【科普】听过闰年闰月，可你听过闰秒吗？
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2021-01-16 13:55
闰年闰月大家都知道，可是你听说过闰秒这回事情吗？
闰年是为了弥补是我们的历法365天和地球实际公转365.25天的差距，所以每4年会一年是闰年，多出来的那一天就是2月29日。
闰月则是和阴历有关，不同于阳历的以公转制定的方式，阴历以月亮绕地球的时间来计算，所以会和阳历的365.25天相差10天21小时，于是，多出来的时间累积下来凑成一个月，也就是闰月了。
那么什么是闰秒？闰秒会带来什么影响？怎么解决闰秒带来的问题？
闰秒定义
要了解闰秒，首先需要了解几个基本的概念。
平均太阳日：天空中的太阳连续两次出现最大仰角(90度)所经历的时间就是一个太阳日，而又由于太阳日的长短不同，所以取一年内的太阳日平均值，所以可以大致的认为一个平均太阳日就是一天24小时。
UTC：英文为Coordinated Universal Time，中文叫做协调世界时或者世界标准时间，相信开发的同学都很清楚，他是世界上调节时钟和时间的主要时间标准，也是最接近格林威治标准时间GMT的时间系统之一。
最早的时候，一秒根据平均太阳日的1/86400来定义，这个时间依赖于地球的自转和公转。后来直到1967年，秒被物理学重新定义，以铯133的振荡频率来定义秒，并可以用原子钟来测量。
UTC的时间就是基于此来定义，而且他是一个固定的时间长度。
但是由于地球自转的速度受到潮汐加速等众多因素的影响，平均太阳日的时间并不固定。
为了让UTC贴近平均太阳日的时间，所以就产生了闰秒。
闰秒分为两种形式：
正闰秒，也就是在23:59:59之后一秒是23:59:60，然后才是00:00:00，很奇葩很诡异是不是。 负闰秒，23:59:58的下一秒就是00:00:00，但是目前没有出现过负闰秒。
闰秒的时间调整一般是在6月30日或者12月31日，而离我们最近的一次闰秒的调整则是在2016年的12月31日。
从1972年到现在，已经发生了20多次闰秒，对于我们的系统配置来说，通过NTP的服务来进行时间同步，如果服务器收到闰秒的处理通知，则会一级级下发到最边缘的NTP服务器，然后通知到客户端的操作系统，最终由操作系统来处理闰秒。
下面的表格是历年发生闰秒的时间：
| 年 | 6月30日 | 12月31日 |
|---|---|---|
| 1972年 | +1 | +1 |
| 1973年 | 0 | +1 |
| 1974年 | 0 | +1 |
| 1975年 | 0 | +1 |
| 1976年 | 0 | +1 |
| 1977年 | 0 | +1 |
| 1978年 | 0 | +1 |
| 1979年 | 0 | +1 |
| 1981年 | +1 | 0 |
| 1982年 | +1 | 0 |
| 1983年 | +1 | 0 |
| 1985年 | +1 | 0 |
| 1987年 | 0 | +1 |
| 1989年 | 0 | +1 |
| 1990年 | 0 | +1 |
| 1992年 | +1 | 0 |
| 1993年 | +1 | 0 |
| 1994年 | +1 | 0 |
| 1995年 | 0 | +1 |
| 1997年 | +1 | 0 |
| 1998年 | 0 | +1 |
| 2005年 | 0 | +1 |
| 2008年 | 0 | +1 |
| 2012年 | +1 | 0 |
| 2015年 | +1 | 0 |
| 2016年 | 0 | +1 |
带来的影响
虽然闰秒对普通人的日常生活没有任何影响，但是对于开启NTP服务的Linux系统来说有致命的风险，在Linux kernel 2.6.29之前版本存在bug，在进行闰秒调整时可能会引起系统导致ntpd进程死锁，从而导致crash。另外由于应用程序不能处理闰秒的问题导致时间的变化，会导致CPU load激增。
在上一次闰秒产生，国外Reddit、Mozilla、FourSquare、Yelp、LinkedIn和Gawker都产生了一定的问题，其中Reddit宕机时间超过1个半小时。其中，或许你能很明显的看到异常错误信息：kernel[81951.244556] Clock: inserting leap second 23:59:60 UTC
另外，针对数据库方面，23:59:60时间的问题兼容也不尽相同。
PostgreSQL：PostgreSQL可以兼容23:59:60的写法，不会报错。
Mysql：Mysql还不支持60秒写法，闰秒时必须使用unix time来表示时间，否则会报错。
根据目前的信息来看，Linux内核版本高于2.6.29修复了这个问题，NTP版本高于4.2.2p1-9会把这一秒的时间分散到大约2000秒中，低于该版本的话则会直接加一秒或者减一秒。
解决方案
最简单直接的方法就是闰秒发生前停止ntpd服务，闰秒结束后再开启。
提前一天停止ntp /etc/init.d/ntpd stop
重置系统时间 date -s "`date`"
重新开启ntp ntp/etc/init.d/ntpd start
但是有一个很明显的问题就是，大公司一个服务上千台机器，操作起来成功太高，而且停止同步是否会带来其他的问题不好评估影响面。
目前像google、阿里、amazon都有一些具体的应对方案，使用云服务的话可能不需要用户关心这方面的问题，如果是自己机房托管的话那么可能需要运维开发人员手动处理了。
以国内阿里云的处理方案举例，amazon同样也是采用该方案
阿里云的ECS云服务器的NTP服务采用忽略闰秒时刻的跳秒，缓慢同步消除闰秒带来的1秒误差的方案来面对闰秒事件，实际上采用的方案是闰秒发生前，每秒比UTC慢1/86400，经过12小时（43200秒）后，会比UTC慢0.5秒，闰秒发生之后，每秒和UTC误差减少1/86400，经过12小时（43200秒）后，-0.5的误差消除。国外Amazon也是这样的解决方案。
具体时间同步方案如下表格所示：
| UTC | 阿里云时间（北京时区 | 阿里云时间和UTC误差 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 2016/12/31 11:59:59 | 2016/12/31 19:59:59 | +0 | 和UTC完全同步 |
| 12:00:00 | 20:00:00 | +0 | |
| 12:00:01 | 每秒比UTC慢1/86400，经过12小时（43200秒）后，会比UTC慢0.5秒 | ||
| 20:00:01 | +1/86400 | ||
| 12:00:02 | |||
| 20:00:02 | +2/86400 | ||
| … | … | … | |
| 23:59:59 | |||
| 2017/1/1 07:59:59 | +43199/86400 | ||
| 23:59:60 | 闰秒 | ||
| 2017/1/1 08:00:00 | -0.5秒 | 和UTC误差-0.5秒 | |
| 2017/1/1 00:00:00 | 每秒和UTC误差减少1/86400，经过12小时（43200秒）后，-0.5的误差消除 | ||
| 08:00:01 | -43199/86400 | ||
| 00:00:01 | |||
| 08:00:02 | -43198/86400 | ||
| … | … | … | |
| 19:59:59 | -1/86400 | ||
| 11:59:59 | … | … | |
| 2017/1/1 12:00:00 | 2017/1/1 20:00:00 | 0 | 再一次和UTC同步 |
| 12:00:01 | 20:00:01 | 0 | |
| … | … | … |
如何预测避免
实际上，由于地球自转的时间无法计算，他有可能变快，也有可能变慢，受到潮汐、天气和熔态金属在地球核心的流动等各方面因素的影响，下一次闰秒的时间无法预估，但是国际地球自转和参考系服务（IERS）会提前6个月公布下一次闰秒的时间。
巨人的肩膀：
- END -https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%97%B0%E7%A7%92
https://developer.aliyun.com/article/68260
https://yq.aliyun.com/articles/80045?spm=5176.10695662.1996646101.searchclickresult.746332ab0yvJRw
https://www.cnblogs.com/luxianghao/p/6339470.html
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