玩宠恶魔拜拜裴然:Linux的时间设置和同步 (NTP)

Network Time Protocol (NTP) 也是RHCE新增的考试需求. 学习的时候也顺便复习了一下怎么设置Linux的时间,目前拿出来和大家分享
设置NTP服务器不难不过NTP本身是个非常复杂的协议. 这里只是简要地介绍一下实践方法
和上次相同,下面的实验都在RHEL5上运行
1. 时间和时区
如果有人问你说目前几点? 你看了看表回答他说晚上8点了. 这样回答看上去没有什么问题,不过如果问你的这个人在欧洲的话那么你的回答就会让他非常疑惑,因为他那里还太阳当空呢.
这里就有产生了一个怎么定义时间的问题.
因为在地球环绕太阳旋转的24个小时中,世界各地日出日落的时间是不相同的.所以我们才有划分时区(timezone)
的必要,也就是把全球划分成24个不同的时区. 所以我们能把时间的定义理解为一个时间的值加上所在地的时区(注意这个所在地能精确到城市)
地理课上我们都学过格林威治时间(GMT), 他也就是0时区时间. 不过我们在计算机中经常看到的是UTC. 他是Coordinated
Universal Time的简写.
虽然能认为UTC和GMT的值相等(误差相当之小),不过UTC已被认定为是国际标准,所以我们都应该遵守标准只使用UTC
那么如果目前中国当地的时间是晚上8点的话,我们能有下面两种表示方式
20:00 CST
12:00 UTC
这里的CST是Chinese Standard Time,也就是我们通常所说的北京时间了. 因为中国处在UTC+8时区,依次类推那么也就是12:00 UTC了.
为什么要说这些呢(呵呵这里不是地理论坛吧...)?
第一,不管通过所有渠道我们想要同步系统的时间,通常提供方只会给出UTC+0的时间值而不会提供时区(因为他不知道你在哪里).所以当我们设置系统时间的时候,设置好时区是首先要做的工作
第二,非常多国家都有夏令时(我记得小时候中国也实行过一次),那就是在一年当中的某一天时钟拨快一小时(比如从UTC+8一下变成UTC+9了),那么同理到时候还要再拨慢回来.如果我们设置了正确的时区,当需要改动时间的时候系统就会自动替我们调整
目前我们就来看一下怎么在Linux下设置时区,也就是time zone
2. 怎么设置Linux Time Zone
在Linux下glibc提供了我们事先编译好的许多timezone文件, 他们就放在/usr/share/zoneinfo这个目录下,这里基本涵盖了大部分的国家和城市
        代码:
        # ls -F /usr/share/zoneinfo/
Africa/      Chile/   Factory    Iceland      Mexico/   posix/      Universal
America/     CST6CDT  GB         Indian/      Mideast/  posixrules  US/
Antarctica/  Cuba     GB-Eire    Iran         MST       PRC         UTC
Arctic/      EET      GMT        iso3166.tab  MST7MDT   PST8PDT     WET
Asia/        Egypt    GMT0       Israel       Navajo    right/      W-SU
Atlantic/    Eire     GMT-0      Jamaica      NZ        ROC         zone.tab
Australia/   EST      GMT+0      Japan        NZ-CHAT   ROK         Zulu
Brazil/      EST5EDT  Greenwich  Kwajalein    Pacific/  Singapore
Canada/      Etc/     Hongkong   Libya        Poland    Turkey
CET          Europe/  HST        MET          Portugal  UCT
在这里面我们就能找到自己所在城市的time zone文件. 那么如果我们想查看对于每个time zone当前的时间我们能用zdump命令
        代码:
        # zdump Hongkong
Hongkong  Fri Jul  6 06:13:57 2007 HKT
那么我们又怎么来告诉系统我们所在time zone是哪个呢? 方法有非常多,这里举出两种
第一个就是修改/etc/localtime这个文件,这个文件定义了我么所在的local time zone.
我们能在/usr/share/zoneinfo下找到我们的time zone文件然后拷贝去到/etc/localtimezone(或做个symbolic link)
假设我们目前的time zone是BST(也就是英国的夏令时间,UTC+1)
        代码:
        # date
Thu Jul  5 23:33:40 BST 2007
我们想把time zone换成上海所在的时区就能这么做
        代码:
        # ln -sf /usr/share/zoneinfo/posix/Asia/Shanghai /etc/localtime
# date
Fri Jul  6 06:35:52 CST 2007
这样时区就改过来了(注意时间也做了相应的调整)
第二种方法也就设置TZ环境变量的值. 许多程式和命令都会用到这个变量的值. TZ的值能有多种格式,最简单的设置方法就是使用tzselect命令
        代码:
        # tzselect
...
TZ=’America/Los_Angeles’;export TZ
tzselect会让你选择所在的国家和城市(我省略了这些步骤),最后输出相应的TZ变量的值.那么如果你设置了TZ的值之后时区就又会发生变化
        代码:
        # date
Thu Jul  5 15:48:11 PDT 2007
通过这两个例子我们也能发现TZ变量的值会override /etc/localtime.
也就是说当TZ变量没有定义的时候系统才使用/etc/localtime来确定time zone. 所以你想永久修改time
zone的话那么能把TZ变量的设置写入/etc/profile里
好了目前我们知道怎么设置时区了,下面我们就来看看怎么设置Linux的时间吧
3. Real Time Clock(RTC) and System Clock
说道设置时间这里还要明确另外一个概念就是在一台计算机上我们有两个时钟:一个称之为硬件时间时钟(RTC),更有一个称之为系统时钟(System Clock)
硬件时钟是指嵌在主板上的特别的电路, 他的存在就是平时我们关机之后还能计算时间的原因
系统时钟就是操作系统的kernel所用来计算时间的时钟. 他从1970年1月1日00:00:00 UTC时间到目前为止秒数总和的值 在Linux下系统时间在开机的时候会和硬件时间同步(synchronization),之后也就各自独立运行了
那么既然两个时钟独自运行,那么时间久了必然就会产生误差了,下面我们来看一个例子
        代码:
        # date
Fri Jul  6 00:27:13 BST 2007
# hwclock --show
Fri 06 Jul 2007 12:27:17 AM BST  -0.968931 seconds
通过hwclock --show命令我们能查看机器上的硬件时间(always in local time zone), 我们能看到他和系统时间还是有一定的误差的, 那么我们就需要把他们同步
如果我们想要把硬件时间设置成系统时间我们能运行以下命令
        代码:
        # hwclock --hctosys
反之,我们也能把系统时间设置成硬件时间
        代码:
        # hwclock --systohc
那么如果想设置硬件时间我们能开机的时候在BIOS里设定.也能用hwclock命令
        代码:
        # hwclock --set --date="mm/dd/yy hh:mm:ss"
如果想要修改系统时间那么用date命令就最简单了
        代码:
        # date -s "dd/mm/yyyy hh:mm:ss"
目前我们知道了怎么设置系统和硬件的时间. 但问题是如果这两个时间都不准确了怎么办?
那么我们就需要在互连网上找到一个能提供我们准确时间的服务器然后通过一种协议来同步我们的系统时间,那么这个协议就是NTP了.
注意接下去我们所要说的同步就都是指系统时间和网络服务器之间的同步了

4. 设置NTP Server前的准备
其实这个标题应该改为设置"NTP Relay Server"前的准备更加合适.
因为不论我们的计算机设置多好运行时间久了都会产生误差,所以不足以给互连网上的其他服务器做NTP Server.
真正能够精确地测算时间的还是原子钟. 但由于原子钟十分的昂贵,只有少部分组织拥有, 他们连接到计算机之后就成了一台真正的NTP Server.
而我们所要做的就是连接到这些服务器上同步我们系统的时间,然后把我们自己的服务器做成NTP Relay
Server再给互连网或是局域网内的用户提供同步服务
好了,前面讲了一大堆理论,目前我们来动手实践一下吧. 架设一个NTP Relay Server其实非常简单,我们先把需要的RPM包装上
        代码:
        # rpm -ivh ntp-4.2.2p1-5.el5.rpm
那么第一步我们就要找到在互连网上给我们提供同步服务的NTP Server
http://www.pool.ntp.org
是NTP的官方网站,在这上面我们能找到离我们城市最近的NTP Server. NTP建议我们为了保障时间的准确性,最少找两个个NTP Server
那么比如在英国的话就能选择下面两个服务器
0.uk.pool.ntp.org
1.uk.pool.ntp.org
他的一般格式都是number.country.pool.ntp.org
第二步要做的就是在打开NTP服务器之前先和这些服务器做一个同步,使得我们机器的时间尽量接近标准时间. 这里我们能用ntpdate命令
        代码:
        # ntpdate 0.uk.pool.ntp.org
6 Jul 01:21:49 ntpdate[4528]: step time server 213.222.193.35 offset -38908.575181 sec
# ntpdate 0.pool.ntp.org
6 Jul 01:21:56 ntpdate[4530]: adjust time server 213.222.193.35 offset -0.000065 sec
如果你的时间差的非常离谱的话第一次会看到调整的幅度比较大,所以保险起见能运行两次. 那么为什么在打开NTP服务之前先要手动运行同步呢?
1. 因为根据NTP的设置,如果你的系统时间比正确时间要快的话那么NTP是不会帮你调整的,所以要么你把时间设置回去,要么先做一个手动同步
2. 当你的时间设置和NTP服务器的时间相差非常大的时候,NTP会花上较长一段时间进行调整.所以手动同步能减少这段时间
5. 设置和运行NTP Server
目前我们就来创建NTP的设置文件了, 他就是/etc/ntp.conf. 我们只需要加入上面的NTP Server和一个driftfile就能了
        代码:
        # vi /etc/ntp.conf
server 0.uk.pool.ntp.org
server 1.uk.pool.ntp.org
driftfile /var/lib/ntp/ntp.drift
非常的简单. 接下来我们就启动NTP Server,并且设置其在开机后自动运行
        代码:
        # /etc/init.d/ntpd/start
# chkconfig --level 35 ntpd on
6. 查看NTP服务的运行状况
目前我们已启动了NTP的服务,不过我们的系统时间到底和服务器同步了没有呢? 为此NTP提供了一个非常好的查看工具: ntpq (NTP query)
我建议大家在打开NTP服务器后就能运行ntpq命令来监测服务器的运行.这里我们能使用watch命令来查看一段时间内服务器各项数值的变化
        代码:
        # watch ntpq -p
Every 2.0s: ntpq -p                                  Sat Jul  7 00:41:45 2007
     remote           refid      st t when poll reach   delay   offset  jitter
==============================================================================
+193.60.199.75   193.62.22.98     2 u   52   64  377    8.578   10.203 289.032
*mozart.musicbox 192.5.41.41      2 u   54   64  377   19.301  -60.218 292.411
目前我就来解释一下其中的含义
remote: 他指的就是本地机器所连接的远程NTP服务器
refid: 他指的是给远程服务器(e.g. 193.60.199.75)提供时间同步的服务器
st: 远程服务器的级别. 由于NTP是层型结构,有顶端的服务器,多层的Relay Server再到客户端. 所以服务器从高到低级别能设定为1-16. 为了减缓负荷和网络堵塞,原则上应该避免直接连接到级别为1的服务器的.
t: 这个.....我也不知道啥意思^_^
when: 我个人把他理解为一个计时器用来告诉我们更有多久本地机器就需要和远程服务器进行一次时间同步
poll: 本地机和远程服务器多少时间进行一次同步(单位为秒). 在一开始运行NTP的时候这个poll值会比较小,那样和服务器同步的频率也就增加了,能尽快调整到正确的时间范围.之后poll值会逐渐增大,同步的频率也就会相应减小
reach: 这是个八进制值,用来测试能否和服务器连接.每成功连接一次他的值就会增加
delay: 从本地机发送同步需求到服务器的round trip time
offset: 这是个最关键的值, 他告诉了我们本地机和服务器之间的时间差别. offset越接近于0,我们就和服务器的时间越接近
jitter: 这是个用来做统计的值. 他统计了在特定个连续的连接数里offset的分布情况. 简单地说这个数值的绝对值越小我们和服务器的时间就越精确
那么大家细心的话就会发现两个问题: 第一我们连接的是0.uk.pool.ntp.org为什么和remote server不相同? 第二那个最前面的+和*都是什么意思呢?
第一个问题不难理解,因为NTP提供给我们的是个cluster server所以每次连接的得到的服务器都有可能是不相同.同样这也告诉我们了在指定NTP Server的时候应该使用hostname而不是IP
第二个问题和第一个相关,既然有这么多的服务器就是为了在发生问题的时候其他的服务器还能正常地给我们提供服务.那么怎么知道这些服务器的状态呢? 这就是第一个记号会告诉我们的信息
*
他告诉我们远端的服务器已被确认为我们的主NTP Server,我们系统的时间将由这台机器所提供
+
他将作为辅助的NTP Server和带有*号的服务器一起为我们提供同步服务. 当*号服务器不可用时他就能接管
-
远程服务器被clustering algorithm认为是不合格的NTP Server
x
远程服务器不可用
了解这些之后我们就能实时监测我们系统的时间同步状况了

7. NTP安全设置
运行一个NTP Server不必占用非常多的系统资源,所以也不用专门设置独立的服务器,就能给许多client提供时间同步服务, 不过一些基本的安全设置还是非常有必要的
那么这里一个非常简单的思路就是第一我们只允许局域网内一部分的用户连接到我们的服务器. 第二个就是这些client不能修改我们服务器上的时间
在/etc/ntp.conf文件中我们能用restrict关键字来设置上面的需求
首先我们对于默认的client拒绝所有的操作
        代码:
        restrict default kod nomodify notrap nopeer noquery
然后允许本机地址一切的操作
        代码:
        restrict 127.0.0.1
最后我们允许局域网内所有client连接到这台服务器同步时间.不过拒绝让他们修改服务器上的时间
        代码:
        restrict 192.168.1.0 mask 255.255.255.0 nomodify
把这三条加入到/etc/ntp.conf中就完成了我们的简单设置. NTP还能用key来做authenticaiton,这里就不周详介绍了
8. NTP client的设置
做到这里我们已有了一台自己的Relay
Server.如果我们想让局域网内的其他client都进行时间同步的话那么我们就都应该照样再搭建一台Relay
Server,然后把所有的client都指向这两台服务器(注意不要把所有的client都指向Internet上的服务器).
只要在client的ntp.conf加上这你自己的服务器就能了
        代码:
        server ntp1.leonard.com
server ntp2.leonard.com

9. 一些补充和拾遗
1. 设置文件中的driftfile是什么?
我们每一个system clock的频率都有小小的误差,这个就是为什么机器运行一段时间后会不精确.
NTP会自动来监测我们时钟的误差值并予以调整.但问题是这是个冗长的过程,所以他会把记录下来的误差先写入driftfile.这样即使你重新开机以
后之前的计算结果也就不会丢失了
2. 怎么同步硬件时钟?
NTP一般只会同步system clock. 不过如果我们也要同步RTC的话那么只需要把下面的选项打开就能了
        代码:
        # vi /etc/sysconfig/ntpd
SYNC_HWCLOCK=yes
10. 参考资料
1.
http://www.freebsd.org/cgi/man.cgi?q...conf&sektion=5

不知为什么Redhat没有ntp.conf的man page.费了好大劲才从FreeBSD上找到了.
2.
http://www.eecis.udel.edu/~mills/ntp/html/index.html
官方的NTP文件
3.
http://tldp.org/HOWTO/TimePrecision-HOWTO/index.html
The Linux Documentation Project上的NTP HOWTO
4.
www.pool.ntp.org/
全球NTP服务器提供站 cn.pool.ntp.org中国