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Linux程式設計-29.時間處理
http://www.openchess.org/noitatsko/programming/ (2001-05-27 20:10:01)
UNIX及Linux的時間系統是由「新紀元時間」Epoch開始計算起,單位為秒,Epoch則是指定為1970年一月一日凌晨零點零分零秒,格林威治時間。 
目前大部份的UNIX系統都是用32位元來記錄時間,正值表示為1970以後,負值則表示1970年以前。我們可以很簡單地計算出其時間領域: 

2^31/86400(s) = 24855.13481(天) ~ 68.0958(年) 

1970+68.0958 = 2038.0958 
1970-68.0958 = 1901.9042 

時間領域為[1901.9042,2038.0958]。 

準確的時間為2038年一月十八日星期一晚上十點十四分七秒。那一刻,時間將會轉為負數,變成1901年十二月十三日黑色星期五下午三點四十五分五十二秒,然後Jason就會跑出來用斧頭砸掉您的電腦。 

這就是所謂的UNIX 2038 BUG,或者您也可戲稱為Jason hatchet bug。在大部份的UNIX上,並沒有所謂Y2K問題,不過都有2038年問題。 

在一些64位元的平台上,例如Digital Alpha、SGI、Sparc等等,則用64位元來表示時間。 

2^63/86400 ~ 1E14(天) ~ 2.92E11(年) 

大約是292億年。 

因此,使用64位元的電腦可能會有Armageddon bug的問題。屆時位於獵戶座旋臂的太陽,已經是黑矮星或暗黑物質,獵戶座旋臂大概也已經被重力波震斷,銀河系大概則已經變成小型似星體了。 

雖然許多人認為UNIX的2038年問題會隨著科技的進步,而將電腦逐步汰換成64位元電腦,因此無須擔心。但我個人相信,在2038年,依然會有許多狀況出現。因為,就事實而言,目前許多UNIX系統都有足夠的能力服役到2038年而毫無問題。因此,如果有意添購電腦主機,而且有預期會使用到那個時候,最好是選購64位元電腦,確認只有世界末日問題(除非您想要把資料流傳給下一個宇宙,那就要另當別論了)。 



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取得目前時間 
在所有的UNIX下,都有個time()的函數 
#include  
time_t time(time_t *t); 

這個函數會傳回從epoch開始計算起的秒數,如果t是non-null,它將會把時間值填入t中。 

對某些需要較高精準度的需求,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是由凌晨開始算起的秒數,tv_usec則是微秒(10E-6 second)。 

struct timezone { 
    int tv_minuteswest; 
    int tv_dsttime; 
}; 

tv_minuteswest是格林威治時間往西方的時差,tv_dsttime則是時間的修正方式。 

在Linux下timezone的使用已經廢除而不再使用。因為有許多地區都有日光節約時間,日光節約時間的使用與否,往往與無可預測的政治因素相關,沒有簡單的方法來實作這項設計。 

在sys/time.h中,有三個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檢查tvp是否有被設定值進去,timercmp比較時間,timerclear設tvp為零。 
cmp為比較操作子如">"、"<"、"=="等等。 

在POSIX.1b的即時處理標準中允許較高的時間解析度。 

struct timespec 

    long int tv_sec; 
    long int tv_nsec; 
}; 

tv_nsec是nano second(10E-9 second)。 



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時間表述 
電腦使用秒及epoch來表示其時間,但對人腦來說實在太殘忍一點,大概沒有人可以用人腦來計算。因此,UNIX下提供了其它兩種基本方式來表述時間,struct tm及文字格式時間。 

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」數,在[0,61]之間,多出來的兩秒是用來處理跳秒問題用的。 
tm_min表「分」數,在[0,59]之間。 
tm_hour表「時」數,在[0,23]之間。 
tm_mday表「本月第幾日」,在[1,31]之間。 
tm_mon表「本年第幾月」,在[0,11]之間。 
tm_year要加1900表示那一年。 
tm_wday表「本第幾日」,在[0,6]之間。 
tm_yday表「本年第幾日」,在[0,365]之間,閏年有366日。 
tm_isdst表是否為「日光節約時間」。 

struct tm格式時間函數 

struct tm * gmtime(const time_t * t); 
轉換成格林威治時間。有時稱為GMT或UTC。 

struct tm * localtime(const time_t *t); 
轉換成本地時間。它可以透過修改TZ環境變數來在一台機器中,不同使用者表示不同時間。 

time_t mktime(struct tm *tp); 
轉換tm成為time_t格式,使用本地時間。 

tme_t timegm(strut tm *tp); 
轉換tm成為time_t格式,使用UTC時間。 

double difftime(time_t t2,time_t t1); 
計算秒差。 

文字時間格式函數 

char * asctime(struct tm *tp); 
char * ctime(struct tm *tp); 
這兩個函數都轉換時間格式為標準UNIX時間格式。 
Mon May 3 08:23:35 1999 

ctime一率使用當地時間,asctime則用tm結構內的timezone資訊來表示。 

size_t strftime(char *str,size_t max,char *fmt,struct tm *tp); 
strftime有點像sprintf,其格式由fmt來指定。 

%a : 本第幾天名稱,縮寫。 
%A : 本第幾天名稱,全稱。 
%b : 月份名稱,縮寫。 
%B : 月份名稱,全稱。 
%c : 與ctime/asctime格式相同。 
%d : 本月第幾日名稱,由零算起。 
%H : 當天第幾個小時,24小時制,由零算起。 
%I : 當天第幾個小時,12小時制,由零算起。 
%j : 當年第幾天,由零算起。 
%m : 當年第幾月,由零算起。 
%M : 該小時的第幾分,由零算起。 
%p : AM或PM。 
%S : 該分鐘的第幾秒,由零算起。 
%U : 當年第幾,由第一個日開始計算。 
%W : 當年第幾,由第一個一開始計算。 
%w : 當第幾日,由零算起。 
%x : 當地日期。 
%X : 當地時間。 
%y : 兩位數的年份。 
%Y : 四位數的年份。 
%Z : 時區名稱的縮寫。 
%% : %符號。 

char * strptime(char *s,char *fmt,struct tm *tp); 
如同scanf一樣,解譯字串成為tm格式。 

%h : 與%b及%B同。 
%c : 讀取%x及%X格式。 
%C : 讀取%C格式。 
%e : 與%d同。 
%D : 讀取%m/%d/%y格式。 
%k : 與%H同。 
%l : 與%I同。 
%r : 讀取"%I:%M:%S %p"格式。 
%R : 讀取"%H:%M"格式。 
%T : 讀取"%H:%M:%S"格式。 
%y : 讀取兩位數年份。 
%Y : 讀取四位數年份。 



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進入「冬眠狀態」:Sleeping 
unsigned int sleep(unsigned int seconds); 
sleep()會使目前程式陷入「冬眠」seconds秒,除非收到「不可抵」的信號。 
如果sleep()沒睡飽,它將會返回還需要補眠的時間,否則一般返回零。 

void usleep(unsigned long usec); 
usleep與sleep()類同,不同之處在於秒的單位為10E-6秒。 

int select(0,NULL,NULL,NULL,struct timeval *tv); 
可以利用select的實作sleep()的功能,它將不會等待任何事件發生。 

int nanosleep(struct timespec *req,struct timespec *rem); 
nanosleep會沉睡req所指定的時間,若rem為non-null,而且沒睡飽,將會把要補眠的時間放在rem上。 



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定時鬧鐘:Interval Timers 
定時鬧鐘一但啟動後,會定期送信號給行程,讀者最好要解一下signal的處理。 

struct itimerval { 
    struct timeval * it_interval; 
    struct timeval * it_value; 
}; 

unsigned int alarm(unsigned int seconds); 
alarm()會在seconds時,送出SIGALRM信號,這不是「定期」的。 

int getitimer(int which,struct itimerval *val); 
讀取which指定的Timer目前狀態。 

int setitimer(int which,struct itimerval *val,struct itimerval *old); 
設定which指定的Timer目前狀態。 

每個行程都有三個定期鬧鐘(which參數): 
ITIMER_REAL : 
以系統真實的時間來計算,它送出SIGALRM信號。 

ITIMER_VIRTUAL : 
以該行程真正有執行的時間來計算,它送出SIGVTALRM信號。 

ITIMER_PROF : 
以行程真正有執行及在核心中所費的時間來計算,它送出SIGPROF信號。 



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人類的極限:由於太空充斥各種輻射線,太空飛行會無可避免地,造成太空人每年約1%的腦細胞壞死,在他完成任務之前,已經變成白了。因此,人類無法長期進行太空探險。 
解決方式:派道家煉氣士出太空任務。 
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