おしごとにて、今度は時刻同期の設計をすることになりました。
時刻同期とか、NTP（Network Time Protocol）は、言葉としては聞いたことあるけど、
そういえば同期の仕組みはよく知らないと思い、記事にしてみます。
ついでにタイムゾーンのお話も。
目次
２．時刻同期のしくみ（システムクロックとハードウェアクロック / NTP）
４．時刻同期ツール （ntpd / ntpdate / chrony）
なぜ時刻同期が必要なのか？
ここでいう時刻同期とは、サーバが刻む時間を、世界・日本標準の時刻と同じにすることを指す。
時刻同期が必要な理由として、よく引き合いに出されるのが、ログである。
ふつう企業のシステムでは、複数のサーバが結集して１つのシステムを成していることが多い。
そのため障害発生時に、原因究明のためログを解析する場合、複数のサーバに蓄積されたログを見ていくこともある。
そんな時、各サーバの時刻設定がバラバラで、ログに残っている障害発生時間にずれが生じていたら…。
解析しづらいというのは言うまでもないし、
どの時刻が正しいのか分からず、ログ自体の信頼性も揺らいでしまう。
そのため、同じネットワーク内の各サーバで、時刻を同期させておくことが必要となる。
では、同じネットワーク内で時間を合わせてさえおけば、
外部ネットワークとは異なる時間でも良いのかというと。
決してそうではない。
例えばメールを扱うシステムなら、外部ネットワークに接続している相手方とやりとりをすることもあるだろう。
そんな時に、メールの受信時刻や送信時刻が相手とずれていたら、トラブルのもとになりかねない。
また認証機能のあるシステムでは、一定のセッション有効時間を超えると、再度ログインする仕組みをとっているものも多い。
時刻のずれによって、意図しないセッション時間となり、ログインできなくなってしまうといったこともあるかもしれない。
さらに外部とは全く通信しない、閉鎖ネットワークに属したシステムであっても、
利便性という点で、正しい時刻に合わせていたほうが良い。
先ほど書いたログの時刻や、ジョブの実行時刻など、
「このシステムは時間が5分遅いから、14:03と書かれているこの障害発生時刻は、正しくは14:08で…」などと毎回計算するのは面倒である。
新しくシステム保守担当となった人が、5分の遅れを知らずに困るといった可能性もある。
長々と書いたが、要は、時刻が合っていないことに、何のメリットもないのである。
時刻同期のしくみ
時刻同期の重要性が分かったところで、Linuxで時刻同期が行われるしくみを見ていきたい。
しくみ① システムクロックとハードウェアクロック
Linuxでは、システムクロックとハードウェアクロックが存在する。
システムクロックとは、OSが管理している時間であり、
メモリを用いて時を刻んでいるものである。
先ほど述べた、ログやメールやセッション...etcに使われる時間は、このシステムクロックとなる。
ただ、OSのメモリは、いわゆる「揮発性」のものであり、
従ってOSの電源が切れると時も刻めなくなってしまう。
そのため、いくら正確に時間を刻んでいても、
OSをシャットダウンし、再び起動する毎に、時間がずれてしまうことになる。
そこで重要なのが、ハードウェアクロックの存在である。
ハードウェアクロックは、名前の通りハードウェア上で時を刻んでいるものであり、OSの電源が切れても時を刻み続けることができる。
そのため、OSの再起動後、ハードウェアクロックの時間をシステムクロックが参照して同期し、
正しい時間のままで、再び時を刻んでいける仕組みがとられている。
OSを起動する時：
しくみ② NTP
OS動作時における、システムクロックおよびハードウェアクロックの時刻同期のしくみも見ていきたい。
NTP（Network Time Protocol）とは、ネットワークに接続された各機器の時刻を合わせるためのプロトコル。
以下のようにNTPを利用することで、システムクロック、ハードウェアクロックを正確な状態に保つことができる。
１．NTPサーバと呼ばれる、正確な時刻を刻んでいるサーバに、自サーバからNTP通信を行って時刻を参照し、システムクロックの時刻を同期する
２．システムクロックの時刻をハードウェアクロックの時刻に同期させる
ちなみに参照するNTPサーバ（NTP通信先）は、NTPサーバ自体の時刻のずれを鑑みて、
複数設定することが一般的である。
OS動作時：
次に、NTP通信を行い、システムクロックの時刻を同期するための手段（ツール）を紹介していきたい。
※確認環境はCentOS8とする。
タイムゾーンの変更
時刻同期に先立ち、OSのタイムゾーンを設定する。
タイムゾーンを指定しておかないと、時刻そのものは正しくても、表している時刻はロンドンのもの、、など、想定と異なってしまうかもしれないためである。
まずは現在のタイムゾーンの設定を確認。
$ timedatectl show
Timezone=America/Los_Angeles # タイムゾーンがアメリカのロサンゼルスとなっている
LocalRTC=no
CanNTP=yes
NTP=yes
NTPSynchronized=yes
TimeUSec=Sat 2020-11-21 02:03:53 PST
RTCTimeUSec=Sat 2020-11-21 02:03:53 PST
タイムゾーンがアメリカのロサンゼルスになっているが、これを日本時間（アジア/東京）に変えてみる。
なお、操作はrootユーザで行う。
$ timedatectl set-timezone Asia/Tokyo # タイムゾーンをAsia/Tokyoに指定。
$ timedatectl show # 確認
Timezone=Asia/Tokyo # ←Asia/Tokyoとなっていることを確認
LocalRTC=no
CanNTP=yes
NTP=yes
NTPSynchronized=yes
TimeUSec=Sat 2020-11-21 02:03:53 PST
RTCTimeUSec=Sat 2020-11-21 02:03:53 PST
Linuxの環境によっては、システムファイルをいじったりして設定する必要があるようだが、
CentOS8（RedHat8）では、上記のようにたった１つのコマンドでタイムゾーンを変更することができる。
変更は、OSのシャットダウン・再起動後も有効である。
（実機では未確認だが、RedHat6以降は、同じやり方で変更可能な模様）
時刻同期ツールたち
ようやく本題。
Linuxで時刻同期を行うためのツール（デーモン、ソフトウェア）＝NTPサーバに通信して時刻同期を行ってくれるもの
を紹介していきたい。主なものは３つである。
ntpd
NTP Daemonの略で、Linux用のOSS。
このデーモンを起動させておくことで、自動でNTPサーバを見に行き、時刻同期を行うことが可能。
またハードウェアとの時刻同期も行える。
ntpdの公式サイト（なんか安っぽい…(-_-;)）
確認先となるNTPサーバの設定や、ハードウェアとの時刻同期のための自サーバIP登録など、
ntpdの各種設定は以下のファイルに記述する。
/etc/ntp.conf
ちなみに、CentOS8環境ではデフォルトで入っておらず、
代わりに、後進技術のChrony（後述）が入っている。
nptdate
手動で指定のNTPサーバに接続し、時刻同期を行う。
先ほどのntpdでは、自動でNTPサーバを見にいく設定ができるのに対し、
手動で１回時刻合わせする性格が強い。（その分手軽）
Chrony
RedHat7（6？）以降では、ntpdに代わり、ChronyがNTPサーバ・クライアントソフトのデフォルトとなっている。今回検証したCentOS8の環境では、最初からインストールされていた。
設定ファイルの中身や代表的なコマンドなど書こうと思ったけど、長くなりそうなのでまたの機会に…。
Chrony公式サイト
上記公式サイトより説明を抜粋すると、
断続的なネットワーク接続、非常に混雑したネットワーク、温度の変化（通常のコンピューターの時計は温度に敏感です）、継続的に実行されないシステム、または仮想マシンで実行されるシステムなど、さまざまな条件で適切に機能するように設計されています。
とのこと。（日本語訳はGoogleによるもの）
ちなみにLinuxだけでなく、macでも使われているらしい。
正確な時刻はどこから取得するのか？？
ところで、自サーバから時刻を参照しに行く先＝NTPサーバは、どうやって正確な時刻を知ることが出来るのだろうか。
NTPサーバそのものが、正しい時刻を刻めていなければ、本末転倒である。
ここでは、自サーバから時刻を取得しに行く先の候補として、２つ紹介したい。
取得候補① 信頼できる外部の上位NTPサーバを利用する
国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT）による、日本標準時刻を配信するNTPサーバなど、
信頼できる外部のNTPサーバを利用する方法がある。
外部のNTPサーバを上位NTPサーバとして、その時刻を自サーバに同期させるのである。
ちなみにNICTが配置するNTPサーバは以下の通り。
NTPサーバ名: ntp.nict.jp
（ https://jjy.nict.go.jp/tsp/PubNtp/index.html 参照 ）
上記の公式サイトにも書いてあるが、
外部のNTPサーバを利用する際は、インターネット環境によって、わずかだが正確性に欠ける可能性もあるため、注意が必要。
またそもそも、インターネット環境に接続できないサーバでは、当然、外部NTPサーバとの通信、時刻同期は不可となる。
インターネット接続可能なシステムにおいて、時刻同期したいときに便利。
取得候補② GPSを利用する
インターネット接続ができず、１つ上で紹介した上位NTPサーバとの通信が出来ない時にお勧めの方法。
ローカルネットワーク内に、NTPサーバとして見立てる2台程度のサーバを設け、
GPSを利用して正確な時刻を取得する方法である。
（やり方はググってください。けっこう大変そう…）
ちなみにローカルネットワーク内の他のサーバは、NTPサーバとして見立てたサーバにNTP通信を行い、
時刻同期を行うとよい。
その際は、上で紹介したような、ntpdやntpdateやchronyといったツールを用いることができる。
時刻同期を行うタイミング
時刻同期は、1日1回や、1週間に1回など、一定間隔をあけて行うことが推奨される。
というのも、時刻同期を頻繁にやりすぎると、ネットワークやサーバに多少の負荷がかかるためである。
負荷をどこまで許容するか、時刻のズレの恐れをどこまで許容するかは、
システムや環境によってもまちまちだと思うので、適切に検討する必要がある。
参考サイト様
・NTPとは
https://www.nic.ad.jp/ja/basics/terms/ntp.html
・【 ntpdate 】コマンド――時刻をNTPサーバと同期する
https://www.atmarkit.co.jp/ait/articles/1906/21/news013.html
・【CentOS8】chronyの仕様や設定～[chrony.conf] や[chronyc sources] 表示結果の見方～
https://milestone-of-se.nesuke.com/l7protocol/ntp/linux-spec/
・時刻の確認と変更(date, hwclock, ntpd)