Linux程式设计-29.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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取得目前时间  
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。  

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一率使用当地时间，asctime则用tm结构内的timezone资讯来表示。  

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()会使目前程式陷入「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，会定期送信号给行程，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目前状态。  

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

每个行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 :  
以该行程真正有执行的时间来计算，它送出SIGVTALRM信号。  

ITIMER_PROF :  
以行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，已经变成白了。因此，人类无法长期进行太空探险。  
解决方式：派道家炼气士出太空任务。  
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