系统时间与硬件时间

1. “系统时间”与“硬件时间”
    系统时间: 一般说来就是我们执行 date 命令看到的时间，linux系统下所有的时间调用（除了直接访问硬件时间的命令）都是使用的这个时间。
    硬件时间: 主板上BIOS中的时间，由主板电池供电来维持运行，系统开机时要读取这个时间，并根据它来设定系统时间（注意：系统启动时根据硬件时间设定系统时间的过程可能存在时区换算，这要视具体的系统及相关设置而定）。
2. “UTC时间”与“本地时间”
    UTC时间：Coordinated Universal 8 e2 i( H7 t0 ^/ ^Time 世界协调时间（又称世界标准时间、世界统一时间），在一般精度要求下，它与GMT（Greenwich Mean Time，格林威治标准时间）是一样的，其实也就是说 GMT≈UTC，但 UTC 是以原子钟校准的，更精确。
    本地时间：由于处在不同的时区，本地时间一般与UTC是不同的，换算方法就是

本地时间 = UTC + 时区   或   UTC = 本地时间 – 时区

    时区东为正，西为负，例如在中国，本地时间都使用北京时间，在linux上显示就是 CST（China Standard Time，中国标准时，注意美国的中部标准时Central Standard Time也缩写为CST，与这里的CST不是一回事！），时区为东八区，也就是 +8 区，所以 CST=UTC+(+8小时) 或 UTC=CST-(+8小时)。

二、时间命令
1. 系统时间 date
   直接调用 date，得到的是本地时间。如果想得到UTC时间的话，使用 date -u。

[12-01 19:07> ~]$ date
2009年 12月 07日 星期一 14:22:20 CST
[12-01 19:07> ~]$ date -u
2009年 12月 07日 星期一 06:22:22 UTC

2. 硬件时间 /sbin/hwclock
   直接调用 /sbin/hwclock 显示的时间就是 BIOS 中的时间吗？未必！这要看 /etc/sysconfig/clock 中是否启用了UTC，如果启用了UTC（UTC=true），显示的其实是经过时区换算的时间而不是BIOS中真正的时间，如果加上 –localtime 选项，则得到的总是 BIOS 中实际的时间.

[12-01 19:07> ~]# hwclock
2009年12月07日 星期一 14时28分43秒  -0.611463 seconds
[12-01 19:07> ~]# hwclock –utc
2009年12月07日 星期一 14时28分46秒  -0.594189 seconds
[12-01 19:07> ~]# hwclock –localtime
2009年12月07日 星期一 06时28分50秒  -0.063875 seconds

3. /etc/localtime
   这个文件用来设置系统的时区，将 /usr/share/zoneinfo/ 中相应文件拷贝到/etc下并重命名为 localtime 即可修改时区设置，而且这种修改对 date 命令是及时生效的。不论是 date 还是 hwclock 都会用到这个文件，会根据这个文件的时区设置来进行UTC和本地之间之间的换算。
4. /etc/sysconfig/clock
   这个文件只对 hwclock 有效，而且似乎是只在系统启动和关闭的时候才有用，比如修改了其中的 UTC=true 到 UTC=false 的前后，执行 hwclock (–utc, 或 –localtime) 都没有变化，要重启系统后才生效。注：如果设置 UTC=false 并重启系统后,执行一些命令结果如下：

date                 2009年 12月 07日 星期一 19:26:29 CST
date -u              2009年 12月 07日 星期一 11:26:29 UTC
hwclock              2009年12月07日 星期一 19时26分30秒  -0.442668 seconds
hwclock –utc        2009年12月08日 星期二 03时26分31秒  -0.999091 seconds
hwclock –localtime  2009年12月07日 星期一 19时26分32秒  -0.999217 seconds

可见，如果不使用UTC，BIOS时间（红色部分）就是系统本地时间，而且注意这时执行 hwclock –utc 得到的结果没有任何意义，因为这里我们已经禁用了UTC，而且也明显不符合“本地时间=UTC+时区”的关系。

三、linux与windows双系统间的时间同步
    系统启动和关闭时，硬件时间与系统时间之间的同步有两种方式(假设在中国，用CST代表本地时间)：

方式A: 使用UTC（对linux就是 /etc/sysconfig/clock 中 UTC=true）
       开机: BIOS–––––—->UTC（将BIOS中的时间看成是UTC）——(时区变化)—–>CST
    关机: CST ——-(时区变化)—–>UTC——-存储到——>BIOS

方式B: 不使用UTC（对linux就是 /etc/sysconfig/clock 中 UTC=false）
       开机: BIOS–––––——————>CST（将BIOS中的时间看成是CST）
    关机: CST ———存储到——>BIOS

通过设定 /etc/sysconfig/clock，linux可以支持这两种方式，然而windows只支持方式B（至少是默认支持B，而我不知道怎么能让它支持A），那么在双系统情况下，如果linux设成A方式，那么在linux与windows系统切换时一定会造成时间混乱的，解决办法就是将linux中的UTC禁用，也设成B方式就可以了。

注：可以通过 hwclock –hctosys 来利用硬件时间来设置系统时间（注意不是简单的复制BIOS中的时间为系统时间，要看是否使用UTC，如果使用的话则要做时区换算），通过 hwclock –systohc 来根据系统时间设置硬件时间（也要看是否启用UTC来决定是否做时区换算）。总之，不论使用 –systohc 还是 –hctosys，同步后直接运行不带参数的 hwclock 得到的时间与直接运行 date 得到的时间应该一致，这个时间是否就是BIOS中的时间（hwclock –localtime)那就不一定了，如果启用了UTC就不是，没启用UTC就是。
而且好要注意：在系统中手动使用 hwclock hwclock –set –date='yyyy-mm-dd' 来设置BIOS时间只在系统运行时有效，因为当系统关闭时，还会按设定好的方式根据系统时间来重设BIOS时间的，于是手动的设置便被覆盖掉了。

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Linux的时间设置与同步 (NTP)

Network Time Protocol (NTP) 也是RHCE新增的考试要求. 学习的时候也顺便复习了一下如何设置Linux的时间,现在拿出来和大家分享设置NTP服务器不难但是NTP本身是一个很复杂的协议. 这里只是简要地介绍一下实践方法和上次一样,下面的实验都在RHEL5上运行 1. 时间和时区 如果有人问你说现在几点? 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,但是如果问你的这个人在欧洲的话那么你的回答就会让他很疑惑,因为他那里还太阳当空呢. 这里就有产生了一个如何定义时间的问题. 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一样的.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. 所以我们可以把时间的定义理解为一个时间的值加上所在地的时区(注意这个所在地可以精确到城市) 地理课上我们都学过格林威治时间(GMT), 它也就是0时区时间. 但是我们在计算机中经常看到的是UTC. 它是Coordinated Universal Time的简写. 虽然可以认为UTC和GMT的值相等(误差相当之小),但是UTC已经被认定为是国际标准,所以我们都应该遵守标准只使用UTC 那么假如现在中国当地的时间是晚上8点的话,我们可以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,不管通过任何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(因为它不知道你在哪里).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,很多国家都有夏令时(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,当需要改变时间的时候系统就会自动替我们调整 现在我们就来看一下如何在Linux下设置时区,也就是time zone 2. 如何设置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在这里面我们就可以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当前的时间我们可以用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? 方法有很多,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. 我们可以在/usr/share/zoneinfo下找到我们的time zone文件然后拷贝去到/etc/localtimezone(或者做个symbolic link) 假设我们现在的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可以这么做 
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. 许多程序和命令都会用到这个变量的值. TZ的值可以有多种格式,最简单的设置方法就是使用tzselect命令 
代码:
# tzselect
…
TZ='America/Los_Angeles';export TZtzselect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可以发现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的话那么可以把TZ变量的设置写入/etc/profile里 好了现在我们知道怎么设置时区了,下面我们就来看看如何设置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),还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殊的电路, 它的存在就是平时我们关机之后还可以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. 它从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命令我们可以查看机器上的硬件时间(always in local time zone), 我们可以看到它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可以运行以下命令 
代码:
# hwclock –hctosys反之,我们也可以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可以开机的时候在BIOS里设定.也可以用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"现在我们知道了如何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联网上找到一个可以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配置多好运行时间久了都会产生误差,所以不足以给互联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再给互联网或者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,现在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联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,在这上面我们可以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可以选择下面两个服务器 0.uk.pool.ntp.org 1.uk.pool.ntp.org 它的一般格式都是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. 这里我们可以用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假如你的时间差的很离谱的话第一次会看到调整的幅度比较大,所以保险起见可以运行两次. 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服务器的时间相差很大的时候,NTP会花上较长一段时间进行调整.所以手动同步可以减少这段时间 5. 配置和运行NTP Server 现在我们就来创建NTP的配置文件了, 它就是/etc/ntp.conf. 我们只需要加入上面的NTP Server和一个driftfile就可以了 
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 on6. 查看NTP服务的运行状况 现在我们已经启动了NTP的服务,但是我们的系统时间到底和服务器同步了没有呢? 为此NTP提供了一个很好的查看工具: ntpq (NTP query) 我建议大家在打开NTP服务器后就可以运行ntpq命令来监测服务器的运行.这里我们可以使用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现在我就来解释一下其中的含义 remote: 它指的就是本地机器所连接的远程NTP服务器 refid: 它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可以设定为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: 我个人把它理解为一个计时器用来告诉我们还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,可以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: 这是一个八进制值,用来测试能否和服务器连接.每成功连接一次它的值就会增加 delay: 从本地机发送同步要求到服务器的round trip time offset: 这是个最关键的值, 它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: 这是一个用来做统计的值. 它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不一样? 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提供给我们的是一个cluster server所以每次连接的得到的服务器都有可能是不一样.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可以正常地给我们提供服务.那么如何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 * 它告诉我们远端的服务器已经被确认为我们的主NTP Server,我们系统的时间将由这台机器所提供 + 它将作为辅助的NTP Server和带有*号的服务器一起为我们提供同步服务. 当*号服务器不可用时它就可以接管 – 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可以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不需要占用很多的系统资源,所以也不用专门配置独立的服务器,就可以给许多client提供时间同步服务, 但是一些基本的安全设置还是很有必要的那么这里一个很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文件中我们可以用restrict关键字来配置上面的要求 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.但是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配置. NTP还可以用key来做authenticaiton,这里就不详细介绍了 8. NTP client的设置 做到这里我们已经有了一台自己的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可以了 
代码:
server ntp1.leonard.com
server ntp2.leonard.com9. 一些补充和拾遗 1. 配置文件中的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.但问题是这是一个冗长的过程,所以它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. 如何同步硬件时钟? NTP一般只会同步system clock. 但是如果我们也要同步RTC的话那么只需要把下面的选项打开就可以了