一、什么是NTP ？
NTP
Network Time Protocol 网络时间协议
它属于应用层协议，传输层采用UDP，用于同步设备之间的时间。提供时间规范的的设备为服务器，接收时间服务的设备为客户端。NTP的时间来源是国际标准时间UTC（Universial Time Coordinated）
ntpd
NTP守护进程
它是操作系统守护进程，提供完整的NTP应用服务。为了追求最高精度（可以达到约232皮秒），ntpd会完成复杂的计算。ntpd启动时，从配置文件ntp.conf中读取同步数据来源以及相关设置。使用ntpq命令可以查看当前连接的时间服务器状态。
二、为什么要用NTP ？
对于计算机集群，计算机设备要使用统一的标准时间，来记录各种事件的发生时序，若计算机时间不同步，很多依赖时序运行的应用就会逻辑混乱，出现问题。
配置再好，性能再高的计算机，运行久了也会有时钟误差。只有原子钟能够持续提供高精度的时间，但其费用昂贵，只有少数计算机可以连接原子钟，作为公共NTP服务器。
NTP主要应用于要求网络中全部设备时钟保持一致的场景，比如从计算机集群中获取日志，多终端的计费系统计时，重启网络中所有设备等。
三、如何配置NTP服务器 ？
Ubuntu
要把一台主机用作NTP服务器，首先要保证其能通外网。
它先与外部时间服务器同步，然后给内部各主机提供同步服务。
第一步：安装ntp软件包
第二步：修改配置文件
第三步：启动ntpd进程
第四步：监视时间同步情况
第五步：退出ntpd进程
1.安装ntp
~$ sudo apt install ntp
- 查看相关帮助手册
~$ man ntpd
~$ man ntp.conf
~$ man ntpq
2.编辑配置文件
安装ntpd后，Ubuntu下默认的配置文件绝对路径是 /etc/ntp.conf
~$ sudo vim /etc/ntp.conf
具体编辑如下：
- 你的计算机集群是封闭的还是开放的？
- 如果封闭，则不采用任何外部NTP服务器给自己同步：
注释掉所有pool相关语句
#pool 0.ubuntu.pool.ntp.org iburst
#pool 1.ubuntu.pool.ntp.org iburst
#pool 2.ubuntu.pool.ntp.org iburst
#pool 3.ubuntu.pool.ntp.org iburst
#pool ntp.ubuntu.com
然后在下一步添加本机作为服务器时，将stratum层级设置为0（最顶级） - 如果开放，则可以使用外部NTP服务器给自己同步校准：
找到配置默认服务器地址的语句，在Ubuntu中是 pool 0.ubuntu.pool.ntp.org iburst 此句，通常会有几个备选服务器。在此句下方添加新的高层级NTP服务器，可以参考国内常用NTP服务器地址：
本人在此选择了上海交通大学网络中心的服务器，于是添加语句：
server ntp.sjtu.edu.cn iburst prefer
甚至可以添加多个外部服务器
- 设置本机为NTP服务器
继续添加语句
# set local as server
server 127.127.1.0
fudge 127.127.1.0 stratum 10
设置层级为10，可根据具体情况修改。
层级低的向层级高的获取时间，对于封闭集群，建议stratum设置为0 - 添加限制访问权限
只允许规定网段的主机访问本服务器，于是在
restrict 127.0.0.1
restrict ::1
这两句下面添加语句（请使用ifconfig命令查询你的IP所在网段，mask掩码根据具体情况设置）
restrict 172.16.166.0 mask 255.255.255.0 nomodify notrap
nomodify 限制客户端不能使用ntpc和ntpq来修改服务器的时间参数
notrap 不提供trap这个远程时间登录的功能
另外还提供的参数有：
ignore 拒绝所有类型的NTP连接
noquery 禁止客户端查询服务器时间
notrust 拒绝没有认证的客户端
nopeer 不与同一层级的NTP服务器同步 - 保存退出
Esc，:wq，Enter，休息一下，泡杯咖啡。
3.启动ntpd进程
~$ sudo service ntp start
查看是否开启成功：
~$ sudo service ntp status
4.监视时间同步情况
启动ntpd进程之后，服务器信息是不会打印出来的，需要用监视工具进行查看和监视，一般用到这两个：ntpstat 和 ntpq
- ntpstat的使用（需单独安装）
~$ sudo apt install ntpstat
~$ sudo ntpstat
时间同步情况将会打印到终端 - ntpq的使用
ntpq无需单独安装，安装ntp软件包时已被包含在内
~$ sudo watch ntpq -p
同步情况会实时地显示出来，示例如下：
每一列表示的意义如下：
项 | 表示 |
remote | *上级响应中最精准的NTP服务器 +响应请求的NTP服务器 |
refid | NTP响应服务器的更高级的时间基准服务器 |
st | 响应的NTP服务器对应的stratum层级（stratum意义：低层级向高层级获取时间） |
t | 辅助信息 |
when | 多久前做过时间同步更新（秒） |
poll | 下次更新在多久之后（秒） |
reach | 已向上层服务器要求更新次数 |
delay | 网络传输中的延迟时间 |
offset | 本地与服务器时间的差距，数值越接近0，时间差越小 |
jitter | 系统时间与硬件时间的差异 |
5.退出ntpd进程
~$ sudo service ntp stop 即可
- 如果出现异常，可以用kill强制杀掉进程
~$ ps auxc | grep ntpd
找到对应进程pid，然后执行
~$ sudo kill pid
Windows
windows上配置NTP服务器的方法较简单，分为以下几步
第一步：关闭默认的时间提供程序
第二步：修改相应注册表项
第三步：剩下的交给命令行
1.关闭默认的时间提供程序
- 打开本地组策略编辑器
Win + R打开运行窗口，输入gpedit.msc，打开本地组策略编辑器 - 关闭默认的时间提供程序
找到路径：计算机配置 \ 管理模板 \ 系统 \ Windows时间服务 \ 时间提供程序
把
配置 Windows NTP 客户端
启用 Windows NTP 客户端
启动 Windows NTP 服务端
都改为 未配置 状态：
2.修改相应注册表项
- 打开注册表编辑器
Win + R打开运行窗口，输入regedit，点击确定打开注册表编辑器 （截图略） - 修改相应参数
配置：HKEY_LOCAL_MACHINE \ SYSTEM \ CurrentControlSet \ Services \ W32Time \ Config
AnnounceFlags：标记此计算机是否是可靠的
FrequencyCorrectRate：控制校正时钟的速率（过小会引起过度校正，过大会过很长一段时间才能校正）
MaxPollInterv 以及 MinPollInterval：系统轮询服务器的时间间隔最大值以及最小值，限制时间同步的频率
参数：HKEY_LOCAL_MACHINE \ SYSTEM \ CurrentControlSet \ Services \ W32Time \ Parameters
NtpServer：列出NTP服务器事件源的DNS名称或IP，多个地址用空格隔开
Type：指定同步的对等方采用哪种方式同步，一般选择NTP
客户端：HKEY_LOCAL_MACHINE \ SYSTEM \ CurrentControlSet \ Services \ W32Time \ TimeProviders \ NTPClient
Enabled：是否作为客户端向上层获取时间同步，设为1表示开启（连接到外部时钟源）
服务器：HKEY_LOCAL_MACHINE \ SYSTEM \ CurrentControlSet \ Services \ W32Time \ TimeProviders \ NTPServer
Enabled：是否作为服务器向下层提供时间同步，设为1表示开启，现在配置服务器，所以一定是1
（这里没有列出所有参数，具体设置数值请参考官方文档）
3.命令行运行
- 开启时间服务
>net start w32time - 更新配置
>w32tm /configure /update - 查询时间服务状态
>w32tm /query /status
若查询到的状态不是更新后的状态，可尝试再修改一下注册表，然后更新配置，再查询 - 运行效果显示如下
此时Windows已经可以作为服务器向其它客户端提供时间同步服务
四、客户端如何使用NTP服务？
Ubuntu
客户端和服务端只是在配置文件上有所不同
第一步：安装ntp软件包，以及ntpstat工具
第二步：修改配置文件
第三步：启动ntpd进程
第四步：监视时间同步情况
第五步：退出ntpd进程
第六步：添加定时自动同步功能
1.安装ntp和ntpstat
~$ sudo apt install ntp
~$ sudo apt install ntpstat
2.修改配置文件
~$ sudo vim /etc/ntp.conf
具体修改如下：
- 将默认NTP服务器注释掉
把
pool 0.ubuntu.pool.ntp.org
改为
#pool 0.ubuntu.pool.ntp.org
对其余pool服务器语句做相同处理 - 添加刚刚自己搭建的NTP服务器IP
在注释掉的服务器后面添加自己搭建的服务器
假设我的服务器IP是 172.16.166.139，则添加语句：
server 172.16.166.139 iburst
保存退出
Esc，:wq，Enter
3.启动ntpd进程
请先确保您的NTP服务器已经开启ntp服务进程
~$ sudo service ntp start
查看是否开启成功：
~$ sudo service ntp status
4.监视时间同步情况
~$ sudo ntpstat
或者
~$ sudo watch ntpq -p（持续监视）
5.退出ntpd进程
~$ sudo service ntp stop
6.添加定时自动同步功能
- 什么是crontab
在Linux中，周期执行的任务一般由cron这个守护进程来处理，可以使用命令 ~$ ps auxc | grep cron 来查看它。cron读取一个或多个配置文件，这些配置文件中包含了命令行及其调用时间。
cron的配置文件一般在三个位置：一是 /etc/cron.d/ 目录下，二是 /var/spool/cron/ 目录下，
三是系统配置文件 /etc/crontab。crontab是“cron table”的简写。 - 修改crontab配置文件，实现定时自动同步
~$ sudo vim /etc/crontab
打开crontab配置文件后，添加定时信息以及要执行的命令即可
1）注意crontab特定的定时信息格式：
m(minute) h(hour) dom(day-of-month) mon(month) dow(day-of-week)
2）特殊字符的用法：
* 表示范围内所有数字
/ 表示每，在h 下写 */5 表示每5小时，12-23/2 表示12点到23点中间每2小时
- 表示取值范围内所有时间，在 mon 下写 1-4 表示每年1月到4月
现在我设置每隔2小时进行一次时间同步，可以作以下编辑：
0 */2 * * * root service ntp start; sleep 20; service ntp stop;
中间sleep20秒是为了ntpd有足够时间去获取同步，如果使用ntpdate（不推荐）则不需要此操作
- 编辑crontab后记得保存退出，立即生效
Windows
如果您使用的是windows系统，那么需要
第一步：以管理员身份运行Windows命令行终端
第二步：用Windows自带的w32tm服务完成同步
第三步：其它相关操作
1. 运行Windows命令行终端
Windows菜单搜索“命令行提示符”
右键点击并选择“以管理员身份运行”，弹出终端
2. 用w32tm服务完成同步
- 开启w32time服务
>net start w32time - 注册时间服务
注册将作为服务运行的时间服务，并将其默认配置信息添加到注册表。
>w32tm /register - 手动添加NTP时间同步服务器
在此假设我的NTP服务器IP为172.16.166.139
>w32tm /configure /syncfromflags:manual /manualpeerlist:“172.16.166.139,0x1” /update
/manualpeerlist的参数列表中可以添加多个时间源，用空格分隔 - 手动同步，执行后计算机会主动向服务器同步
>w32tm /resync - 查看同步源
>w32tm /query /source - 查看时间同步状态
>w32tm /query /status - 运行效果显示如下
- 退出w32time服务
如果想停止时间同步服务，只需执行
>net stop w32time
3. 其它相关操作
- 设置系统轮询时间同步的频率（多少秒同步一次）
Win + R打开运行窗口，输入gpedit.msc打开本地组策略编辑器
根据路径：计算机配置 \ 管理模板 \ 系统 \ Windows 时间服务 \ 时间提供保护 \ 启用Windows NTP 客户端
双击进入页面，选择已启用
根据路径：计算机配置 \ 管理模板 \ 系统 \ Windows 时间服务 \ 时间提供保护 \ 配置Windows NTP 客户端
双击进入页面，选择已启用
注意到配置选项中有一项SpecialPollInterval（默认1024），手动设置此值，改变时间同步频率 - 查看配置
>w32tm /query /configuration - 查看本机与另一台计算机（假设是172.16.166.139）的时间漂移带状图
>w32tm /stripchart /computer:172.16.166.139 - 显示当前时区设置
>w32tm /tz
五、*其它
为什么用ntpd不用ntpdate？
- ntpdate的实现是立即同步，而ntpd的实现是平滑同步
对于时间敏感的应用程序，时钟的跃变会造成较大影响，而ntpdate实现时间校准的方式就相当于“跃变”。它获取时间后，直接调用settimeofday设置系统时间，不安全，不精准，不优雅。而ntpd会一点点校准时间，虽然它用时更长，但对时间敏感的应用程序很友好。ntpd和ntpdate会占用同一个UDP端口，因此两者不能同时运行。
系统时间、硬件时间以及它们的同步
- 系统时间（由Linux Kernel提供，它为运行的应用提供时序，每次关机时会同步到硬件时间，开机时会从硬件时间同步）
查看系统时间
~$ date - 硬件时间（由计算机硬件提供，是独立于操作系统运行的一部分，即使关机也不受影响，它的作用就是在关机期间继续保持运行，以便下次开机系统可以获得正确时间）
显示硬件时间
~$ sudo hwclock -r
手动把系统时间同步到硬件时间
~$ sudo hwclock --systohc
手动把硬件时间同步到系统时间
~$ sudo hwclock --hctosys - 注意
[1] 如果不使用sudo权限，可能会报错：hwclock: Cannot access the Hardware Clock via any known method.
[2] 使用man toolname（ man date 和 man hwclock ）查看完整手册
用tzselect工具手动修改时区
- 直接运行tzselect，根据提示选择相应时区
~$ tzselect
根据提示选择时区，程序最后会输出如下信息：
You can make this change permanent for yourself by appending the line
TZ=‘Asia/Shanghai’; export TZ
to the file ‘.profile’ in your home directory; then log out and log in again.
Here is that TZ value again, this time on standard output so that you
can use the /usr/bin/tzselect command in shell scripts:
Asia/Shanghai
- 修改 /home/ 你的用户名 /.profile 文件，使其永久生效
根据上面的提示，修改用户主目录下的.profile文件
~$ sudo vim /home/你的用户名/.profile
在文件末尾添加：
TZ=‘Asia/Shanghai’; export TZ
保存退出 Esc，:wq，Enter - 退出用户（Log Out）再登录用户（Log In）即可生效
六、参考资料
国内常用NTP服务器地址
Linux时间同步ntp服务的细节全解析Linux配置ntp时间服务器Linux中怎么搭建NTP服务器
Linux配置自动时间同步
