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14.13 NTP 时间同步与时区 ​

NTP 协议由 David Mills 于 1985 年提出（RFC 958），现行标准为 NTPv4（RFC 5905）。

在 FreeBSD 中，可使用内置的 ntpd 来同步系统时钟，也可通过 Ports 安装 chrony 等替代实现。

14.13.1 时区 ​

时间同步首先需正确设置系统时区。

14.13.1.1 全局时区 ​

设置系统时区有两种方式：

  • 使用 bsdconfig 工具设置时区
  • 使用命令行设置系统时区为上海时间：
sh
# cp /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai /etc/localtime

14.13.1.2 时间服务文件结构 ​

sh
/
├── usr
│   └── share
│       └── zoneinfo
│           └── Asia
│               └── Shanghai           # 上海时区文件
└── etc
    ├── localtime                     # 系统本地时间文件
    ├── wall_cmos_clock               # RTC 时钟设置标记
    └── ntp.conf                       # NTP 服务配置文件

14.13.1.3 用户级时区 ​

除了全局时区设置，每个用户也可单独设置时区，在用户的 Shell 配置文件中设置 TZ 变量即可。

14.13.1.3.1 sh、Bash、Zsh ​

sh
export TZ=CST-8             # 设置时区为中国标准时间（CST-8）
# 或
export TZ=Asia/Shanghai      # 设置时区为上海

14.13.1.3.2 csh ​

sh
setenv TZ CST-8             # 在 Shell 环境中设置时区为中国标准时间（CST-8）
# 或
setenv TZ "Asia/Shanghai"   # 在 Shell 环境中设置时区为上海

14.13.1.4 Cron 任务中的时区 ​

在 crontab 配置文件中，设置 CRON_TZ 变量即可。

在每天 08:00（CST-8 时区）执行 date 命令并将输出追加到 ~/date.log 文件：

sh
CRON_TZ=CST-8
0 8 * * * date >> ~/date.log

14.13.1.5 将 RTC 时间视为地方时 ​

RTC（Real-Time Clock，实时时钟）是计算机主板上的硬件时钟，用于在系统关机后保持时间。

adjkerntz 用于维护内核时钟（始终为 UTC）与实时时钟（可能为地方时）之间的正确关系，并在时区变更时更新内核时区偏移量。

/etc/wall_cmos_clock 文件存在则表示将系统的实时时钟视为地方时，不存在则表示将实时时钟视为 UTC 时间。

创建 /etc/wall_cmos_clock 文件可兼容 Windows 时间设置，避免产生 8 小时时差：

sh
# touch /etc/wall_cmos_clock # 创建当前时区信息文件，空文件

重启系统使该设置生效。

查看当前 CMOS 时钟设置：

sh
# sysctl machdep.wall_cmos_clock
machdep.wall_cmos_clock: 1

14.13.2 NTP 时间服务 ​

时区设置完成后，需要配置和启用时间同步服务。

ntpd 与其网络对等方通过 UDP 数据包通信。计算机与 NTP 对等方之间的任何防火墙，必须配置为允许 UDP 数据包通过端口 123 进出。

注意

部分互联网接入提供商和网络设备会阻止低端口号的通信，致使应答数据包无法送达本机，进而导致 NTP 功能异常。

14.13.2.1 /etc/ntp.conf 文件 ​

ntpd 通过读取 /etc/ntp.conf 文件来确定要查询的 NTP 服务器。建议选择多个 NTP 服务器，以防止其中某个服务器无法访问或其时钟不可靠。ntpd 会根据接收到的响应，优先选择可靠的服务器，而将不可靠的服务器排除。

查询的 server 可以是本地网络中的服务器，ISP 提供的服务器，或者从 公开可访问的 NTP 服务器列表 中选择。选择公共 NTP 服务器时，应选择与地理位置接近的服务器，并查看其使用政策。FreeBSD 也提供由项目维护的服务器池，如 0.freebsd.pool.ntp.org。

关键字 pool 配置从服务器池中选择一到多个服务器。可以参考 公开的 NTP 服务器池列表，按地理区域组织。

编辑 /etc/ntp.conf 文件，添加附加时钟服务器：

ini
# 禁止 ntpq 控制/查询访问。仅允许根据此文件中的 pool 和 server 语句添加对等方。
restrict default limited kod nomodify notrap noquery nopeer
restrict source  limited kod nomodify notrap noquery

# 允许来自本地主机的查询和控制访问。
restrict 127.0.0.1
restrict ::1

# 添加特定的服务器。
server time.windows.com iburst        # 配置 Windows 时间服务器
server 0.cn.pool.ntp.org iburst       # 配置中国 NTP 池服务器 0
server 1.cn.pool.ntp.org iburst       # 配置中国 NTP 池服务器 1
server 2.cn.pool.ntp.org iburst       # 配置中国 NTP 池服务器 2
server 3.cn.pool.ntp.org iburst       # 配置中国 NTP 池服务器 3

# 添加 FreeBSD 池服务器，直到有 3 到 6 个有效的服务器。
tos minclock 3 maxclock 6
pool 0.freebsd.pool.ntp.org iburst

# 使用本地的闰秒文件。
leapfile "/var/db/ntpd.leap-seconds.list"

以下为示例中所用关键字的简要说明。

默认情况下，NTP 服务器对任何网络主机都可访问。

关键字 restrict 控制哪些系统可访问服务器。可包含多个 restrict 条目，每个条目都会根据前面的声明细化访问限制。示例中的值授予本地系统完全的查询和控制访问权限，同时仅允许远程系统查询时间。

关键字 server 指定要查询的服务器。该文件可包含多个 server 关键字，每行列出一个服务器。

关键字 pool 指定服务器池。ntpd 会根据需要从该池中添加一个或多个服务器，以达到 tos minclock 值所指定的对等方数量。

关键字 iburst 指示 ntpd 在首次建立联系时与服务器进行八次快速数据包交换，以帮助快速同步系统时间。

关键字 leapfile 指定一个文件的位置，该文件包含关于闰秒的信息。该文件会通过 periodic(8) 自动更新。

14.13.2.2 时间信息查看 ​

显示当前系统日期和时间：

sh
$ date
2025年 3月22日 星期六 15时27分29秒 CST

14.13.2.3 设置并启动 NTP 服务 ​

要使 ntpd 开机自启，可执行以下命令，无需重启系统：

sh
# service ntpd enable

启动 NTP 服务：

sh
# service ntpd start

允许 ntpd 在启动时一次性调整任意偏差：

sh
# sysrc ntpd_sync_on_start="YES"

默认情况下，若时钟偏差超过 1000 秒，ntpd 会记录错误信息并退出。该选项用于绕过此限制，在无电池供电的实时时钟系统中尤为有用。

保护 ntpd 守护进程不会因内存不足（OOM）而被系统终止：

sh
# sysrc ntpd_oomprotect="YES"

14.13.2.4 ntpd 命令 ​

首先临时停止现有的 ntpd 服务，以防止既有服务阻碍时间同步。

sh
# service ntpd onestop

系统重启后服务将继续运行，也可以手动重新启用 ntpd 服务。

使用 time.windows.com 服务器更新系统时间。

sh
# ntpd -q -g time.windows.com
选项作用
-q同步一次并退出
-g允许一次性进行大幅度时间调整

NTP 服务器以位置参数方式指定，无需选项标记。

系统时间与 NTP 服务器偏差超过 1000 秒时，ntpd 默认拒绝修正并退出，需使用 -g 选项强制执行修正。

14.13.3 非特权用户 ntpd ​

FreeBSD 中，可由非特权用户启动并运行 ntpd 服务，该功能依赖策略模块 mac_ntpd(4)。

启动脚本 /etc/rc.d/ntpd 将首先检查 NTP 配置。如果条件允许，它会加载模块 mac_ntpd，然后以非特权用户 ntpd（用户 ID 123）启动 ntpd。

配置包含与文件相关的选项时，启动脚本不会自动以 ntpd 用户身份启动 ntpd，以避免文件和目录访问问题。

要手动配置以 ntpd 用户运行 ntpd 服务，必须：

  • 确保 ntpd 用户有权访问配置中指定的所有文件和目录。
  • 加载 mac_ntpd 模块或将其编译到内核中。
  • 在 /etc/rc.conf 中设置 ntpd_user="ntpd"。

14.13.4 参考文献 ​

14.13.5 课后习题 ​

  1. NTP 服务安全加固（如启用认证、限制查询来源），记录加固措施及其对时间同步精度的影响。
  2. 配置硬件 RTC 时钟的时区设置（UTC 与本地时间），分析双系统场景下 RTC 时区不一致导致的时间偏移问题。
  3. 搭建一个本地 NTP 时间服务器，配置其为局域网内其他设备提供时间同步服务，记录服务器与客户端的配置流程。