linux应用time和timezone

linux中应用层（非内核层）time是怎样处理的？时区是怎样设置的？夏令时时是怎样实现的？NTP时间同步是怎么回事？本篇文章就在嵌入式linux应用中time和timezone相关问题总结。

1. NTP

经常说时间同步，同步就是为了获取统一的时间参考点。同步的时间来自授时中心，如ntp.pool.org。那NTP同步的时间是什么时间，包含时区吗？

NTP同步的时间是UTC-0时间，所有授时中心的时间都是UTC-0时间。NTP遵循NTPv4协议，通过时间偏差来调整本地基准（或参考时间，由time()或gettimeofday()获取）。

2. time

linux应用中的基准时间是？

通过man7 time可知UNIX systems represent time in seconds since the Epoch, 1970-01-01 00:00:00 +0000 (UTC)。

A  program can determine the calendar time using gettimeofday(2), which returns time (in seconds and microseconds) that have elapsed since the Epoch;

time(2) provides similar  information,  but only with accuracy to the nearest second.

When interpreted as an absolute time value, it represents the number of seconds elapsed since the Epoch, 1970-01-01 00:00:00 +0000 (UTC).

time()或gettimeofday()返回的时间是日历时间，也是绝对时间，是unix系统应用基准时间。该时间表示自Epoch, 1970-01-01 00:00:00 +0000 (UTC)过去的秒数（或微妙数），与时区无关。

所有系统在同一时间调用time()返回值都一样（除去误差），不管在什么时区，是否采用夏令时。

time()返回time_t，是绝对秒数。

gettimeofday()返回struct timeval，包含tv_sec绝对秒数，tv_usec绝对微妙数。 两个函数均是系统调用。
3. timezone

时区设置由libc库函数tzset()实现，其读取并解析文件/etc/TZ或环境变量TZ，将时区、是否采用夏令时保存到静态变量中，供localtime_r()转换本地时间时调用。

void tzset (void);
extern char *tzname[2];
extern long timezone;
extern int daylight;
这些都是库函数，包含在头文件time.h中。

4. broken-down time分解时间

broken-down time由struct tm存储，包含年月日周天时分秒。最典型由localtime()函数获取，其为本地化时间（已转换为系统时区时间，并由变量tm_isdst指定是否支持夏令时）。

localtime_r()是libc库函数，调用time()将其返回的时间转换为本地时间，其转换包含时区信息。

5. 字符串时间

虽然localtime()包含可识别的时间，但不便于打印，需要转换为字符串。

strftime()按指定格式打印时间，asctime()按标准格式打印时间。

6. date

date显示的是本地时间（包含时区信息），底层实现调用localtime_r()（busybox实现）。也就是说date将绝对时间显示为本地时间，其根据时区调整显示时间。这样，上层应用（如时区更换）时换算更简单（都以绝对时间为参考）。

根据以上分析，无论时区是否改变，是否采用夏令时，日历时间（或绝对时间）都不会改变。当设置的时区中包含夏令时时间段时，当夏令时时间切换时，上层应用调用localtime_r()自动将时间切换为夏令时时间。

附：时间转换经典配图

附：时间相关概念，转自linux编程中与时间相关的问题总结

• GMT：Greenwich Mean Time，格林尼治平均时。格林尼治标准时间是19世纪中叶大英帝国的基准时间，同时也是事实上的世界基准时间。

• UTC：Universal Time Coordinated，环球通用协调时间。基本上UTC的本质强调的是比GMT更为精确的世界时间标准，在不需要精确到秒的情况通常也将GMT和UTC视作等同。

• DST：Daylight Saving Time，指在夏天太阳升起的比较早时，将时钟拨快一小时以提早日光的使用;

• CST：CST可以同时表示美国UT-6:00，澳大利亚UT+9:30，中国UT+8:00，古巴UT-4:00四个国家的标准时间;

• Epoch：时间轴上特定的一个时间点，定义为从格林威治时间1970年01月01日00时00分00秒。记为1970年1月1日00:00:00 UTC。

• UNIX时间戳：英文表示为Unix timestamp、Unix time或者POSIX time。是从Epoch开始所经过的秒数，不考虑闰秒。在大多数的UNIX系统中UNIX时间戳存储为32位，这样会引发2038年问题或Y2038。

• Calendar Time：表示的意义同UNIX时间戳。

• Broken-down Time：使用tm结构存储的时间,tm 数据结构将时间分别保存到代表年，月，日，时，分，秒等不同的变量中，不再是一个令人费解的64位整数。tm数据结构是各种自定义格式转换函数所需要的输入形式。

• Real-Time：也称wall-clock，即我们人类自然感受的时间。

• Virtual-Time：进程执行所占用的cpu时间(即站在进程的角度看时间)，如果在过去的一秒钟指定进程没有被调用，则virtual time为0s，real time为1s。

• Prof-Time：系统在用户态和内核态所占用cpu时间的总和；

• clock tick：时钟滴答，当PIT通道0的计数器减到0值时，它就在IRQ0上产生一次时钟中断，即一次时钟滴答。

• jiffies：记录着从电脑开机到现在总共的”时钟中断”的次数。启动时内核将该变量初始化为0，此后每次时钟中断处理程序都会增加该变量的值。jiffies类型为无符号长整型(unsigned long)，其他任何类型存放它都不正确。

• xtime：从cmos电路或rtc芯片中取得的时间，一般是从某一历史时刻开始到现在的时间；

参考：

1. 解决嵌入式Linux中的时区问题

2. linux下时区的一些认识

3. time函数

4. linux编程中与时间相关的问题总结

5. NTP协议