Linux C编程基础:获取时间

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了Linux C编程基础:获取时间。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

1.前言

对于linux下的编程,无论是用户态还是内核态,时间获取都是经常需要使用到的。以下分别从用户态和内核态整理了几个常用的时间获取接口,供编写代码时快速查阅。

linux时间子系统的发展历史及详细介绍,可以参考:深入理解Linux时间子系统。

2.用户态获取时间

  • 2.1 clock_gettime()
#include <time.h>

int clock_gettime (clockid_t __clock_id, struct timespec *__tp);
  • 作用:根据系统时钟的类型,获取当前时间
  • __clock_id:系统时钟的类型。常用取值:
    • CLOCK_REALTIME: 系统相对时间,从UTC 1970-1-1 0:0:0开始计时,更改系统时间会更改获取的值;
    • CLOCK_MONOTONIC: 系统绝对时间/单调时间,为系统重启到现在的时间,更改系统时间对它没有影响;
    • CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID: 本进程到当前代码系统CPU花费的时间;
    • CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID: 本线程到当前代码系统CPU花费的时间;
  • __tp: 存放当前的时间。
  • 返回值:成功则返回0,失败则返回-1

timespec结构体:

struct timespec
{
  __time_t tv_sec;  /* Seconds. 秒 */
  __syscall_slong_t tv_nsec; /* Nanoseconds.  纳秒*/
};

示例:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <time.h>

long long get_clock_sys_time_ns(void)
{
    struct timespec tp;
    long long time_ns = 0;

    clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &tp);
    time_ns = (long long)tp.tv_sec * 1000000000 + tp.tv_nsec;

    return time_ns;
}

int main(void)
{
    struct timespec tp;

    ///< 获取从1970年1月1日到目前的时间
    memset(&tp, 0, sizeof(struct timespec));
    clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &tp);
    printf("clock_id = CLOCK_REALTIME, sec = %ld, nsec = %ld\n", tp.tv_sec, tp.tv_nsec);

    ///< 获取系统启动时间
    memset(&tp, 0, sizeof(struct timespec));
    clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &tp);
    printf("clock_id = CLOCK_MONOTONIC, sec = %ld, nsec = %ld, sys_time = %lld ns\n", tp.tv_sec, tp.tv_nsec, get_clock_sys_time_ns());

    ///< 获取本进程运行时间
    memset(&tp, 0, sizeof(struct timespec));
    clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &tp);
    printf("clock_id = CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, sec = %ld, nsec = %ld\n", tp.tv_sec, tp.tv_nsec);

    ///< 获取本线程运行时间
    memset(&tp, 0, sizeof(struct timespec));
    clock_gettime(CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID, &tp);
    printf("clock_id = CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID, sec = %ld, nsec = %ld\n", tp.tv_sec, tp.tv_nsec);

    return 0;
}
  • 2.2.gettimeofday()
#include <sys/time.h>

int gettimeofday(struct timeval *tv, struct timezone *tz);
  • 作用:获取当前时间(从1970年1月1日到目前的时间)
  • tv:当前UTC时间
  • tz:当前时区信息
  • 返回值:成功则返回0,失败则返回-1

timeval结构体:

struct timeval
{
  __time_t tv_sec;  /* Seconds.  秒*/
  __suseconds_t tv_usec; /* Microseconds.  微秒*/
};

timezone结构体:

struct timezone
  {
    int tz_minuteswest;  /* Minutes west of GMT. 和Greenwich时间差了多少分钟 */
    int tz_dsttime;  /* Nonzero if DST is ever in effect. 日光节约时间的状态  */
  };

示例:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/time.h>

long long get_sys_time_ms(void)
{
    long long time_ms = 0;
    struct timeval tv;

    gettimeofday(&tv, NULL);
    time_ms = ((long long)tv.tv_sec*1000000 + tv.tv_usec) / 1000;

    return time_ms;
}

int main(void)
{
    ///< 获取系统时间
    printf("sys_time = %lld ms\n", get_sys_time_ms());

    return 0;
}
  • 2.3.time()
#include <time.h>

time_t time(time_t *tloc);
  • 作用:获取1970-01-01 00:00:00 +0000至今的秒数(UTC)
  • tloc:返回的秒存储指针
  • 返回值:成功则返回秒数,失败则返回-1,错误原因存在errno中。

time_t的类型:

typedef long time_t;

示例:

#include <stdio.h>
#include <time.h>

time_t get_utc_time(void)
{
    return time(NULL);
}

int main(int argc, char **argv)
{
    time_t utc_time = get_utc_time();
    printf("utc_time = %ld s\n", utc_time);

    return 0;
}
  • 2.4.localtime()
#include <time.h>

struct tm *localtime(const time_t *timep);
  • 作用:将time_t类型的时间转换为struct tm类型的时间
  • timep:当前UTC秒数
  • 返回值:返回当地时间

tm结构体:

struct tm
{
  int tm_sec;   /* Seconds. [0-60] (1 leap second) */
  int tm_min;   /* Minutes. [0-59] */
  int tm_hour;   /* Hours. [0-23] */
  int tm_mday;   /* Day.  [1-31] */
  int tm_mon;   /* Month. [0-11] 注意:0代表1月,以此类推*/
  int tm_year;   /* Year - 1900.  该值为实际年份减去1900*/
  int tm_wday;   /* Day of week. [0-6] 注意:0代表星期一,以此类推*/
  int tm_yday;   /* Days in year.[0-365] 从每年的1月1日开始的天数,其中0代表1月1日,以此类推*/
  int tm_isdst;   /* DST.  [-1/0/1] 夏玲时标识符*/
};

示例:

#include <stdio.h>
#include <time.h>

time_t get_utc_time(void)
{
    return time(NULL);
}

int main(int argc, char **argv)
{
    time_t utc_time = get_utc_time();
    printf("utc_time = %ld s\n", utc_time);

    struct tm *local_tm = localtime(&utc_time); 
    printf("local time = %.4d-%.2d-%.2d %.2d:%.2d:%.2d\n", local_tm->tm_year + 1900,
                                                           local_tm->tm_mon + 1,
                                                           local_tm->tm_mday,
                                                           local_tm->tm_hour,
                                                           local_tm->tm_min,
                                                           local_tm->tm_sec);

    return 0;
}
  • 2.5.localtime_r()
#include <time.h>

struct tm *localtime_r(const time_t *timep, struct tm *result);
  • 作用:将time_t类型的时间转换为struct tm类型的时间
  • timep:当前UTC秒数
  • result:当地时间
  • 返回值:返回当地时间

注:
localtime不是一个线程安全的函数。对于实时性要求较高的系统,多个线程同时调用localtime,可能会造成数据被覆盖。使用localtime_r来替代。

示例:

#include <stdio.h>
#include <time.h>

time_t get_utc_time(void)
{
    return time(NULL);
}

int main(int argc, char **argv)
{
    time_t utc_time = get_utc_time();
    printf("utc_time = %ld s\n", utc_time);
    struct tm result;
    struct tm *local_tm = localtime_r(&utc_time, &result); 
    printf("local time = %.4d-%.2d-%.2d %.2d:%.2d:%.2d\n", local_tm->tm_year + 1900,
                                                           local_tm->tm_mon + 1,
                                                           local_tm->tm_mday,
                                                           local_tm->tm_hour,
                                                           local_tm->tm_min,
                                                           local_tm->tm_sec);

    printf("result time = %.4d-%.2d-%.2d %.2d:%.2d:%.2d\n", result.tm_year + 1900,
                                                            result.tm_mon + 1,
                                                            result.tm_mday,
                                                            result.tm_hour,
                                                            result.tm_min,
                                                            result.tm_sec);

    return 0;
}
  • 2.6.gmtime()
#include <time.h>

struct tm *gmtime(const time_t *timep);
  • 作用:返回tm结构的GMT时间(UTC时间)
  • timep:当前UTC秒数
  • 返回值:返回当地时间

例子:

#include <stdio.h>
#include <time.h>

time_t get_utc_time(void)
{
    return time(NULL);
}

int main(int argc, char **argv)
{
    time_t utc_time = get_utc_time();
    printf("utc_time = %ld s\n", utc_time);

    struct tm *gmt_tm = gmtime(&utc_time); 
    printf("gmt time = %.4d-%.2d-%.2d %.2d:%.2d:%.2d\n", gmt_tm->tm_year + 1900,
                                                         gmt_tm->tm_mon + 1,
                                                         gmt_tm->tm_mday,
                                                         gmt_tm->tm_hour,
                                                         gmt_tm->tm_min,
                                                         gmt_tm->tm_sec);

    return 0;
}

localtime和gmtime的区别:
localtime和gmtime都是C语言中的函数,用于将time_t类型的时间转换为struct tm类型的时间。它们的区别在于,gmtime将time_t转换为UTC时间,即世界标准时间,而localtime将time_t转换为本地时间。
例子:使用gmtime与localtime接口返回的小时数来计算当地时区

#include <stdio.h>
#include <time.h>

time_t get_utc_time(void)
{
    return time(NULL);
}

int main(int argc, char **argv)
{
    time_t utc_time = get_utc_time();
    printf("utc_time = %ld s\n", utc_time);

    struct tm *gmt_tm = gmtime(&utc_time); 
    printf("gmt time = %.4d-%.2d-%.2d %.2d:%.2d:%.2d\n", gmt_tm->tm_year + 1900,
                                                         gmt_tm->tm_mon + 1,
                                                         gmt_tm->tm_mday,
                                                         gmt_tm->tm_hour,
                                                         gmt_tm->tm_min,
                                                         gmt_tm->tm_sec);
    int gmt_hour = gmt_tm->tm_hour;

    struct tm *local_tm = localtime(&utc_time); 
    printf("local time = %.4d-%.2d-%.2d %.2d:%.2d:%.2d\n", local_tm->tm_year + 1900,
                                                           local_tm->tm_mon + 1,
                                                           local_tm->tm_mday,
                                                           local_tm->tm_hour,
                                                           local_tm->tm_min,
                                                           local_tm->tm_sec);
    int local_hour = local_tm->tm_hour;


    int local_time_zone = local_hour - gmt_hour;
    if (local_time_zone < -12) 
    {
        local_time_zone += 24; 
    } 
    else if (local_time_zone > 12) 
    {
        local_time_zone -= 24;
    }else{}

    printf("local_time_zone = %d\n", local_time_zone);

    return 0;
}

3.内核态获取时间

  • 3.1.do_gettimeofday()(比较老的函数,新内核可能不存在了)
#include <linux/time.h> 

void do_gettimeofday(struct timeval *tv);
  • 作用:与C标准库中gettimeofday()用法相同
  • tv:当前UTC时间

timeval结构体:

struct timeval
{
  __time_t tv_sec;  /* Seconds.  秒*/
  __suseconds_t tv_usec; /* Microseconds.  微秒*/
};

示例:

#include <linux/module.h>
#include<linux/time.h>
MODULE_LICENSE("GPL");

int __init do_gettimeofday_init(void)
{
    printk("do_gettimeofday test begin.\n");
    struct timeval now=
    {
        .tv_sec=0,
        .tv_usec=0
    };            //声明一个变量
    do_gettimeofday(&now); //调用函数获取时间,此时间是距离1970-01-01 00:00:00的时间
    /*显示当前时间差*/
    printk("the seconds of the day is: %ld\n", now.tv_sec);       //秒数
    printk("the microseconds of the day is: %ld\n", now.tv_usec); //微秒数
    printk("do_gettimeofday test over.\n");
    return 0;
}

void __exit do_gettimeofday_exit(void)
{
    printk("Goodbye do_gettimeofday test\n");
}

module_init(do_gettimeofday_init);
module_exit(do_gettimeofday_exit);
  • 3.2.基于ktime_t格式的时间
    参考:linux kernel时钟获取

    1. ktime_get()
    #include "linux/ktime.h"
    
    ktime_t ktime_get(void);
    

    作用:获取的是CLOCK_MONOTONIC时间。通过ktime_get获取的时间是不统计设备休眠时间的,并且这个时间统计的起始点则是设备启动后。
    返回值:返回ktime_t格式的数据类型,单位为纳秒。

    ktime_t的定义:

    typedef s64	ktime_t;
    

    示例:

    time_test_drv_init
    ktime_t curTime = 0;
    curTime = ktime_get();
    TIME_TEST_INFO("ktime_get:%lld ns", curTime);
    
    1. ktime_get_ts64()
    #include "linux/time64.h"
    
    void ktime_get_ts64(struct timespec64 *ts)

    作用:和ktime_get的功能是完全一样的,区别在于对时间的表示数据类型由ktime_t变成了timespec64。

    timespec64的定义如下:

    struct timespec64 {
    	time64_t	tv_sec;			/* seconds */
    	long		tv_nsec;		/* nanoseconds */
    };
    

    timespec64中包含了秒和纳秒,相对ktime_t纳秒这个时间表示更加适合人类查看.

    示例:

    static void show_time_ts64(const char* caller, const int line, const struct timespec64 *curTimeTs)
    {
    	pr_info("%s,%d:%lld s %ld ns\n", caller, __LINE__, curTimeTs->tv_sec, curTimeTs->tv_nsec);
    }
    
    time_test_drv_init
    struct timespec64 curTimeTs;
    ktime_get_boottime_ts64(&curTimeTs);
    show_time_ts64(__func__, __LINE__, &curTimeTs);
    
  • 3.ktime_get_boottime()

    static inline ktime_t ktime_get_boottime(void);
    

    作用:ktime_get_boottime获取的时间和ktime_get最大的不同是其包含了设备进入休眠的时间,其这个时间统计的起始点也是设备启动后。
    返回值:返回值类型为ktime_t,单位为纳秒。

    示例:

    time_test_drv_init
    ktime_t curTime = 0;
    curTime = ktime_get_boottime();
    TIME_TEST_INFO("ktime_get_boottime:%lld ns", curTime);
    
  • 4.ktime_get_boottime_ts()

    void ktime_get_boottime_ts64(struct timespec64 *)

    作用:ktime_get_boottime_ts相对于ktime_get_boottime的功能是完全一样的,区别在于对时间的表示数据类型由ktime_t变成了timespec64。

  • 5.ktime_get_real()

    ktime_t ktime_get_real(void);
    

    作用:ktime_get_real获取的时间的起点不是设备的启动时间点了,而是相对UTC的,即从1970开始。
    示例:

    time_test_drv_init
    ktime_t curTime = 0;
    curTime = ktime_get_real();
    TIME_TEST_INFO("ktime_get_real:%lld ns", curTime);
    
  • 6.ktime_get_real_ts()

    void ktime_get_real_ts(struct timespec64 *)

    作用:ktime_get_real_ts相对于ktime_get_real的功能是完全一样的,区别在于对时间的表示数据类型由ktime_t变成了timespec64。
    示例:

    time_test_drv_init
    struct timespec64 curTimeTs;
    ktime_get_real_ts64(&curTimeTs);
    
  • 7.汇总

    • 7.1.返回ktime_t的时间接口:
    接口 时间体系 说明
    ktime_t ktime_get( void ); CLOCK_MONOTONIC 以系统启动的时间点为时间原点的时间体系
    ktime_t ktime_get_boottime( void ); CLOCK_BOOTTIME 以系统启动的时间点为时间原点的时间体系
    ktime_t ktime_get_real( void ); CLOCK_REALTIME 自然时间体系
    ktime_t ktime_get_clocktai( void ); CLOCK_TAI 自然时间体系
    ktime_t ktime_get_raw( void ); CLOCK_MONOTONIC_RAW 以系统启动的时间点为时间原点的时间体系
    • CLOCK_REALTIMECLOCK_TAI,这两个都是自然时间体系,不同的是后者不受闰秒的影响。不过由于用户空间可能会设置时间,NTP也会调节自然时间,所以这两个时间体系都有可能会产生回跳。

    • CLOCK_BOOTTIMECLOCK_MONOTONICCLOCK_MONOTONIC_RAW,这三个都是以系统启动的时间点为时间原点的时间体系。CLOCK_BOOTTIME、CLOCK_MONOTONIC,不同点是前者不会在系统休眠时暂停走时而后者会,相同点是两者都受NTP的影响。CLOCK_MONOTONIC_RAW和CLOCK_MONOTONIC基本相同,但是前者不受NTP的影响。

    • 7.2.返回u64(纳秒)的时间接口:

    接口 时间体系 说明
    u64 ktime_get_ns( void ); CLOCK_MONOTONIC 以系统启动的时间点为时间原点的时间体系
    u64 ktime_get_boottime_ns( void ); CLOCK_BOOTTIME 以系统启动的时间点为时间原点的时间体系
    u64 ktime_get_real_ns( void ); CLOCK_REALTIME 自然时间体系
    u64 ktime_get_clocktai_ns( void ); CLOCK_TAI 自然时间体系
    u64 ktime_get_raw_ns( void ); CLOCK_MONOTONIC_RAW 以系统启动的时间点为时间原点的时间体系
    • 7.3.返回timespec64的时间接口:
    接口 时间体系 说明
    void ktime_get_ts64( struct timespec64 * ); CLOCK_MONOTONIC 以系统启动的时间点为时间原点的时间体系
    void ktime_get_boottime_ts64( struct timespec64 * ); CLOCK_BOOTTIME 以系统启动的时间点为时间原点的时间体系
    void ktime_get_real_ts64( struct timespec64 * ); CLOCK_REALTIME 自然时间体系
    void ktime_get_clocktai_ts64( struct timespec64 * ); CLOCK_TAI 自然时间体系
    void ktime_get_raw_ts64( struct timespec64 * ); CLOCK_MONOTONIC_RAW 以系统启动的时间点为时间原点的时间体系
    #include "linux/time64.h"
    
    struct timespec64 {
    	time64_t    tv_sec;         /* seconds */
    	long        tv_nsec;        /* nanoseconds */
    };
    
    • 7.4.返回time64_t(秒数)的时间接口:
    接口 时间体系 说明
    time64_t ktime_get_seconds( void ); CLOCK_MONOTONIC 以系统启动的时间点为时间原点的时间体系
    time64_t ktime_get_boottime_seconds( void ); CLOCK_BOOTTIME 以系统启动的时间点为时间原点的时间体系
    time64_t ktime_get_real_seconds( void ); CLOCK_REALTIME 自然时间体系
    time64_t ktime_get_clocktai_seconds( void ); CLOCK_TAI 自然时间体系
    time64_t ktime_get_raw_seconds( void ); CLOCK_MONOTONIC_RAW 以系统启动的时间点为时间原点的时间体系
    • 7.5.返回粗略ktime_t的时间接口:
    接口 时间体系 说明
    ktime_t ktime_get_coarse( void ); CLOCK_MONOTONIC 以系统启动的时间点为时间原点的时间体系
    ktime_t ktime_get_coarse_boottime( void ); CLOCK_BOOTTIME 以系统启动的时间点为时间原点的时间体系
    ktime_t ktime_get_coarse_real( void ); CLOCK_REALTIME 自然时间体系
    ktime_t ktime_get_coarse_clocktai( void ); CLOCK_TAI 自然时间体系
    • 7.6.返回粗略u64(纳秒数)的时间接口:
    接口 时间体系 说明
    u64 ktime_get_coarse_ns( void ); CLOCK_MONOTONIC 以系统启动的时间点为时间原点的时间体系
    u64 ktime_get_coarse_boottime_ns( void ); CLOCK_BOOTTIME 以系统启动的时间点为时间原点的时间体系
    u64 ktime_get_coarse_real_ns( void ); CLOCK_REALTIME 自然时间体系
    u64 ktime_get_coarse_clocktai_ns( void ); CLOCK_TAI 自然时间体系
    • 7.7.返回粗略timespec64的时间接口:
    接口 时间体系 说明
    void ktime_get_coarse_ts64( struct timespec64 * ); CLOCK_MONOTONIC 以系统启动的时间点为时间原点的时间体系
    void ktime_get_coarse_boottime_ts64( struct timespec64 * ); CLOCK_BOOTTIME 以系统启动的时间点为时间原点的时间体系
    void ktime_get_coarse_real_ts64( struct timespec64 * ); CLOCK_REALTIME 自然时间体系
    void ktime_get_coarse_clocktai_ts64( struct timespec64 * ); CLOCK_TAI 自然时间体系
    • 7.8.返回fast u64(纳秒数)的时间接口:
    接口 时间体系 说明
    u64 ktime_get_mono_fast_ns( void ); CLOCK_MONOTONIC 以系统启动的时间点为时间原点的时间体系
    u64 ktime_get_boot_fast_ns( void); CLOCK_BOOTTIME 以系统启动的时间点为时间原点的时间体系
    u64 ktime_get_real_fast_ns( void ); CLOCK_REALTIME 自然时间体系
    u64 ktime_get_raw_fast_ns( void ); CLOCK_MONOTONIC_RAW 以系统启动的时间点为时间原点的时间体系

4.自己实现的延时函数示例

void delay_us(uint32_t nus)
{
    volatile uint32_t startts, endts, ts;

    ts = nus;

    startts = get_time_us();
    endts = startts + ts;

    if (endts > startts)
    {
        while (get_time_us() < endts);
    }
    else
    {
        while (get_time_us() > endts);
        while (get_time_us() < endts);
    }
}

5.有关__clock_id的详细说明

clockid的取值常用的有以下:

  • CLOCK_REALTIME,就是我们所说的自然时间,由于计算机上的时间有可能不准,所以是可以设置的,所以有可能会产生跳跃。后面所有的时间体系都是不可设置的,下面不再一一说明了。CLOCK_REALTIME_ALARM、CLOCK_REALTIME_COARSE、CLOCK_TAI虽然本身是不可设置的,但是都会受到CLOCK_REALTIME设置的影响,有可能会产生跳跃。

  • CLOCK_REALTIME_ALARM,和CLOCK_REALTIME相同,在定时器设置时才有用,ALARM代表的是定时设置,如果目标定时时间到了的时候系统在休眠,会唤醒系统。

  • CLOCK_REALTIME_COARSE,和CLOCK_REALTIME相同,精度不高但是获取比较快。

  • CLOCK_TAI,和CLOCK_REALTIME相同,但是不考虑闰秒问题,TAI是International Atomic Time的反向简称。

  • CLOCK_MONOTONIC,由于前面几个时间体系都有可能会产生回跳,计算机中需要有一个单调递增的时间体系。此时间体系的时间原点并不重要,在Linux中是以系统启动的时间点作为时间原点,在计算机休眠时会暂停走时,受adjtime和NTP的影响可能会向前跳跃。

  • CLOCK_MONOTONIC_COARSE,同上,但是精度降低,访问更快。

  • CLOCK_MONOTONIC_RAW,同CLOCK_MONOTONIC,但是不受adjtime和NTP的影响。

  • CLOCK_BOOTTIME,以系统启动时间为时间原点的时间体系,不受其它因素的影响,计算机休眠时依然走时。

  • CLOCK_BOOTTIME_ALARM,同上,在定时器设置时才有用,ALARM代表的是定时设置,如果目标定时时间到了的时候系统在休眠,会唤醒系统。

  • CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID,以进程创建时间为时间原点,进程运行时走时,进程休眠时暂停走时。

  • CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID,以线程创建时间为时间原点,线程运行时走时,线程休眠时暂停走时。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-479340.html

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