他们利用这个策略疏导拥塞，这本身就是矛盾。

浙江温州皮鞋湿，下雨进水不会胖。