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Linux-Magazin 02/2017
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Kernel- und Treiberprogrammierung mit dem Linux-Kernel – Folge 90

Kern-Technik

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Wenn Linux anhand des Precision Time Protocol an der Uhr dreht, schmilzt der Gangfehler zwischen zwei synchronisierten Geräten mindestens auf den millionsten Teil vom Flügelschlag eines Kolibris. Welcher Code für die viele Pünktlichkeit sorgt und wozu das gut ist, erklärt die Kern-Technik.

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Dass sich die (Uhr)-Zeitgeber unserer PCs, Server, Router, Smartphones und Tablets ab und zu über das Internet versichern, korrekt zu laufen und nötigenfalls ein paar Ticks nachjustieren, ist Stand der Technik: Sie kontaktieren per Network Time Protocol (NTP) einfach einen Zeitserver und holen dessen Zeit ab. Ein ausgefeilter Mechanismus rechnet dabei Paketlaufzeiten heraus und passt die Ganggeschwindigkeit (Frequenz) des eigenen Uhrwerks auf die des Zeitservers an. Unter günstigen Umständen läuft das eigene System millisekundengenau synchron zum Zeitserver.

Das ganze ist keine technikverliebte Spielerei, denn differieren die Uhren miteinander arbeitender Systeme, dann verlieren Zeitstempel, die zusammen mit Daten, Messwerten oder Ereignissen erzeugt werden, ihre Aussagekraft. Kein System könnte mehr über eine Ereignisreihenfolge eine zuverlässige Auskunft geben.

Das gilt für alle verteilten Systeme, sei es in der Automatisierungstechnik, wo kooperativ arbeitende Maschinen und Roboter schnell laufende Antriebe koordinieren, sei es in Autos, wo Steuergeräte in korrekter Reihenfolge Aktionen auszuführen haben, bei übers Land verschalteten Kraftwerksanlagen oder in jeder zentral protokollierten Serverlandschaft. Selbst bei Finanztransaktionen kommt es auf die zehntausendstel Sekunde an: So fordert beispielsweise die neueste Richtlinie MiFID 2, die am 1. Januar 2018 in Kraft treten wird [1], für die Zeitgeber-Synchronisation eine Genauigkeit von mindestens 100 Mikrosekunden. Mit NTP ist diese Genauigkeit in der Praxis nur unter ungewöhnlich günstigsten Umständen zu erreichen [2].

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