Chrony的基本原理

介绍

（1）Chrony是一个用于计算机系统时钟同步的程序。它使用网络时间协议NTP来与远程时间服务器通信，根据这些服务器提供的时间信息来调整系统时钟。Chrony具有高精度，可配置，易使用等特点。

（2）同时，Chrony服务提供双向通信的能力，代表着它既可以作为客户端去外部时钟源获取时间到本地，也可以作为服务器将本地的时钟信息发送给其他服务器。

（3）有两个主要的程序chronyd和chronyc

chronyd：后台运行的守护进程，用于调整内核中运行的系统时钟和时钟服务器同步。它确定计算机增减时间的比率，并对此进行补偿

chronyc：命令行用户工具，用于监控性能并进行多样化的配置。它可以在chronyd实例控制的计算机上工作，也可在一台不同的远程计算机上工作

2.概念

(1) 系统时钟和硬件时钟

系统时钟是指操作系统中用于记录时间的计数器，它通常以固定频率递增。硬件时钟是指计算机硬件上的实际时钟设备，一般是在主板上由电池供电的实时时钟芯片。当计算机启动时，操作系统会从硬件时钟读取当前时间，并将其作为系统启动时间。

(2) NTP协议

NTP协议是一种用于网络时间同步的协议。它通过在计算机之间传递精确的时间信息来使它们保持同步。

(3) NTP网络架构

Stratum 0 是高精度的计时设备，例如原子钟（如铯、铷）、GPS/北斗卫星等，它们生成非常精确的脉冲秒信号，触发所连接计算机上的中断和时间戳，它们也称为参考 (基准) 时钟。本身不具属于 NTP。

stratum 1 的设备直接与 stratum 0 连接，误差一般在几微秒，stratum 1 的服务器也可与其他 stratum 1 服务器对等连接。在 stratum 1 的服务器也被称为主时间服务器。

stratum 2 服务器（二级时间服务器）与 stratum 1 服务器连接并同步，stratum 2 的服务器可查询多个 stratum 1 的服务器，也可与其他 stratum 2 的服务器对等连接，从而互相同步。

stratum 3 的服务器与 stratum 2 的服务器同步，同步原理与 stratum 2 相同并为下一层提供时间同步，以此类推。

(4) 工作模式

a.单播客户端/服务器(client/server)

b.对称模式

对称模式也成为对等体模式

c.广播模式（broadcast）

广播服务器向广播地址发送报文，客户端接收报文。

d.组播模式（multicast）

组播服务器向组播地址发送报文，客户端接收报文

Chrony的工作原理

1.选择时钟源

Chrony能够自动选择最优的NTP服务器进行时间同步。它通过查询NTP服务器列表，选择误差最小的服务器进行同步。同时，Chrony还会对服务器进行分级，对于不同误差级别的服务器使用不同的权重进行选择

2.测量延迟和偏差

一旦选择了时间源,Chrony将开始与该时钟源进行通信。它通过发送NTP请求并接受响应来测量网络延迟和时钟偏差。

一次NTP请求的过程

延迟计算

delay = (t4-t1) - (t3-t2)

偏移时间差计算

offset = $\frac{(t2-t1)+)(t3-t4)}{2}$

推算过程

$\begin{Bmatrix} t2 = t1 + offset + \frac{delay}{2} \\ t4 = t3 - offset + \frac{delay}{2} \\ \end{Bmatrix}$

3.计算时钟校正

通过对多次测量的结果进行统计分析，Chrony可以计算出系统时钟相对于时钟源的校正值。这个校正值代表系统时钟应该被调整的大小和方向

4.调整系统时钟

最后，Chrony将使用计算得到的校正值来调整系统时钟。它会逐渐的改变系统时钟的频率和速度，使其接近正确时间。这种渐进式调整有助于避免系统时钟的剧烈跳动。Chrony使用一种时钟滤波器的算法来进行同步。时钟滤波器的主要思想是，通过对时间样本进行加权平均来消除异常的时间测量值，从而提高时间同步的准确性。Chrony会根据测量延迟的大小为每个时间样本分配权重，然后使用加权平均的方式计算偏差。

配置

maxchange 1000 1 2 第一个值表示在主时钟源可用的情况下的最大变化量，第二个值表示在某些时钟源不可用的情况下的最大变化量，第三个值表示在所有时钟源都不可用的情况下的最大变化量。单位为PPM（百万分之一秒，微妙）

maxslewrate 1000 每秒最多更新1毫秒

allow 允许访问的地址

rtcsync 定期将系统时间同步到RTC时间，默认是11分钟。

makestep 1000 10 chrony服务启动时，如果大于1000s，通过10个周期快速更新到正确时间

server 时钟源服务器

maxpoll 发送到服务器的请求之间的最大间隔

minpoll 最小间隔

prefer 优先选择

iburst 发送到服务器的前四个请求之间的间隔将为2秒或更短，而不是minpoll选项指定的间隔，这使chronyd在启动后不久即可进行时钟的第一次更新

trust 受信任的时钟源

参数名	含义	具体说明
M	时钟源的说明	^表示服务器，= 表示二级时钟源，#表示本地的时钟
S	指示源的状态	*当前同步的源，+表示其他可接受的源，?表示连接丢失的源，x表示一个认为是falseticker 的时钟（即它的时间与大多数其他来源不一致），~表示其时间似乎具有太多可变性的来源，-被排除在外的可接受的源
Name/IP address	源的名称或IP地址，或者参考时钟的refid值
Stratum	源的层级
Poll	表示源轮询的频率	以秒为单位，上图的2表示每2的2次方进行一次测量，chronyd会根据当时的情况自动改变轮询频率
Reach	表示源的可达性的锁存值（八进制数值）	该锁存值有8位，并在当接收或丢失一次时进行一次更新
LastRx	表示从源收到最近的一次的时间	通常是几秒钟，字母m，h，d或y分别表示分钟，小时，天或年，值10年表示从未从该来源收到时间同步信息
Last sample	表示本地时钟与上次测量时源的偏移量	方括号中的数字表示实际测量的偏移值，这可以以ns（表示纳秒），us（表示微秒），ms（表示毫秒）或s（表示秒）为后缀；方括号左侧的数字表示原始测量值，这个值是经过调整以允许应用于本地时钟的任何偏差；方括号右侧表示偏差值，+/-指示器后面的数字表示测量中的误差范围，+偏移表示本地时钟快速来源