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Linux 时间操作及其同步

本文将以 Arch Linux 为例，讨论 Linux 的时间操作和同步方法。

本文围绕 Linux 的时间将 ArchWiki 上 System time 页面的部分内容做简化，并整理其他文章作为补充，简化理论性，增强可操作性。

概述

操作系统的时间 (clock) 由三或四部分决定：

  • 时间值；
  • 是否为 UTC 时间；
  • 时区；
  • （如果有）夏令时。

而操作系统的时间一般有两种：硬件时间和系统时间。

硬件时间

硬件时间 (也即真实时间 (Real Time Clock, RTC) 或 CMOS 时钟) 一般只存储时间值，直至 2016 年后 UEFI 硬件支持对时区和夏令时的存储。

系统时间

系统时间 (也即软件时间) 可以追踪时间值、时区以及可能存在的夏令时。系统时间由 Linux 内核计算，时间值为 UTC+0 下自 1970 年 1 月 1 日午夜至今的秒数——可以在 time.is 网站查询得到。

尤其需要注意的是：操作系统完全启动后，系统时间与硬件时间是独立的。

读取

状态

Linux 的时间状态可由 timedatectl 或 timedatectl status 命令获取。输出类似于：

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               Local time: Sun 2022-02-27 12:52:24 UTC
           Universal time: Sun 2022-02-27 12:52:24 UTC
                 RTC time: n/a
                Time zone: UTC (UTC, +0000)
System clock synchronized: yes
              NTP service: active
          RTC in local TZ: no

我们可以得知：

  • 本地时间值和 UTC 时间值均为 Sun 2022-02-27 12:52:24 UTC；
  • 硬件时间不存在；
  • 时区为 UTC (UTC+0)；
  • 已经开启系统时间同步。

硬件时间

上方的示例中硬件时间 (RTC time) 显示为“n/a”，也就是不存在。在一部存在硬件时间的 Linux 设备上，可以执行 hwclock --show 查看硬件时间：

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$ hwclock --show
2022-02-27 21:14:16.129670+08:00

比 timedatectl 更进一步的是，hwclock 可以显示有关硬件时间的更详细信息：

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$ hwclock --verbose
hwclock from util-linux 2.34
System Time: 1645967662.035542
Trying to open: /dev/rtc0
Using the rtc interface to the clock.
Assuming hardware clock is kept in UTC time.
Waiting for clock tick...
...got clock tick
Time read from Hardware Clock: 2022/02/27 13:14:24
Hw clock time : 2022/02/27 13:14:24 = 1645967664 seconds since 1969
Time since last adjustment is 1645967664 seconds
Calculated Hardware Clock drift is 0.000000 seconds
2022-02-27 21:14:23.020178+08:00

对此输出不再作进一步介绍。

设置

硬件时间（与系统时间一致）

我们一般很少手动设置硬件时间。若要设置，可以使其与系统时间保持一致：

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sudo hwclock --systohc

这会新建或更新 /etc/adjtime 的内容，示例如下：

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$ cat /etc/adjtime
0.000000 1645969156 0.000000
1645969156
LOCAL

系统时间

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sudo timedatectl set-time "yyyy-MM-dd hh:mm:ss"

例如：

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sudo timedatectl set-time "2014-05-26 11:13:54"

时区

设置时区前，先需要知道可用的时区：

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timedatectl list-timezones

其中有“Asia/Shanghai”，可将时区设置为此：

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sudo timedatectl set-timezone Asia/Shanghai

同步

此处提到的同步指的是系统时间与其他服务器提供的时间同步。以下提供两种方式。

systemd-timesyncd 服务

配置

首先启用该服务，执行 systemctl start systemd-timesyncd。可以选择加入自启动项。

打开 /etc/systemd/timesyncd.conf 文件，其中的内容可能如下：

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[Time]
#NTP=
#FallbackNTP=0.arch.pool.ntp.org 1.arch.pool.ntp.org 2.arch.pool.ntp.org 3.arch.pool.ntp.org
#RootDistanceMaxSec=5
#PollIntervalMinSec=32
#PollIntervalMaxSec=2048
#SaveIntervalSec=60

删去前两行的注释记号，并作如下修改：

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NTP=0.cn.pool.ntp.org 1.cn.pool.ntp.org 2.cn.pool.ntp.org 3.cn.pool.ntp.org
FallbackNTP=0.arch.pool.ntp.org 1.arch.pool.ntp.org 2.arch.pool.ntp.org 3.arch.pool.ntp.org

若要验证配置，执行 timedatectl show-timesync --all。一般输出类似于：

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LinkNTPServers=
SystemNTPServers=
FallbackNTPServers=0.arch.pool.ntp.org 1.arch.pool.ntp.org 2.arch.pool.ntp.org 3.arch.pool.ntp.org
ServerName=0.arch.pool.ntp.org
ServerAddress=103.47.76.177
RootDistanceMaxUSec=5s
PollIntervalMinUSec=32s
PollIntervalMaxUSec=34min 8s
PollIntervalUSec=1min 4s
NTPMessage={ Leap=0, Version=4, Mode=4, Stratum=2, Precision=-21, RootDelay=177.398ms, RootDispersion=142.196ms, Reference=C342F10A, OriginateTimestamp=Mon 2018-07-16 13:53:43 +08, ReceiveTimestamp=Mon 2018-07-16 13:53:43 +08, TransmitTimestamp=Mon 2018-07-16 13:53:43 +08, DestinationTimestamp=Mon 2018-07-16 13:53:43 +08, Ignored=no PacketCount=1, Jitter=0 }
Frequency=22520548

但若出现类似如下的输出：

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LinkNTPServers=
SystemNTPServers=0.cn.pool.ntp.org 1.cn.pool.ntp.org 2.cn.pool.ntp.org 3.cn.pool.ntp.org
FallbackNTPServers=0.pool.ntp.org 1.pool.ntp.org 2.arch.pool.ntp.org 3.arch.pool.ntp.org
ServerName=
ServerAddress=
RootDistanceMaxUSec=5s
PollIntervalMinUSec=32s
PollIntervalMaxUSec=34min 8s
PollIntervalUSec=0
Frequency=0

请跳过本小节，跳转至 chrony。

生效

若要使配置生效，执行 timedatectl set-ntp true。

同步过程需要持续一段时间。若要检查同步状态，执行 timedatectl status。输出类似于：

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               Local time: Thu 2015-07-09 18:21:33 CEST
           Universal time: Thu 2015-07-09 16:21:33 UTC
                 RTC time: Thu 2015-07-09 16:21:33
                Time zone: Europe/Amsterdam (CEST, +0200)
System clock synchronized: yes
              NTP service: active
          RTC in local TZ: no

若要查看详细信息，执行 timedatectl timesync-status。输出类似于：

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       Server: 103.47.76.177 (0.arch.pool.ntp.org)
Poll interval: 2min 8s (min: 32s; max 34min 8s)
         Leap: normal
      Version: 4
      Stratum: 2
    Reference: C342F10A
    Precision: 1us (-21)
Root distance: 231.856ms (max: 5s)
       Offset: -19.428ms
        Delay: 36.717ms
       Jitter: 7.343ms
 Packet count: 2
    Frequency: +267.747ppm

chrony

chrony 是一个漫游友好型、且专为非所有时间在线的系统设计的程序，可以用以同步系统时间。

安装

大部分软件管理器中均有该软件包。执行：

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sudo pacman -S chrony

这将在 /usr/bin 下放置 chrony 的两个可执行文件 chronyc 和 chronyd，分别作为客户端和服务端（保护进程）。

也可以在官网中查阅其他安装方式。

配置

配置文件一般为 /etc/chrony.conf 或 /etc/chrony/chrony.conf。

打开配置文件，做如下更改：

  • 定位到 pool 配置项，修改其后的服务器地址为 0.cn.pool.ntp.org；
  • 定位到 makestep 配置项，根据需求修改；
    • 第一个数字：进行“时间跳跃”的阈值——同步时若系统时间与服务器返回结果相差在阈值内，则程序会逐渐调整当前系统时间；反之则会直接将系统时间设为正确时间（注意：“时间跳跃”可能会对其他程序造成负面影响，不宜将此值调至过小）；
    • 第二个数字：可进行时间调整的范围——设置为 n 表示仅前 n 次时间更新过程可发生这种调整。
  • 定位到 logdir 配置项，删去配置记号；
  • 定位到 rtcsync 配置项，删去注释记号。

生效

启用该服务，执行 systemctl start chronyd。可以选择加入自启动项。重启，读取系统时间检查：

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               Local time: Sun 2022-02-27 23:16:28 CST
           Universal time: Sun 2022-02-27 15:16:28 UTC
                 RTC time: n/a
                Time zone: Asia/Shanghai (CST, +0800)
System clock synchronized: yes
              NTP service: active
          RTC in local TZ: no

观察到“System clock synchronized”栏的输出是“yes”。

若要立刻更改系统时间，执行 chronyc makestep。

参考

Linux 时间操作及其同步

https://blog.tamako.work/techdev/linux-time-operations-and-sync/

Posted on

2022-02-27

Updated on

2022-02-27

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