Linux時間管理和定時

• 時間的概念
• 時間的計量
• Linux系統中的時間管理
• • Linux內核對時間的維護
  • 獲取當前時間
  • 時間格式轉換
  • 將時間轉換為字符串
  • 指定格式的字符串
  • 獲取高精度時間
  • • 微秒
    • 納秒
• Linux中的定時器
• • 相關API
  • interval timer
  • POSIX timer

時間的概念

計算機中處處需要時間

• 程序運行時間(音視頻播放進度、下載、上傳)
• 系統日志log
• QQ、微信、短信聊天記錄
• 當前時間、上班時間、睡覺時間
• 周期性做一些事情(殺毒、清理垃圾、軟件升級更新)
• 定時開關機
• OS調度：時間片、定時器

時間分類

• 絕對時間：2020年1月5日、開機時間
• 相對時間：萬歷15年、明天、下周、明年、昨天

時區的概念

• 標準時間：
  • UTC：Coordinated Universal Time，世界協調時間
  • GMT：Greenwich Mean Time，格林威治標準時間、子午線
• 本地時間：
  • 北京時間：東8區、UTC/GMT+08:00
  • 計時誤差：手表時間快了？慢了？

時間的計量

計時器的發展歷程

• 日出日落、月圓月缺、春夏交替
• 日晷、沙漏、刻漏
• 機械鐘
• 石英振蕩器、晶振
• 銫原子鐘
• 氫原子鐘、銣原子鐘

計算機中的計時

• 51單片機：晶振
• 嵌入式系統：定時器
• PC計算機：定時器
• 實時時鐘：獨立電源(CMOS電池、手機晶振)

時間之源

• 原子時鐘
• 銫原子鐘、銣原子鐘
• 各地實驗室原子鐘
• 中國科學院國家授時中心
• 系統時間校準

Linux系統中的時間管理

Linux內核對時間的維護

• 定時器—時鐘中斷–時鐘節拍tick—jiffies
• 實時時鐘–xtime
• jiffies：內核中的全局變量，系統啟動以來的節拍數
• HZ：中斷頻率
• xtime：內核中的全局變量，墻上時間、UTC

獲取當前時間

全局變量：xtime

• typedef long time_t;
• time_t time(time_t *tloc);
• int stime(const time_t *t);
  

時間格式轉換

把秒數轉換為年月日時分秒

• struct tm *gmtime (const time_t *timep);
• struct tm *localtime (const time_t *timep);
• time_t mktime(struct tm *tm);

struct tm { int tm_sec; /* Seconds (0-60) */ int tm_min; /* Minutes (0-59) */ int tm_hour; /* Hours (0-23) */ int tm_mday; /* Day of the month (1-31) */ int tm_mon; /* Month (0-11) */ int tm_year; /* Year - 1900 */ int tm_wday; /* Day of the week (0-6, Sunday = 0) */ int tm_yday; /* Day in the year (0-365, 1 Jan = 0) */ int tm_isdst; /* Daylight saving time */ };

將時間轉換為字符串

時間格式->字符串格式

• char *asctime(const struct tm *tm);
• char *ctime(const time_t *timep);
  

指定格式的字符串

用戶自定義格式

• size_t strftime (char *s, size_t max, const char *format, const struct tm *tm);
• char *strptime (const char *s, const char *format, struct tm *tm);

字符串格式

%a ：星期幾名稱的簡寫 %A ：星期幾名稱的全稱 %b ：月份名稱的簡寫 %B ：月份名稱的全稱 %c ：首選的日期和時間表示法 %C ：世紀（年份除以 100， 00 到 99） %d ：一個月中的第幾天（01 到 31） %D ：時間格式，與 %m/%d/%y 表示法相同 % ：一個月中的第幾天（1 到 31） %g ： 與 %G 表示法類似，但不帶世紀 %h ：與 %b 表示法相同 %H - 小時，使用 24 小時制（00 到 23） %I ：小時，使用 12 小時制（01 到 12） %j ：一年中的第幾天（001 到 366） %m ：月份（01 到 12） %M ：分 %n ：換行符 %p ：與給定的時間值相對應的 am 或 pm %r ： a.m. 和 p.m. 的時間標記法 %R ： 24 小時制的時間標記法 %S ： 秒 %t ： tab 制表符 %T ：當前時間，與 %H:%M:%S 表示法相同 %u ：星期幾的數字表示（1 到 7） %U ：當年周數 %w ：十進制數形式表示一周中的某天，Sunday[星期日] = 0 %x ：首選的日期表示法，不帶時間 %X ：首選的時間表示法，不帶日期%y %Y ：包含表示世紀的數字的年份表示 %Z ：時區名稱 %z ：時區名稱的簡寫 %% ：輸出一個 % 字符

獲取高精度時間

微秒

微秒級時間

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

struct timeval {time_t tv_sec; /* seconds */ suseconds_t tv_usec; /* microseconds */ }; struct timezone { int tz_minuteswest; /* minutes west of Greenwich */ int tz_dsttime; /* type of DST correction */ };

納秒

納秒級時間

• int clock_gettime (clockid_t clk_id, struct timespec *tp);
• int clock_settime (clockid_t clk_id, const struct timespec *tp);

struct timespec {time_t tv_sec; /* seconds */long tv_nsec; /* nanoseconds */ };

納秒級時間
– 參數：clock_id

• 說明：設置時鐘時間類型
• CLOCK_REALTIME：系統實時時間(從1970-1-1 計時)
• CLOCK_MONOTONIC：系統啟動時間
• CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID：當前進程CPU花費時間
• CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID：當前線程CPU花費時間

Linux中的定時器

內核對定時器的維護

• 定時器中斷—OS維護全局變量—系統調用API—獲取/設置時間
• 定時器中斷— 周期動作：發信號、新建線程
• 周期性工作：
  • 定時殺毒
  • 數據備份
  • 郵件提醒
  • 日志清理

相關API

• 內核API：add_timer、mod_timer、del_timer
• 簡單的鬧鐘：alarm、sleep、usleep、nanosleep
• 計時器(interval timer)：getitimer、setitimer
• 高級定時器(POSIX timer)
  • timer_create
  • timer_settime
  • timer_gettimer
  • timer_delete
  • timer_getoverrun

interval timer

定時器+signal

• interval timer，共享相同的定時器
  • 定時器到期，發送信號到當前進程【定時器精度：微秒級】
  • int getitimer (int which, struct itimerval *curr_value);
  • int setitimer (int which, const struct itimerval *new_value, struct itimerval *old_value);

struct itimerval { struct timeval it_interval; /* Interval for periodic timer */ struct timeval it_value; /* Time until next expiration */ }; struct timeval { time_t tv_sec; /* seconds */ suseconds_t tv_usec; /* microseconds */ };

函數參數

• which：定時器類型
• ITIMER_REAL：實時計時，到期后發送SIGALRM信號到進程
• ITIMER_VIRTUAL：進程用戶態運行才計時，到期發送SIGVTALRM信號
• ITIMER_PROF：進程在用戶和內核空間都計時，到期發送SIGPROF信號

POSIX timer

POSIX定時器API

• 編譯鏈接：-lrt
• int timer_create (clockid_t clockid, struct sigevent *sevp, timer_t *timerid);
• int timer_gettime (timer_t timerid, struct itimerspec *curr_value);
• int timer_settime (timer_t timerid, int flags, const struct itimerspec *new_value,struct itimerspec *old_value);
• int timer_getoverrun (timer_t timerid);
• int timer_delete (timer_t timerid);

函數參數： sevp

typedef struct sigevent {__sigval_t sigev_value; // timer的ID int sigev_signo; // 發送信號類型 int sigev_notify; // 定時器到期之后的動作：發信號、線程 void (*sigev_notify_function) (__sigval_t); /* Function to start. */ void *sigev_notify_attributes; /* Really pthread_attr_t.*/ } sigevent_t; union sigval {int sival_int; // argsvoid *sival_ptr; //timer ID }; struct itimerspec { struct timespec it_interval; struct timespec it_value; };

函數參數：clockid

• CLOCK_REALTIME：系統實時時間
• CLOCK_MONOTONIC：系統啟動以來的絕對時間
• CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID：進程運行時間(用戶和內核空間)
• CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID：線程運行時間(用戶和內核空間)

sevp.sigev_notify：定時器到期后的動作

• SIGEV_NONE：什么都不做
• SIGEV_SIGNAL：發送信號給當前進程
• SIGEV_THREAD：開啟一個線程，執行用戶指定function
• SIGEV_THREAD_ID：給當前進程中的指定線程發信號

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Linux时间管理和定时学习笔记的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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