🙄🙄 Что же такое время? Мы часто оперируем этим понятием в наших приложениях, но откуда вообще наш компьютер знает точное время?
Всё началось ещё давно, когда морякам необходимо было знать точное время, чтобы определить точное местоположение корабля в океане. Это связано с принципом долготы — одной из двух координат на Земле. В 1731 году изобрели хронометр, который надолго стал золотым стандартом на море. В современном мире используют спутниковые системы (GPS).
Но как же наши компьютеры понимают, сколько сейчас время? В каждом компьютере есть маленький чип — Real-Time Clock (RTC). Он работает даже тогда, когда устройство выключено. Но есть проблема в том, что RTC не очень точный, за минуту дрейф может составлять миллисекунды, а за дни и недели — уже секунды и больше.
Для решения этой проблемы был придуман Network Time Protocol (NTP). Операционная система почти всегда периодически синхронизирует время через интернет. Но откуда те, с кем мы синхронизируемся, знают точное время, как они его считают?
Существует международное атомное время (TAI - International Atomic Time). Оно равняется средневзвешенному времени цезиевых часов из разных лабораторий, с поправками на локальную разницу гравитации. Через GPS атомные часы калибруются по отдельности через положение GPS-спутников. Сами атомные часы завязаны на факт, что одна секунда равна времени, за которое атом цезия-133 совершает 9_192_631_770 переходов между энергетическими состояниями, там всё неочевидно, оставим эти вопросы физикам)
Но где же здесь всем знакомый UTC (Coordinated Universal Time)? На самом деле UTC — это шкала, которая идёт почти как TAI, но периодически в неё вставляют високосные секунды, чтобы не убегать от астрономического времени. Поскольку Земля со временем вращается медленнее, «солнечные сутки» постепенно расходятся с атомным временем. Поэтому международная служба времени
23:59:60 <- вставленная секунда 😎😎
Так делали 27 раз, начиная с 1972 года. Високосная секунда кажется мелочью — всего одна лишняя секунда. Но на практике 30 июня 2012 года она вызвала крупные сбои по всему миру: в интернете, авиакомпаниях, дата-центрах, базах данных, Linux-серверах и даже в платежных системах. В частности, в ядре Linux был баг в обработке таймеров, и при вставке секунды некоторые таймеры начинали бесконечно перезапускаться, загружая CPU на 100%.
Эта секунда так всех достала, что в ноябре 2022 года на 27-й Генеральной конференции по мерам и весам было принято решение отказаться от дополнительных секунд к 2035 году или ранее))
Но как всё-таки получать точное время? Ведь даже при использовании NTP нет жёсткой гарантии на дрейф, ибо всё зависит от множества факторов (аппаратные часы, сеть, серверы) В нормальных условиях речь обычно идёт о миллисекундах, иногда десятках миллисекунд, но это всё равно слишком много, чтобы на это завязаться.
В рамках одного процесса ОС эту проблему решают монотонными часами. Например, в Go пакет time хранит такое время от операционной системы. В отличие от "реального" времени оно монотонно, то есть можно более безопасно реализовать различные таймеры.
Но что делать, если нам нужно точное время между разными компьютерами? Например, базам данных критично получать точное время для выбора меток при реализации распределённых транзакций с уровнем изоляции snapshot isolation (MVCC).
Эту проблему решают специальными чипами с атомными часами, например, Chip-Scale Atomic Clock (CSAC), который можно купить за +- 5.000$. Далее такую аппаратную поддержку используют в time server'ах, с помощью которых приложение может получить "интервал доверия" для текущего времени — диапазон, в котором оно почти наверняка находится. Сами серверы бывают разные (master, slave), соответственно, с разной точностью.
Подводя итоги, можно сказать одно. Прежде чем сильно завязаться на время в вашей системе, подумайте несколько раз, правда ли вы этого хотите 🖐️🖐️