На протяжении всей истории мир полагался на астрономическое время. Восходит Солнце — наступает день, заходит — наступает ночь. День и ночь разделяли на часы, часы на минуты, минуты на секунды — и этого было достаточно.
Были небольшие отклонения, вызванные замедлением вращения Земли и другими природными силами, но они не нарушали привычный ход процессов и оставались практически незамеченными. Но с развитием технологий на погрешности в отсчете времени стало трудно закрывать глаза.
В современном мире синхронизация устройств по времени — одна из основных задач. Под катом рассказываем, как люди работали над ее решением и какие технологии изобрели.
Астрономическое и атомное время
За последние 50 лет международное сообщество использовало два разных способа отсчета времени. Один древний и общепринятый способ исчисления времени — по положению Солнца и звезд. Другой — более точный, основан на частоте изменения состояния атомов цезия, обеспечивает необходимую синхронизацию цифровых устройств.
Проблема: времени два и они между собой расходятся. Астрономическое время (UT1) отстает на короткое время от атомного времени (TAI). Но этого достаточно, чтобы нарушить работу вычислительных систем.
Поэтому каждые несколько лет, начиная с 1972 года, два времени синхронизируются путем введения дополнительной (високосной) секунды. Атомные часы на секунду приостанавливаются, чтобы астрономические догнали их. Это происходит каждый раз, когда два времени расходятся более чем на 0,9 секунды.
За последние 50 лет дополнительные секунды вводились 27 раз. Неизвестно, когда придется вводить их в следующий раз — это зависит от того, насколько быстро вращается планета.
Земля может замедляться или ускоряться — в зависимости от приливов, погоды, землетрясения, распределения ледяных шапок на вершинах гор и потока расплавленных металлов в ядре Земли. Но когда наступит момент ввода следующей високосной секунды, могут возникнуть большие проблемы. Математики могут спрогнозировать это заранее, но трудно предсказать, как все будет развиваться в реальном мире. Велика вероятность, что что-то пойдет не так.
Капсула с цезием и «печь».
NBS-1, первые атомные цезиевые часы.
Большой пробел, или вторая проблема синхронизации
На рубеже этого столетия возникла новая проблема, вызванная крупными технологическими компаниями, у которых не было опыта работы с дополнительными секундами. С 1999 по 2005 год дополнительные секунды не вводились. Поэтому все понятия облачных сервисов, мультипроцессоров и тому подобного возникли в период, когда дополнительных секунд не было. С тех пор високосные секунды вводились в 2005 году, конце 2008 года и 2012 году.
Проблема: был длительный интервал, когда люди разрабатывали новые технологии и им не приходилось думать о проблеме дополнительных секунд, а затем Земля стала ускоряться.
Расхождение во мнениях
Компании призывают отменить високосную секунду, чтобы избежать проблем, которые следуют за «большим пробелом», упущением в синхронизации времени. Хронометристы и политики считают, что отмена дополнительной секунды оторвет официальное время от древних традиций астрономии и приведет к преобладанию точных, но созданных в лаборатории атомных часов. Среди самых яростных противников — британское правительство, которое контролировало среднее время по Гринвичу — астрономическое время, которые определяется путем усреднения положения Солнца за год.
Также российское правительство выступает за сохранение дополнительной секунды до 2040 года. Национальная система спутникового позиционирования ГЛОНАСС была построена с учетом дополнительных секунд и изменение нынешней методологии хронометража может иметь последствия для армии РФ. Есть также Ватикан, который занимается астрономией со времен создания Григорианского календаря и также выступает против отмены дополнительных секунд.
Альтернативные решения синхронизациии
Но есть и варианты исправления, призванные скрыть внезапные изменения времени в таких системах, как Linux. Например, можно приостановить работу системы NTP на секунду, а не переводить системные часы назад. По сути, вы обманываете NTP, поэтому он не делает внезапного отката назад, но все равно добавляет дополнительную секунду.
Linux использует протокол сетевого времени (NTP) для подключения к мировым атомным часам и проверки времени.
Размазывание
Возможное оптимальное решение — это то, которое использует Google. В своем блоге компания описала метод — «размазывание» (time smearing). Вместо того, чтобы сразу добавлять целую секунду, Google модифицировала NTP так, что он добавляет миллисекунды к часам в течение относительно длительного периода времени.
Почему не все время можно размазать
Работа с дополнительными секундами, особенно в сетевом мире, часто приводила к организационным уронам. Дополнительные секунды в 2012 и 2017 годах стали причиной регулярных отключений и проблем в начале нового года.
Пример сбоя со временем: система показывает 60 секунд, а ноль следующей минуты начинается с 61 секунды предыдущей.
В полночь назначенного дня часы отсчитывают время с 23:59:59 до 23:59:60, а затем — до 00:00:00. Эта необычная средняя временная метка (23:59:60) «сводит с ума» скоординированные системы. Високосная секунда в 2012 году обогнала Reddit, Gawker, Cloudflare и австралийскую авиакомпанию Qantas.
С тех пор многие технологии подготовились к следующей дополнительной секунде с помощью размазывания или микросекундного замедления в течение длительного, но удобного для глобального сервера периода.
Размазывание високосной секунды.
Amazon и Post также разработали собственные методы синхронизации астрономического и атомного времени. Вторая компания, например, размазывает високосную секунду с шагом в миллисекунды по 17-часовому периоду. Но все эти методы угрожают единообразию — ни один из них не станет нормой для всех компаний. Когда наступит потребность ввести дополнительную секунду, у кого-то что-то может где-то упасть.
Инженеры Post отмечают, что хоть каждая дополнительная секунда до сих пор была положительной, отрицательная дополнительная секунда (которую компьютерные системы не могут легко «размазать») может возникнуть из-за «изменения схемы вращения Земли».
Подобного рода опасения встречаются не впервые: профессор Леонид Зотов из МГУ им. Ломоносова считает, что виной может стать неравномерное движение географических полюсов Земли. При таком раскладе часы перейдут с 23:59:58 на 00:00:00. Как поведут себя компьютеры в таком случае — остается только гадать.
Что делать с високосной секундой? Мнение ученых
Джуда Левин, руководитель проекта сетевой синхронизации Международный союз электросвязи, настоял, чтобы перенести его на 2023 год.
Последнее официальное решение состоялось 20 ноября на большой встрече ITUWRC в Дубае. Ученые голосуют за отказ от високосной секунды к 2035 году, так как опасаются, что она нанесет ущерб системам GPS и телекоммуникациям в целом.
Но американские ученые, в том числе Джуда Левин, не верят, что дискуссия принесет результат. Любое предлагаемое изменение потребует консенсуса между всеми участвующими странами, включая Россию.
Возможно, новый метод доктора Левина систематизируют в ближайшие несколько лет на других конференциях. На данный момент предложение о високосной минуте только начало распространяться как часть проекта, который еще не прошел всестороннюю проверку.
Предложение о «високосных минутах» было бы близко к тому, что уже решила резолюция IBWM почти единогласным голосованием. Предложение — позволить Всемирному координированному времени оставаться привязанным к атомным часам, но раз в 100 лет возвращать его в соответствие с астрономическими часами.
Возможно, с 2035 года будут отменены високосные секунды, вызывающие сбои в работе сетей и 50-летний кошмар хронологических ошибок округления закончится. Представители IBWM России проголосовали против резолюции, Беларусь воздержалась.
Предполагается, что в течение этих 100 лет ученые-метрологи найдут способ синхронизировать изменяемое время с тем, что «воспринимает» наша планета, вращаясь вокруг Солнца. Но большинство людей вообще не заметят никакой разницы, хотя к концу этого срока разница может достичь одной минуты.
Хотя голосование IBWM установило политику игнорирования дополнительных минут, организация, которая фактически координирует и распространяет UTC, Международный союз электросвязи, потенциально может вмешаться. Тогда системные администраторы скоро узнают, какие катастрофы могут произойти из-за одной лишней секунды.
Возможно, эти тексты тоже вас заинтересуют:
→ It's a mod, mod world: как моддинг произвел революцию в разработке игр
→ Немецкая игровая консоль из 1990 года: Game Master от компании Hartung. Интересная находка с барахолки
→ Как разбить видеокарту и поделиться с коллегами? Динамический шеринг GPU в Kubernetes с помощью MIG, MPS и TimeSlicing
