Schaltsekunde: Zeitgeber des Linux-Kernels verursachen Serverausfälle

Fehlende Kommunikation zwischen der Systemzeit des Linux-Kernels und dem High-Resolution-Timer ist schuld daran, dass die Schaltsekunde zahlreiche Server aus dem Tritt brachte.

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Die Zeitsysteme des Linux-Kernels stolperten über die Schaltsekunde.
Die Zeitsysteme des Linux-Kernels stolperten über die Schaltsekunde. (Bild: Andreas Donath/Golem.de)

Die zusätzliche Schaltsekunde am 1. Juli 2012 hatte zum Ausfall zahlreicher Linux-Server geführt. In einer ersten Analyse hat Kernel-Entwickler Jonathan Corbet die beiden Zeit-Subsysteme als Fehlerquelle ausgemacht, die der Linux-Kernel bereitstellt. Die vom Kernel benutzte Systemzeit hat dem seit Kernel 2.6.16 eingeführten High-Resolution-Timer (Hrtimer) die Schaltsekunde nicht korrekt mitgeteilt.

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Der Hrtimer verwendet intern eigene Zeitgeber, die unterschiedliche Zeitabstände zur Systemzeit haben. Die Realtime-Uhr in Hrtimer passt sich beispielsweise an die Systemzeit an, während die Monotonic-Uhr nicht gestellt werden kann, sie läuft immer nur vorwärts. Die Realtime-Zeitgeber sind von der jeweiligen CPU abhängig, denn diese können auch auf einem einzigen System unterschiedlich laufen. Der Hrtimer rechnet die von ihm ausgelesene Systemzeit in die entsprechenden Werte um, die von der Realtime-Uhr eines Prozessors genutzt werden können.

Fehlende Kommunikation zwischen Systemuhren

In der Kommunikation mit dem Hrtimer nutzte der Kernel nach seiner eigenen Anpassung der Systemzeit an die Schaltsekunde die abschließende Funktion clock_was_set() nicht. Das Resultat: Der Hrtimer lief eine Sekunde vor.

Für die meisten Anwendungen war das kein Problem, schreibt Corbet. In einigen Anwendungen laufen entsprechende Zeitschalter aber in weniger als einer Sekunde ab. Da die Timer nach einem Neustart wieder über die zusätzliche Sekunde stolperten, versetzen sie die jeweilige Anwendung in eine Endlosschleife, wie es mehrfach geschehen ist.

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Der Befehl date; date `date +"%m%d%H%M%C%y.%S"`; date; behob das Problem meist ohne Server-Neustart. Einem weiteren Kommentar zufolge reicht der Befehl date -s "`date`".

Patch für Zeitangaben

Der Patch, den Kernel-Hacker John Stultz inzwischen eingereicht hat, reimplementiert die Funktion clock_was_set() in dem Schaltsekundencode, der sich bereits im Kernel befindet. Die Funktion wurde 2007 entfernt, da sie als vernachlässigbar galt. Allerdings muss die Funktion für jede CPU ausgeführt werden, was die Entwicklung des Patches etwas erschwerte.

Wann die nächste Schaltsekunde eingefügt wird, lässt sich nur schwer voraussagen, denn die Erdrotation nimmt nicht stetig ab. Corbet plädiert jedoch dafür, dass Entwickler und Distributoren ein solches Szenario testweise durchführen, um künftig Probleme zu vermeiden.

Seit der ersten Anpassung 1972 wurden insgesamt 35 Sekunden hinzugefügt.

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