聊聊闰秒

本文于2017-12-21首发于小米运维公众号，为本人原创；

本篇文章详细讲解了闰秒的出现，导致的问题以及解决方案，附带闰秒模拟实验，可供大家参考。本篇旨在较深入了解ntp和闰秒，通过几个小实验来窥探闰秒一角，在文末提供了几个链接，可做进一步参考。如果有错漏，欢迎指正。

闰秒虽然并不经常出现，但对于有很多服务器的互联网公司而言，每次都会带来各种故障，影响服务稳定性。关于闰秒平滑过渡，阿里和谷歌都已有较为成熟的方案，并提供了公共NTP地址方便大家同步。但中型以上互联网公司，还是需要有自己的内网跳秒能力，以免依赖访问外网，带来不确定性的的故障。

闰秒介绍

闰秒是在协调世界时（UTC）中增加或减少一秒，使它与平太阳时贴近所做的调整。 

1982年1月1日，国际电讯联盟（UIT）决定以UTC（协调世界时间）取代GMT，以修正由于地球在轴心上自转，故全年每天时长并不一样的世界时间。按国际惯例，UTC等同GMT，但它们的量度时间的方式不同∶ GMT从中午起量度，而UTC则由午夜起量度。UTC是法律上依据的世界时间。 UTC本身衍生自国际原子时（TAI），UTC与TAI的差距仅以整数秒计，现为32。加上闰秒的建议由国际地球自转服务提出，以确保历年来太阳平均在12:00:00 UTC至0.9秒之内经过格林尼治子午线。

上面有几个时间，看起来很晕，自己的理解。

TAI    原子时，是200台原子钟的表现时间。不会因自然环境影响。 GMT  在格林尼治子午线上的平太阳时。会因为自转等自然环境出现偏差。 UTC   叫协调世界时，起一个协调作用，综合原子时，GMT，然后各种精密计算的出来的一个时间。国内时间是UTC +8。 当这个各种精密计算出来的时间误差值超过0.9的时候，就有了闰秒。 闰秒为啥不废除争议了很久，世界无线电会议在2015年11月决议继续沿用闰秒，2023年再行商讨。这时候在提一个GPS时间，万一没有了闰秒，这个GPS时间可能就是大家的以后的时间了，这个是由GPS地面控制站和GPS本身的卫星原子钟决定的时间，在1980年一月六日的时候开始，从1980年后没有做闰秒插入处理。也就是多了18s。

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如果没有闰秒，在N个五千年左右，就会出现凌晨十二点的日出的景象。

闰秒的信息由公布在这个网站：

https://hpiers.obspm.fr/eoppc/bul/bulc/

NTP的数据报文格式我们看一眼：

图片

其中注意的一个地方是LI，闰秒标记位，二进制以及代表意义如下

wireshark抓包看一眼：

NTP报文

遇到的问题

闰秒时，运行java程序的服务器load值升高，机器无法提供服务。导致上层服务不可用，间接性大规模服务可用性故障。

处理闰秒

（运行NTP or chrony的系统）

观察闰秒 通过模拟闰秒复现故障 通过重置时钟频率消除闰秒标记 通过-x方式忽略闰秒

使用软件：ntp-4.2.8p9-1.el6.x86_64 操作系统：Centos 6.3 闰秒前一天，NTP服务器会通知其客户端第二天发生闰秒。如果北京时间2018.1.1 日八点发生闰秒，则在2017.12.31 八点左右收到上一级的通知，闰秒标记位已经插入。 可以通过该命令进行检查是否对发出闰秒标记位。 [root@test tmp]# ntpq -c "lassoc" -c "mrv &1 &999 leap,srcadr,stratum"

当看到leap=01的时候，闰秒即将发生。 通过该命令验证闰秒标记位已经被设置： [root@test tmp]# ntptime |egrep 'INS|DEL'

闰秒出现（俩59）：

闰秒复现：

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服务A作为顶级源提供ntp服务，进行闰秒下发。在服务A 

//获取最近一次闰秒，北京时间 2017.1.1 8:00
Wget https://hpiers.obspm.fr/eoppc/bul/bulc/ntp/leap-seconds.list
//拷贝到一个目录下
cp leap-second.list /var/lib/ntp/leap-seconds.list
//编辑ntp配置文件
Vim /etc/ntp.conf
driftfile /var/lib/ntp/drift
restrict default kod nomodify notrap nopeer
leapfile /var/lib/ntp/leap-seconds.list
server 127.127.1.0
fudge 127.127.1.0 stratum 0
//这时候可以把时间调整到闰秒前，如果想观察闰秒前一天下发的情况可以把时间调整到2016.12.31 7:00
date -s "20161231 7:00:00"
//设置硬件时间依赖系统时间
hwclock –systohc
//启动ntp服务
service ntpd start

这时候看/var/log/message 会有一个闰秒文件加载成功的提示。 大约三到四次poll循环后即可提供服务。 服务器B和服务器C作为二级ntp服务器。配置如下：

Vim /etc/ntp.conf
driftfile /var/lib/ntp/drift
server 服务器A的ip

这时候等服务器A服务起来后，ntpdate 服务器A的ip，时间保持一致后，启动ntp服务

Service ntpd start

大约在八点左右即可在/var/log/message观察到闰秒已经下发的标记。

业务服务器配置：

Vim /etc/ntp.conf
driftfile /var/lib/ntp/drift
server 服务器B的ip
server 服务器C的ip

这时候可以等到时间2017.1.1 7:59开始观察闰秒。

这个时间比较长，要等一天。可以把整体的测试时调整到闰秒发生前半个小时进行观察。

如何清除闰秒 关于清除闰秒的两种方式，可以通过重置时钟频率在服务器A消除闰秒标记，也可以通过-x方式在服务器B和服务器C 进行忽略闰秒操作。可以根据不同的架构作出相应的调整。

方案一： 检测到闰秒标记已经下发后， 在服务器A 测试时需要注释掉/etc/ntp.conf 里的闰秒文件

Service ntpd stop
ntptime -s 0 -f 0 //重置内核状态和频率
service ntpd start

等同步完成后服务器BC上便没有了闰秒标记。

方案二：

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闰秒发生前25小时， 在服务器B

[root@c3-cnc-lvs02-offline ~]# cat /etc/sysconfig/ntpd
# Drop root to id 'ntp:ntp' by default.
OPTIONS="-u ntp:ntp -p /var/run/ntpd.pid -x -g" SYNC_HWCLOCK=yes

服务器A做下发闰秒操作，服务器B ntp以-x方式启动后，服务器BC均不会接受闰秒标记，大约需要33min左右完成追秒。

关于ntpd调整方式总结如下：

优雅的模拟各种闰秒

NTPD 4.2.8版本可在ntp.conf中配置leapfile /etc/leap-seconds.list，NTPD进程会从leap-seconds.list文件中读取最近一次闰秒时间并在内核中插入闰秒标记 生成能够被NTPD进程读取和校验的leap-seconds.list文件：

1、获取官方提供的校验工具

wget https://hpiers.obspm.fr/eoppc/bul/bulc/ntp/sources/all_files.tar

2、获取最近一次的leap-seconds.list文件

tar –xf all_files.tar && make clean;make
wget https://hpiers.obspm.fr/eoppc/bul/bulc/ntp/leap-seconds.list

3、修改leap-seconds.list文件（假设在2018年1月1日凌晨0:00进行闰秒）

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在最近一次闰秒时间后插入我们需要模拟的日期

3723753600      38      # 1 Jan 2018 修改文件中#$ 字段后的时间戳（最后一次更新该文件的日期，可不修改） 修改文件中#@字段后的时间戳（该文件的过期时间，可修改为模拟闰秒日期半年后的时间戳

4、 ./sha-leapsec < leap-seconds.list

将leap-seconds.list文件中#h 字段后的16进制hash值修改为以上标准输入的hash值，再次运行以上命令

5、闰秒文件生成成功

6、将该文件拷贝至ntp.conf配置的路径下leapfile /etc/leap-seconds.list，重启NTPD服务

7、闰秒标记插入成功

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参考资料

https://hpiers.obspm.fr/eoppc/bul/bulc/ntp/sources/README http://www.cnblogs.com/muahao/p/6978879.html https://access.redhat.com/zh_CN/node/1422013