对Linux系统中的时钟和时间的探讨

概要

1）介绍Linux系统中时钟的基本概念

2）探讨hwclock命令的工做方式。

3）系统启动过程当中Linux系统对系统时钟和硬件时钟的同步。

主要术语和背景知识

UTC: Coordinated Universal Time， 一种是件标准，用以规范世界各地的时间。

Time Zone: 时区，表示方式是：UTC-xx:xx, UTC+xx:xx。好比中国的时区表示是：UTC+08:00.

其余一些相关术语，好比CST，DST等，咱们并不须要关心。

典型Linux对时钟和时间的管理

一个典型的Linux系统主要有两种时钟：系统时钟（System Clock）和硬件时钟（Hardware Clock）。

硬件时钟独立运行于操做系统以外，有本身的电源供给，即便当系统关机时，它也依然在跑。Hardware Clock有时也叫BIOS Clock, CMOS Clock, RTC 等。可是只有hardware clock这个词汇不容易引发误解。

系统时钟就是由操做系统维护的一个时钟。在Linux系统中，是由kernel维护，由timer的中断进行驱动的一个时钟（由于它是由计时器的中断驱动的，因此能够认为是一个软件时钟）。

有两个时钟，就须要有同步。这个同步功能由hwclock来实现。在此仅做简要介绍，详情请查询手册（man hwclock).

hwclock在各个系统上的工做方式可能并不同，可是，在大多数状况下，它经过访问/dev/rtc来进行硬件时钟的控制。在先行的发行版上,/dev/rtc不少时候是一个symlink，指向/dev/rtcX。影响hwclock工做的还有两个因素，一个是TZ环境变量，一个是/etc下的配置文件（这个文件位置不一，也可能没有，要看系统）。

一个典型的Linux系统，对时间的同步会自动发生在系统启动和系统关闭的时候。系统启动时，将Hardware Clock中的内容同步到System Clock；系统关闭时，将System Clock中的内容同步到Hardware Clock。固然，这种同步也能够本身手动进行，或者利用脚本进行（本身编写的，或者该版本系统中自带的）。

以下是一个典型的启动和关闭系统时，对系统时钟和硬件时钟进行同步的脚本，一般存在于/etc/init.d/目录下。

#!/bin/sh
### BEGIN INIT INFO
# Provides:          hwclock
# Required-Start:    
# Required-Stop:     $local_fs
# Default-Start:     S
# Default-Stop:      0 6
# Short-Description: Set system clock
# Description:       Set system clock to hardware clock, according to the UTC
#                    setting in /etc/default/rcS (see also rcS(5)).
### END INIT INFO
#
# WARNING:      If your hardware clock is not in UTC/GMT, this script
#               must know the local time zone. This information is
#               stored in /etc/localtime. This might be a problem if
#               your /etc/localtime is a symlink to something in
#               /usr/share/zoneinfo AND /usr isn't in the root
#               partition! The workaround is to define TZ either
#               in /etc/default/rcS, or in the proper place below.

[ ! -x /sbin/hwclock ] && exit 0

. /etc/default/rcS
[ "$UTC" = "yes" ] && tz="--utc" || tz="--localtime"

case "$1" in
        start)
                if [ "$VERBOSE" != no ]
                then
                        echo "System time was `date`."
                        echo "Setting the System Clock using the Hardware Clock as reference..."
                fi

                if [ "$HWCLOCKACCESS" != no ]
                then
                        if [ -z "$TZ" ]
                        then
                           hwclock $tz --hctosys
                        else
                           TZ="$TZ" hwclock $tz --hctosys
                        fi
                fi

                if [ "$VERBOSE" != no ]
                then
                        echo "System Clock set. System local time is now `date`."
                fi
                ;;
        stop|restart|reload|force-reload)
                #
                # Updates the Hardware Clock with the System Clock time.
                # This will *override* any changes made to the Hardware Clock.
                #
                # WARNING: If you disable this, any changes to the system
                #          clock will not be carried across reboots.
                #
                if [ "$VERBOSE" != no ]
                then
                        echo "Saving the System Clock time to the Hardware Clock..."
                fi
                if [ "$HWCLOCKACCESS" != no ]
                then
                        hwclock $tz --systohc
                fi
                if [ "$VERBOSE" != no ]
                then
                        echo "Hardware Clock updated to `date`."
                fi
                exit 0
                ;;
        show)
                if [ "$HWCLOCKACCESS" != no ]
                then
                        hwclock $tz --show
                fi
                ;;
        *)
                echo "Usage: hwclock.sh {start|stop|show|reload|restart}" >&2
                echo "       start sets kernel (system) clock from hardware (RTC) clock" >&2
                echo "       stop and reload set hardware (RTC) clock from kernel (system) clock" >&2
                exit 1
                ;;
esac

hwclock 和 date 命令中--utc选项

这两个命令虽然都有--utc选项，可是其含义是不一样的。首先来看一段命令和结果。

chenqi@chenqi-OptiPlex-760:/etc/default$ date
Wed Oct 31 16:00:23 CST 2012
chenqi@chenqi-OptiPlex-760:/etc/default$ date --utc
Wed Oct 31 08:00:24 UTC 2012
chenqi@chenqi-OptiPlex-760:/etc/default$ sudo hwclock --localtime -r
Wed 31 Oct 2012 08:00:30 AM CST  -0.594038 seconds
chenqi@chenqi-OptiPlex-760:/etc/default$ sudo hwclock --utc -r
Wed 31 Oct 2012 04:00:37 PM CST  -0.937780 seconds

由上可见date --utc获得的时间和hwclock --localtime获得的时间一致，而date获得的时间和hwclock --utc获得的时间一致。这一点，容易让人困扰。

实际上，date命令中--utc选项表示“对标准UTC时间进行操做”，因此date --utc是输出当前的标准UTC时间；而hwclock中--utc选项的意思是，此次操做要考虑时区上的换算，好比，若是是读取hardware clock的话，那么读出的数据（从本地读出的时间），要考虑到时区，换算出当前时区的时间后，再作输出。同理，--localtime表示不用进行时区上的考虑和换算，读出什么，就输出什么。

由此，上面的困扰就比较容易解释了，hardware clock存储的时UTC标准时间，因此用--localtime去读取，获得的就是标准UTC时间，即和date --utc一致。另一种状况就是考虑了时区换算，道理同样。

参考材料

hwclock manual

date manual

http://en.wikipedia.org/wiki/Time_zone