[過去ブログからの転記] Linuxにおける時刻管理

Linux
Author

Ryo Nakagami

Published

2021-05-07

Modified

2026-02-01

システムクロック

Definition 1 システムクロック

  • OSが内部に持っている時計をシステムクロックという
  • ファイルのタイムスタンプやプロセスやカーネルログの記録などに使用される
  • システムクロック自体はUTCで管理される
  • ハードウェアクロック(CMOS Clock)とは別物

Linuxシステムの時刻はシステムクロックによって管理されています．このシステムクロックは date コマンドで確認することができます

## Local timezone
$ date
Sat May 30 08:19:29 PM JST 2020

## UTC timezone
$ date -u
Sat May 30 11:19:29 AM UTC 2020

$ date --utc
Sat May 30 11:19:29 AM UTC 2020

## 一時的にNewYork TZ
$ TZ=New_York date
Thu Jan 29 05:54:45 PM New 2026

## Unixエポックの日時表示
$ date -d @1769729151
Fri Jan 30 08:25:51 AM JST 2026

システムクロックはLinuxカーネルのメモリ上に次の２つのデータの組として保持されています:

  • Unixエポック(1970-01-01 00:00:00)からの経過秒数
  • 現在秒からの経過ナノ秒数

そして，インターバルタイマーの割り込みにより時計が進みます．

Example 1 (C言語によるシステムクロックの直接参照)

システムクロックはカーネル内で「Unixエポックからの経過秒数」と「ナノ秒」の組として保持されています． C言語の clock_gettime 関数（システムコール本体ではなくPOSIXが定義する時刻取得API）を使用すると，ライブラリおよびシステムコールを介して，カーネルメモリ上のこの生の値を直接取得できます

cat <<'EOF' | gcc -x c - -o cgt && ./cgt && rm -f cgt
#include <time.h>   // clock_gettime, struct timespec の定義
#include <stdio.h>

int main() {
    struct timespec ts;
    /*
     * clock_gettime()
     *
     * 関連するシステムコール:
     *   - SYS_clock_gettime        (32bit time_t 環境)
     *   - SYS_clock_gettime64      (64bit time_t / Y2038 対応)
     *
     * 引数1: CLOCK_REALTIME
     *   - Unix Epoch (1970-01-01 00:00:00 UTC) からの実時間
     *   - NTP 等により前後に補正される可能性あり
     *
     * 引数2: &ts
     *    - 結果を格納する構造体のポインタ 
     */
    clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &ts);

    /* 
      ts.tv_sec : Unixエポックからの経過秒数
      ts.tv_nsec: 現在秒からの経過ナノ秒数
    */
    printf("%ld %ld\n", ts.tv_sec, ts.tv_nsec);
}
EOF

上記をターミナルで実行すると 1769729151 441034261 という形式で，現在のシステムクロックの状態が出力されます．

  • 1769729151 : Unixエポックからの経過秒数
  • 441034261 : 現在の秒数内でのナノ秒単位の経過（\(0 \sim 999,999,999\)）
Noteタイムゾーン情報

各タイムゾーンの時差情報は /usr/share/zoneinfo ディレクトリに格納されています．Linuxシステムインストール時に，指定されたタイムゾーンに従って， etc/localtime に /usr/share/zoneinfo 以下のタイムゾーンファイルへのシンボリックリンクが貼られ，この情報に従って，date コマンドの表示が ローカルタイムゾーン換算に変更されます．

$ ls -l /etc/localtime
lrwxrwxrwx 1 root root 30 May 29  2025 /etc/localtime -> /usr/share/zoneinfo/Asia/Tokyo

TZ 変数によるシステムタイムゾーンの上書き

TZ変数は，プロセスだけ別の時計を持たせるための環境変数です．

$ date
Sat Jan 31 10:31:39 PM JST 2026

$ TZ=Asia/Tokyo date
Sat Jan 31 10:31:56 PM JST 2026

$ TZ=UTC date
Sat Jan 31 01:32:06 PM UTC 2026

$ date
Sat Jan 31 10:32:25 PM JST 2026

設定可能なタイムゾーン一覧の確認は，systemd環境ならば

timedatectl list-timezones

で確認することができます．

tzselect: 対話的に TZ 環境変数を決める

tzselect コマンドは，対話形式でタイムゾーンを選択するコマンドです． コマンドを実行しても，etc/localtime は変更されず，あくまで TZ 環境変数が設定されるだけです．

実行例は以下

$ tzselect
Please identify a location so that time zone rules can be set correctly.
Please select a continent, ocean, "coord", or "TZ".
 1) Africa
 2) Americas
 3) Antarctica
 4) Asia
 5) Atlantic Ocean
 6) Australia
 7) Europe
 8) Indian Ocean
 9) Pacific Ocean
10) coord - I want to use geographical coordinates.
11) TZ - I want to specify the timezone using the Posix TZ format.
#? 4
Please select a country whose clocks agree with yours.
 1) Afghanistan          30) Kyrgyzstan
 2) Antarctica           31) Laos
 3) Armenia          32) Lebanon
 4) Australia            33) Macau
 5) Azerbaijan           34) Malaysia
 6) Bahrain          35) Mongolia
 7) Bangladesh           36) Myanmar (Burma)
 8) Bhutan           37) Nepal
 9) Brunei           38) Oman
10) Cambodia             39) Pakistan
11) China            40) Palestine
12) Christmas Island         41) Philippines
13) Cocos (Keeling) Islands  42) Qatar
14) Cyprus           43) Réunion
15) East Timor           44) Russia
16) French S. Terr.      45) Saudi Arabia
17) Georgia          46) Seychelles
18) Hong Kong            47) Singapore
19) India            48) Sri Lanka
20) Indonesia            49) Syria
21) Iran             50) Taiwan
22) Iraq             51) Tajikistan
23) Israel           52) Thailand
24) Japan            53) Turkmenistan
25) Jordan           54) United Arab Emirates
26) Kazakhstan           55) Uzbekistan
27) Korea (North)        56) Vietnam
28) Korea (South)        57) Yemen
29) Kuwait
#? 24

The following information has been given:

    Japan
    Eyre Bird Observatory

Therefore TZ='Asia/Tokyo' will be used.
Selected time is now:   Sat Jan 31 10:39:05 PM JST 2026.
Universal Time is now:  Sat Jan 31 01:39:05 PM UTC 2026.
Is the above information OK?
1) Yes
2) No
#? 1

You can make this change permanent for yourself by appending the line
    TZ='Asia/Tokyo'; export TZ
to the file '.profile' in your home directory; then log out and log in again.

Here is that TZ value again, this time on standard output so that you
can use the /usr/bin/tzselect command in shell scripts:
Asia/Tokyo

ハードウェアクロック

Definition 2 ハードウェアクロック

  • ハードウェアクロックは，マザーボード上のICによって提供される時計
  • バッテリーのバックアップがあるので，PCの電源を切っても時計が進む
  • RTC（Real Time Clock）あるいはCMOSクロックとも呼ばれる

RTCはCMOSメモリ上にデータを保持しています．ハードウェアクロックの時刻はLinuxシステム立ち上げ時にhwclockコマンドで読み取られ，システムクロックに設定されます． また, システムの停止時に，hwclock コマンドによってシステムクロックの時刻がハードウェアクロックに設定されます.

sequenceDiagram
    participant HW as hardware clock
    participant IT as interval timer
    participant SC as system clock
    participant NTP

    HW->>SC: boot時に<br>hardware clockを反映
    NTP->>SC: NTPによる時刻同期
    IT->>SC: 割り込みにより<br>system clockを進める
    SC->>HW: システム停止時に<br>system clockを反映

hwclockコマンド

ハードウェアクロック操作に関係するコマンド hwclock は /dev/rtc デバイスを open() し，RTCのread/writeを行います．

$ ls -l /dev/rtc 
lrwxrwxrwx 1 root root 4 Jan 31 21:39 /dev/rtc -> rtc0

$ ls -l /dev/rtc0
crw------- 1 root root 248, 0 Jan 31 21:39 /dev/rtc0

となっているため，hwclock を用いたRTC表示などにはスーパーユーザー権限が必要であることがわかります．

コマンド 方向 何をするか
sudo hwclock --show RTC → 表示 ハードウェアクロック（RTC）の現在値を表示
sudo hwclock --systohc system → RTC システムクロックの時刻をハードウェアクロックに書き込む
sudo hwclock --hctosys RTC → system ハードウェアクロックの時刻をシステムクロックに反映

Network Time Protocal

Note現在の Ubuntu / systemd 環境では標準的には使われていない
  • Ubuntu 16.04以降では timedatectl/timesync が ntpdate/ntp の代わりに用いられている
  • ntpdate はデフォルトではインストールされていない場合が多い

Definition 3 Network Time Protocol

  • NTPはコンピュータが，ネットワーク上のほかのコンピュータの時刻を参照して時刻の同期を取るためのプロトコル
  • 時刻をstratumと呼ばれる階層で管理し，原子時計/GPS/標準電波などのレファレンスクロックが最上位の階層stratum0になり，最下位の階層stratum16まで階層化できる
  • NTPデーモンやコマンドにより，システムクロックを設定できる

原子時計/GPS/標準電波が最上位の階層stratum0になり，それを時刻源とするNTPサーバがstratum1となります． stratum1のNTPサーバから時刻を受信するコンピュータ（NTPサーバあるいはNTPクライアント）はstratum2となります.

NTPとstratum

NTPクライアントとNTPサーバー

項目 NTPクライアント NTPサーバー
役割 時刻を取得し、自身の時刻を同期・補正する 正確な時刻を他のノードへ提供する
時刻の参照先 上位 stratum の NTPサーバー 上位 stratum、またはレファレンスクロック
stratum サーバーより下位（数値が大きい） 上位（数値が小さい）
主な実装 systemd-timesyncd, ntpdate ntpd

NTPによる時刻修正方法

Definition 4 ntpdate コマンド

  • ntpdateコマンドは，NTPクライアントプログラムで，日付と時刻を NTP サーバーと同期することができる
  • kernelが管理するシステムクロックを変更するコマンドなので，実行にはroot権限が必要
  • 基本的には，Step方式で時刻修正がされる
sudo ntpdate [option] NTP-server

NTPによる時刻修正は Slew と Step の2種類があります．

項目 slew（徐々に補正） step（即時補正）
補正方法 クロックの進み方を少しずつ調整 時刻を一気にジャンプさせる
時刻の連続性 ✅ 保たれる ❌ 失われる
システムへの影響 小さい 大きい
ログ・ジョブへの影響 ほぼなし 時刻逆行・重複の可能性あり

ntpdate コマンドでは基本的には Step方式で時刻修正がされます．

## 強制step
sudo ntpdate -b ntp.ubuntu.com

## 擬似的Slew修正
sudo ntpdate -B ntp.ubuntu.com

厳密には，-B オプションによる修正は，Slew方式修正ではなくカーネル PLL による周波数補正になります．

NTPサーバーとシステムクロックのオフセット確認

NTPサーバーとシステムクロックの差分(offset)を確認するには，ntpdate -q コマンドを用います．

$ sudo ntpdate -q ntp.nict.jp
31 MAy 02:19:09 ntpdate[5393]: step time server 133.243.238.243
offset 99.535574 sec

今回の例では約99秒ほどsystem clockが遅れていることがわかります．先行している場合は-(マイナス)で表現されます．

NTPサーバーはDNS名で指定する

sudo ntpdate [option] NTP-server の NTP-server部分はDNS名（ホスト名）による指定が推奨されます． timedatectl timesync-status の出力を確認すると

% timedatectl timesync-status
       Server: 2620:2d:4000:1::41 (ntp.ubuntu.com)
Poll interval: 17min 4s (min: 32s; max 34min 8s)
         Leap: normal
...

実際に通信しているのは 2620:2d:4000:1::41 ですが，DNS 名 ntp.ubuntu.com から解決されたものです． ntp.ubuntu.com を nslookup すると

$ nslookup ntp.ubuntu.com
Server:     127.0.0.53
Address:    127.0.0.53#53

Non-authoritative answer:
Name:   ntp.ubuntu.com
Address: 185.125.190.57
Name:   ntp.ubuntu.com
Address: 185.125.190.58
Name:   ntp.ubuntu.com
Address: 91.189.91.157
Name:   ntp.ubuntu.com
Address: 185.125.190.56
Name:   ntp.ubuntu.com
Address: 2620:2d:4000:1::3f
Name:   ntp.ubuntu.com
Address: 2620:2d:4000:1::41
Name:   ntp.ubuntu.com
Address: 2620:2d:4000:1::40

ntp.ubuntu.com は1台ではないことがわかります．ntp.ubuntu.com はNTPサーバープールであり，複数の独立した NTP サーバーから構成されています． なお，ntp.ubuntu.com はCanonicalが運用管理しているNTPプールです．

NTPサーバーは，一般的に，複数のサーバーによるDNSラウンドロビン(問い合わせのたびに順繰りに異なったIPアドレスを返す仕組み)によってサーバーの負荷分散を行っています． そのため，NTPを用いるときはDNS名（ホスト名）を指定することが推奨されています．

ntpd を用いた時刻調整

Definition 5 ntpd

  • ntpd はNTPにより時刻の動機を取るデーモン
  • 設定ファイル /etc/ntp.confで指定されたサーバーに，指定された感覚でとう合わせを行い時刻調整を行う
  • 現在では chronyd デーモンにとって代わられている

設定医ファイル /etc/ntp.conf は

$ cat /etc/ntp.conf

# /etc/ntp.conf, configuration for ntpd
driftfile /var/lib/ntp/ntp.drift
statsdir /var/log/ntpstats/

# You do need to talk to an NTP server or two (or three).
#server ntp.ubuntu.com
server ntp.nict.jp iburst

#localhostをNTPサーバに設定 & アクセス制限なし
restrict 127.0.0.1
configuration 説明
driftfile ntpd が時刻の調整を行う際に NTP サーバーから入手した時刻と ntpd が動作しているマシンとの時刻のずれを記録するファイルを指定
server 時刻を同期する NTP サーバーを指定
statsdir 統計ログファイルを指定
restrict access control listの指定. 「誰からのNTP通信を許す／拒否するか」を決める

iburst オプション

iburst は server コマンドと組みわせて使用するオプションで，指定時にはNTPサーバーとの初期同期時に 2秒間隔で8個のパケットを送信して同期を取ります = 初期の同期にかかる時間を短縮します． iburst を指定しない場合，ntpd は起動直後から「通常の poll 制御」に入り，minpoll（デフォルト 6 = 64秒）間隔で問い合わせをします．

restrict コマンド

restrict default kod nomodify nopeer noquery
restrict 127.0.0.1

と指定した場合，

要素 対象 効果
restrict default 全外部ホスト このルールを適用
kod 過剰アクセス元 Kiss-of-Death を返す（DoS / 過負荷防止）
nomodify 外部 設定変更・時刻強制変更を禁止
nopeer 外部 peer 化を禁止(踏み台化防止)
noquery 外部 状態取得を禁止

restrict 127.0.0.1 は何も制限がないという設定になります．

複数のサーバーの指定

server 0.jp.pool.ntp.org
server 1.jp.pool.ntp.org
server 2.jp.pool.ntp.org
server 3.jp.pool.ntp.org

のように複数の日本国内のプールを指定することができます．複数指定する目的として，「精度のため」＋「安全のため」があります． 1台の時刻は信用しない，というのが基本思想になります．

ntpq コマンド

Definition 6 ntpq コマンド

  • nep queryの略
  • ntpd が現在どのように時刻同期を行っているかを確認するための管理コマンド
  • ntpq -p or ntpq --peers を実行することで，参照している NTP サーバー一覧と，その状態を表示
$ ntpq -p
     remote           refid      st t when poll reach   delay   offset  jitter
==============================================================================
*ntp-b2.nict.go. .NICT.           1 u    1   64  377   91.074   20.475  82.456
 LOCAL(0)        .LOCL.          10 l   57   64  377    0.000    0.000   0.001
列名 意味 見るポイント
remote NTPサーバー名 /etc/ntp.conf で指定したサーバー
* + 同期状態 *: 現在採用中のサーバー．
+: 候補として有効
-: 候補から除外
when 次の問い合わせまでの残り秒 動いていればカウントダウンする
poll ポーリング間隔（秒） 64, 128 など
reach 到達履歴（8回分） 377 なら安定
delay 通信遅延（ms） 小さいほど良い
offset サーバーとの差（ms） 0に近いほど良い
jitter 揺らぎ 小さいほど安定

UbuntuにおけるNTP server時刻同期

Note
  • デフォルトでは systemd-timesyncd が使用される
  • chrony がインストールされている場合は，chronyが時刻同期を担当する挙動になる
    • NTPデーモンは，ntpd, chronyd, systemd-timesyncd のどれか１つしか用いない(複数起動はダメ)

デフォルトでは systemd-timesyncd がNTPクライアントとして有効になっています．

$ timedatectl status
               Local time: Sun 2026-02-01 01:57:15 JST
           Universal time: Sat 2026-01-31 16:57:15 UTC
                 RTC time: Sat 2026-01-31 16:57:15
                Time zone: Asia/Tokyo (JST, +0900)
System clock synchronized: yes
              NTP service: active
          RTC in local TZ: no

設定ファイルは /etc/systemd/timesyncd.conf に存在します．

timedatectl timesync-status

timedatectl timesync-status は ntpq に対応するコマンドです．

$ timedatectl timesync-status
       Server: 2620:2d:4000:1::41 (ntp.ubuntu.com)
Poll interval: 34min 8s (min: 32s; max 34min 8s)
         Leap: normal
      Version: 4
      Stratum: 2
    Reference: B7A08584
    Precision: 1us (-25)
Root distance: 785us (max: 5s)
       Offset: +38.605ms
        Delay: 327.165ms
       Jitter: 93.195ms
 Packet count: 14
    Frequency: +3.245ppm
項目 表示例 意味
Server 2620:2d:4000:1::41 (ntp.ubuntu.com) 現在同期に使用しているNTPサーバ
Poll interval 34min 8s 問い合わせ間隔
Leap normal うるう秒情報
Version 4 NTPプロトコルのバージョン
Stratum 2 基準時計からの段数
Reference B7A08584 上位参照クロックID
Precision 1us (-25) 内部時計の分解能
Root distance 785us 基準時計からの推定誤差
Root distance max 5s 許容最大誤差
Offset +38.605ms サーバとの差
Delay 327.165ms ネットワーク遅延
Jitter 93.195ms 遅延のばらつき
Packet count 14 送受信したパケット数
Frequency +3.245ppm 時計のクセ（drift）

Appendix: date コマンドによる表示形式の調整

Notedate コマンドの表示形式
  • date コマンドは表示形式の設定もできます
  • 表示形式の書式指定では最初に + を付け，そのあとにパターンを指定します
フォーマット コマンド例 出力サンプル
YYYY/MM/DD hh:mm:ss date "+%Y/%m/%d %H:%M:%S" 2017/09/07 07:16:51
YYYY-MM-DDThh:mm:ss date +%Y-%m-%dT%H:%M:%S 2017-09-07T07:16:51
YYYYMMDD-hhmmss date +%Y%m%d-%H%M%S 20170907-071651
Month DD hh:mm:ss date '+%B %d %T' August 12 21:30:57
Mon DD hh:mm:ss date '+%B %d %T' Jan 30 10:30:21
Unix Epoch Time date --date="2020-05-01 18:36:10" +%s 1588325770