这道面试题是开放的。熟悉的情境，很容易给出一个回答。但随着被面试者思维方式、知识领域及深度的不同，回答可能大相径庭。

在接着往下阅读时，你可以先想想自己的答案。

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没理解题目的回答：

• 和新闻联播对时，“滴”的一声时，看我的电脑时钟是多少；
• 我的电脑时钟和网络是同步的，很准的；

还算正常的回答：

• 打开两台电脑的时钟，把两台电脑的显示器放一起，拍张照，对比读数；
• 在两台电脑上都设置10点钟的闹钟，看会不会同时响；

电子工程师的回答：

• 你是问CPU的时钟吗？给我一台10G采样率双通道的示波器就能看出来了；
• 是系统时间？让两台电脑在收到同一个脉冲信号时，分别报告自己的时间；

网络工程师的回答：

• 给两台电脑发一个广播，让它们在收到广播后立刻报告自己的时间；
• 用了NTP吗？查看ntpq -p的offset；

……

你可能有更精彩的回答……

本实验室将采用可操作的、尽可能精确的实验作为回答。

实验方案

题目并没有说两台电脑是和时间服务器同步的，所以目的只是测量两台电脑之间的系统时间是否一致。

用date命令（高精度选项）直接看一下两台主机的系统时间。本地的；远程的；本地的；远程的：

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

显然，host2的时间读数更大一些。但这究竟是host2的时钟快了，还是ssh调用所花的时间导致的呢？现在还不好说。

假设这个时间差异是T1:

T1 = Diff + RTT12

其中，Diff 是两台电脑真实的时间差异，RTT12是host1到host2数据往返所花的时间（严格来说是ssh调用所花的时间）。

反方向做同样的测试：

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与host2的时间差异设为T2，则：

T2 = -Diff + RTT21

简单地认为两个方向的往返时间是相等的，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

上面的单位都是ns. 也就是说时间差异是16.3~17.1ms, ssh路途往返耗费72.8ms

这个结果可信吗？于是写了一段脚本，把这个测试过程自动化，观察一段时间的结果。

下图是每秒测量一次，1个小时的测量数据。为了在对数坐标下显示，时间差异用绝对值。

01.png

说明：

• 起初两台电脑的时间差大约1秒，因为开启了NTP时间同步服务，在某个时刻会突然同步；
• 脚本是Perl写的，RTT（550ms）比Shell直接执行date命令（72.8ms）大了许多。

实验1：没有时间同步时

在没有时间同步的情况下，观察2组/3台主机：A, B, S的时间差异。

02.png

A, B, S实际上是在ESXi上的3台虚拟机。虚拟机的时钟可能和硬件实钟会有某种同步策略，所以看到的并不是单方向的变化。

实验2：与远程NTP服务器同步

在A,B,S上都开启NTP服务，时间服务器使用Debian Linux默认的NTP server (x.debian.pool.ntp.org)。

03.png

因为幅度悬殊的原因，实际上使用中位数更有意义。可以看到A-S或B-S的时钟差异在30~50ms.

实验3：与本地NTP服务器同步；服务器与远程同步

在A,B,S上都开启NTP服务，其中A,B与本地的S同步，但S还是与远程NTP server同步。

04.png

可以看到A-S或B-S的时钟差异在3ms左右，一致性比远程NTP同步高了一个数量级。

实验4：与本地NTP服务器同步；服务器使用本地时钟

在A,B,S上都开启NTP服务，其中A,B与S同步，但S直接使用本地时钟，配置为：

server 127.127.1.0 prefer

05.png

结果有点出乎意料，时间不一致接近60ms。

实验5：分时操作系统的执行延时

由于通常的操作系统是非实时操作系统，同样的指令占用的执行时间并不是固定的。做一个简单的实验，看看这个因素对测量会有多大影响。

下图给出了在两台机器上，读取系统时间（gettimeofday）这一调用所花的时间（各运行500000次）

06.png

可以看出99.97%的执行都在1us及以下。这说明分时执行对统计结果的影响很小。

当然，整个ssh调用耗时的波动范围更大一些（RTT的统计值上可以反映出来）。

结语

用ssh调用读取另一台机器上的系统时间，和本地时间比较，并利用双向ssh调用抵消调用所花的时间，从而可以较准确计算出两台主机上的系统时间差。

虽然在分时操作系统上不能保证执行时间的固定，但通过统计可以逼近结果。由于ssh调用所花的时间在0.6ms以下，所以测量的精度至少是1ms级的。

另外，如果用非加密的web调用，或者自己实现远程调用，应该会有更高的效率，可能会对测量精度略有提高。

利用这一测量，可以观察NTP的同步效果。如果和远程NTP服务器同步，时钟的一致性实测在50ms以内；如果和本地NTP服务器同步，时钟的一致性在3ms左右；但如果本地NTP服务器使用本地时钟，一致性会下降很多（60ms左右）。

由于硬件/虚拟机时钟的波动、网络的波动、NTP的精度，都导致这种一致性总是处于波动之中。总体上，在局域网内，使用NTP同步，能达到毫秒级的一致性就不错了。