[转载] Linux程序设计之时间处理

UNIX及Linux的时间系统是由「新纪元时间」Epoch开始计算起，单位为秒，Epoch则是指定为1970年一月一日凌晨零点零分零秒，格林威治时间。

目前大部份的UNIX系统都是用32位元来记录时间，正值表示为1970以後，负值则表示1970年以前。我们可以很简单地计算出其时间领域：

2^31/86400(s) = 24855.13481(天) ~ 68.0958(年)

1970+68.0958 = 2038.0958
1970-68.0958 = 1901.9042

时间领域为[1901.9042,2038.0958]。

准确的时间为2038年一月十八日星期一晚上十点十四分七秒。那一刻，时间将会转为负数，变成1901年十二月十三日黑色星期五下午三点四十五分五十二秒，然後Jason就会跑出来用斧头砸掉您的电脑。

这就是所谓的UNIX 2038 BUG，或者您也可戏称为Jason hatchet bug。在大部份的UNIX上，并没有所谓Y2K问题，不过都有2038年问题。

在一些64位元的平台上，例如Digital Alpha、SGI、Sparc等等，则用64位元来表示时间。

2^63/86400 ~ 1E14(天) ~ 2.92E11(年)

大约是292亿年。

因此，使用64位元的电脑可能会有Armageddon bug的问题。届时位於猎户座旋臂的太阳，已经是黑矮星或暗黑物质，猎户座旋臂大概也已经被重力波震断，银河系大概则已经变成小型似星体了。

虽然许多人认为UNIX的2038年问题会随着科技的进步，而将电脑逐步汰换成64位元电脑，因此无须担心。但我个人相信，在2038年，依然会有许多状况出现。因为，就事实而言，目前许多UNIX系统都有足够的能力服役到2038年而毫无问题。因此，如果有意添购电脑主机，而且有预期会使用到那个时候，最好是选购64位元电脑，确认只有世界末日问题（除非您想要把资料流传给下一个宇宙，那就要另当别论了）。

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取得当前时间

在所有的UNIX下，都有个time()的函数
#include
time_t time(time_t *t);

这个函数会传回从epoch开始计算起的秒数，如果t是non-null，它将会把时间值填入t中。

对某些需要较高精准度的需求，Linux提供了gettimeofday()。
#include
#include
int gettimeofday(struct timeval * tv,struct timezone *tz);
int settimeofday(const struct timeval * tv,const struct timezone *tz);

struct timeval {
int tv_sec;
int tv_usec;
};

其中tv_sec是由凌晨开始算起的秒数，tv_usec则是微秒(10E-6 second)。

struct timezone {
int tv_minuteswest;
int tv_dsttime;
};

tv_minuteswest是格林威治时间往西方的时差，tv_dsttime则是时间的修正方式。

在Linux下timezone的使用已经废除而不再使用。因为有许多地区都有日光节约时间，日光节约时间的使用与否，往往与无可预测的政治因素相关，没有简单的方法来实作这项设计。

在sys/time.h中，有三个有用的巨集用於操作timeval：
#define timerisset(tvp) ((tvp)->tv_sec || (tvp)->tv_usec)
#define timercmp(tvp, uvp, cmp)
((tvp)->tv_sec cmp (uvp)->tv_sec ||/
(tvp)->tv_sec == (uvp)->tv_sec &&/
(tvp)->tv_usec cmp (uvp)->tv_usec)
#define timerclear(tvp) ((tvp)->tv_sec = (tvp)->tv_usec = 0)

timerisset检查tvp是否有被设定值进去，timercmp比较时间，timerclear设tvp为零。
cmp为比较操作子如">"、"<"、"=="等等。

在POSIX.1b的即时处理标准中允许较高的时间解析度。

struct timespec
{
long int tv_sec;
long int tv_nsec;
};

tv_nsec是nano second(10E-9 second)。

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时间表述

电脑使用秒及epoch来表示其时间，但对人脑来说实在太残忍了一点，大概没有人可以用人脑来计算。因此，UNIX下提供了其它两种基本方式来表述时间，struct tm及文字格式时间。

struct tm
{
int tm_sec;
int tm_min;
int tm_hour;
int tm_mday;
int tm_mon;
int tm_year;
int tm_wday;
int tm_yday;
int tm_isdst;
};

tm_sec表「秒」数，在[0,61]之间，多出来的两秒是用来处理跳秒问题用的。
tm_min表「分」数，在[0,59]之间。
tm_hour表「时」数，在[0,23]之间。
tm_mday表「本月第几日」，在[1,31]之间。
tm_mon表「本年第几月」，在[0,11]之间。
tm_year要加1900表示那一年。
tm_wday表「本第几日」，在[0,6]之间。
tm_yday表「本年第几日」，在[0,365]之间，闰年有366日。
tm_isdst表是否为「日光节约时间」。

struct tm格式时间函数

struct tm * gmtime(const time_t * t);
转换成格林威治时间。有时称为GMT或UTC。

struct tm * localtime(const time_t *t);
转换成本地时间。它可以透过修改TZ环境变数来在一台机器中，不同使用者表示不同时间。

time_t mktime(struct tm *tp);
转换tm成为time_t格式，使用本地时间。

tme_t timegm(strut tm *tp);
转换tm成为time_t格式，使用UTC时间。

double difftime(time_t t2,time_t t1);
计算秒差。

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文字时间格式函数

char * asctime(struct tm *tp);
char * ctime(struct tm *tp);
这两个函数都转换时间格式为标准UNIX时间格式。
Mon May 3 08:23:35 1999

ctime一律使用当地时间，asctime则用tm结构内的timezone信息来表示。

size_t strftime(char *str,size_t max,char *fmt,struct tm *tp);
strftime有点像sprintf，其格式由fmt来指定。

%a : 本第几天名称，缩写。
%A : 本第几天名称，全称。
%b : 月份名称，缩写。
%B : 月份名称，全称。
%c : 与ctime/asctime格式相同。
%d : 本月第几日名称，由零算起。
%H : 当天第几个小时，24小时制，由零算起。
%I : 当天第几个小时，12小时制，由零算起。
%j : 当年第几天，由零算起。
%m : 当年第几月，由零算起。
%M : 该小时的第几分，由零算起。
%p : AM或PM。
%S : 该分钟的第几秒，由零算起。
%U : 当年第几，由第一个日开始计算。
%W : 当年第几，由第一个一开始计算。
%w : 当第几日，由零算起。
%x : 当地日期。
%X : 当地时间。
%y : 两位数的年份。
%Y : 四位数的年份。
%Z : 时区名称的缩写。
%% : %符号。

char * strptime(char *s,char *fmt,struct tm *tp);
如同scanf一样，解译字串成为tm格式。

%h : 与%b及%B同。
%c : 读取%x及%X格式。
%C : 读取%C格式。
%e : 与%d同。
%D : 读取%m/%d/%y格式。
%k : 与%H同。
%l : 与%I同。
%r : 读取"%I:%M:%S %p"格式。
%R : 读取"%H:%M"格式。
%T : 读取"%H:%M:%S"格式。
%y : 读取两位数年份。
%Y : 读取四位数年份。

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进入「冬眠状态」：Sleeping
unsigned int sleep(unsigned int seconds);
sleep()会使当前程序陷入「冬眠」seconds秒，除非收到「不可抵」的信号。
如果sleep()没睡饱，它将会返回还需要补眠的时间，否则一般返回零。

void usleep(unsigned long usec);
usleep与sleep()类同，不同之处在於秒的单位为10E-6秒。

int select(0,NULL,NULL,NULL,struct timeval *tv);
可以利用select的实作sleep()的功能，它将不会等待任何事件发生。

int nanosleep(struct timespec *req,struct timespec *rem);
nanosleep会沉睡req所指定的时间，若rem为non-null，而且没睡饱，将会把要补眠的时间放在rem上。

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定时闹钟：Interval Timers
定时闹钟一但启动後，会定期送信号给进程，读者最好要解一下signal的处理。

struct itimerval {
struct timeval * it_interval;
struct timeval * it_value;
};

unsigned int alarm(unsigned int seconds);
alarm()会在seconds时，送出SIGALRM信号，这不是「定期」的。

int getitimer(int which,struct itimerval *val);
读取which指定的Timer当前状态。

int setitimer(int which,struct itimerval *val,struct itimerval *old);
设定which指定的Timer当前状态。

每个进程都有三个定期闹钟（which参数）：
ITIMER_REAL :
以系统真实的时间来计算，它送出SIGALRM信号。

ITIMER_VIRTUAL :
以该进程真正有执行的时间来计算，它送出SIGVTALRM信号。

ITIMER_PROF :
以进程真正有执行及在核心中所费的时间来计算，它送出SIGPROF信号。

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人类的极限：由於太空充斥各种辐射线，太空飞行会无可避免地，造成太空人每年约1%的脑细胞坏死，在他完成任务之前，头发已经变成白了。因此，人类无法长期进行太空探险。
解决方式：派道家炼气士出任太空任务。