Linux C编程下的时间

Linux C编程下的时间处理

1. time.h（C标准库时间处理）

1.1 时间显示相关函数

// 获取Epoch时间
time_t time(time_t *timer);

• 功能：获取当前系统时间（自1970-01-01 00:00:00 UTC的秒数）
• 参数：timer为输出参数（若为NULL则不保存）
• 返回值：成功返回时间值，失败返回(time_t)-1

// 时间结构体转换
struct tm *localtime(const time_t *timer);

• 功能：将time_t转换为本地时间的tm结构体
• 结构体定义：

struct tm {
    int tm_sec;   // 秒 [0-60]（含闰秒）
    int tm_min;   // 分 [0-59]
    int tm_hour;  // 时 [0-23]
    int tm_mday;  // 日 [1-31]
    int tm_mon;   // 月 [0-11]（0为1月）
    int tm_year;  // 年（实际年份减1900）
    int tm_wday;  // 星期 [0-6]（0为周日）
    int tm_yday;  // 年中的第几天 [0-365]
    int tm_isdst; // 夏令时标志（负数表示未知）
};

// 时间格式化
size_t strftime(char *str, size_t maxsize, const char *format, const struct tm *timeptr);

• 功能：将tm结构体按格式转换为字符串
• 常用格式符：%Y（年）、%m（月）、%d（日）、%H（时）、%M（分）、%S（秒）
• 返回值：成功返回写入字符数，失败返回0

1.2 POSIX时钟与定时器

// 高精度时间获取
int clock_gettime(clockid_t clk_id, struct timespec *tp);

• 功能：获取指定时钟的纳秒级时间

• 时钟类型：

  • CLOCK_REALTIME：系统实时时间（可修改）
  • CLOCK_MONOTONIC：系统启动后的单调时间（不可修改）
  • CLOCK_BOOTTIME：包含系统挂起时间的单调时钟
• 结构体定义：

struct timespec {
    time_t tv_sec;   // 秒
    long tv_nsec;    // 纳秒 [0-999,999,999]
};

// POSIX间隔式定时器函数
int timer_create(clockid_t clockid, struct sigevent *sevp, timer_t *timerid);
int timer_settime(timer_t timerid, int flags, const struct itimerspec *new_value, struct itimerspec *old_value);
int timer_delete(timer_t timerid);

• 核心功能：

  • timer_create: 创建定时器，支持多种通知方式（信号/线程）
  • timer_settime: 设置定时器初始和间隔时间（精度达纳秒级）
  • timer_delete: 销毁定时器资源
• 参数示例：

struct itimerspec {
    struct timespec it_interval; // 间隔时间
    struct timespec it_value;    // 初始到期时间
};

struct sigevent {
    int sigev_notify;            // 通知方式：SIGEV_SIGNAL/SIGEV_THREAD
    int sigev_signo;             // 信号类型（如SIGUSR1）
    union sigval sigev_value;    // 传递的数据
    void (*sigev_notify_function)(union sigval); // 线程处理函数
};

2. sys/time.h（系统级时间与定时器）

2.1 高精度时间获取

int gettimeofday(struct timeval *tv, struct timezone *tz);

• 功能：获取微秒级时间（兼容旧系统，推荐优先使用clock_gettime）
• 结构体定义：

struct timeval {
    time_t tv_sec;       // 秒
    suseconds_t tv_usec; // 微秒 [0-999,999]
};

2.2 传统间隔定时器

int setitimer(int which, const struct itimerval *new_val, struct itimerval *old_val);

• 定时器类型：

  • ITIMER_REAL：真实时间，到期发送SIGALRM
  • ITIMER_VIRTUAL：进程用户态CPU时间，发送SIGVTALRM
  • ITIMER_PROF：总CPU时间（用户态+内核态），发送SIGPROF
• 结构体定义：

struct itimerval {
    struct timeval it_interval; // 周期间隔
    struct timeval it_value;    // 初始到期时间
};

3. sys/times.h（进程时间统计）

clock_t times(struct tms *buf);

• 功能：获取进程及子进程的CPU时间统计
• 结构体定义：

struct tms {
    clock_t tms_utime;  // 用户态CPU时间
    clock_t tms_stime;  // 内核态CPU时间
    clock_t tms_cutime; // 终止子进程的用户态CPU时间
    clock_t tms_cstime; // 终止子进程的内核态CPU时间
};

4. 使用场景对比

5. 技术选型建议

1. 基础时间操作
   • 优先使用time.h的strftime进行时间格式化
   • 跨平台场景可用localtime_r替代localtime（线程安全）
2. 高精度计时
   • 首选clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC)（精度达纳秒级）
   • 旧系统兼容场景使用gettimeofday（微秒级）
3. 定时器实现
   • 实时系统：POSIX定时器（timer_create+timer_settime）支持多定时器独立管理
   • 传统场景：setitimer适合简单定时需求（需注意信号冲突问题）
4. 性能监控
   • 进程级统计：sys/times.h的times函数
   • 代码段级分析：clock_gettime(CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID)获取线程级CPU时间

引用说明

本文函数原型和实现原理参考了Linux手册页和POSIX标准，定时器示例代码可参考GitHub开源项目linux-timer-examples。