时钟同步软件ptp4l简介、安装、使用

一、ptp4l简介

ptp4l 是 Linux 下的一个开源软件，是 IEEE 1588 Precision Time Protocol (PTP) 实现之一。它的功能是通过网络同步多个系统的时钟，并提供高精度的时间戳。下面分别解释其概念、实现功能、优缺点、应用场景。

概念：

PTP 是一种网络协议，用于在分布式系统中实现时钟同步。ptp4l （PTPv2 Linux implementation）是一个 PTP 协议的实现，支持 PTPv2 协议、时钟精度等级（clock precision）选择、延迟补偿等功能。其可以通过网络同步多个 PTP 节点的时钟，并提供高精度的时间戳。

实现功能：

ptp4l 常用于实现时钟同步和高精度时间戳，可以用于音视频同步、数据采集与处理、金融交易、电力系统同步、工业控制等领域。它提供以下主要功能：

1. 实现时钟同步：ptp4l 可以通过协议同步多个节点的时钟，以达到高精度的时间同步。

2. 提供高精度时间戳：ptp4l 可以为接收到的数据进行时间戳，并且提供子纳秒级别的时间精度。

3. 支持不同精度等级：ptp4l 可以支持不同的时钟精度等级，以达到更高精度的时钟同步。

4. 支持延迟补偿：ptp4l 可以诊断网络延迟，并根据延迟对时钟进行补偿。

优点：

1. 高精度：ptp4l 提供子纳秒级别的时间精度，可满足对时间精度要求较高的场景。

2. 可扩展性：ptp4l 可以通过协议同步多个节点的时钟，可以扩展到分布式系统中。

3. 灵活性：ptp4l 可以通过配置不同的时钟精度等级、延迟补偿等参数，以适应不同的应用场景。

缺点：

1. 受限于硬件支持：ptp4l 的时间同步精度受限于硬件支持，如果硬件不支持高精度时钟同步，则精度会受到限制。

2. 依赖于网络：ptp4l 通过网络实现时钟同步，因此受网络延迟、带宽等因素的影响。

二、应用场景：

ptp4l 主要应用于需要高精度时钟同步的场景，如音视频同步、数据采集与处理、金融交易、电力系统同步、工业控制等领域。在这些场景中，需要对不同系统中的时钟进行同步，以达到高精度和一致性，从而保证系统的稳定性和正常运行。

以下是在 CentOS 7 上安装和使用 LinuxPTP 的简要步骤：

1. 打开终端，使用以下命令安装 LinuxPTP：

   sudo yum install linuxptp
   

2. 验证 LinuxPTP 是否已成功安装。在终端中输入以下命令：

   ptp4l -v
   

   如果显示 LinuxPTP 版本号，则表示安装成功。

3. 配置 LinuxPTP。在终端中输入以下命令：

   sudo nano /etc/ptp4l.conf
   

   打开配置文件并根据需要进行更改。例如，您可以更改时钟设置、物理网络接口、PTP 网络接口等。

4. 启动 LinuxPTP。在终端中输入以下命令：

   [root@localhost ~]# ptp4l -i enp1s0 -f /etc/ptp4l.conf -m
   ptp4l[519569.670]: selected /dev/ptp0 as PTP clock
   ptp4l[519569.672]: port 1: INITIALIZING to LISTENING on INIT_COMPLETE
   ptp4l[519569.672]: port 0: INITIALIZING to LISTENING on INIT_COMPLETE
   ptp4l[519577.354]: port 1: LISTENING to MASTER on ANNOUNCE_RECEIPT_TIMEOUT_EXPIRES
   ptp4l[519577.354]: selected local clock 001b21.fffe.c4522a as best master
   ptp4l[519577.354]: assuming the grand master role
   
   

   这将启动 PTP 守护程序并将其配置为使用 eth0 接口，以 /etc/linuxptp/ptp4l.conf 中指定的设置运行。

5. 检查时钟同步情况。在终端中输入以下命令：

   [root@localhost ~]# phc2sys -s enp1s0 -w CLOCK_REALTIME -m
   phc2sys[519870.160]: CLOCK_REALTIME phc offset      -172 s0 freq  +44777 delay    749
   phc2sys[519871.161]: CLOCK_REALTIME phc offset      -177 s2 freq  +44772 delay    758
   phc2sys[519872.161]: CLOCK_REALTIME phc offset      -173 s2 freq  +44599 delay    758
   phc2sys[519873.161]: CLOCK_REALTIME phc offset       -25 s2 freq  +44695 delay    743
   phc2sys[519874.161]: CLOCK_REALTIME phc offset        44 s2 freq  +44757 delay    745
   phc2sys[519875.161]: CLOCK_REALTIME phc offset        34 s2 freq  +44760 delay    751
   phc2sys[519876.162]: CLOCK_REALTIME phc offset        61 s2 freq  +44797 delay    745
   phc2sys[519877.162]: CLOCK_REALTIME phc offset     42355 s2 freq  +87109 delay    749
   phc2sys[519878.162]: CLOCK_REALTIME phc offset       122 s2 freq  +57583 delay    757
   phc2sys[519879.162]: CLOCK_REALTIME phc offset    -12775 s2 freq  +44722 delay    745
   phc2sys[519880.162]: CLOCK_REALTIME phc offset    -12753 s2 freq  +40912 delay    754
   phc2sys[519881.163]: CLOCK_REALTIME phc offset     -8903 s2 freq  +40936 delay    744
   
   

   这将将 PHC（Ptp Hardware Clock）与真实时钟同步，从而确保时钟同步。

以上是在 CentOS 7 上安装和使用 LinuxPTP 的基本步骤，实际上，您还需要了解更多关于 LinuxPTP 的详细配置和使用方法，以确保系统正常运行。

常用参数

ptp4l 常用参数含义如下：

usage: ptp4l [OPTION]... [INTERFACE]...

ptp4l is an implementation of the Precision Time Protocol (PTP) according
to IEEE standard 1588 for Linux.  PTP is used to synchronize the clocks of
devices over a network. ptp4l, in conjunction with phc2sys, can be used to
synchronize the system clock to an external PTP clock.

OPTION list:
  -C, --config-file     load configuration from file
  -g, --global-override enable global override of settings in configuration files
  -i, --interface       specify an interface to use
  -m, --management      enable the PTP management messages
  -p, --priority        select the priority1 and priority2 for PTP port
  -s, --step-seconds    step the clock if offset is greater than given seconds
  -A, --announce-interval
                        interval in seconds between sending announce messages
  -D, --drift-threshold drift threshold for the clock in seconds per second (default 1e-6)
  -G, --domain          specify PTP domain number (default 0)
  -H, --pdelay-req-hops number of hops for pdelay-req messages (default 1)
  -I, --init-delay      initial delay before sending first announce message (seconds)
  -M, --max-adjustable-offset
                        the maximum offset the clock can be adjusted in seconds
  -O, --outlier-threshold
                        specify outlier threshold for the clock discipline
  -P, --phc2sys         enable phc2sys compatibility mode
  -Q, --ptpengine-debug output debug information for ptpengine (use multiple times for more detail)
  -R, --hw-timestamps   use hardware timestamps instead of software
  -S, --src-addr        specify source IPv4 or IPv6 address (receiver mode only)
  -T, --unicast-address specify unicast destination address instead of multicast
  -U, --user-description
                        specify user description for PTP port
  -V, --version         print version number and exit
  -W, --override-offset-allowed
                        override the offset if the difference is outside acceptable limits (default false)
  -X, --set-timeout     specify timeout in milliseconds for message receptions
  -Y, --sync-rate-limit
                        limit the number of sync messages propagated per second
  -Z, --pid-file        write the PID of ptp4l to a file
  -d, --debug-level     output debugging information (use multiple times for more detail)
  -f, --foreground      stay in foreground and output messages to stdout
  -h, --help            display this help and exit
  -l, --lock-file       lock file used for PID file (default /var/run/ptp4l.lock)
  -o, --one-step        enable the one-step clock mode
  -r, --priority1       specify PTP priority1 value (default 128)
  -t, --priority2       specify PTP priority2 value (default 0)
  -u, --unicast-dest    specify unicast destination for PTP messages
  -v, --verbose         output verbose messages

See the ptp4l(8) man page for more information.

其中一些常用的参数的使用方法如下：

• -C, --config-file: 指定配置文件的位置，例如 -C /etc/ptp4l.conf。
• -i, --interface: 指定要使用的接口名称，例如 -i eth0。
• -m, --management: 启用 PTP 管理消息，例如 -m。
• -s, --step-seconds: 如果时钟偏移大于给定的秒数，则步进时钟，例如 -s 1。
• -A, --announce-interval: 指定发送 announce 消息的间隔时间，例如 -A 30。
• -M, --max-adjustable-offset: 指定时钟可以调整的最大偏移量，例如 -M 0.1。
• -Q, --ptpengine-debug: 输出 ptpengine 的调试信息。您可以使用多次 -Q 选项来获取更多的调试信息，例如 -Q -Q -Q。
• -d, --debug-level: 输出调试信息，使用多个 -d 选项可以获取更详细的调试信息，例如 -d -d -d。
• -f, --foreground: 以前台进程方式运行，将消息输出到标准输出中，例如 -f。
• -h, --help: 显示帮助信息，例如 -h。
• -v, --verbose: 打印详细的消息，例如 -v。

这些参数的使用方法可以结合具体的应用场景来确定。

[root@localhost ~]# ptp4l -h

usage: ptp4l [options]

 Delay Mechanism

 -A        Auto, starting with E2E
 -E        E2E, delay request-response (default)
 -P        P2P, peer delay mechanism

 Network Transport

 -2        IEEE 802.3
 -4        UDP IPV4 (default)
 -6        UDP IPV6

 Time Stamping

 -H        HARDWARE (default)
 -S        SOFTWARE
 -L        LEGACY HW

 Other Options

 -f [file] read configuration from 'file'
 -i [dev]  interface device to use, for example 'eth0'
           (may be specified multiple times)
 -p [dev]  PTP hardware clock device to use, default auto
           (ignored for SOFTWARE/LEGACY HW time stamping)
 -s        slave only mode (overrides configuration file)
 -t        transparent clock
 -l [num]  set the logging level to 'num'
 -m        print messages to stdout
 -q        do not print messages to the syslog
 -v        prints the software version and exits
 -h        prints this message and exits

附：报错：failed to create a clock

ptp4l[519360.082]: interface 'enp4s0' does not support requested timestamping mode
failed to create a clock

这个错误通常出现在 Linux 系统上，表明 ptp4l 无法在指定的网络接口上启用 PTP 时间戳模式。可能的原因是：

1. 网络接口不支持 PTP 时间戳模式。某些网络接口可能不支持硬件时间戳或软件时间戳，因此无法用于 PTP 同步。

2. 没有足够的权限来启用 PTP 时间戳模式。在某些系统中，需要以管理员或特权用户身份运行 ptp4l，才能访问必要的系统资源。

为了解决这个问题，可以尝试以下步骤：

1. 检查网络接口是否支持 PTP 时间戳模式。可以使用 ethtool 命令来查看网络接口是否支持硬件时间戳或软件时间戳。例如，使用以下命令查看 enp4s0 网络接口的时间戳能力：

   sudo ethtool -T enp4s0
   

   如果输出中包含 PTPv2(IEEE 1588)，则表示该网络接口支持 PTP 时间戳模式。如果没有该选项，则表示网络接口不支持 PTP 时间戳模式。

2. 确认当前用户是否具有足够的权限启用 PTP 时间戳模式。可以尝试使用 sudo 命令以管理员或特权用户身份运行 ptp4l。

3. 如果确认网络接口支持 PTP 时间戳模式且当前用户具有足够的权限，但仍然遇到该错误，请尝试升级系统内核或驱动程序，以确保网络接口驱动程序支持 PTP 时间戳模式。

希望以上步骤可以帮助您解决这个问题。

接口不支持PTP时间戳模式：

 接口支持PTP时间戳模式：