linux下时间时区详解

　　首先我们要明白，“时间”和“时区”是两个东西。

　　时间是指从某个时间点开始到另一个时间点经过的“长度”，是“纵向”距离，一般在linux系统内有两个主要的时间，一是始于1970年（unix元年）至今的距离，二是系统启动后至今的距离。前者一般是由不断电的硬件维护（RTC）或者其他专门服务器授时（NTP），可修改；后者只能前进无法后退，不能修改

　　时区则是指世界范围内（国家/洲际之间）昼夜交替不同而导致的每天的相对时间不同造成的区域划分，是“横向”的“偏移”。比如北京会比纽约早12小时看到日出。时区一般以1小时划分，全球就有24个时区

 

　　linux操作系统内核只有“时间”概念，没有“时区”概念。对于linux操作系统本身来说，启动后时间为0，表示当前就是1970年。我们通过读取RTC或NTP时间后，会通过系统调用更新这个时间，然后cpu会自动对时间进行累加。后面其他进程就可以获取正确的时间了。

　　应用进程从系统内核读取到自1970年来经历过的时间后就会有一个问题，就是同样经过了一百年整，有些地区现处于旭日东升，另一些地区确黑夜蔽日。因此就要靠时区对这个时间进行一个“合理的描述”，比如在北京，现在就应该处于正午，日头正浓，而同样的时间点在纽约，大家就进入梦乡了。

　　这样大家更加理解了时区概念，它并不存在，只是为了让全球在24小时的尺度内（由于地球自转）对于同样一个时间点发生的日照情况比较合理。

　　

　　接下来我们着重说说应用进程如何使用时间和时区。

　　一般我们会将这个过程分为3步，第一步是从系统获取时间（1970年来秒数），第二步是从文件系统读取时区配置（对于现代操作系统，还可能是GPS定位或通过出口网络进行ISP运营商定位等）以获取偏移量（也即一个秒数，可能为负），第三步则是将两者相加并格式化输出。

　　（这里还体现了我们程序编写中的一个数据和显示分离的思维，数据还是那个数据（1970年至今秒数），但展示是因人而异的）

　　

　　 

　　上面代码中的tzset十分重要，它一般会从环境变量或/etc/localtime文件中读取时区配置并设置到进程全局变量。然后localtime，strftime等函数则会参考全局变量来计算当前地区应该显示的时间。

　　（tzset函数可以只调用一次，除非确定了配置更改，也可以不调用，因为strftime等函数内部有判定，如果进程对tzset函数调用次数为0，则会主动调用一次）

 

　　我们具体讲讲linux下时间日期的格式化输出和其背后的运行逻辑。

　　首先我们要认识一个前提：就是tzset为什么必须调用？

　　其实道理很简单，因为c库没有自动运行的权利。它不会在你加载*c.so时就自动调用某个函数，甚至遑论读取文件系统的文件，这个操作具有一定的侵入性，也会造成一些不必要的浪费（万一你的程序不需要格式化时间日期呢）。

 

　　我们根据一个实例来跟踪一下。

　　我们一般在系统内查看当前时间是使用date命令，以下是一般用法。

　　

　　我们跟踪一下date命令的代码（以busybox为例）

　　

　　

　　

　　我们可以看到，其实重要的就是time/localtime/strftime几个函数。

　　我们接着跟踪一下。

　　

　　

　　可以发现，localtime调用了tzset_internal。而实际上，tzset也是调用的tzset_internal。

　　

　　tzset后，时区的偏移量就有了。后续就可以compute了

　　 

 

　　综上所述，其实所谓的时区并不复杂，就是一个秒数偏移量，用于不同地域的格式化输出。

 

 　　我们再最后稍微深入分析一下tzset的内部实现。

　　

　　可以看到，tzset首先从环境变量/编译时宏定义/运行时系统文件等地方读取配置进行分析。

　　 

　　当然，最终更新到的全局变量在外部也可访问

　　

　　从tzset代码也可以看出，一般我们配置时区还是以配置文件为主。配置文件一般在/etc/localtime。

　　

　　当然，这个配置文件是二进制的，并不容易编辑。

　　

　　如果只需要单独进程具有正确的时区，可以使用setenv("TZ", "CST-8", 1);tzset();来更新。

　　setenv中还有一个坑，就是我们为什么设置的是CST-8（CST是什么意思我就不赘述了，大家百度一下即可，其实也没什么特别的意思，写ABC没区别，它只是你为当前地区取得别名），不是说中国在东8区吗，东为正，应该是+8啊！

　　这里是一个思维误区，就是我们设置的是UTC时区，即是“计算出UTC零点的算法”。所以CST=UTC+(+8小时) 或 UTC=CST-(+8小时)。

 

　　最后修改时间 2024-08-04 14:13:54

 

　　ps：虽然linux设置和获取系统时间现在的函数settimeofday和gettimeofday可以传递时区，但我还是建议不使用这部分功能，还是只用获取的unix秒数部分以及/etc/localtime配置文件。

　　毕竟官方已经建议settimeofday中的tz传递NULL

　　

　　　

 　　最后修改时间 2024-08-05 11:47:06

 

　　linux常用的时间日期函数如下：

　　time ：用于从操作系统获取Unix时间戳

　　settimeofday : 设置unix时间戳到操作系统（stime已弃用）

　　mktime : 从本地时间（加了偏移量）转为unix时间戳

　　localtime : 从unix时间戳转为本地时间

　　如果我们的进程需要负责设置系统时间，一般是两种办法，一是从服务器获取unix时间戳直接通过settimeofday设置；二是使用时区和本地时间，先将时区通过setenv或/etc/localtime方式保存，然后tszet，而后通过mktime将本地时间转为unix时间戳，再通过settimeofday设置。

　　mktime/localtime都会在内部使用时区配置（tzset）。

　　以下是一个设置系统时间的参考代码：

#include <unistd.h>
#include <sys/time.h>

#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include <ctime>
#include <sstream>
#include <iomanip>
#include <iostream>
#include <chrono>

int main() {

    setenv("TZ", "CST-8", 1);
    tzset();


    std::tm when = {0};
        std::stringstream ss_when;
        ss_when <<"2024-08-09 12:00:23";
        ss_when >> std::get_time(&when, "%Y-%m-%d %H:%M:%S");
    std::time_t t = mktime(&when);
        timeval tv = {0};
        tv.tv_sec = t;
        ::settimeofday(&tv, nullptr);
        std::system("hwclock -wu");
        
    return 0;
}

　　（对于c++来说，从字符串转为tm要方便很多）

　　注意：tm和time_t转换就涉及到时区

　　最后修改时间 2024-08-09 22:23:48