浅析Linux中的时间编程和实现原理（一） Linux应用层的时间编程

引子

我们都生活在时间中，但却无法去思考它。什么是时间呢？似乎这是一个永远也不能被回答的问题。然而作为一个程序员，在工作中，总有那么几次我必须思考什么是时间。比如，需要知道一段代码运行了多久；要在 log 文件中记录事件发生时的时间戳；再比如需要一个定时器以便能够定期做某些计算机操作。我发现，在计算机世界中，时间在不同场合也往往有不同的含义，让试图思考它的人感到迷茫。但值得庆幸的是，Linux 中的时间终究是可以理解的。因此我打算讨论一下有关时间的话题，尝试着深入理解 Linux 系统中 C 语言编程中的时间问题。主要内容如下：

第 1 部分是应用程序中的时间问题。有三个方面：程序计时需要；获取当前时间；定时器。

第 2 部分包括时间硬件简介和 GlibC 实现时间函数的原理。

第 3 和第 4 部分是 Linux 内核对时间的支持和实现原理。

现在开始第 1 部分，探讨应用开发中的时间编程问题。在这一部分中，所有的例子代码都在 GlibC 2.14，内核 2.6.33 的 Linux 系统下编译并验证执行过。读者如果使用低版本的 GlibC 和 Linux 内核有可能无法正确执行。

获取当前时间

时间的获取

在程序当中, 我们经常要输出系统当前的时间，比如日志文件中的每一个事件都要记录其产生时间。在 C 语言中获取当前时间的方法有以下几种，它们所获得的时间精度从秒级到纳秒，各有所不同。

表 1. C 时间函数

GUN/Linux 提供了三个标准的 API 用来获取当前时间，time()/gettimeofday()/clock_gettime()，它们的区别仅在于获取的时间精度不同，您可以根据需要选取合适的调用。ftime() 是老的一些系统中的时间调用，很多 Linux 版本虽然支持它，但仅仅是为了向前兼容性，新开发的软件不建议使用 ftime() 来获得当前时间。

时间显示和转换

目前我们得到的时间是一个数字，无论精度如何，它代表的仅是一个差值。比如精度为秒的 time() 函数，返回一个 time_t 类型的整数。假设当前时间为 2011 年 12 月 7 日下午 20 点 29 分 51 秒，那么 time_t 的值为：1323318591。即距离 1970 年 1 月 1 日零点，我们已经过去了 1323318591 秒。（这里的 1970 年 1 月 1 日零点是格林威治时间，而不是北京时间。）我们下面讨论的时间如果不特别说明都是格林威治时间，也叫 GMT 时间，或者 UTC 时间。

字符串“1323318591 秒”对于多数人都没有太大的意义，我们更愿意看到“2011 年 12 月 7 日”这样的显示。因此当我们得到秒，毫秒，甚至纳秒表示的当前时间之后，往往需要将这些数字转换为人们所熟悉的时间表示方法。

由于国家，习惯和时区的不同，时间的表示方法并没有一个统一的格式。为了满足各种时间显示的需求，标准 C 库提供了许多时间格式转换的函数。这些函数的数量众多，容易让人迷惑，记住它们的用法十分不易。在这里我借用 Michael Kerrisk 在《Linux Programming Interface》一书中的插图，来对这些标准 C 函数进行一个总体的概览。

图 1. 各种时间显示格式转换函数关系图

从上图可以看到，time()/gettimeofday() 从内核得到当前时间之后，该当前时间值可以被两大类函数转换为更加容易阅读的显示格式：

（编辑：济南站长网）

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