Linux C编程基础：获取时间

1.前言

对于linux下的编程，无论是用户态还是内核态，时间获取都是经常需要使用到的。以下分别从用户态和内核态整理了几个常用的时间获取接口，供编写代码时快速查阅。

linux时间子系统的发展历史及详细介绍，可以参考：深入理解Linux时间子系统。

2.用户态获取时间

2.1 clock_gettime()

#include <time.h>int clock_gettime (clockid_t __clock_id, struct timespec *__tp);

作用：根据系统时钟的类型，获取当前时间__clock_id：系统时钟的类型。常用取值： CLOCK_REALTIME: 系统相对时间,从UTC 1970-1-1 0:0:0开始计时,更改系统时间会更改获取的值;CLOCK_MONOTONIC: 系统绝对时间/单调时间,为系统重启到现在的时间,更改系统时间对它没有影响;CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID: 本进程到当前代码系统CPU花费的时间;CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID: 本线程到当前代码系统CPU花费的时间; __tp: 存放当前的时间。返回值：成功则返回0，失败则返回-1

timespec结构体：

struct timespec{  __time_t tv_sec;  /* Seconds. 秒 */  __syscall_slong_t tv_nsec; /* Nanoseconds.  纳秒*/};

示例：

#include <stdio.h>#include <string.h>#include <time.h>long long get_clock_sys_time_ns(void){    struct timespec tp;    long long time_ns = 0;    clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &tp);    time_ns = (long long)tp.tv_sec * 1000000000 + tp.tv_nsec;    return time_ns;}int main(void){    struct timespec tp;    ///< 获取从1970年1月1日到目前的时间    memset(&tp, 0, sizeof(struct timespec));    clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &tp);    printf("clock_id = CLOCK_REALTIME, sec = %ld, nsec = %ld\n", tp.tv_sec, tp.tv_nsec);    ///< 获取系统启动时间    memset(&tp, 0, sizeof(struct timespec));    clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &tp);    printf("clock_id = CLOCK_MONOTONIC, sec = %ld, nsec = %ld, sys_time = %lld ns\n", tp.tv_sec, tp.tv_nsec, get_clock_sys_time_ns());    ///< 获取本进程运行时间    memset(&tp, 0, sizeof(struct timespec));    clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &tp);    printf("clock_id = CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, sec = %ld, nsec = %ld\n", tp.tv_sec, tp.tv_nsec);    ///< 获取本线程运行时间    memset(&tp, 0, sizeof(struct timespec));    clock_gettime(CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID, &tp);    printf("clock_id = CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID, sec = %ld, nsec = %ld\n", tp.tv_sec, tp.tv_nsec);    return 0;}

2.2.gettimeofday()

#include <sys/time.h>int gettimeofday(struct timeval *tv, struct timezone *tz);

作用：获取当前时间（从1970年1月1日到目前的时间）tv：当前UTC时间tz：当前时区信息返回值：成功则返回0，失败则返回-1

timeval结构体：

struct timeval{  __time_t tv_sec;  /* Seconds.  秒*/  __suseconds_t tv_usec; /* Microseconds.  微秒*/};

timezone结构体：

struct timezone  {    int tz_minuteswest;  /* Minutes west of GMT. 和Greenwich时间差了多少分钟 */    int tz_dsttime;  /* Nonzero if DST is ever in effect. 日光节约时间的状态  */  };

示例：

#include <stdio.h>#include <string.h>#include <sys/time.h>long long get_sys_time_ms(void){    long long time_ms = 0;    struct timeval tv;    gettimeofday(&tv, NULL);    time_ms = ((long long)tv.tv_sec*1000000 + tv.tv_usec) / 1000;    return time_ms;}int main(void){    ///< 获取系统时间    printf("sys_time = %lld ms\n", get_sys_time_ms());    return 0;}

2.3.time()

#include <time.h>time_t time(time_t *tloc);

作用：获取1970-01-01 00:00:00 +0000至今的秒数（UTC）tloc：返回的秒存储指针返回值：成功则返回秒数，失败则返回-1，错误原因存在errno中。

time_t的类型：

typedef long time_t;

示例：

#include <stdio.h>#include <time.h>time_t get_utc_time(void){    return time(NULL);}int main(int argc, char **argv){    time_t utc_time = get_utc_time();    printf("utc_time = %ld s\n", utc_time);    return 0;}

2.4.localtime()

#include <time.h>struct tm *localtime(const time_t *timep);

作用：将time_t类型的时间转换为struct tm类型的时间timep：当前UTC秒数返回值：返回当地时间

tm结构体：

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] 注意：0代表1月，以此类推*/  int tm_year;   /* Year - 1900.  该值为实际年份减去1900*/  int tm_wday;   /* Day of week. [0-6] 注意：0代表星期一，以此类推*/  int tm_yday;   /* Days in year.[0-365] 从每年的1月1日开始的天数，其中0代表1月1日，以此类推*/  int tm_isdst;   /* DST.  [-1/0/1] 夏玲时标识符*/};

示例：

#include <stdio.h>#include <time.h>time_t get_utc_time(void){    return time(NULL);}int main(int argc, char **argv){    time_t utc_time = get_utc_time();    printf("utc_time = %ld s\n", utc_time);    struct tm *local_tm = localtime(&utc_time);     printf("local time = %.4d-%.2d-%.2d %.2d:%.2d:%.2d\n", local_tm->tm_year + 1900,                                                           local_tm->tm_mon + 1,                                                           local_tm->tm_mday,                                                           local_tm->tm_hour,                                                           local_tm->tm_min,                                                           local_tm->tm_sec);    return 0;}

2.5.localtime_r()

#include <time.h>struct tm *localtime_r(const time_t *timep, struct tm *result);

作用：将time_t类型的时间转换为struct tm类型的时间timep：当前UTC秒数result：当地时间返回值：返回当地时间

注：
localtime不是一个线程安全的函数。对于实时性要求较高的系统，多个线程同时调用localtime，可能会造成数据被覆盖。使用localtime_r来替代。

示例：

#include <stdio.h>#include <time.h>time_t get_utc_time(void){    return time(NULL);}int main(int argc, char **argv){    time_t utc_time = get_utc_time();    printf("utc_time = %ld s\n", utc_time);    struct tm result;    struct tm *local_tm = localtime_r(&utc_time, &result);     printf("local time = %.4d-%.2d-%.2d %.2d:%.2d:%.2d\n", local_tm->tm_year + 1900,                                                           local_tm->tm_mon + 1,                                                           local_tm->tm_mday,                                                           local_tm->tm_hour,                                                           local_tm->tm_min,                                                           local_tm->tm_sec);    printf("result time = %.4d-%.2d-%.2d %.2d:%.2d:%.2d\n", result.tm_year + 1900,                                                            result.tm_mon + 1,                                                            result.tm_mday,                                                            result.tm_hour,                                                            result.tm_min,                                                            result.tm_sec);    return 0;}

2.6.gmtime()

#include <time.h>struct tm *gmtime(const time_t *timep);

作用：返回tm结构的GMT时间（UTC时间）timep：当前UTC秒数返回值：返回当地时间

例子：

#include <stdio.h>#include <time.h>time_t get_utc_time(void){    return time(NULL);}int main(int argc, char **argv){    time_t utc_time = get_utc_time();    printf("utc_time = %ld s\n", utc_time);    struct tm *gmt_tm = gmtime(&utc_time);     printf("gmt time = %.4d-%.2d-%.2d %.2d:%.2d:%.2d\n", gmt_tm->tm_year + 1900,                                                         gmt_tm->tm_mon + 1,                                                         gmt_tm->tm_mday,                                                         gmt_tm->tm_hour,                                                         gmt_tm->tm_min,                                                         gmt_tm->tm_sec);    return 0;}

localtime和gmtime的区别:
localtime和gmtime都是C语言中的函数，用于将time_t类型的时间转换为struct tm类型的时间。它们的区别在于，gmtime将time_t转换为UTC时间，即世界标准时间，而localtime将time_t转换为本地时间。
例子：使用gmtime与localtime接口返回的小时数来计算当地时区

#include <stdio.h>#include <time.h>time_t get_utc_time(void){    return time(NULL);}int main(int argc, char **argv){    time_t utc_time = get_utc_time();    printf("utc_time = %ld s\n", utc_time);    struct tm *gmt_tm = gmtime(&utc_time);     printf("gmt time = %.4d-%.2d-%.2d %.2d:%.2d:%.2d\n", gmt_tm->tm_year + 1900,                                                         gmt_tm->tm_mon + 1,                                                         gmt_tm->tm_mday,                                                         gmt_tm->tm_hour,                                                         gmt_tm->tm_min,                                                         gmt_tm->tm_sec);    int gmt_hour = gmt_tm->tm_hour;    struct tm *local_tm = localtime(&utc_time);     printf("local time = %.4d-%.2d-%.2d %.2d:%.2d:%.2d\n", local_tm->tm_year + 1900,                                                           local_tm->tm_mon + 1,                                                           local_tm->tm_mday,                                                           local_tm->tm_hour,                                                           local_tm->tm_min,                                                           local_tm->tm_sec);    int local_hour = local_tm->tm_hour;    int local_time_zone = local_hour - gmt_hour;    if (local_time_zone < -12)     {        local_time_zone += 24;     }     else if (local_time_zone > 12)     {        local_time_zone -= 24;    }else{}    printf("local_time_zone = %d\n", local_time_zone);    return 0;}

3.内核态获取时间

3.1.do_gettimeofday()（比较老的函数，新内核可能不存在了）

#include <linux/time.h> void do_gettimeofday(struct timeval *tv);

作用：与C标准库中gettimeofday()用法相同tv：当前UTC时间

timeval结构体：

struct timeval{  __time_t tv_sec;  /* Seconds.  秒*/  __suseconds_t tv_usec; /* Microseconds.  微秒*/};

示例：

#include <linux/module.h>#include<linux/time.h>MODULE_LICENSE("GPL");int __init do_gettimeofday_init(void){    printk("do_gettimeofday test begin.\n");    struct timeval now=    {        .tv_sec=0,        .tv_usec=0    };            //声明一个变量    do_gettimeofday(&now); //调用函数获取时间，此时间是距离1970-01-01 00:00:00的时间    /*显示当前时间差*/    printk("the seconds of the day is: %ld\n", now.tv_sec);       //秒数    printk("the microseconds of the day is: %ld\n", now.tv_usec); //微秒数    printk("do_gettimeofday test over.\n");    return 0;}void __exit do_gettimeofday_exit(void){    printk("Goodbye do_gettimeofday test\n");}module_init(do_gettimeofday_init);module_exit(do_gettimeofday_exit);

3.2.基于ktime_t格式的时间
参考：linux kernel时钟获取

ktime_get()

#include "linux/ktime.h"ktime_t ktime_get(void);

作用：获取的是CLOCK_MONOTONIC时间。通过ktime_get获取的时间是不统计设备休眠时间的，并且这个时间统计的起始点则是设备启动后。
返回值：返回ktime_t格式的数据类型，单位为纳秒。

ktime_t的定义：

typedef s64ktime_t;

示例：

time_test_drv_initktime_t curTime = 0;curTime = ktime_get();TIME_TEST_INFO("ktime_get:%lld ns", curTime);

ktime_get_ts64()

#include "linux/time64.h"void ktime_get_ts64(struct timespec64 *ts)；

作用：和ktime_get的功能是完全一样的，区别在于对时间的表示数据类型由ktime_t变成了timespec64。

timespec64的定义如下:

struct timespec64 {time64_ttv_sec;/* seconds */longtv_nsec;/* nanoseconds */};

timespec64中包含了秒和纳秒，相对ktime_t纳秒这个时间表示更加适合人类查看.

示例：

static void show_time_ts64(const char* caller, const int line, const struct timespec64 *curTimeTs){pr_info("%s,%d:%lld s %ld ns\n", caller, __LINE__, curTimeTs->tv_sec, curTimeTs->tv_nsec);}time_test_drv_initstruct timespec64 curTimeTs;ktime_get_boottime_ts64(&curTimeTs);show_time_ts64(__func__, __LINE__, &curTimeTs);

3.ktime_get_boottime()

static inline ktime_t ktime_get_boottime(void);

作用:ktime_get_boottime获取的时间和ktime_get最大的不同是其包含了设备进入休眠的时间，其这个时间统计的起始点也是设备启动后。
返回值：返回值类型为ktime_t，单位为纳秒。

示例：

time_test_drv_initktime_t curTime = 0;curTime = ktime_get_boottime();TIME_TEST_INFO("ktime_get_boottime:%lld ns", curTime);

4.ktime_get_boottime_ts()

void ktime_get_boottime_ts64(struct timespec64 *)；

作用：ktime_get_boottime_ts相对于ktime_get_boottime的功能是完全一样的，区别在于对时间的表示数据类型由ktime_t变成了timespec64。

5.ktime_get_real()

ktime_t ktime_get_real(void);

作用：ktime_get_real获取的时间的起点不是设备的启动时间点了，而是相对UTC的，即从1970开始。
示例：

time_test_drv_initktime_t curTime = 0;curTime = ktime_get_real();TIME_TEST_INFO("ktime_get_real:%lld ns", curTime);

6.ktime_get_real_ts()

void ktime_get_real_ts(struct timespec64 *)；

作用：ktime_get_real_ts相对于ktime_get_real的功能是完全一样的，区别在于对时间的表示数据类型由ktime_t变成了timespec64。
示例：

time_test_drv_initstruct timespec64 curTimeTs;ktime_get_real_ts64(&curTimeTs);

7.汇总

7.1.返回ktime_t的时间接口：

接口	时间体系	说明
ktime_t ktime_get( void );	CLOCK_MONOTONIC	以系统启动的时间点为时间原点的时间体系
ktime_t ktime_get_boottime( void );	CLOCK_BOOTTIME	以系统启动的时间点为时间原点的时间体系
ktime_t ktime_get_real( void );	CLOCK_REALTIME	自然时间体系
ktime_t ktime_get_clocktai( void );	CLOCK_TAI	自然时间体系
ktime_t ktime_get_raw( void );	CLOCK_MONOTONIC_RAW	以系统启动的时间点为时间原点的时间体系

CLOCK_REALTIME和CLOCK_TAI，这两个都是自然时间体系，不同的是后者不受闰秒的影响。不过由于用户空间可能会设置时间，NTP也会调节自然时间，所以这两个时间体系都有可能会产生回跳。

CLOCK_BOOTTIME、CLOCK_MONOTONIC和CLOCK_MONOTONIC_RAW，这三个都是以系统启动的时间点为时间原点的时间体系。CLOCK_BOOTTIME、CLOCK_MONOTONIC，不同点是前者不会在系统休眠时暂停走时而后者会，相同点是两者都受NTP的影响。CLOCK_MONOTONIC_RAW和CLOCK_MONOTONIC基本相同，但是前者不受NTP的影响。

7.2.返回u64(纳秒)的时间接口：

接口	时间体系	说明
u64 ktime_get_ns( void );	CLOCK_MONOTONIC	以系统启动的时间点为时间原点的时间体系
u64 ktime_get_boottime_ns( void );	CLOCK_BOOTTIME	以系统启动的时间点为时间原点的时间体系
u64 ktime_get_real_ns( void );	CLOCK_REALTIME	自然时间体系
u64 ktime_get_clocktai_ns( void );	CLOCK_TAI	自然时间体系
u64 ktime_get_raw_ns( void );	CLOCK_MONOTONIC_RAW	以系统启动的时间点为时间原点的时间体系

7.3.返回timespec64的时间接口：

接口	时间体系	说明
void ktime_get_ts64( struct timespec64 * );	CLOCK_MONOTONIC	以系统启动的时间点为时间原点的时间体系
void ktime_get_boottime_ts64( struct timespec64 * );	CLOCK_BOOTTIME	以系统启动的时间点为时间原点的时间体系
void ktime_get_real_ts64( struct timespec64 * );	CLOCK_REALTIME	自然时间体系
void ktime_get_clocktai_ts64( struct timespec64 * );	CLOCK_TAI	自然时间体系
void ktime_get_raw_ts64( struct timespec64 * );	CLOCK_MONOTONIC_RAW	以系统启动的时间点为时间原点的时间体系

#include "linux/time64.h"struct timespec64 {time64_t    tv_sec;         /* seconds */long        tv_nsec;        /* nanoseconds */};

7.4.返回time64_t(秒数)的时间接口：

接口	时间体系	说明
time64_t ktime_get_seconds( void );	CLOCK_MONOTONIC	以系统启动的时间点为时间原点的时间体系
time64_t ktime_get_boottime_seconds( void );	CLOCK_BOOTTIME	以系统启动的时间点为时间原点的时间体系
time64_t ktime_get_real_seconds( void );	CLOCK_REALTIME	自然时间体系
time64_t ktime_get_clocktai_seconds( void );	CLOCK_TAI	自然时间体系
time64_t ktime_get_raw_seconds( void );	CLOCK_MONOTONIC_RAW	以系统启动的时间点为时间原点的时间体系

7.5.返回粗略ktime_t的时间接口：

接口	时间体系	说明
ktime_t ktime_get_coarse( void );	CLOCK_MONOTONIC	以系统启动的时间点为时间原点的时间体系
ktime_t ktime_get_coarse_boottime( void );	CLOCK_BOOTTIME	以系统启动的时间点为时间原点的时间体系
ktime_t ktime_get_coarse_real( void );	CLOCK_REALTIME	自然时间体系
ktime_t ktime_get_coarse_clocktai( void );	CLOCK_TAI	自然时间体系

7.6.返回粗略u64(纳秒数)的时间接口：

接口	时间体系	说明
u64 ktime_get_coarse_ns( void );	CLOCK_MONOTONIC	以系统启动的时间点为时间原点的时间体系
u64 ktime_get_coarse_boottime_ns( void );	CLOCK_BOOTTIME	以系统启动的时间点为时间原点的时间体系
u64 ktime_get_coarse_real_ns( void );	CLOCK_REALTIME	自然时间体系
u64 ktime_get_coarse_clocktai_ns( void );	CLOCK_TAI	自然时间体系

7.7.返回粗略timespec64的时间接口：

接口	时间体系	说明
void ktime_get_coarse_ts64( struct timespec64 * );	CLOCK_MONOTONIC	以系统启动的时间点为时间原点的时间体系
void ktime_get_coarse_boottime_ts64( struct timespec64 * );	CLOCK_BOOTTIME	以系统启动的时间点为时间原点的时间体系
void ktime_get_coarse_real_ts64( struct timespec64 * );	CLOCK_REALTIME	自然时间体系
void ktime_get_coarse_clocktai_ts64( struct timespec64 * );	CLOCK_TAI	自然时间体系

7.8.返回fast u64(纳秒数)的时间接口：

接口	时间体系	说明
u64 ktime_get_mono_fast_ns( void );	CLOCK_MONOTONIC	以系统启动的时间点为时间原点的时间体系
u64 ktime_get_boot_fast_ns( void);	CLOCK_BOOTTIME	以系统启动的时间点为时间原点的时间体系
u64 ktime_get_real_fast_ns( void );	CLOCK_REALTIME	自然时间体系
u64 ktime_get_raw_fast_ns( void );	CLOCK_MONOTONIC_RAW	以系统启动的时间点为时间原点的时间体系

4.自己实现的延时函数示例

void delay_us(uint32_t nus){    volatile uint32_t startts, endts, ts;    ts = nus;    startts = get_time_us();    endts = startts + ts;    if (endts > startts)    {        while (get_time_us() < endts);    }    else    {        while (get_time_us() > endts);        while (get_time_us() < endts);    }}

5.有关__clock_id的详细说明

clockid的取值常用的有以下：

CLOCK_REALTIME，就是我们所说的自然时间，由于计算机上的时间有可能不准，所以是可以设置的，所以有可能会产生跳跃。后面所有的时间体系都是不可设置的，下面不再一一说明了。CLOCK_REALTIME_ALARM、CLOCK_REALTIME_COARSE、CLOCK_TAI虽然本身是不可设置的，但是都会受到CLOCK_REALTIME设置的影响，有可能会产生跳跃。

CLOCK_REALTIME_ALARM，和CLOCK_REALTIME相同，在定时器设置时才有用，ALARM代表的是定时设置，如果目标定时时间到了的时候系统在休眠，会唤醒系统。

CLOCK_REALTIME_COARSE，和CLOCK_REALTIME相同，精度不高但是获取比较快。

CLOCK_TAI，和CLOCK_REALTIME相同，但是不考虑闰秒问题，TAI是International Atomic Time的反向简称。

CLOCK_MONOTONIC，由于前面几个时间体系都有可能会产生回跳，计算机中需要有一个单调递增的时间体系。此时间体系的时间原点并不重要，在Linux中是以系统启动的时间点作为时间原点，在计算机休眠时会暂停走时，受adjtime和NTP的影响可能会向前跳跃。

CLOCK_MONOTONIC_COARSE，同上，但是精度降低，访问更快。

CLOCK_MONOTONIC_RAW，同CLOCK_MONOTONIC，但是不受adjtime和NTP的影响。

CLOCK_BOOTTIME，以系统启动时间为时间原点的时间体系，不受其它因素的影响，计算机休眠时依然走时。

CLOCK_BOOTTIME_ALARM，同上，在定时器设置时才有用，ALARM代表的是定时设置，如果目标定时时间到了的时候系统在休眠，会唤醒系统。

CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID，以进程创建时间为时间原点，进程运行时走时，进程休眠时暂停走时。

CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID，以线程创建时间为时间原点，线程运行时走时，线程休眠时暂停走时。

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