【Linux】Linux中的时间

绝地灬酷狼 2023-10-05 14:44 9阅读 0赞

## 几种时间的说明 ##

**UTC**：全称是Coordinated Universal Time，协调世界时间，它是一个与时区相关的时间，目前将世界时区分为24个，如下所示：

<table style="margin-left:-.35pt;"> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#e6e6e6;width:120.75pt;"> 时区 </td> 
 <td style="border-color:#e6e6e6;width:141pt;"> 时区范围 </td> 
 <td style="border-color:#e6e6e6;width:153pt;"> 时区中心线 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#e6e6e6;width:120.75pt;"> UTC </td> 
 <td style="width:141pt;"> 7.5°W~7.5°E </td> 
 <td style="width:153pt;"> 0° </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#e6e6e6;width:120.75pt;"> UTC+1 </td> 
 <td style="width:141pt;"> 7.5°E~22.5°E </td> 
 <td style="width:153pt;"> 15°E </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#e6e6e6;width:120.75pt;"> UTC+2 </td> 
 <td style="width:141pt;"> 22.5°E~37.5°E </td> 
 <td style="width:153pt;"> 30°E </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#e6e6e6;width:120.75pt;"> UTC+3 </td> 
 <td style="width:141pt;"> 37.5°E~52.5°E </td> 
 <td style="width:153pt;"> 45°E </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#e6e6e6;width:120.75pt;"> UTC+4 </td> 
 <td style="width:141pt;"> 52.5°E~67.5°E </td> 
 <td style="width:153pt;"> 60°E </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#e6e6e6;width:120.75pt;"> UTC+5 </td> 
 <td style="width:141pt;"> 67.5°E~82.5°E </td> 
 <td style="width:153pt;"> 75°E </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#e6e6e6;width:120.75pt;"> UTC+6 </td> 
 <td style="width:141pt;"> 82.5°E~97.5°E </td> 
 <td style="width:153pt;"> 90°E </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#e6e6e6;width:120.75pt;"> UTC+7 </td> 
 <td style="width:141pt;"> 97.5°E~112.5°E </td> 
 <td style="width:153pt;"> 105°E </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#e6e6e6;width:120.75pt;"> UTC+8 </td> 
 <td style="width:141pt;"> 112.5°E~127.5°E </td> 
 <td style="width:153pt;"> 120°E </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#e6e6e6;width:120.75pt;"> UTC+9 </td> 
 <td style="width:141pt;"> 127.5°E~142.5°E </td> 
 <td style="width:153pt;"> 135°E </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#e6e6e6;width:120.75pt;"> UTC+10 </td> 
 <td style="width:141pt;"> 142.5°E~157.5°E </td> 
 <td style="width:153pt;"> 150°E </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#e6e6e6;width:120.75pt;"> UTC+11 </td> 
 <td style="width:141pt;"> 157.5°E~172.5°E </td> 
 <td style="width:153pt;"> 165°E </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#e6e6e6;width:120.75pt;"> 东西十二区 </td> 
 <td style="width:141pt;"> 172.5°E~172.5°W </td> 
 <td style="width:153pt;"> 180° </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#e6e6e6;width:120.75pt;"> UTC-11 </td> 
 <td style="width:141pt;"> 172.5°W~157.5°W </td> 
 <td style="width:153pt;"> 165°W </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#e6e6e6;width:120.75pt;"> UTC-10 </td> 
 <td style="width:141pt;"> 157.5°W~142.5°W </td> 
 <td style="width:153pt;"> 150°W </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#e6e6e6;width:120.75pt;"> UTC-9 </td> 
 <td style="width:141pt;"> 142.5°W~127.5°W </td> 
 <td style="width:153pt;"> 135°W </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#e6e6e6;width:120.75pt;"> UTC-8 </td> 
 <td style="width:141pt;"> 127.5°W~112.5°W </td> 
 <td style="width:153pt;"> 120°W </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#e6e6e6;width:120.75pt;"> UTC-7 </td> 
 <td style="width:141pt;"> 112.5°W~97.5°W </td> 
 <td style="width:153pt;"> 105°W </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#e6e6e6;width:120.75pt;"> UTC-6 </td> 
 <td style="width:141pt;"> 97.5°W~82.5°W </td> 
 <td style="width:153pt;"> 90°W </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#e6e6e6;width:120.75pt;"> UTC-5 </td> 
 <td style="width:141pt;"> 82.5°W~67.5°W </td> 
 <td style="width:153pt;"> 75°W </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#e6e6e6;width:120.75pt;"> UTC-4 </td> 
 <td style="width:141pt;"> 67.5°W~52.5°W </td> 
 <td style="width:153pt;"> 60°W </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#e6e6e6;width:120.75pt;"> UTC-3 </td> 
 <td style="width:141pt;"> 52.5°W~37.5°W </td> 
 <td style="width:153pt;"> 45°W </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#e6e6e6;width:120.75pt;"> UTC-2 </td> 
 <td style="width:141pt;"> 37.5°W~22.5°W </td> 
 <td style="width:153pt;"> 30°W </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#e6e6e6;width:120.75pt;"> UTC-1 </td> 
 <td style="width:141pt;"> 22.5°W~7.5°W </td> 
 <td style="width:153pt;"> 15°W </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

UTC跟GMT（Greenwich Mean Time，格林威治时间）一致，因为格林威治位于0时区，UTC时间即是0时区的时间。中国位于东八区，所以对应的时间是UTC时间加8小时，即UTC+8，也称为CST（China Standard Time）。UTC倾向于跟标准相关的时间。UTC的查看可以通过date命令（注意需要加上-u，否则看到的是本地时间，即UTC+8的时间）：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

**RTC**：Real Time Clock，实时时钟。RTC和UTC不是一个概念上的时间，RTC通常指的是系统上一个计时的芯片，它将时间保存在CMOS中，而CMOS通过电池可以保持数据不丢失，因此在系统没有上电的情况下也还会正常运行。操作系统启动时会查看这个时间，也可以同步这个时间。RTC倾向于跟硬件相关的时间。查看RTC的命令如下（需要在root权限下查看，因为它涉及硬件，需要的权限较高）：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

**Calendar Time**：日历时间，指的是从当前时间到某个标准时间经历的秒数。这里的某个时间通常是指1970年1月1日0时0分0秒，这个时间点也被称为Epoch。日历时间是一个相对的时间值，倾向于跟软件相关。

## 时间相关的c函数和结构体 ##

首先需要关注的是一个结构体（来自struct\_tm.h），该结构体在之后介绍的时间函数中会使用到：

/* ISO C `broken-down time' structure.  */
    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] */
        int tm_year;      /* Year - 1900.  */
        int tm_wday;      /* Day of week. [0-6] */
        int tm_yday;      /* Days in year.[0-365] */
        int tm_isdst;     /* DST.   [-1/0/1]*/
    
    # ifdef __USE_MISC
        long int tm_gmtoff;   /* Seconds east of UTC.  */
        const char *tm_zone;    /* Timezone abbreviation.  */
    # else
        long int __tm_gmtoff;   /* Seconds east of UTC.  */
        const char *__tm_zone;  /* Timezone abbreviation.  */
    # endif
    };

之后是几个重要的函数，下面将一一介绍。

首先是time()函数，其原型如下：

/* Return the current time and put it in *TIMER if TIMER is not NULL.  */
    extern time_t time (time_t *__timer) __THROW;

可以看到它的入参和返回值都是time\_t，它实际上就是一个长整型，表示的就是从Epoch到函数调用之时经历的秒数，也就是前面提到的日历时间。为了得到这个时间，通常传入一个NULL作为参数，返回值就是我们需要的。下面是一个例子：

#include <stdio.h>
 #include <time.h>
 
 int main(int argc, char *argv[])
 {
 time_t t = time(NULL);
 printf("time_t: %ld\n", t);
 return 0;
 }

运行程序得到的是：

time_t: 1606627854

用计算器简单地算下就可以得到它就是从1970年1月1日0时0分0秒开始到现在的一个值。当然用计算器算没必要，下面会介绍函数来处理这个值。

gmtime()函数会利用time\_t的值，并将其转换为一个真正的时间，从函数名称就可以看出来是格林威治时间，也就是UTC的时间。与gmtime对应的就是转化为本地时间的函数localtime()。它们的函数原型如下：

/* Return the `struct tm' representation of *TIMER
    in Universal Coordinated Time (aka Greenwich Mean Time).  */
    extern struct tm *gmtime (const time_t *__timer) __THROW;
    
    /* Return the `struct tm' representation
    of *TIMER in the local timezone.  */
    extern struct tm *localtime (const time_t *__timer) __THROW;

这两个函数的返回值就是前面提到的结构体strum tm，接收的参数就是time()函数的返回值time\_t。下面是使用这两个函数的例子：

int main(int argc, char *argv[])
    {
        struct tm *tm;
        time_t t = time(NULL);
        printf("time_t: %ld\n", t);
        tm = gmtime(&t);
        printf("%d-%d-%d %d:%d:%d %s\n", tm->tm_year + 1900, tm->tm_mon + 1,
        tm->tm_mday, tm->tm_hour, tm->tm_min, tm->tm_sec, tm->tm_zone);
        tm = localtime(&t);
        printf("%d-%d-%d %d:%d:%d %s\n", tm->tm_year + 1900, tm->tm_mon + 1,
        tm->tm_mday, tm->tm_hour, tm->tm_min, tm->tm_sec, tm->tm_zone);
        return 0;
    }

得到的结果如下：

time_t: 1606629854
    2020-11-29 6:4:14 GMT
    2020-11-29 14:4:14 CST

这里需要注意的是struct tm里面年和月两个值的参考值，所以需要增加特定的偏移之后才是真实值。从打印的结果也可以看到本地时间和UTC时间之间的差异刚好是八小时。

上面的代码中我们自己构造了显示时间的字符串，实际上这可以通过ctime()和asctime()来完成，两者功能相同，但接收的参数不用：

/* Return a string of the form "Day Mon dd hh:mm:ss yyyy\n"
    that is the representation of TP in this format.  */
    extern char *asctime (const struct tm *__tp) __THROW;
    
    /* Equivalent to `asctime (localtime (timer))'.  */
    extern char *ctime (const time_t *__timer) __THROW;

有了这两个函数就不需要在自己构造字符串，下面是代码示例：

#include <stdio.h>
 #include <time.h>
 
 int main(int argc, char *argv[])
 {
 struct tm *tm;
 time_t t = time(NULL);
 printf("time_t: %ld\ntime: %s", t, ctime(&t));
 tm = gmtime(&t);
 printf("%s", asctime(tm));
 tm = localtime(&t);
 printf("%s", asctime(tm));
 return 0;
 }

得到的结果如下：

time_t: 1606630276
    time: Sun Nov 29 14:11:16 2020
    Sun Nov 29 06:11:16 2020
    Sun Nov 29 14:11:16 2020

这里可以看出ctime()显示的是本地时间。两个函数返回的时间字符串还自带换行，所以不需要我们添加。

最后还要介绍的函数是mktime()。它实际上跟gmtime()和localtime()刚好相反，是将struct tm转换为time\_t，其原型如下：

/* Return the `time_t' representation of TP and normalize TP.  */
    extern time_t mktime (struct tm *__tp) __THROW;

### RTC与时间函数 ###

前面介绍的这些函数，相关的时间只是UTC和日历时间，似乎与RTC时间没有直接的关系。要了解RTC与时间函数的关系，首先需要了解RTC时间本身。RTC时间其实是存放在CMOS中的时间，CMOS可以看成是一段非易失的介质，里面的内容是固定的，如下表所示：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

而这里面的值会通过一个芯片按固定的时间修改，以保持时间的同步。time()函数的一个实现方式就是通过读取里面的值，然后与Epoch时间做减法，得到的时间间隔再转化为秒数，就可以作为返回值了。

## 时区 ##

前面的内容中已经有介绍到时区相关的概念，比如UTC表示的是0时区的时间，也称为格林威治时间，UTC+8是东八区的时间，也就是我们这边的本地时间。

关于时区，在Linux下可以有很多种方式来查看，前面的说明中已经在显示时间的命令中看到，另外还可以通过几个文件来查看时区。如下所示：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

这个文件比较好理解，就是一个放置了当前时区描述字符串的文件。另外还有一个：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

这是一个软连接，最终指向的是一个二进制文件，而这样的二进制文件还有很多，想要改变时区可以通过修改链接来完成，当然直接覆盖并不是一个好主意，而应该通过相关的命令来实现，比如dpkg-reconfigure tzdata（Ubuntu可用），它会打开一个图形界面供设置：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 5][]

修改之后相应的/etc/timezone和/etc/localtime都会改变。Linux下还提供了命令tzselect来修改时区：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 6][]

但是这里只是告诉你怎么改，并没有什么实际效果，为了改变时区，还是需要依照它的说法来改，如下所示：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 7][]

设置之后时间才会改变，由此也可以看出TZ的时区优先级是高于/etc/timezone和/etc/localtime的，如果要改回时区，就需要去掉TZ这个环境变量（光设置为空是没有用的）：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 8][]

最后需要关注的一点是这个/etc/localtime对应的二进制从哪里来，包含那些内容。这实际上是一个时区的数据库，它们由http://www.iana.org/time-zones维护，该组织定义了时区相关的信息，并提供相关的代码来操作时区相关的内容。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 9][]

比如zdump.c就可以解析这里的二进制，如下所示：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 10][]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70]: https://img-blog.csdnimg.cn/20201129173413876.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: https://img-blog.csdnimg.cn/20201129173423549.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: https://img-blog.csdnimg.cn/20201129173827328.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: https://img-blog.csdnimg.cn/20201129173849168.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]: https://img-blog.csdnimg.cn/20201129173912918.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]: https://img-blog.csdnimg.cn/20201129173927834.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]: https://img-blog.csdnimg.cn/20201129173941213.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]: https://img-blog.csdnimg.cn/20201129173958121.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]: https://img-blog.csdnimg.cn/20201129174015258.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 9]: https://img-blog.csdnimg.cn/20201129174030471.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 10]: https://img-blog.csdnimg.cn/20201129174047692.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg==,size_16,color_FFFFFF,t_70