硬件时钟和系统时钟的同步机制及案例分享-Toy模板网

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由于技术能力有限，文章仅能进行简要分析和说明，如有不对的地方，请指正，谢谢🙂。

1 硬件时钟和系统时钟的同步机制

硬件时钟记录在服务器主板的CMOS芯片里面，与主板的南桥芯片（目前Intel与AMD的主板仅有南桥，北桥已集成到CPU）相连。硬件时钟一般叫做RTC（Real Time Clock）、CMOS clock或者BIOS clock，主板上面有一个独立电源（一般是纽扣电池CR2032）保持在操作系统关机、服务器下电后，每1秒嘀嗒计时一次。一般服务器在开机时，操作系统向硬件时钟同步时间。

由于BIOS是只读存储器（ROM），无法保存配置信息，CMOS芯片是一个可读写的存储器，主板会将BIOS的配置信息保存到CMOS芯片中。

纽扣电池一般可以支撑10年左右的寿命，但是如果服务器长时间没有上电，会使纽扣电池的寿命提前终止，导致服务器的BIOS配置无法保存，硬件时钟不准确。

硬件时钟和系统时钟的同步机制及案例分享

而系统时钟也叫做操作系统时间、kernel clock或者software clock，是基于时间中断器的软件计数器。系统时钟和硬件时钟在一定的场景下会互相影响，比如：

服务器开机时，系统时钟会读取硬件时钟；
操作系统使用过程或者正常关机时，也有可能将系统时钟写入到硬件时钟，缩小硬件时钟与系统时钟的差距；
在UEFI和Legacy两种BIOS的引导模式下，硬件时钟和系统时钟之间的影响程度也不同。具体可以看后面的案例

在Linux操作系统里面，可以使用hwclock、timedatectl查看或者同步硬件时钟的具体状态。

[root@localhost ~]# date;hwclock -r;timedatectl 
Wed Apr 19 15:15:38 CST 2023 #date输出，软件时钟，24小时制，时区为当前时区东8区
Wed 19 Apr 2023 03:15:38 PM CST  -0.383302 seconds #hwclock -r输出，硬件时钟，12小时制，时区为当前时区东8区
      Local time: Wed 2023-04-19 15:15:38 CST  #timedatectl输出，软件时钟，24小时制，时区为当前时区东8区
  Universal time: Wed 2023-04-19 07:15:38 UTC  #timedatectl输出，UTC+0时间
        RTC time: Wed 2023-04-19 07:15:38      #timedatectl输出，硬件时钟，实际上为UTC+0时间
       Time zone: Asia/Shanghai (CST, +0800)
     NTP enabled: n/a
NTP synchronized: no
 RTC in local TZ: no
      DST active: n/a
[root@localhost ~]# dmesg|grep -E "RTC|system clock"
[    0.418401] RTC time:  7:06:26, date: 04/19/23 #开机时识别到的硬件时钟
[    1.536044] rtc_cmos 00:01: setting system clock to 2023-04-19 07:06:28 UTC (1681887988) #同步硬件时钟到系统时钟中

从命令的输出中可知，操作系统开机时，读取到的RTC为UTC+0时间，Linux内核读取RTC时间为系统时钟的过程中也是同步为UTC+0时间（这与/etc/adjtime配置有关），并且操作系统再读取/etc/localtime将UTC+0时间转换为对应时区的本地时间。

[root@localhost ~]# ls -l /etc/localtime 
lrwxrwxrwx. 1 root root 35 Apr 19 09:36 /etc/localtime -> ../usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai

在Windows里面，默认使用本地时间（localtime）的方式记录时间，并且没有具体的工具或命令能够直接读取到硬件时钟。通过内核引导的过程中可以发现，Windows操作系统开机时通过HalQueryRealTimeCLock读取硬件时钟，再使用KeSetSystemTime同步到系统时钟。

例如我向事件查看器写入一条事件记录后，会发现实际上Windows也会将内核的UTC+0时间（就是事件查看器中的SystemTime，应该是使用KeQuerySystemTime获取的，）转换为localtime时间，localtime就是我们当前的本地时间，UTC+0时间有可能就是内核或者RTC的时间了。

PS C:\Users\samremote> Write-EventLog -LogName Application -Source "ESENT" -EntryType Information -EventId 1234 "事件记录产生时间为 $(Get-Date -Format "dddd MM/dd/yyyy HH:mm K")"

硬件时钟和系统时钟的同步机制及案例分享

2 案例分享

遇到一台HPE DL380 Gen10服务器上安装了Windows Server 2012，使用NTP同步时间，每间隔86400秒同步一次时间。但是自2022年起，出现了3次时间回拨的问题。

每次时间回退，均为“系统时间已经与硬件时钟同步”
随后操作系统周期性得向NTP服务器同步时间

根据系统日志的提示，Windows操作系统默认使用localtime（也就是系统设置时区的当前时间）的方式向硬件时钟同步了时间，即不会考虑时区的设置，直接读取硬件时钟，导致服务器出现时间回拨。HPE服务器的硬件时钟与引导模式（UEFI、Legacy）和ILO版本有关，参考（Document - Notice: (Revision) HPE ProLiant, Synergy and Apollo Gen9, Gen10, and Gen10 Plus Servers - Time and Date Synchronization Details | HPE Support），为此需要从该服务器的硬件时钟运作层面进行分析：

引导模式
- UEFI：BIOS与操作系统中的所有关于日期、时间、时区的设置都会互相同步，互相影响。
- Legacy：BIOS的时钟与操作系统时钟独立运行，设置互不影响。
ILO版本：
- iLO5的默认时区为GMT格林威治时间（零时区），与北京时间相差8小时，开机时会将iLO的时区同步到服务器。
- iLO4的默认时区是大西洋时间（UTC-4时区）。

硬件时钟和系统时钟的同步机制及案例分享

根据问题现象和HPE官方的文章可以得出下面的逻辑结构图：

硬件时钟和系统时钟的同步机制及案例分享

综上所述，可以考虑使用以下步骤解决时间回拨问题：

参考HPE的BUG修复说明，设置BIOS中的时间格式为“Local Time”，并且确保BIOS中的时区与ILO中的时区一致。（推荐）
使服务器向NTP更加频繁地向NTP同步时间，生产环境中，每10分钟或15分钟向NTP进行一次校时非常常见，目前设置86400秒同步一次，时间变慢的概率会更高。（推荐）
或者使用Legacy启动模式，但引导模式的更改，有可能导致服务器无法正常引导进入操作系统。（不推荐）

其它参考

Document - Linux Operating Systems - How to Synchronize System Clock with the Hardware Clock | HPE Support

Document - Advisory: (Revision) HPE Integrated Lights-Out 4 (iLO 4) and iLO 5 - The BIOS Time Zone May be Incorrect on Servers Set with Propagate Network Time Protocol (NTP) to Host or Propagate NTP or Onboard Administrator (OA) Time to Host | HPE Support

iBMC时间、RAID卡时间、OS时间解释- 华为 (huawei.com)

文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-423464.html

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