Linux系统信息与系统资源
目錄
- 系統(tǒng)信息
- 系統(tǒng)標(biāo)識uname
- sysinfo 函數(shù)
- gethostname 函數(shù)
- sysconf()函數(shù)
- 時間、日期
- GMT 時間
- UTC 時間
- UTC 時間格式
- 時區(qū)
- 實時時鐘RTC
- 獲取時間time/gettimeofday
- 時間轉(zhuǎn)換函數(shù)
- 設(shè)置時間settimeofday
- 總結(jié)
- 進程時間
- times 函數(shù)
- clock 函數(shù)
- 產(chǎn)生隨機數(shù)
- 休眠(延時)
- 秒級休眠: sleep
- 微秒級休眠: usleep
- 高精度休眠: nanosleep
- 申請堆內(nèi)存
- 在堆上分配內(nèi)存：malloc 和free
- 調(diào)用free()還是不調(diào)用free()
- 在堆上分配內(nèi)存的其它方法
- 分配對齊內(nèi)存
- proc 虛擬文件系統(tǒng)
- proc 文件系統(tǒng)的使用
在應(yīng)用程序當(dāng)中，有時往往需要去獲取到一些系統(tǒng)相關(guān)的信息。
- 時間、日期、以及其它一些系統(tǒng)相關(guān)信息，如何通過Linux 系統(tǒng)調(diào)用或C 庫函數(shù)獲取系統(tǒng)信息；
- Linux 系統(tǒng)下的/proc 虛擬文件系統(tǒng)，包括/proc 文件系統(tǒng)是什么以及如何從/proc 文件系統(tǒng)中讀取系統(tǒng)、進程有關(guān)信息；
- 系統(tǒng)資源的使用，譬如系統(tǒng)內(nèi)存資源的申請與使用等。
系統(tǒng)信息
系統(tǒng)標(biāo)識uname
系統(tǒng)調(diào)用uname()用于獲取有關(guān)當(dāng)前操作系統(tǒng)內(nèi)核的名稱和信息，函數(shù)原型如下所示（可通過"man 2 uname"命令查看）：
#include <sys/utsname.h>int uname(struct utsname *buf);buf：struct utsname 結(jié)構(gòu)體類型指針，指向一個struct utsname 結(jié)構(gòu)體類型對象。
返回值：成功返回0；失敗將返回-1，并設(shè)置errno。
struct utsname 結(jié)構(gòu)體如下所示：
struct utsname {char sysname[]; /* 當(dāng)前操作系統(tǒng)的名稱*/char nodename[]; /* 網(wǎng)絡(luò)上的名稱（主機名）*/char release[]; /* 操作系統(tǒng)內(nèi)核版本*/char version[]; /* 操作系統(tǒng)發(fā)行版本*/char machine[]; /* 硬件架構(gòu)類型*/#ifdef _GNU_SOURCEchar domainname[];/* 當(dāng)前域名*/#endif };可以看到，struct utsname 結(jié)構(gòu)體中的所有成員變量都是字符數(shù)組，所以獲取到的信息都是字符串。
測試
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <sys/utsname.h>int main(void) {struct utsname os_info;int ret;/* 獲取信息*/ret = uname(&os_info);if (-1 == ret) {perror("uname error");exit(-1);}/* 打印信息*/printf("操作系統(tǒng)名稱: %s\n", os_info.sysname);printf("主機名: %s\n", os_info.nodename);printf("內(nèi)核版本: %s\n", os_info.release);printf("發(fā)行版本: %s\n", os_info.version);printf("硬件架構(gòu): %s\n", os_info.machine);exit(0); }運行結(jié)果：
sysinfo 函數(shù)
sysinfo 系統(tǒng)調(diào)用可用于獲取一些系統(tǒng)統(tǒng)計信息，其函數(shù)原型如下所示：
#include <sys/sysinfo.h>int sysinfo(struct sysinfo *info);info：struct sysinfo 結(jié)構(gòu)體類型指針，指向一個struct sysinfo 結(jié)構(gòu)體類型對象。
返回值：成功返回0；失敗將返回-1，并設(shè)置errno。
struct sysinfo 結(jié)構(gòu)體如下所示：
struct sysinfo {long uptime; /* 自系統(tǒng)啟動之后所經(jīng)過的時間（以秒為單位）*/unsigned long loads[3]; /* 1, 5, and 15 minute load averages */unsigned long totalram; /* 總的可用內(nèi)存大小*/unsigned long freeram; /* 還未被使用的內(nèi)存大小*/unsigned long sharedram; /* Amount of shared memory */unsigned long bufferram; /* Memory used by buffers */unsigned long totalswap; /* Total swap space size */unsigned long freeswap; /* swap space still available */unsigned short procs; /* 系統(tǒng)當(dāng)前進程數(shù)量*/unsigned long totalhigh; /* Total high memory size */unsigned long freehigh; /* Available high memory size */unsigned int mem_unit; /* 內(nèi)存單元大小（以字節(jié)為單位）*/char _f[20-2*sizeof(long)-sizeof(int)]; /* Padding to 64 bytes */ };測試
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <sys/sysinfo.h> int main(void) {struct sysinfo sys_info;int ret;/* 獲取信息*/ret = sysinfo(&sys_info);if (-1 == ret) {perror("sysinfo error");exit(-1);}/* 打印信息*/printf("自系統(tǒng)啟動之后所經(jīng)過的時間: %ld\n", sys_info.uptime);printf("總的可用內(nèi)存大小: %lu\n", sys_info.totalram);printf("還未被使用的內(nèi)存大小: %lu\n", sys_info.freeram);printf("系統(tǒng)當(dāng)前進程數(shù)量: %u\n", sys_info.procs);exit(0); }運行結(jié)果：
gethostname 函數(shù)
用于單獨獲取Linux 系統(tǒng)主機名，與struct utsname 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體中的nodename 變量一樣：
#include <unistd.h>int gethostname(char *name, size_t len);name：指向用于存放主機名字符串的緩沖區(qū)。
len：緩沖區(qū)長度。
返回值：成功返回0,；失敗將返回-1，并會設(shè)置errno。
測試
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <string.h> int main(void) {char hostname[20];int ret;memset(hostname, 0x0, sizeof(hostname));ret = gethostname(hostname, sizeof(hostname));if (-1 == ret) {perror("gethostname error");exit(ret);}puts(hostname);exit(0); }運行結(jié)果：
sysconf()函數(shù)
sysconf()函數(shù)是一個庫函數(shù)，可在運行時獲取系統(tǒng)的一些配置信息，譬如頁大小（page size）、主機名的最大長度、進程可以打開的最大文件數(shù)、每個用戶ID 的最大并發(fā)進程數(shù)等。其函數(shù)原型如下所示：
#include <unistd.h>long sysconf(int name);參數(shù)name 指定了要獲取哪個配置信息，參數(shù)name 可取以下任何一個值（都是宏定義，可通過man 手冊查詢）：
? _SC_ARG_MAX：exec 族函數(shù)的參數(shù)的最大長度，exec 族函數(shù)后面會介紹，這里先不管！
? _SC_CHILD_MAX：每個用戶的最大并發(fā)進程數(shù)，也就是同一個用戶可以同時運行的最大進程數(shù)。
? _SC_HOST_NAME_MAX：主機名的最大長度。
? _SC_LOGIN_NAME_MAX：登錄名的最大長度。
? _SC_CLK_TCK：每秒時鐘滴答數(shù)，也就是系統(tǒng)節(jié)拍率。
? _SC_OPEN_MAX：一個進程可以打開的最大文件數(shù)。
? _SC_PAGESIZE：系統(tǒng)頁大小（page size）。
? _SC_TTY_NAME_MAX：終端設(shè)備名稱的最大長度。
? ……
若指定的參數(shù)name 為無效值，則sysconf()函數(shù)返回-1，并會將errno 設(shè)置為EINVAL。否則返回的值便是對應(yīng)的配置值。
使用示例
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h>int main(void) {printf("每個用戶的最大并發(fā)進程數(shù): %ld\n", sysconf(_SC_CHILD_MAX));printf("系統(tǒng)節(jié)拍率: %ld\n", sysconf(_SC_CLK_TCK));printf("系統(tǒng)頁大小: %ld\n", sysconf(_SC_PAGESIZE));exit(0); }運行結(jié)果：
時間、日期
GMT 時間
GMT（Greenwich Mean Time）中文全稱是格林威治標(biāo)準(zhǔn)時間，1884 年被確立，GMT 時間就是英國格林威治當(dāng)?shù)貢r間，也就是零時區(qū)（中時區(qū)）所在時間，與我國的標(biāo)準(zhǔn)時間北京時間（東八區(qū)）相差8 個小時，即早八個小時，所以GMT 12:00 對應(yīng)的北京時間是20:00。
UTC 時間
UTC（Coordinated Universal Time）指的是世界協(xié)調(diào)時間（又稱世界標(biāo)準(zhǔn)時間、世界統(tǒng)一時間），是經(jīng)過平均太陽時(以格林威治時間GMT 為準(zhǔn))、地軸運動修正后的新時標(biāo)以及以「秒」為單位的國際原子時所綜合精算而成的時間，計算過程相當(dāng)嚴(yán)謹(jǐn)精密，因此若以「世界標(biāo)準(zhǔn)時間」的角度來說，UTC 比GMT 來得更加精準(zhǔn)。
在Ubuntu 系統(tǒng)下，可以使用"date -u"命令查看到當(dāng)前的UTC 時間，如下所示：
UTC 時間格式
根據(jù) ISO 8601《數(shù)據(jù)存儲和交換形式·信息交換·日期和時間的表示方法》，UTC時間，也就是國際統(tǒng)一時間/國際協(xié)調(diào)時，表示方法如下：
YYYYMMDD T HHMMSS Z(或者時區(qū)標(biāo)識)。
例如，20100607T152000Z，表示2010年6月7號15點20分0秒，Z表示是標(biāo)準(zhǔn)時間
如果表示北京時間，那么就是：
20100607T152000+08，其中 “+08” 表示東八區(qū)。
時區(qū)
全球被劃分為24 個時區(qū)，每一個時區(qū)橫跨經(jīng)度15 度，以英國格林威治的本初子午線作為零度經(jīng)線，將全球劃分為東西兩半球，分為東一區(qū)、東二區(qū)、東三區(qū)……東十二區(qū)以及西一區(qū)、西二區(qū)、西三區(qū)……西十二區(qū)，而本初子午線所在時區(qū)被稱為中時區(qū)（或者叫零時區(qū)），劃分圖如下所示：
東十二區(qū)和西十二區(qū)其實是一個時區(qū)，就是十二區(qū)，東十二區(qū)與西十二區(qū)各橫跨經(jīng)度7.5 度，以180 度經(jīng)線作為分界線。每個時區(qū)的中央經(jīng)線上的時間就是這個時區(qū)內(nèi)統(tǒng)一采用的時間，稱為區(qū)時。相鄰兩個時區(qū)的時間相差1 小時。例如，我國東8 區(qū)的時間總比泰國東7 區(qū)的時間早1 小時，而比日本東9 區(qū)的時間晚1小時。因此，出國旅行的人，必須隨時調(diào)整自己的手表，才能和當(dāng)?shù)貢r間相一致。凡向西走，每過一個時區(qū)，就要把表向前撥1 小時(比如2 點撥到1 點)；凡向東走，每過一個時區(qū)，就要把表向后撥1 小時（比如1 點撥到2 點）。
實際上，世界上不少國家和地區(qū)都不嚴(yán)格按時區(qū)來計算時間。為了在全國范圍內(nèi)采用統(tǒng)一的時間，一般都把某一個時區(qū)的時間作為全國統(tǒng)一采用的時間。例如，我國把首都北京所在的東8 區(qū)的時間作為全國統(tǒng)一的時間，稱為北京時間，北京時間就作為我國使用的本地時間，譬如我們電腦上顯示的時間就是北京時間，我國國土面積廣大，由東到西橫跨了5 個時區(qū)，也就意味著我國最東邊的地區(qū)與最西邊的地區(qū)實際上相差了4、5 個小時。又例如，英國、法國、荷蘭和比利時等國，雖地處中時區(qū)，但為了和歐洲大多數(shù)國家時間相一致，則采用東1 區(qū)的時間。
譬如在Ubuntu 系統(tǒng)下，可以使用date 命令查看系統(tǒng)當(dāng)前的本地時間，如下所示：
可以看到顯示出來的字符串后面有一個"CST"字樣，CST 在這里其實指的是China Standard Time（中國標(biāo)準(zhǔn)時間）的縮寫，表示當(dāng)前查看到的時間是中國標(biāo)準(zhǔn)時間，也就是我國所使用的標(biāo)準(zhǔn)時間–北京時間，一般在安裝Ubuntu 系統(tǒng)的時候會提示用戶設(shè)置所在城市，那么系統(tǒng)便會根據(jù)你所設(shè)置的城市來確定系統(tǒng)的本地時間對應(yīng)的時區(qū)，譬如設(shè)置的城市為上海，那么系統(tǒng)的本地時間就是北京時間，因為我國統(tǒng)一使用北京時間作為本國的標(biāo)準(zhǔn)時間。
在Ubuntu 系統(tǒng)下，時區(qū)信息通常以標(biāo)準(zhǔn)格式保存在一些文件當(dāng)中，這些文件通常位于/usr/share/zoneinfo目錄下，該目錄下的每一個文件（包括子目錄下的文件）都包含了一個特定國家或地區(qū)內(nèi)時區(qū)制度的相關(guān)信息，且往往根據(jù)其所描述的城市或地區(qū)縮寫來加以命名，譬如EST（美國東部標(biāo)準(zhǔn)時間）、CET（歐洲中部時間）、UTC（世界標(biāo)準(zhǔn)時間）、Hongkong、Iran、Japan（日本標(biāo)準(zhǔn)時間）等，也把這些文件稱為時區(qū)配置文件，如下圖所示：
系統(tǒng)的本地時間由時區(qū)配置文件/etc/localtime 定義，通常鏈接到/usr/share/zoneinfo 目錄下的某一個文件（或其子目錄下的某一個文件）：
如果我們要修改Ubuntu 系統(tǒng)本地時間的時區(qū)信息，可以直接將/etc/localtime 鏈接到/usr/share/zoneinfo目錄下的任意一個時區(qū)配置文件，譬如EST（美國東部標(biāo)準(zhǔn)時間），首先進入到/etc 目錄下，執(zhí)行下面的命令：
sudo rm -rf localtime #刪除原有鏈接文件 sudo ln -s /usr/share/zoneinfo/EST localtime #重新建立鏈接文件
接下來再使用date 命令查看下系統(tǒng)當(dāng)前的時間，如下所示：
可以發(fā)現(xiàn)后面的標(biāo)識變成了EST，也就意味著當(dāng)前系統(tǒng)的本地時間變成了EST 時間（美國東部標(biāo)準(zhǔn)時間）。
實時時鐘RTC
操作系統(tǒng)中一般會有兩個時鐘，一個系統(tǒng)時鐘（system clock），一個實時時鐘（Real time clock），也叫RTC；系統(tǒng)時鐘由系統(tǒng)啟動之后由內(nèi)核來維護，譬如使用date 命令查看到的就是系統(tǒng)時鐘，所以在系統(tǒng)關(guān)機情況下是不存在的；而實時時鐘一般由RTC 時鐘芯片提供，RTC 芯片有相應(yīng)的電池為其供電，以保證系統(tǒng)在關(guān)機情況下RTC 能夠繼續(xù)工作、繼續(xù)計時。
Linux 系統(tǒng)如何記錄時間
Linux 系統(tǒng)在開機啟動之后首先會讀取RTC 硬件獲取實時時鐘作為系統(tǒng)時鐘的初始值，之后內(nèi)核便開始維護自己的系統(tǒng)時鐘。所以由此可知，RTC 硬件只有在系統(tǒng)開機啟動時會讀取一次，目的是用于對系統(tǒng)時鐘進行初始化操作，之后的運行過程中便不會再對其進行讀取操作了。
而在系統(tǒng)關(guān)機時，內(nèi)核會將系統(tǒng)時鐘寫入到RTC 硬件、以進行同步操作。
jiffies 的引入
jiffies 是內(nèi)核中定義的一個全局變量，內(nèi)核使用jiffies 來記錄系統(tǒng)從啟動以來的系統(tǒng)節(jié)拍數(shù)，所以這個變量用來記錄以系統(tǒng)節(jié)拍時間為單位的時間長度，Linux 內(nèi)核在編譯配置時定義了一個節(jié)拍時間，使用節(jié)拍率（一秒鐘多少個節(jié)拍數(shù)）來表示，譬如常用的節(jié)拍率為100Hz（一秒鐘100 個節(jié)拍數(shù)，節(jié)拍時間為1s /100）、200Hz（一秒鐘200 個節(jié)拍，節(jié)拍時間為1s / 200）、250Hz（一秒鐘250 個節(jié)拍，節(jié)拍時間為1s /250）、300Hz（一秒鐘300 個節(jié)拍，節(jié)拍時間為1s / 300）、500Hz（一秒鐘500 個節(jié)拍，節(jié)拍時間為1s /500）等。由此可以發(fā)現(xiàn)配置的節(jié)拍率越低，每一個系統(tǒng)節(jié)拍的時間就越短，也就意味著jiffies 記錄的時間精度越高，當(dāng)然，高節(jié)拍率會導(dǎo)致系統(tǒng)中斷的產(chǎn)生更加頻繁，頻繁的中斷會加劇系統(tǒng)的負擔(dān)，一般默認情況下都是采用100Hz 作為系統(tǒng)節(jié)拍率。
內(nèi)核其實通過jiffies 來維護系統(tǒng)時鐘，全局變量jiffies 在系統(tǒng)開機啟動時會設(shè)置一個初始值，RTC 實時時鐘會在系統(tǒng)開機啟動時讀取一次，目的是用于對系統(tǒng)時鐘進行初始化，這里說的初始化其實指的就是對內(nèi)核的jiffies 變量進行初始化操作，具體如何將讀取到的實時時鐘換算成jiffies 數(shù)值。
所以由此可知，操作系統(tǒng)使用jiffies 這個全局變量來記錄當(dāng)前時間，當(dāng)我們需要獲取到系統(tǒng)當(dāng)前時間點時，就可以使用jiffies 變量去計算，當(dāng)然并不需要我們手動去計算，Linux 系統(tǒng)提供了相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用或C庫函數(shù)用于獲取當(dāng)前時間，譬如系統(tǒng)調(diào)用time()、gettimeofday()，其實質(zhì)上就是通過jiffies 變量換算得到。
獲取時間time/gettimeofday
(1)time 函數(shù)
系統(tǒng)調(diào)用time()用于獲取當(dāng)前時間，以秒為單位，返回得到的值是自1970-01-01 00:00:00 +0000 (UTC)以來的秒數(shù)，函數(shù)原型如下所示：
tloc：如果tloc 參數(shù)不是NULL，則返回值也存儲在tloc 指向的內(nèi)存中。
返回值：成功則返回自1970-01-01 00:00:00 +0000 (UTC)以來的時間值（以秒為單位）；失敗則返回-1，并會設(shè)置errno。
time 函數(shù)獲取得到的是一個時間段，也就是從1970-01-01 00:00:00 +0000 (UTC)到現(xiàn)在這段時間所經(jīng)過的秒數(shù)，所以你要計算現(xiàn)在這個時間點，只需要使用time()得到的秒數(shù)加1970-01-01 00:00:00即可！當(dāng)然，這并不需要我們手動去計算，可以直接使用相關(guān)系統(tǒng)調(diào)用或C 庫函數(shù)來得到當(dāng)前時間，后面介紹。
自1970-01-01 00:00:00 +0000 (UTC)以來經(jīng)過的總秒數(shù)，我們把這個稱之為日歷時間或time_t 時間。
測試
使用系統(tǒng)調(diào)用time()獲取自1970-01-01 00:00:00 +0000 (UTC)以來的時間值：
運行結(jié)果：
(2)gettimeofday 函數(shù)
time()獲取到的時間只能精確到秒，gettimeofday()函數(shù)提供微秒級時間精度，函數(shù)原型如下：
tv：參數(shù)tv 是一個struct timeval 結(jié)構(gòu)體指針變量，struct timeval 結(jié)構(gòu)體在前面章節(jié)內(nèi)容中已經(jīng)給大家介紹過，具體參考示例代碼5.6.3。
tz：參數(shù)tz 是個歷史產(chǎn)物，早期實現(xiàn)用其來獲取系統(tǒng)的時區(qū)信息，目前已遭廢棄，在調(diào)用gettimeofday()函數(shù)時應(yīng)將參數(shù)tz 設(shè)置為NULL。
返回值：成功返回0；失敗將返回-1，并設(shè)置errno。
獲取得到的時間值存儲在參數(shù)tv 所指向的struct timeval 結(jié)構(gòu)體變量中，該結(jié)構(gòu)體包含了兩個成員變量tv_sec 和tv_usec，分別用于表示秒和微秒，所以獲取得到的時間值就是tv_sec（秒）+tv_usec（微秒），同樣獲取得到的秒數(shù)與time()函數(shù)一樣，也是自1970-01-01 00:00:00 +0000 (UTC)到現(xiàn)在這段時間所經(jīng)過的秒數(shù)，也就是日歷時間，所以由此可知time()返回得到的值和函數(shù)gettimeofday()所返回的tv 參數(shù)中tv_sec 字段的數(shù)值相同。
測試
使用gettimeofday 獲取自1970-01-01 00:00:00 +0000 (UTC)以來的時間值：
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <sys/time.h>int main(void) {struct timeval tval;int ret;ret = gettimeofday(&tval, NULL);if (-1 == ret) {perror("gettimeofday error");exit(-1);}printf("時間值: %ld 秒+%ld 微秒\n", tval.tv_sec, tval.tv_usec);exit(0); }運行結(jié)果：
時間轉(zhuǎn)換函數(shù)
通過time()或gettimeofday()函數(shù)可以獲取到當(dāng)前時間點相對于1970-01-01 00:00:00 +0000 (UTC)這個時間點所經(jīng)過時間（日歷時間），所以獲取得到的是一個時間段的長度，但是這并不利于我們查看當(dāng)前時間，這個結(jié)果對于我們來說非常不友好，那么本小節(jié)將向大家介紹一些系統(tǒng)調(diào)用或C 庫函數(shù)，通過這些API 可以將time()或gettimeofday()函數(shù)獲取到的秒數(shù)轉(zhuǎn)換為利于查看和理解的形式。
(1)ctime 函數(shù)
ctime()是一個C 庫函數(shù)，可以將日歷時間轉(zhuǎn)換為可打印輸出的字符串形式，ctime()函數(shù)原型如下所示：
timep：time_t 時間變量指針。
返回值：成功將返回一個char *類型指針，指向轉(zhuǎn)換后得到的字符串；失敗將返回NULL。
所以由此可知，使用ctime 函數(shù)非常簡單，只需將time_t 時間變量的指針傳入即可，調(diào)用成功便可返回字符串指針，拿到字符串指針之后，可以使用printf 將其打印輸出。但是ctime()是一個不可重入函數(shù)，存在一些安全上面的隱患，ctime_r()是ctime()的可重入版本，一般推薦大家使用可重入函數(shù)ctime_r()，可重入函數(shù)ctime_r()多了一個參數(shù)buf，也就是緩沖區(qū)首地址，所以ctime_r()函數(shù)需要調(diào)用者提供用于存放字符串的緩沖區(qū)。
Tips：關(guān)于可重入函數(shù)與不可重入函數(shù)將會在后面章節(jié)內(nèi)容中進行介紹，這里暫時先不去管這個問題，在Linux 系統(tǒng)中，有一些系統(tǒng)調(diào)用或C庫函數(shù)提供了可重入版本與不可重入版本的函數(shù)接口，可重入版本函數(shù)所對應(yīng)的函數(shù)名一般都會有一個" _r "后綴來表明它是一個可重入函數(shù)。
ctime （或ctime_r）轉(zhuǎn)換得到的時間是計算機所在地對應(yīng)的本地時間（譬如在中國對應(yīng)的便是北京時間），并不是UTC時間，接下來編寫一段簡單地代碼進行測試。
測試
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <time.h>int main(void) {char tm_str[100] = {0};time_t tm;/* 獲取時間*/tm = time(NULL);if (-1 == tm) {perror("time error");exit(-1);}/* 將時間轉(zhuǎn)換為字符串形式*/ctime_r(&tm, tm_str);/* 打印輸出*/printf("當(dāng)前時間: %s", tm_str);exit(0); }運行結(jié)果：
從圖中可知，打印出來的時間為"Mon Feb 22 17:10:46 2021"，Mon 表示星期一，這是一個英文單詞的縮寫，Feb 表示二月份，這也是一個英文單詞的縮寫，22 表示22 日，所以整個打印信息顯示的時間就是2021年2 月22 日星期一17 點10 分46 秒。
(2)localtime 函數(shù)
localtime()函數(shù)可以把time()或gettimeofday()得到的秒數(shù)（time_t 時間或日歷時間）變成一個struct tm結(jié)構(gòu)體所表示的時間，該時間對應(yīng)的是本地時間。localtime 函數(shù)原型如下：
函數(shù)參數(shù)和返回值含義如下：
timep：需要進行轉(zhuǎn)換的time_t 時間變量對應(yīng)的指針，可通過time()或gettimeofday()獲取得到。
result：是一個struct tm 結(jié)構(gòu)體類型指針，稍后給大家介紹struct tm 結(jié)構(gòu)體，參數(shù)result 是可重入函數(shù)
localtime_r()需要額外提供的參數(shù)。
返回值：對于不可重入版本localtime()來說，成功則返回一個有效的struct tm 結(jié)構(gòu)體指針，而對于可重入版本localtime_r()來說，成功執(zhí)行情況下，返回值將會等于參數(shù)result；失敗則返回NULL。
使用不可重入函數(shù)localtime()并不需要調(diào)用者提供struct tm 變量，而是它會直接返回出來一個struct tm結(jié)構(gòu)體指針，然后直接通過該指針訪問里邊的成員變量即可！雖然很方便，但是存在一些安全隱患，所以一般不推薦使用不可重入版本。
使用可重入版本localtime_r()調(diào)用者需要自己定義struct tm 結(jié)構(gòu)體變量、并將該變量指針賦值給參數(shù)result，在函數(shù)內(nèi)部會對該結(jié)構(gòu)體變量進行賦值操作。
struct tm 結(jié)構(gòu)體如下所示：
從struct tm 結(jié)構(gòu)體內(nèi)容可知，該結(jié)構(gòu)體中包含了年月日時分秒星期等信息，使用localtime/localtime_r()便可以將time_t 時間總秒數(shù)分解成了各個獨立的時間信息，易于我們查看和理解。
測試
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <time.h>int main(void) {struct tm t;time_t sec;/* 獲取時間*/sec = time(NULL);if (-1 == sec) {perror("time error");exit(-1);}/* 轉(zhuǎn)換得到本地時間*/localtime_r(&sec, &t);/* 打印輸出*/printf("當(dāng)前時間: %d 年%d 月%d 日%d:%d:%d\n",t.tm_year + 1900, t.tm_mon, t.tm_mday,t.tm_hour, t.tm_min, t.tm_sec);exit(0); }運行結(jié)果：
(3)gmtime 函數(shù)
gmtime()函數(shù)也可以把time_t 時間變成一個struct tm 結(jié)構(gòu)體所表示的時間，與localtime()所不同的是，gmtime()函數(shù)所得到的是UTC 國際標(biāo)準(zhǔn)時間，并不是計算機的本地時間，這是它們之間的唯一區(qū)別。gmtime()函數(shù)原型如下所示：
gmtime_r()是gmtime()的可重入版本，同樣也是推薦大家使用可重入版本函數(shù)gmtime_r。關(guān)于該函數(shù)的參數(shù)和返回值，這里便不再介紹，與localtime()是一樣的。
測試
使用localtime 獲取本地時間、使用gmtime 獲取UTC 國際標(biāo)準(zhǔn)時間，并進行對比：
運行結(jié)果：
從打印結(jié)果可知，本地時間與UTC 時間（國際標(biāo)準(zhǔn)時間）相差8 個小時，因為筆者使用的計算機其對應(yīng)的本地時間指的便是北京時間，而北京時間要早于國際標(biāo)準(zhǔn)時間8 個小時（東八區(qū)）。
(4)mktime 函數(shù)
mktime()函數(shù)與localtime()函數(shù)相反，mktime()可以將使用struct tm 結(jié)構(gòu)體表示的分解時間轉(zhuǎn)換為time_t時間（日歷時間），同樣這也是一個C 庫函數(shù)，其函數(shù)原型如下所示：
tm：需要進行轉(zhuǎn)換的struct tm 結(jié)構(gòu)體變量對應(yīng)的指針。
返回值：成功返回轉(zhuǎn)換得到time_t 時間值；失敗返回-1。
測試
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <time.h>int main(void) {struct tm local_t;time_t sec;/* 獲取時間*/sec = time(NULL);if (-1 == sec) {perror("time error");exit(-1);}printf("獲取得到的秒數(shù): %ld\n", sec);localtime_r(&sec, &local_t);printf("轉(zhuǎn)換得到的秒數(shù): %ld\n", mktime(&local_t));exit(0); }運行結(jié)果：
(5)asctime 函數(shù)
asctime()函數(shù)與ctime()函數(shù)的作用一樣，也可將時間轉(zhuǎn)換為可打印輸出的字符串形式，與ctime()函數(shù)的區(qū)別在于，ctime()是將time_t 時間轉(zhuǎn)換為固定格式字符串、而asctime()則是將struct tm 表示的分解時間轉(zhuǎn)換為固定格式的字符串。asctime()函數(shù)原型如下所示：
tm：需要進行轉(zhuǎn)換的struct tm 表示的時間。
buf：可重入版本函數(shù)asctime_r 需要額外提供的參數(shù)buf，指向一個緩沖區(qū)，用于存放轉(zhuǎn)換得到的字符串。
返回值：轉(zhuǎn)換失敗將返回NULL；成功將返回一個char *類型指針，指向轉(zhuǎn)換后得到的時間字符串，對于asctime_r 函數(shù)來說，返回值就等于參數(shù)buf。
測試
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <time.h>int main(void) {struct tm local_t;char tm_str[100] = {0};time_t sec;/* 獲取時間*/sec = time(NULL);if (-1 == sec) {perror("time error");exit(-1);}localtime_r(&sec, &local_t);asctime_r(&local_t, tm_str);printf("本地時間: %s", tm_str);exit(0); }運行結(jié)果：
(6)strftime 函數(shù)
除了asctime()函數(shù)之外，這里再給大家介紹一個C 庫函數(shù)strftime()，此函數(shù)也可以將一個struct tm 變量表示的分解時間轉(zhuǎn)換為為格式化字符串，并且在功能上比asctime()和ctime()更加強大，它可以根據(jù)自己的喜好自定義時間的顯示格式，而asctime()和ctime()轉(zhuǎn)換得到的字符串時間格式的固定的。
strftime()函數(shù)原型如下所示：
#include <time.h>size_t strftime(char *s, size_t max, const char *format, const struct tm *tm);s：指向一個緩存區(qū)的指針，該緩沖區(qū)用于存放生成的字符串。
max：字符串的最大字節(jié)數(shù)。
format：這是一個用字符串表示的字段，包含了普通字符和特殊格式說明符，可以是這兩種字符的任意組合。特殊格式說明符將會被替換為struct tm 結(jié)構(gòu)體對象所指時間的相應(yīng)值，這些特殊格式說明符如下：
strftime 函數(shù)的特殊格式說明符還是比較多的，不用去記它，需要用的時候再去查即可！
通過上表可知，譬如我要想輸出"2021-01-14 16:30:25 January Thursday"這樣一種形式表示的時間日期，那么就可以這樣來設(shè)置format 參數(shù)：
tm：指向struct tm 結(jié)構(gòu)體對象的指針。
返回值：如果轉(zhuǎn)換得到的目標(biāo)字符串不超過最大字節(jié)數(shù)（也就是max），則返回放置到s 數(shù)組中的字節(jié)數(shù)；如果超過了最大字節(jié)數(shù)，則返回0。
測試
運行結(jié)果：
設(shè)置時間settimeofday
使用settimeofday()函數(shù)可以設(shè)置時間，也就是設(shè)置系統(tǒng)的本地時間，函數(shù)原型如下所示：
#include <sys/time.h>int settimeofday(const struct timeval *tv, const struct timezone *tz);tv：參數(shù)tv 是一個struct timeval 結(jié)構(gòu)體指針變量，struct timeval 結(jié)構(gòu)體在前面章節(jié)內(nèi)容中已經(jīng)給大家介紹了，需要設(shè)置的時間便通過參數(shù)tv 指向的struct timeval 結(jié)構(gòu)體變量傳遞進去。
tz：參數(shù)tz 是個歷史產(chǎn)物，早期實現(xiàn)用其來設(shè)置系統(tǒng)的時區(qū)信息，目前已遭廢棄，在調(diào)用settimeofday()函數(shù)時應(yīng)將參數(shù)tz 設(shè)置為NULL。
返回值：成功返回0；失敗將返回-1，并設(shè)置errno。
使用settimeofday 設(shè)置系統(tǒng)時間時內(nèi)核會進行權(quán)限檢查，只有超級用戶（root）才可以設(shè)置系統(tǒng)時間，普通用戶將無操作權(quán)限。
總結(jié)
本小節(jié)給大家介紹了時間相關(guān)的基本概念，譬如GMT 時間、UTC 時間以及全球24 個時區(qū)的劃分等，并且給大家介紹了Linux 系統(tǒng)下常用的時間相關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用和庫函數(shù)，主要有9 個：time/ctime/localtime/gmtime/mktime/asctime/strftime/gettimeofday/settimeofday，對這些函數(shù)的功能、作用總結(jié)如下：
進程時間
進程時間指的是進程從創(chuàng)建后（也就是程序運行后）到目前為止這段時間內(nèi)使用CPU 資源的時間總數(shù)，出于記錄的目的，內(nèi)核把CPU 時間（進程時間）分為以下兩個部分：
? 用戶CPU 時間：進程在用戶空間（用戶態(tài)）下運行所花費的CPU 時間。有時也成為虛擬時間（virtualtime）。
? 系統(tǒng)CPU 時間：進程在內(nèi)核空間（內(nèi)核態(tài)）下運行所花費的CPU 時間。這是內(nèi)核執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用或代表進程執(zhí)行的其它任務(wù)（譬如，服務(wù)頁錯誤）所花費的時間。
一般來說，進程時間指的是用戶CPU 時間和系統(tǒng)CPU 時間的總和，也就是總的CPU 時間。
Tips：進程時間不等于程序的整個生命周期所消耗的時間，如果進程一直處于休眠狀態(tài)（進程被掛起、不會得到系統(tǒng)調(diào)度），那么它并不會使用CPU 資源，所以休眠的這段時間并不計算在進程時間中。
times 函數(shù)
times()函數(shù)用于獲取當(dāng)前進程時間，其函數(shù)原型如下所示：
#include <sys/times.h>clock_t times(struct tms *buf);buf：times()會將當(dāng)前進程時間信息存在一個struct tms 結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)中，所以我們需要提供struct tms 變量，使用參數(shù)buf 指向該變量，關(guān)于struct tms 結(jié)構(gòu)體稍后給大家介紹。
返回值：返回值類型為clock_t（實質(zhì)是long 類型），調(diào)用成功情況下，將返回從過去任意的一個時間點（譬如系統(tǒng)啟動時間）所經(jīng)過的時鐘滴答數(shù)（其實就是系統(tǒng)節(jié)拍數(shù)），將(節(jié)拍數(shù)/ 節(jié)拍率)便可得到秒數(shù)，返回值可能會超過clock_t 所能表示的范圍（溢出）；調(diào)用失敗返回-1，并設(shè)置errno。
如果我們想查看程序運行到某一個位置時的進程時間，或者計算出程序中的某一段代碼執(zhí)行過程所花費的進程時間，都可以使用times()函數(shù)來實現(xiàn)。
struct tms 結(jié)構(gòu)體內(nèi)容如下所示：
struct tms {clock_t tms_utime; /* user time, 進程的用戶CPU 時間, tms_utime 個系統(tǒng)節(jié)拍數(shù)*/clock_t tms_stime; /* system time, 進程的系統(tǒng)CPU 時間, tms_stime 個系統(tǒng)節(jié)拍數(shù)*/clock_t tms_cutime; /* user time of children, 已死掉子進程的tms_utime + tms_cutime 時間總和*/clock_t tms_cstime; /* system time of children, 已死掉子進程的tms_stime + tms_cstime 時間總和*/ };測試
以下我們演示了通過times()來計算程序中某一段代碼執(zhí)行所耗費的進程時間和總的時間，測試程序如下所示：
首先，筆者先對測試程序做一個簡單地介紹，程序中使用sysconf(_SC_CLK_TCK)獲取到系統(tǒng)節(jié)拍率，程序還使用了一個庫函數(shù)sleep()，該函數(shù)也是本章將要向大家介紹的函數(shù)，具體參考7.5.1 小節(jié)中的介紹。
示例代碼7.3.2 中對如下代碼段進行了測試：
for (i = 0; i < 20000; i++)for (j = 0; j < 20000; j++); sleep(1); //休眠掛起接下來編譯運行，測試結(jié)果如下：
可以看到用戶CPU 時間為1.9 秒，系統(tǒng)CPU 時間為0 秒，也就是說測試的這段代碼并沒有進入內(nèi)核態(tài)運行，所以總的進程時間= 用戶CPU 時間+ 系統(tǒng)CPU 時間= 1.9 秒。
圖7.3.1 中顯示的時間總和并不是總的進程時間，前面也給大家解釋過，這個時間總和指的是從起點到終點鎖經(jīng)過的時間，并不是進程時間，這里大家要理解。時間總和包括了進程處于休眠狀態(tài)時消耗的時間（sleep 等會讓進程掛起、進入休眠狀態(tài)），可以發(fā)現(xiàn)時間總和比進程時間多1 秒，其實這一秒就是進程處于休眠狀態(tài)的時間。
clock 函數(shù)
庫函數(shù)clock()提供了一個更為簡單的方式用于進程時間，它的返回值描述了進程使用的總的CPU 時間（也就是進程時間，包括用戶CPU 時間和系統(tǒng)CPU 時間），其函數(shù)原型如下所示：
#include <time.h>clock_t clock(void);無參數(shù)。
返回值：返回值是到目前為止程序的進程時間，為clock_t 類型，注意clock()的返回值并不是系統(tǒng)節(jié)拍數(shù)，如果想要獲得秒數(shù)，請除以CLOCKS_PER_SEC（這是一個宏）。如果返回的進程時間不可用或其值無法表示，則該返回值是-1。
clock()函數(shù)雖然可以很方便的獲取總的進程時間，但并不能獲取到單獨的用戶CPU 時間和系統(tǒng)CPU 時間，在實際編程當(dāng)中，根據(jù)自己的需要選擇。
測試
對示例代碼7.3.2 進行簡單地修改，使用clock()獲取到待測試代碼段所消耗的進程時間，如下：
運行結(jié)果：
產(chǎn)生隨機數(shù)
隨機數(shù)與偽隨機數(shù)
隨機數(shù)是隨機出現(xiàn)，沒有任何規(guī)律的一組數(shù)列。在我們編程當(dāng)中，是沒有辦法獲得真正意義上的隨機數(shù)列的，這是一種理想的情況，在我們的程序當(dāng)中想要使用隨機數(shù)列，只能通過算法得到一個偽隨機數(shù)序列，那在編程當(dāng)中說到的隨機數(shù)，基本都是指偽隨機數(shù)。
C 語言函數(shù)庫中提供了很多函數(shù)用于產(chǎn)生偽隨機數(shù)，其中最常用的是通過rand()和srand()產(chǎn)生隨機數(shù)，本小節(jié)就以這兩個函數(shù)為例向大家介紹如何在我們的程序中獲得隨機數(shù)列。
rand 函數(shù)
rand()函數(shù)用于獲取隨機數(shù)，多次調(diào)用rand()可得到一組隨機數(shù)序列，其函數(shù)原型如下：
返回值：返回一個介于0 到RAND_MAX（包含）之間的值，也就是數(shù)學(xué)上的[0, RAND_MAX]。
程度當(dāng)中調(diào)用rand()可以得到[0, RAND_MAX]之間的偽隨機數(shù)，多次調(diào)用rand()便可以生成一組偽隨機樹序列，但是這里有個問題，就是每一次運行程序所得到的隨機數(shù)序列都是相同的，那如何使得每一次啟動應(yīng)用程序所得到的隨機數(shù)序列是不一樣的呢？那就通過設(shè)置不同的隨機數(shù)種子，可通過srand()設(shè)置隨機數(shù)種子。
如果沒有調(diào)用srand()設(shè)置隨機數(shù)種子的情況下，rand()會將1 作為隨機數(shù)種子，如果隨機數(shù)種子相同，那么每一次啟動應(yīng)用程序所得到的隨機數(shù)序列就是一樣的，所以每次啟動應(yīng)用程序需要設(shè)置不同的隨機數(shù)種子，這樣就可以使得程序每次運行所得到隨機數(shù)序列不同。
srand 函數(shù)
使用srand()函數(shù)為rand()設(shè)置隨機數(shù)種子，其函數(shù)原型如下所示：
seed：指定一個隨機數(shù)中，int 類型的數(shù)據(jù)，一般嘗嘗將當(dāng)前時間作為隨機數(shù)種子賦值給參數(shù)seed，譬如time(NULL)，因為每次啟動應(yīng)用程序時間上是一樣的，所以就能夠使得程序中設(shè)置的隨機數(shù)種子在每次啟動程序時是不一樣的。
返回值：void
常用的用法srand(time(NULL));
測試
使用rand()和srand()產(chǎn)生一組偽隨機數(shù)，數(shù)值范圍為[0~100]，將其打印出來：
運行結(jié)果：
從圖中可以發(fā)現(xiàn)，每一次得到的[0~100]之間的隨機數(shù)數(shù)組都是不同的（數(shù)組不同，不是產(chǎn)生的隨機數(shù)不同），因為程序中將rand()的隨機數(shù)種子設(shè)置為srand(time(NULL))，直接等于time_t 時間值，意味著每次啟動種子都不一樣，所以能夠產(chǎn)生不同的隨機數(shù)數(shù)組。
本小節(jié)關(guān)于在Linux 下使用隨機數(shù)就給大家介紹這么多，產(chǎn)生隨機數(shù)的API 函數(shù)并不僅僅只有這些，除此之外，譬如還有random()、srandom()、initstate()、setstate()等，這里便不再給大家一一介紹了，在我們使用man 手冊查看系統(tǒng)調(diào)用或C 庫函數(shù)幫助信息時，在幫助信息頁面SEE ALSO 欄會列舉出與本函數(shù)有關(guān)聯(lián)的一些命令、系統(tǒng)調(diào)用或C 庫函數(shù)等，如下所示（譬如執(zhí)行man 3 srand 查看）：
休眠(延時)
有時需要將進程暫停或休眠一段時間，進入休眠狀態(tài)之后，程序?qū)和＿\行，直到休眠結(jié)束。常用的系統(tǒng)調(diào)用和C 庫函數(shù)有sleep()、usleep()以及nanosleep()，這些函數(shù)在應(yīng)用程序當(dāng)中通常作為延時使用，譬如延時1 秒鐘，本小節(jié)將一一介紹。
秒級休眠: sleep
sleep()是一個C 庫函數(shù)，從函數(shù)名字面意思便可以知道該函數(shù)的作用了，簡單地說，sleep()就是讓程序“休息”一會，然后再繼續(xù)工作。其函數(shù)原型如下所示：
#include <unistd.h>unsigned int sleep(unsigned int seconds);seconds：休眠時長，以秒為單位。
返回值：如果休眠時長為參數(shù)seconds 所指定的秒數(shù)，則返回0；若被信號中斷則返回剩余的秒數(shù)。
sleep()是一個秒級別休眠函數(shù)，程序在休眠過程中，是可以被其它信號所打斷的，關(guān)于信號這些內(nèi)容，將會在后面章節(jié)向大家介紹。
測試
編寫一個簡單地程序，調(diào)用sleep()函數(shù)讓程序暫停運行（休眠）3 秒鐘。
運行結(jié)果：
微秒級休眠: usleep
usleep()同樣也是一個C 庫函數(shù)，與sleep()的區(qū)別在于休眠時長精度不同，usleep()支持微秒級程序休眠，其函數(shù)原型如下所示：
#include <unistd.h>int usleep(useconds_t usec);函數(shù)參數(shù)和返回值含義如下：
usec：休眠時長，以微秒為單位。
返回值：成功返回0；失敗返回-1，并設(shè)置errno。
測試
使用usleep()函數(shù)讓程序休眠3 秒鐘。
運行結(jié)果：
高精度休眠: nanosleep
nanosleep()與sleep()以及usleep()類似，都用于程序休眠，但nanosleep()具有更高精度來設(shè)置休眠時間長度，支持納秒級時長設(shè)置。與sleep()、usleep()不同的是，nanosleep()是一個Linux 系統(tǒng)調(diào)用，其函數(shù)原型如下所示：
#include <time.h>int nanosleep(const struct timespec *req, struct timespec *rem);req：一個struct timespec 結(jié)構(gòu)體指針，指向一個struct timespec 變量，用于設(shè)置休眠時間長度，可精確到納秒級別。
rem：也是一個struct timespec 結(jié)構(gòu)體指針，指向一個struct timespec 變量，也可設(shè)置NULL。
返回值：在成功休眠達到請求的時間間隔后，nanosleep()返回0；如果中途被信號中斷或遇到錯誤，則返回-1，并將剩余時間記錄在參數(shù)rem 指向的struct timespec 結(jié)構(gòu)體變量中（參數(shù)rem 不為NULL 的情況下，如果為NULL 表示不接收剩余時間），還會設(shè)置errno 標(biāo)識錯誤類型。
在5.2.3 小節(jié)中介紹了struct timespec 結(jié)構(gòu)體，該結(jié)構(gòu)體包含了兩個成員變量，秒（tv_sec）和納秒（tv_nsec），具體定義可參考示例代碼5.2.2。
測試
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <time.h>int main(void) {struct timespec request_t;puts("Sleep Start!");/* 讓程序休眠3 秒鐘*/request_t.tv_sec = 3;request_t.tv_nsec = 0;nanosleep(&request_t, NULL);puts("Sleep End!");exit(0); }運行結(jié)果：
前面說到，在應(yīng)用程序當(dāng)中，通常使用這些函數(shù)作為延時功能，譬如在程序當(dāng)中需要延時一秒鐘、延時5 毫秒等應(yīng)用場景時，那么就可以使用這些函數(shù)來實現(xiàn)；但是大家需要注意，休眠狀態(tài)下，該進程會失去CPU使用權(quán)，退出系統(tǒng)調(diào)度隊列，直到休眠結(jié)束。在一個裸機程序當(dāng)中，通常使用for 循環(huán)（或雙重for 循環(huán)）語句來實現(xiàn)延時等待，譬如在for 循環(huán)當(dāng)中執(zhí)行nop 空指令，也就意味著即使在延時等待情況下，CPU 也是一直都在工作；由此可知，應(yīng)用程序當(dāng)中使用休眠用作延時功能，并不是裸機程序中的nop 空指令延時，一旦執(zhí)行sleep()，進程便主動交出CPU 使用權(quán)，暫時退出系統(tǒng)調(diào)度隊列，在休眠結(jié)束前，該進程的指令將得不到執(zhí)行。
申請堆內(nèi)存
在操作系統(tǒng)下，內(nèi)存資源是由操作系統(tǒng)進行管理、分配的，當(dāng)應(yīng)用程序想要內(nèi)存時（這里指的是堆內(nèi)存），可以向操作系統(tǒng)申請內(nèi)存，然后使用內(nèi)存；當(dāng)不再需要時，將申請的內(nèi)存釋放、歸還給操作系統(tǒng)；在許多的應(yīng)用程序當(dāng)中，往往都會有這種需求，譬如為一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)動態(tài)分配/釋放內(nèi)存空間，本小節(jié)向大家介紹應(yīng)用程序如何向操作系統(tǒng)申請堆內(nèi)存。
在堆上分配內(nèi)存：malloc 和free
Linux C 程序當(dāng)中一般使用malloc()函數(shù)為程序分配一段堆內(nèi)存，而使用free()函數(shù)來釋放這段內(nèi)存，先來看下malloc()函數(shù)原型，如下所示：
#include <stdlib.h>void *malloc(size_t size);size：需要分配的內(nèi)存大小，以字節(jié)為單位。
返回值：返回值為void *類型，如果申請分配內(nèi)存成功，將返回一個指向該段內(nèi)存的指針，void *并不是說沒有返回值或者返回空指針，而是返回的指針類型未知,所以在調(diào)用malloc()時通常需要進行強制類型轉(zhuǎn)換，將void *指針類型轉(zhuǎn)換成我們希望的類型；如果分配內(nèi)存失敗（譬如系統(tǒng)堆內(nèi)存不足）將返回NULL，如果參數(shù)size 為0，返回值也是NULL。
malloc()在堆區(qū)分配一塊指定大小的內(nèi)存空間，用來存放數(shù)據(jù)。這塊內(nèi)存空間在函數(shù)執(zhí)行完成后不會被初始化，它們的值是未知的，所以通常需要程序員對malloc()分配的堆內(nèi)存進行初始化操作。
在堆上分配的內(nèi)存，需要開發(fā)者自己手動釋放掉，通常使用free()函數(shù)釋放堆內(nèi)存，free()函數(shù)原型如下所示：
ptr：指向需要被釋放的堆內(nèi)存對應(yīng)的指針。
返回值：無返回值。
測試
調(diào)用free()還是不調(diào)用free()
在學(xué)習(xí)文件IO 基礎(chǔ)章節(jié)內(nèi)容時曾向大家介紹過，Linux 系統(tǒng)中，當(dāng)一個進程終止時，內(nèi)核會自動關(guān)閉它沒有關(guān)閉的所有文件（該進程打開的文件，但是在進程終止時未調(diào)用close()關(guān)閉它）。同樣，對于內(nèi)存來說，也是如此！當(dāng)進程終止時，內(nèi)核會將其占用的所有內(nèi)存都返還給操作系統(tǒng)，這包括在堆內(nèi)存中由malloc()函數(shù)所分配的內(nèi)存空間。基于內(nèi)存的這一自動釋放機制，很多應(yīng)用程序通常會省略對free()函數(shù)的調(diào)用。
這在程序中分配了多塊內(nèi)存的情況下可能會特別有用，因為加入多次對free()的調(diào)用不但會消耗品大量的CPU 時間，而且可能會使代碼趨于復(fù)雜。
雖然依靠終止進程來自動釋放內(nèi)存對大多數(shù)程序來說是可以接受的，但最好能夠在程序中顯式調(diào)用free()釋放內(nèi)存：
- 首先其一，顯式調(diào)用free()能使程序具有更好的可讀性和可維護性；
- 其二，對于很多程序來說，申請的內(nèi)存并不是在程序的生命周期中一直需要，大多數(shù)情況下，都是根據(jù)代碼需求動態(tài)申請、釋放的，如果申請的內(nèi)存對程序來說已經(jīng)不再需要了，那么就已經(jīng)把它釋放、歸還給操作系統(tǒng)，如果持續(xù)占用，將會導(dǎo)致內(nèi)存泄漏，也就是人們常說的“你的程序在吃內(nèi)存”
在堆上分配內(nèi)存的其它方法
除了malloc()外，C 函數(shù)庫中還提供了一系列在堆上分配內(nèi)存的其它函數(shù)，本小節(jié)將逐一介紹。
用calloc()分配內(nèi)存
calloc()函數(shù)用來動態(tài)地分配內(nèi)存空間并初始化為0，其函數(shù)原型如下所示：
calloc()在堆中動態(tài)地分配nmemb 個長度為size 的連續(xù)空間，并將每一個字節(jié)都初始化為0。所以它的結(jié)果是分配了nmemb * size 個字節(jié)長度的內(nèi)存空間，并且每個字節(jié)的值都是0。
返回值：分配成功返回指向該內(nèi)存的地址，失敗則返回NULL。
calloc()與malloc()的一個重要區(qū)別是：calloc()在動態(tài)分配完內(nèi)存后，自動初始化該內(nèi)存空間為零，而malloc()不初始化，里邊數(shù)據(jù)是未知的垃圾數(shù)據(jù)。下面的兩種寫法是等價的：
測試
編寫測試代碼，將用戶輸入的一組數(shù)字存放到堆內(nèi)存中，并打印出來。
運行結(jié)果：
分配對齊內(nèi)存
C 函數(shù)庫中還提供了一系列在堆上分配對齊內(nèi)存的函數(shù)，對齊內(nèi)存在某些應(yīng)用場合非常有必要，常用于分配對其內(nèi)存的庫函數(shù)有：posix_memalign()、aligned_alloc()、memalign()、valloc()、pvalloc()，它們的函數(shù)原型如下所示：
#include <stdlib.h>int posix_memalign(void **memptr, size_t alignment, size_t size); void *aligned_alloc(size_t alignment, size_t size); void *valloc(size_t size);#include <malloc.h> void *memalign(size_t alignment, size_t size); void *pvalloc(size_t size);使用posix_memalign()、aligned_alloc()、valloc()這三個函數(shù)時需要包含頭文件<stdlib.h>，而使用memalign()、pvalloc()這兩個函數(shù)時需要包含頭文件<malloc.h>。前面介紹的malloc()、calloc()分配內(nèi)存返回的地址其實也是對齊的，但是它倆的對齊都是固定的，并且對其的字節(jié)邊界比較小，譬如在32 位系統(tǒng)中，通常是以8 字節(jié)為邊界進行對其，在64 位系統(tǒng)中是以16 字節(jié)進行對其。如果想實現(xiàn)更大字節(jié)的對齊，則需要使用本小節(jié)介紹的函數(shù)。
posix_memalign()函數(shù)
posix_memalign()函數(shù)用于在堆上分配size 個字節(jié)大小的對齊內(nèi)存空間，將 * memptr 指向分配的空間，分配的內(nèi)存地址將是參數(shù)alignment 的整數(shù)倍。參數(shù) alignment 表示對齊字節(jié)數(shù)，alignment 必須是2 的冪次方（譬如2 ^ 4、2 ^ 5、2 ^ 8 等），同時也要是sizeof( void * )的整數(shù)倍，對于32 位系統(tǒng)來說，sizeof(void *)等于
4，如果是64 位系統(tǒng)sizeof(void *)等于8。
函數(shù)參數(shù)和返回值含義如下：
memptr：void ** 類型的指針，內(nèi)存申請成功后會將分配的內(nèi)存地址存放在* memptr 中。
alignment：設(shè)置內(nèi)存對其的字節(jié)數(shù)，alignment 必須是2 的冪次方（譬如2^ 4、2 ^ 5、2 ^ 8 等），同時也要是 sizeof( void *)的整數(shù)倍。
size：設(shè)置分配的內(nèi)存大小，以字節(jié)為單位，如果參數(shù)size 等于0，那么 * memptr 中的值是NULL。
返回值：成功將返回0；失敗返回非0 值。
示例代碼
aligned_alloc()函數(shù)
aligned_alloc()函數(shù)用于分配size 個字節(jié)大小的內(nèi)存空間，返回指向該空間的指針。
函數(shù)參數(shù)和返回值含義如下：
alignment：用于設(shè)置對齊字節(jié)大小，alignment 必須是2 的冪次方（譬如2 ^ 4、2 ^ 5、2 ^ 8 等）。
size：設(shè)置分配的內(nèi)存大小，以字節(jié)為單位。參數(shù)size 必須是參數(shù)alignment 的整數(shù)倍。
返回值：成功將返回內(nèi)存空間的指針，內(nèi)存空間的起始地址是參數(shù)alignment 的整數(shù)倍；失敗返回NULL。
使用示例
memalign()函數(shù)
memalign()與aligned_alloc()參數(shù)是一樣的，它們之間的區(qū)別在于：對于參數(shù)size 必須是參數(shù)alignment的整數(shù)倍這個限制條件，memalign()并沒有這個限制條件。
Tips：memalign()函數(shù)已經(jīng)過時了，并不提倡使用！
使用示例
valloc()函數(shù)
valloc()分配size 個字節(jié)大小的內(nèi)存空間，返回指向該內(nèi)存空間的指針，內(nèi)存空間的地址是頁大小（pagesize）的倍數(shù)。
valloc()與memalign()類似，只不過valloc()函數(shù)內(nèi)部實現(xiàn)中，使用了頁大小作為對齊的長度，在程序當(dāng)中，可以通過系統(tǒng)調(diào)用getpagesize()來獲取內(nèi)存的頁大小。
Tips：valloc()函數(shù)已經(jīng)過時了，并不提倡使用！
使用示例
#include <stdio.h> #include <stdlib.h>int main(int argc, char *argv[]) {int *base = NULL;/* 申請內(nèi)存: 1024 個字節(jié)*/base = (int *)valloc(1024);if (base == NULL) {printf("valloc error\n");exit(-1);}/* 使用內(nèi)存*/// base[0] = 0;// base[1] = 1;// base[2] = 2;// base[3] = 3;/* 釋放內(nèi)存*/free(base);exit(0); }proc 虛擬文件系統(tǒng)
proc文件系統(tǒng)是一個虛擬文件系統(tǒng)，它以文件系統(tǒng)的方式為應(yīng)用層訪問系統(tǒng)內(nèi)核數(shù)據(jù)提供了接口，用戶和應(yīng)用程序可以通過proc文件系統(tǒng)得到系統(tǒng)信息和進程相關(guān)信息，對proc文件系統(tǒng)的讀寫作為與內(nèi)核進行通信的一種手段。但是與普通文件不同的是，proc文件系統(tǒng)是動態(tài)創(chuàng)建的，文件本身并不存在于磁盤當(dāng)中、只存在于內(nèi)存當(dāng)中，與devfs一樣，都被稱為虛擬文件系統(tǒng)。
最初構(gòu)建proc文件系統(tǒng)是為了提供有關(guān)系統(tǒng)中進程相關(guān)的信息，但是由于這個文件系統(tǒng)非常有用，因此內(nèi)核中的很多信息也開始使用它來報告，或啟用動態(tài)運行時配置。內(nèi)核構(gòu)建proc虛擬文件系統(tǒng)，它會將內(nèi)核運行時的一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息以文件的方式呈現(xiàn)在proc文件系統(tǒng)下的一些特定文件中，這樣相當(dāng)于將一些不可見的內(nèi)核中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以可視化的方式呈現(xiàn)給應(yīng)用層。
proc文件系統(tǒng)掛載在系統(tǒng)的/proc目錄下，對于內(nèi)核開發(fā)者（譬如驅(qū)動開發(fā)工程師）來說，proc文件系統(tǒng)給了開發(fā)者一種調(diào)試內(nèi)核的方法：通過查看/proc/xxx文件來獲取到內(nèi)核特定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的值，在添加了新功能前后進行對比，就可以判斷此功能所產(chǎn)生的影響是否合理。
/proc目錄下中包含了一些目錄和虛擬文件，如下所示：
可以看到/proc 目錄下有很多以數(shù)字命名的文件夾，譬如100038、2299、98560，這些數(shù)字對應(yīng)的其實就是一個一個的進程PID 號，每一個進程在內(nèi)核中都會存在一個編號。
所以這些以數(shù)字命名的文件夾中記錄了這些進程相關(guān)的信息，不同的信息通過不同的虛擬文件呈現(xiàn)出來，關(guān)于這些信息將會在后面章節(jié)內(nèi)容中向大家介紹。
/proc 目錄下除了文件夾之外，還有很多的虛擬文件，譬如buddyinfo、cgroups、cmdline、version 等等，不同的文件記錄了不同信息，關(guān)于這些文件記錄的信息和意思如下：
? cmdline：內(nèi)核啟動參數(shù)；
? cpuinfo：CPU 相關(guān)信息；
? iomem：IO 設(shè)備的內(nèi)存使用情況；
? interrupts：顯示被占用的中斷號和占用者相關(guān)的信息；
? ioports：IO 端口的使用情況；
? kcore：系統(tǒng)物理內(nèi)存映像，不可讀取；
? loadavg：系統(tǒng)平均負載；
? meminfo：物理內(nèi)存和交換分區(qū)使用情況；
? modules：加載的模塊列表；
? mounts：掛載的文件系統(tǒng)列表；
? partitions：系統(tǒng)識別的分區(qū)表；
? swaps：交換分區(qū)的利用情況；
? version：內(nèi)核版本信息；
? uptime：系統(tǒng)運行時間；
proc 文件系統(tǒng)的使用
proc 文件系統(tǒng)的使用就是去讀取/proc 目錄下的這些文件，獲取文件中記錄的信息，可以直接使用cat 命令讀取，也可以在應(yīng)用程序中調(diào)用open()打開、然后再使用read()函數(shù)讀取。
使用cat 命令讀取
在Linux 系統(tǒng)下直接使用cat 命令查看/proc 目錄下的虛擬文件，譬如"cat /proc/version"查看內(nèi)核版本相關(guān)信息：
使用read()函數(shù)讀取
編寫一個簡單地程序，使用read()函數(shù)讀取/proc/version 文件。
運行結(jié)果：
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的Linux系统信息与系统资源的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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