【Linux】NTP时间同步服务与NFS网络文件共享存储服务器（配置、测试）

一、NTP时间同步服务

1、NTP介绍

NTP服务器【Network Time Protocol（NTP）】是用来使计算机时间同步化的一种协议，它可以使计机对其服务器或时钟源（如石英钟，GPS等等)做同步化，它可以提供高精准度的时间校正（LAN上与标间差小于1毫秒，WAN上几十毫秒），且可介由加密确认的方式来防止恶毒的协议攻击。时间按NTP服器的等级传播。按照离外部UTC源的远近把所有服务器归入不同的Stratum（层）中。

ntpd（Network Time Protocol daemon）是 Linux 操作系统的一个守护进程，用于校正本地系统与钟源服务器之间的时间，完整的实现了 NTP 协议。ntpd 与ntpdate 的区别是 ntpd 是步进式的逐渐校正时间，不会出现时间跳变，而 ntpdate是断点更新。

• 部分操作系统采用 chrony 作为默认 NTP 服务，请确认 ntpd 正在运行并设置为开机自启动。在CentOS8.0中默认不再支持ntp软件包，时间同步将由chrony来实现。

• 使用 systemctl is-active ntpd.service 命令，可查看 ntpd 是否正在运行。

• 使用 systemctl is-enabled ntpd.service 命令，可查看 ntpd 是否开机自启动。

• NTP 服务的通信端口为 UDP 123，设置 NTP 服务之前，请确保您已经开放UDP 123 端口。

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2、主要结构

(1) 时间来源

现在的标准时间是由原子钟报时的国际标准时间UTC（Universal Time Coordinated，世界协调时)，所以NTP获得UTC的时间来源可以是原子钟、天文台、 卫星，也可以从Internet上获取。

(2) 传播

在NTP中，定义了时间按照服务器的等级传播，按照离外部UTC源远近将所有的服务 器归入不同的Stratum（层）中，例如把通过GPS取得发送标准时间的服务器叫 Stratum-1的NTP服务器，而Stratum-2则从Stratum-1获取时间，Stratum-3从 Stratum-2获取时间，以此类推，但Stratum层的总数限制在15以内。所有这些服务 器在逻辑上形成阶梯式的架构相互连接，而Stratum-1的时间服务器是整个系统的基 础，这种阶梯式的架构示意图如下图所示：

计算机主机一般同多个时钟服务器连接，利用统计学的算法过滤来自不同服务器的时 间，以选择最佳的路径和来源以便校正主机时间。即使在主机长时间无法与某一时钟 服务器联系的情况下，NTP服务依然可以有效运转。

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3、架构和安装

架构

如上图所示，对于一些服务依赖于时间的集群（如hadoop集群），需要有一部主机 作为ntp服务器，其他客户端主机从这部主机进行时间同步，另外ntp服务主机从更 高一层的服务器获得时间信息。

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安装配置

NTP服务主机规划

centos7.x 虚拟机两台

服务端：192.168.198.140

客户端: 192.168.198.138

服务端配置

服务端和客户端都分别按照ntp服务：

yum install –y ntp

查看是否安装成功：

rpm -qa |grep ntp

配置文件为: /etc/ntp.conf

server 0.cn.pool.ntp.org iburst
server 1.asia.pool.ntp.org iburst #iburst 当一个远程NTP服务器不可用时，向他发送一系列的并发包进行检测
server 2.asia.pool.ntp.org iburst
server 127.127.1.0 # local clock
fudge 127.127.1.0 stratum 10 #这行是时间服务器的层次。设为0则为顶级，如果要向别的NTP服务器更新时间，请不要把它设为0，最好设置的数字靠后
interface listen 192.168.198.140

配置好后，需要重启服务

使用如下命令检查是否同步成功，如出现running表示运行，否则失败。

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客户端配置

vim /etc/ntp.conf

这里的server指向服务器的IP，改完后重启服务

上面红色的那一行不影响使用；

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ntp同步测试

【在进行所有ntp测试时最好关闭服务端的防火墙】

[root@NAT-139 ~]# iptables -F
[root@NAT-139 ~]# systemctl stop firewalld
[root@NAT-139 ~]# setenforce 0

在服务器端执行ntpstat命令看下服务端同步上游服务器情况，这个命令需要等待2-3分钟

当状态由unsynchronised变为synchronised代表同步上游服务器成功，此过程需要 几分钟时间 。

然后执行ntpq -pn命令查看服务器同步详细情况

以星号 (*)开头这就意味着您的计算机已经从网络上获取了时间，当前的refid是local代表我们配置的本地ntp服务器

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ntp链接状态

ntpq -p

• remote：本机和上层ntp的ip或主机名，“+”表示优先，“*”表示次优先

• refid：参考上一层ntp主机地址

• st：stratum阶层

• when：多少秒前曾经同步过时间

• poll：下次更新在多少秒后

• reach：已经向上层ntp服务器要求更新的次数

• delay：网络延迟

• offset：时间补偿

• jitter：系统时间与bios时间差#

参数详解：

remote – 用于同步的远程节点或服务器。“LOCAL”表示本机 （当没有远程服务器可用
时会出现）
表中第一个字符（统计代码）是状态标识（参见 Peer Status Word），包含 "
"，"x"，"-"，"#"，"+"，"*"，"o"：
• " " – 无状态，表示: 没有远程通信的主机
• "LOCAL" 即本机 （未被使用的）高层级服务器 远程主机使用的这台机
器作为同步服务器
• “x” – 已不再使用
• “-” – 已不再使用
• “#” – 良好的远程节点或服务器但是未被使用 （不在按同步距离排序的前六个节点
中，作为备用节点使用）
• “+” – 良好的且优先使用的远程节点或服务器（包含在组合算法中）
• “*” – 当前作为优先主同步对象的远程节点或服务器
“o” – PPS 节点 (当优先节点是有效时)。实际的系统同步是源于秒脉冲信号
（pulse-per-second，PPS），可能通过PPS 时钟驱动或者通过内核接口。refid – 远程的服务器进行同步的更高一级服务器
st – 远程节点或服务器的 Stratum（级别，NTP 时间同步是分层的）
t – 类型 (u: unicast（单播） 或 manycast（选播） 客户端, b: broadcast
（广播） 或 multicast（多播） 客户端, l: 本地时钟, s: 对称节点（用于备份）,
A: 选播服务器, B: 广播服务器, M: 多播服务器, 参见“Automatic Server
Discovery“)
when – 最后一次同步到现在的时间 (默认单位为秒, “h”表示小时，“d”表示天)
poll – 同步的频率：rfc5905建议在 NTPv4 中这个值的范围在 4 (16秒) 至 17
(36小时) 之间（即2的指数次秒），然而观察发现这个值的实际大小在一个小的多的范围内
：64 (26 )秒 至 1024 (210 )秒
reach – 一个8位的左移移位寄存器值，用来测试能否和服务器连接，每成功连接一次
它的值就会增加，以 8 进制显示
delay – 从本地到远程节点或服务器通信的往返时间（毫秒）
offset – 主机与远程节点或服务器时间源的时间偏移量，offset 越接近于0，主机和
NTP 服务器的时间越接近(以方均根表示，单位为毫秒)
jitter – 与远程节点同步的时间源的平均偏差（多个时间样本中的 offset 的偏差，
单位是毫秒），这个数值的绝对值越小，主机的时间就越精确

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客户端测试

使用ntpdate 服务器ip进行同步，发现报ntp socket被占用，是因为客户端开启了ntp服务，需要停掉ntp服务然后同步；

到这里同步完成，我们可在服务端和客户端同时执行date命令查看时间是否同步 ；

4、ntpd、ntpdate的区别

下面是网上关于ntpd与ntpdate区别的相关资料。如下所示：

使用之前得弄清楚一个问题，ntpd与ntpdate在更新时间时有什么区别。

ntpd不仅仅是时间同步服务器，它还可以做客户端与标准时间服务器进行同步时 间，而且是平滑同步，

并非ntpdate立即同步，在生产环境中慎用ntpdate，也正如此两者不可同时运行。

时钟的跃变，对于某些程序会导致很严重的问题。

许多应用程序依赖连续的时钟——毕竟，这是一项常见的假定，即，取得的时间是线 性的，

一些操作，例如数据库事务，通常会地依赖这样的事实：时间不会往回跳跃。

不幸的是，ntpdate调整时间的方式就是我们所说的”跃变“：在获得一个时间之后， ntpdate使用settimeofday(2)设置系统时间。

这有几个非常明显的问题：

1）这样做不安全

• ntpdate的设置依赖于ntp服务器的安全性，攻击者可以利用一些软件设计上的缺 陷，拿下ntp服务器并令与其同步的服务器执行某些消耗性的任务。

• 由于ntpdate采用的方式是跳变，跟随它的服务器无法知道是否发生了异常（时间不 一样的时候，唯一的办法是以服务器为准）。

2）这样做不精确

• 一旦ntp服务器宕机，跟随它的服务器也就会无法同步时间。

• 与此不同，ntpd不仅能够校准计算机的时间，而且能够校准计算机的时钟。

3）这样做不够优雅

• 由于是跳变，而不是使时间变快或变慢，依赖时序的程序会出错 （例如，如果ntpdate发现你的时间快了，则可能会经历两个相同的时刻，对某些应 用而言，这是致命的）。尤其对数据库等对时间敏感的程序应用。

• 因而，唯一一个可以令时间发生跳变的点，是计算机刚刚启动，但还没有启动很多服 务的那个时候。

• 其余的时候，理想的做法是使用ntpd来校准时钟，而不是调整计算机时钟上的时 间。

• NTPD在和时间服务器的同步过程中，会把BIOS计时器的振荡频率偏差——或者说 Local Clock的自然漂移(drift)——记录下来。 这样即使网络有问题，本机仍然能维持一个相当精确的走时。

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二、NFS网络文件共享存储服务器

NFS介绍

• NFS是Network File System的缩写，中文意思是网络文件系统。它的主要功能是通过网络（一般是局域网）让不同的主机系统之间可以共享文件或目录。

• NFS客户端（一般为应用服务器，例如Web）可以通过挂载的方式将NFS服务器端共享的数据目录挂载带NFS客户端本地系统中（就是某一个挂载点下）。从客户端本地看，NFS服务器端共享的目录就好像是客户端自己的磁盘分区或目录一样，而实际上确实远端的NFS服务器的目录。

• NFS网络文件系统很像Windows系统的网络共享、安全功能、网络驱动器映射，这也和Linux系统里的samba服务类似。只不过一般情况下，Windows网络共享服务或samba服务用于办公局域网共享，而互联网中小型网站集群架构后端常用NFS进行数据共享，如果是大型网站，那么有可能还会用到更复杂的分布式文件系统，例如:Moosefs(mfs)、GlusterFS、FastDFS.

为什么要使用共享存储

1. 实现多台服务器之间数据共享

2. 实现多台服务器之间数据一致

集群没有共享存储的情况

1. A用户上传图片经过负载均衡，负载均衡将上传请求调度至WEB1服务器上。

2. B用户访问A用户上传的图片，此时B用户被负载均衡调度至WEB2上，因为WEB2 上没有这张图片，所以B用户无法看到A用户传的图片。

集群有共享存储的情况

1. A用户上传图片无论被负载均衡调度至WEB1还是WEB2, 最终数据都被写入至共享存储*

2. B用户访问A用户上传图片时，无论调度至WEB1还是WEB2，最终都会上共享存储访问对应的文件，这样就可以访问到资源了。

3. 也就是用户上传文件时都上传到共享存储，不同服务器通过连接共享存储进行查看；

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NFS工作原理

• 在NFS服务器端设置好一个共享目录/video后，其他有权限访问NFS服务器端的客户 端都可以将这个共享目录/video挂载到客户端本地的某个挂载点，图中的两个NFS客 户端本地的挂载点分别为/v/video和/video,不同客户端的挂载点可以不相同。

• 客户端正确挂载完毕后,就进入到了nfs客户端的挂载点所在的/v/video或/video目 录，此时就可以看到NFS服务器端/video共享出来的目录下的所有数据。在客户端上 查看时，NFS服务器端的/video目录就相当于客户端本地的磁盘分区或目录，几乎感 觉不到使用上的区别。

• 已经挂载完后用df -h可以看到本地挂载信息，和本地的磁盘分区几乎没什么差别， 只是文件系统的开始是以IP地址开头而已。

• NFS服务所使用的端口号在每次启动的时候是不同的，通过RPC（远程过程调用Remote Procedure Call简称RPC）协议/服务来实现，这个RPC服务的应用在门户级的网站有很多。例如：百度。

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什么是RPC

因为NFS支持的功能相当多，而不同的功能都会使用不同的程序来启动，每启动一个功能就会启用一些端口来传输数据，因此，NFS的功能所对应的端口无法固定，它会随机取用一些未被使用的端口来作为传输之用，其中CentOS5.x的随机端口都小于1024,而CentOS6.x的随机端口都是较大的。

因为端口不固定，这样一来就会造成NFS客户端与NFS服务端的通信障碍,因为NFS客户端必须要知道NFS服务器端的数据传输端口才能进行通信，才能交互数据。

要解决上面的困扰，就需要通过远程过程调用RPC服务来帮忙了，NFS的RPC服务最主要的功能就是记录每个NFS功能所对应的端口号，并且在NFS客户端请求时将该端口和功能对应的信息传递给请求数据的NFS客户端，从而确保客户端可以连接到正确的NFS端口上去，达到实现数据传输交互数据目的。

服务端的RPC服务如何知道每个NFS的端口的：

当NFS读取端启动服务时会随机取用若干端口，并主动向RPC服务注册相关端口的对应的功能，然后RPC服务使用固定的111端口来监听NFS客户端提交的请求，并将正确的NFS端口信息回复给请求的NFS客户端。

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NFS实例搭建

我们需要两台CentOS7机器，我们用虚拟机做测试，分别做NFS服务器和客户端，配置如下：

NFS-Server ip：192.168.198.140

NFS-Client ip：192.168.198.138

实现的目标是：在NFS服务器上共享一个目录，在客户端上可以直接操作NFS服务器上的这个共享目录下的文件。

NFS服务端配置

①安装NFS服务和rpcbind

首先使用yum安装nfs服务：

yum -y install rpcbind nfs-utils

②创建共享目录

在服务器上创建共享目录，并设置权限。

mkdir -p /data/share/
chmod 755 -R /data/share/

③配置NFS

nfs的配置文件是 /etc/exports ，在配置文件中加入一行：

/data/share/ 192.168.198.140(rw,no_root_squash,no_all_squash,sync)

这行的意思是把共享目录/data/share/共享给192.168.198.138这个客户端ip，后面括号里的内容是权限参数，其中：rw 表示设置目录可读写。 sync表示数据会同步写入到内存和硬盘中，相反 rsync 表示数据会先暂存于内存中，而非直接写入到硬盘中。

no_root_squash NFS客户端连接服务端时如果使用的是root的话，那么对服务端分享的目录来说，也拥有root权限。

no_all_squash 不论NFS客户端连接服务端时使用什么用户，对服务端分享的目录来说都不会拥有匿名用户权限。

如果有多个共享目录配置，则使用多行，一行一个配置。

④启动服务

按顺序启动rpcbind和nfs服务：

systemctl start rpcbind
systemctl start nfs

加入开机启动【centos7】：

systemctl enable rpcbind
systemctl enable nfs

⑤验证服务

nfs服务启动后，可以使用命令 rpcinfo -p 查看端口是否生效。

111端口为rpcbind服务对外提供服务的主端口。

#设置服务开机自启动【centos6】

chkconfig rpcbind on
chkconfig nfs on#查看
systemctl list-unit-files |grep rpcbind
systemctl list-unit-files | grep nfs

我们可以使用 showmount 命令来查看服务端(本机)是否可连接：

出现上面结果表明NFS服务端配置正常。

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NFS客户端配置

①安装rpcbind服务

Centos6.6版本及以上的系统需要安装nfs-utils软件，否则再挂载的时候会报错,Centos6.5以前的没有这个问题。

yum -y install nfs-utils rpcbind#客户端只需要启动rpcbind服务即可：
service rpcbind start

②挂载远程nfs文件系统

查看服务端已共享的目录：

 showmount -e 192.168.198.140

建立挂载目录，执行挂载命令：

mkdir /mnt/sharemount -t nfs 192.168.198.140:/data/share /mnt/share -o nolock,nfsvers=3,vers=3

如果不加 -o nolock,nfsvers=3 则在挂载目录下的文件属主和组都是nobody，如果指定nfsvers=3则显示root。

查看挂载结果，在客户端输入 df -h

如果要解除挂载，可执行命令：

umount /mnt/share

开机自动挂载

如果按上面的配置好，NFS即部署好了，但是如果你重启客户端系统，发现不能随机器一起挂载，需要再次手动操作挂载，这样操作比较麻烦，因此我们需要设置开机自动挂载。我们不要把挂载项写到/etc/fstab文件中，因为开机时先挂载本机磁盘再启动网络，而NFS是需要网络启动后才能挂载的，所以我们把挂载命令写入到/etc/rc.d/rc.local文件中即可。

[root@localhost ~]# vim /etc/rc.d/rc.local
#在文件最后添加一行：
mount -t nfs 192.168.42.101:/data/share /mnt/share/ -o nolock,nfsvers=3,vers=3
#同时需要给此脚本加执行权限
chmod +x /etc/rc.d/rc.local
保存并重启机器看看。

测试验证

查看挂载结果，在客户端输入 df -h

看到最后一行了没，说明已经挂载成功了。接下来就可以在客户端上进入目录/mnt/share下，新建/删除文件，然后在服务端的目录/data/share查看是不是有效果了，同样反过来在服务端操作在客户端对应的目录下看效果。

测试结果

在138客户端的/mnt/share目录中创建一个1.txt文件，可以在服务端/data/share目录下看到此文件。

你也可以这样理解：将服务端的/data/share目录挂载到了客户端/mnt/share上，相当于将服务端的/data/share目录共享给了客户端的/mnt/share；

所以在客户端/mnt/share进行创建文件或删除文件的操作相当于直接对服务端/data/share目录下进行操作；

在服务端/data/share进行创建文件或删除文件的操作相当于直接对客户端/mnt/share目录下进行操作。

在客户端进行操作：

在服务端进行操作

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三、NFS的优缺点

NFS服务可以让不同的客户端挂载使用同一个共享目录，也就是讲其作为共享存储使用，这样可以保证不同节点客户端数据的一致性，在集群架构环境中经常会使用到（仅支持类UNIX系统）。如果是Windows和Linux混合环境的集群系统，可以使用samba来实现。

优点：

1. 简单，容易上手，容易掌握。

2. NFS文件系统内数据是在文件系统之上的，即数据是能看得见的。

3. 部署快速，维护简单方便，且可控，满足需求就是最好的。

4. 可靠，从软件层面上看，数据可靠性高，经久耐用。

5. 服务非常稳定。

缺点：

1. 存在单点故障，如NFS Server宕机了，所有客户端都不能访问共享目录，后期会 通过负载均衡及高可用方案弥补

2. 在大数据高并发的场合，NFS效率、性能有限（2千万/日 以下PV的网站不是瓶 颈，除非网站架构设计太差）

3. 客户端认证是基于IP和主机名的，权限需要根据ID识别，安全性一般（用于内网 则问题不大）

4. NFS数据是明文的，NFS本身不对数据完整性作验证（传输的文件可能完整也可能不完整）。

5. 多台客户机器挂载一个NFS服务器时，连接管理维护麻烦（耦合度高）。尤其 NFS服务端出问题后，所有NFS客户端都处于挂掉状态（测试环境可使用autofs自动 挂载解决，正式环境可修复NFS服务或强制卸载umount -lf）

耦合性（英语：Coupling，dependency，或称耦合力或耦合度）是一种软件度量，是指一程序中，模块及模块之间信息或参数依赖的程度。 内聚性是一个和耦合性相对的概念，一般而言低耦合性代表高内聚性，反之亦然。

6. 涉及了同步（实时等待）和异步（解耦）的概念，NFS服务端和客户端相对来说就是耦合度有些高。网站程序也是一样，尽量不要耦合度太高，系统及程序架构师的重要职责就是为了解决程序及架构解耦，让网站的可扩展性变得更好。