這道面試題是開放的。熟悉的情境，很容易給出一個回答。但隨著被面試者思維方式、知識領域及深度的不同，回答可能大相徑庭。

在接著往下閱讀時，你可以先想想自己的答案。

00.jpg

沒理解題目的回答：

• 和新聞聯播對時，“滴”的一聲時，看我的電腦時鐘是多少；
• 我的電腦時鐘和網絡是同步的，很準的；

還算正常的回答：

• 打開兩臺電腦的時鐘，把兩臺電腦的顯示器放一起，拍張照，對比讀數；
• 在兩臺電腦上都設置10點鐘的鬧鐘，看會不會同時響；

電子工程師的回答：

• 你是問CPU的時鐘嗎？給我一臺10G采樣率雙通道的示波器就能看出來了；
• 是系統時間？讓兩臺電腦在收到同一個脈沖信號時，分別報告自己的時間；

網絡工程師的回答：

• 給兩臺電腦發一個廣播，讓它們在收到廣播后立刻報告自己的時間；
• 用了NTP嗎？查看ntpq -p的offset；

……

你可能有更精彩的回答……

本實驗室將采用可操作的、盡可能精確的實驗作為回答。

實驗方案

題目并沒有說兩臺電腦是和時間服務器同步的，所以目的只是測量兩臺電腦之間的系統時間是否一致。

用date命令（高精度選項）直接看一下兩臺主機的系統時間。本地的；遠程的；本地的；遠程的：

user@host1:~$ date -Ins && ssh host2 date -Ins && date -Ins && ssh host2 date -Ins
2017-05-30T10:43:48,185599225+0800
2017-05-30T10:43:48,274676190+0800
2017-05-30T10:43:48,260682724+0800
2017-05-30T10:43:48,350594728+0800

顯然，host2的時間讀數更大一些。但這究竟是host2的時鐘快了，還是ssh調用所花的時間導致的呢？現在還不好說。

假設這個時間差異是T1:

T1 = Diff + RTT12

其中，Diff 是兩臺電腦真實的時間差異，RTT12是host1到host2數據往返所花的時間（嚴格來說是ssh調用所花的時間）。

反方向做同樣的測試：

user@host2:~$ date -Ins && ssh host1 date -Ins && date -Ins && ssh host1 date -Ins
2017-05-30T10:43:51,223937548+0800
2017-05-30T10:43:51,280363886+0800
2017-05-30T10:43:51,296071347+0800
2017-05-30T10:43:51,351845065+0800

host1與host2的時間差異設為T2，則：

T2 = -Diff + RTT21

簡單地認為兩個方向的往返時間是相等的，于是有：

Diff = (T1 – T2)/2
RTT = (T1 + T2)/2

估算一下：

• T1: 89076965, 89912004
• T2: 56426338, 55773718
• Diff: 16325313, 17069143
• RTT: 72751651, 72842861

上面的單位都是ns. 也就是說時間差異是16.3~17.1ms, ssh路途往返耗費72.8ms

這個結果可信嗎？于是寫了一段腳本，把這個測試過程自動化，觀察一段時間的結果。

下圖是每秒測量一次，1個小時的測量數據。為了在對數坐標下顯示，時間差異用絕對值。

01.png

說明：

• 起初兩臺電腦的時間差大約1秒，因為開啟了NTP時間同步服務，在某個時刻會突然同步；
• 腳本是Perl寫的，RTT（550ms）比Shell直接執行date命令（72.8ms）大了許多。

實驗1：沒有時間同步時

在沒有時間同步的情況下，觀察2組/3臺主機：A, B, S的時間差異。

02.png

A, B, S實際上是在ESXi上的3臺虛擬機。虛擬機的時鐘可能和硬件實鐘會有某種同步策略，所以看到的并不是單方向的變化。

實驗2：與遠程NTP服務器同步

在A,B,S上都開啟NTP服務，時間服務器使用Debian Linux默認的NTP server (x.debian.pool.ntp.org)。

03.png

因為幅度懸殊的原因，實際上使用中位數更有意義。可以看到A-S或B-S的時鐘差異在30~50ms.

實驗3：與本地NTP服務器同步；服務器與遠程同步

在A,B,S上都開啟NTP服務，其中A,B與本地的S同步，但S還是與遠程NTP server同步。

04.png

可以看到A-S或B-S的時鐘差異在3ms左右，一致性比遠程NTP同步高了一個數量級。

實驗4：與本地NTP服務器同步；服務器使用本地時鐘

在A,B,S上都開啟NTP服務，其中A,B與S同步，但S直接使用本地時鐘，配置為：

server 127.127.1.0 prefer

05.png

結果有點出乎意料，時間不一致接近60ms。

實驗5：分時操作系統的執行延時

由于通常的操作系統是非實時操作系統，同樣的指令占用的執行時間并不是固定的。做一個簡單的實驗，看看這個因素對測量會有多大影響。

下圖給出了在兩臺機器上，讀取系統時間（gettimeofday）這一調用所花的時間（各運行500000次）

06.png

可以看出99.97%的執行都在1us及以下。這說明分時執行對統計結果的影響很小。

當然，整個ssh調用耗時的波動范圍更大一些（RTT的統計值上可以反映出來）。

結語

用ssh調用讀取另一臺機器上的系統時間，和本地時間比較，并利用雙向ssh調用抵消調用所花的時間，從而可以較準確計算出兩臺主機上的系統時間差。

雖然在分時操作系統上不能保證執行時間的固定，但通過統計可以逼近結果。由于ssh調用所花的時間在0.6ms以下，所以測量的精度至少是1ms級的。

另外，如果用非加密的web調用，或者自己實現遠程調用，應該會有更高的效率，可能會對測量精度略有提高。

利用這一測量，可以觀察NTP的同步效果。如果和遠程NTP服務器同步，時鐘的一致性實測在50ms以內；如果和本地NTP服務器同步，時鐘的一致性在3ms左右；但如果本地NTP服務器使用本地時鐘，一致性會下降很多（60ms左右）。

由于硬件/虛擬機時鐘的波動、網絡的波動、NTP的精度，都導致這種一致性總是處于波動之中。總體上，在局域網內，使用NTP同步，能達到毫秒級的一致性就不錯了。