linux C/C++实现同步NTP时间
搬砖萌新记录工作点滴：
一、时间类型及常用函数
（1）时间类型
本地时间(locale time)
格林威治时间（Greenwich Mean Time GMT）
世界标准时间 （Universal Time Coordinated UTC）
GMT、UTC时间，都是以秒数为单位计数，而不是真实世界中的年月日，时分秒时间。
这个时间是从1970年01月01日 0:00:00起到现在经过的秒数，例如运行下面代码：
#include <time.h>
#include <stdio.h>
int main()
{
time_t timep; //用来存储从1970年到现在经过了多少秒
time(&timep); //获取time_t类型的当前时间
printf("%ld\n", timep);
printf("%s", ctime(&timep));
return 0;
}
得到：1539332642
通过函数ctime()将其转换为真实世界时间：Fri Oct 12 16:30:01 2018
（2）常用时间函数举例
因为时区不同的关系，不同函数取得的时间会相差8个小时（北京处于东八区）。简单举例：
获得UTC时间：time()、asctime()、gmtime()... ...
获得经时区转换后的时间：ctime()、localtime()... ...
#include <time.h>
#include <stdio.h>
int main()
{
time_t timep;
time(&timep);
printf("%ld\n", timep);
printf("北京时间：%s", ctime(&timep));
printf("UTC时间：%s", asctime(gmtime(&timep)));
return 0;
}
更多与时间相关的内容可参考这个博客：c++ 时间类型详解(time_t和tm)
（3）UTC时间转换成秒，再转换成当前时间
#include <time.h>
#include <stdio.h>
/*
struct tm
{ int tm_sec; /* 秒 – 取值区间为[0,59] */ int tm_min; /* 分 - 取值区间为[0,59] */ int tm_hour; /* 时 - 取值区间为[0,23] */ int tm_mday; /* 一个月中的日期 - 取值区间为[1,31] */ int tm_mon; /* 月份（从一月开始，0代表一月） - 取值区间为[0,11] */ int tm_year; /* 年份，其值等于实际年份减去1900 */ int tm_wday; /* 星期 – 取值区间为[0,6]，其中0代表星期天，1代表星期一 */ int tm_yday; /* 从每年1月1日开始的天数– 取值区间[0,365]，其中0代表1月1日 */ int tm_isdst; /* 夏令时标识符，夏令时tm_isdst为正；不实行夏令时tm_isdst为0 */ };
*/
typedef struct RTSPUTCTime { int year; int mon; int day; int hour; int min; int second; } RTSPUTCTime; time_t utc2seconds(RTSPUTCTime *utc) { struct tm tm_time; memset(&tm_time, 0, sizeof(tm_time)); tm_time.tm_year = utc->year - 1900; tm_time.tm_mon = utc->mon; tm_time.tm_mday = utc->day; tm_time.tm_hour = utc->hour; tm_time.tm_min = utc->min; tm_time.tm_sec = utc->second; return mktime(&tm_time); }
int main()
{
struct tm *tm_now;
RTSPUTCTime utc = {2019,3,15,9,30,15}; // 给定一个UTC时间
time_t seektime = utc2seconds(&utc); // 将UTC时间转化为秒
tm_now = localtime(&seektime); // 将秒转化为当前时间
printf("tm_now =%d-%d-%d %d:%d:%d \n",tm_now->tm_year+1900, tm_now->tm_mon, tm_now->tm_mday, tm_now->tm_hour, tm_now->tm_min, tm_now->tm_sec);
}
二、实现NTP同步功能
了解了时间概念后，要做的就比较明确了
（1）发送NTP请求报文，从一个NTP服务器获取到时间
（2）更新系统时间
这里可以参考博客：简单的NTP客户端-C语言实现，讲解详细，提供的代码稍作修改编译就通过了，很好用。
关于我修改的地方：
（1）从一个NTP服务器获取到时间
我选择的NTP服务器IP地址：119.28.183.184（百度可以查到国家授时中心IP等）
（2）更新系统时间
代码里的settimeofday(&tv, NULL)函数，是需要root权限的。怎么在普通用户下实现NTP同步呢，
①命令加程序：
先登录root用户设置程序的UID，#chmod u+s 文件名。
然后在更新系统时间部分添加如下代码
uid_t uid = getuid();
if (setuid(0)) {
return -1;
}
//...
if (setuid(uid)) { //恢复uid
}
通过上面步骤则该用户不管在普通用户还是在root用户下都能获取root权限。
②不使用命令的情况，完整代码如下：
1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3 #include <string.h>
4 #include <time.h>
5 #include<iostream>
6 #include <unistd.h>
7 #include <sys/select.h>
8 #include<sys/time.h>
9 #include <sys/socket.h>
10 #include <arpa/inet.h>
11 #include <netdb.h>
12 #include <errno.h>
13 #include <endian.h>
14
15 #define VERSION_3 3
16 #define VERSION_4 4
17
18 #define MODE_CLIENT 3
19 #define MODE_SERVER 4
20
21 #define NTP_LI 0
22 #define NTP_VN VERSION_3
23 #define NTP_MODE MODE_CLIENT
24 #define NTP_STRATUM 0
25 #define NTP_POLL 4
26 #define NTP_PRECISION -6
27
28 #define NTP_HLEN 48
29
30 #define NTP_PORT 123
31 #define NTP_SERVER "182.92.12.11"
32
33 #define TIMEOUT 10
34
35 #define BUFSIZE 1500
36
37 #define JAN_1970 0x83aa7e80
38
39 #define NTP_CONV_FRAC32(x) (uint64_t) ((x) * ((uint64_t)1<<32))
40 #define NTP_REVE_FRAC32(x) ((double) ((double) (x) / ((uint64_t)1<<32)))
41
42 #define NTP_CONV_FRAC16(x) (uint32_t) ((x) * ((uint32_t)1<<16))
43 #define NTP_REVE_FRAC16(x) ((double)((double) (x) / ((uint32_t)1<<16)))
44
45
46 #define USEC2FRAC(x) ((uint32_t) NTP_CONV_FRAC32( (x) / 1000000.0 ))
47 #define FRAC2USEC(x) ((uint32_t) NTP_REVE_FRAC32( (x) * 1000000.0 ))
48
49
50 #define NTP_LFIXED2DOUBLE(x) ((double) ( ntohl(((struct l_fixedpt *) (x))->intpart) - JAN_1970 + FRAC2USEC(ntohl(((struct l_fixedpt *) (x))->fracpart)) / 1000000.0 ))
51
52 using namespace std;
53 struct s_fixedpt {
54 uint16_t intpart;
55 uint16_t fracpart;
56 };
57
58 struct l_fixedpt {
59 uint32_t intpart;
60 uint32_t fracpart;
61 };
62
63
64 struct ntphdr {
65 #if __BYTE_ORDER == __BID_ENDIAN
66 unsigned int ntp_li:2;
67 unsigned int ntp_vn:3;
68 unsigned int ntp_mode:3;
69 #endif
70 #if __BYTE_ORDER == __LITTLE_ENDIAN
71 unsigned int ntp_mode:3;
72 unsigned int ntp_vn:3;
73 unsigned int ntp_li:2;
74 #endif
75 uint8_t ntp_stratum;
76 uint8_t ntp_poll;
77 int8_t ntp_precision;
78 struct s_fixedpt ntp_rtdelay;
79 struct s_fixedpt ntp_rtdispersion;
80 uint32_t ntp_refid;
81 struct l_fixedpt ntp_refts;
82 struct l_fixedpt ntp_orits;
83 struct l_fixedpt ntp_recvts;
84 struct l_fixedpt ntp_transts;
85 };
86
87
88 in_addr_t inet_host(const char *host)
89 {
90 in_addr_t saddr;
91 struct hostent *hostent;
92
93 if ((saddr = inet_addr(host)) == INADDR_NONE) {
94 if ((hostent = gethostbyname(host)) == NULL)
95 return INADDR_NONE;
96
97 memmove(&saddr, hostent->h_addr, hostent->h_length);
98 }
99
100 return saddr;
101 }
102
103
104 int get_ntp_packet(void *buf, size_t *size) //构建并发送NTP请求报文
105 {
106 struct ntphdr *ntp;
107 struct timeval tv;
108
109
110 if (!size || *size<NTP_HLEN)
111 return -1;
112
113 memset(buf, 0, *size);
114
115 ntp = (struct ntphdr *) buf;
116 ntp->ntp_li = NTP_LI;
117 ntp->ntp_vn = NTP_VN;
118 ntp->ntp_mode = NTP_MODE;
119 ntp->ntp_stratum = NTP_STRATUM;
120 ntp->ntp_poll = NTP_POLL;
121 ntp->ntp_precision = NTP_PRECISION;
122
123 gettimeofday(&tv, NULL); //把目前的时间用tv 结构体返回
124 ntp->ntp_transts.intpart = htonl(tv.tv_sec + JAN_1970);
125 ntp->ntp_transts.fracpart = htonl(USEC2FRAC(tv.tv_usec));
126
127 *size = NTP_HLEN;
128
129 return 0;
130 }
131
132
133
134 double get_rrt(const struct ntphdr *ntp, const struct timeval *recvtv) //往返时延
135 {
136 double t1, t2, t3, t4;
137
138 t1 = NTP_LFIXED2DOUBLE(&ntp->ntp_orits);
139 t2 = NTP_LFIXED2DOUBLE(&ntp->ntp_recvts);
140 t3 = NTP_LFIXED2DOUBLE(&ntp->ntp_transts);
141 t4 = recvtv->tv_sec + recvtv->tv_usec / 1000000.0;
142
143 return (t4 - t1) - (t3 - t2);
144 }
145
146
147 double get_offset(const struct ntphdr *ntp, const struct timeval *recvtv) //偏移量
148 {
149 double t1, t2, t3, t4;
150
151 t1 = NTP_LFIXED2DOUBLE(&ntp->ntp_orits);
152 t2 = NTP_LFIXED2DOUBLE(&ntp->ntp_recvts);
153 t3 = NTP_LFIXED2DOUBLE(&ntp->ntp_transts);
154 t4 = recvtv->tv_sec + recvtv->tv_usec / 1000000.0;
155
156 return ((t2 - t1) + (t3 - t4)) / 2;
157 }
158
159
160
161
162 int main(int argc, char *argv[])
163 {
164 char dateBuf[64] = {0};
165 char cmd[128] = {0};
166 tm* local;
167 char buf[BUFSIZE];
168 size_t nbytes;
169 int sockfd, maxfd1;
170 struct sockaddr_in servaddr;
171 fd_set readfds;
172 struct timeval timeout, recvtv, tv;
173 double offset;
174
175 // if (argc != 2) {
176 // usage();
177 // exit(-1);
178
179
180 servaddr.sin_family = AF_INET;
181 servaddr.sin_port = htons(NTP_PORT);
182 servaddr.sin_addr.s_addr = inet_host("119.28.183.184");
183
184 if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0) {
185 perror("socket error");
186 exit(-1);
187 }
188
189 if (connect(sockfd, (struct sockaddr *) &servaddr, sizeof(struct sockaddr)) != 0) {
190 perror("connect error");
191 exit(-1);
192 }
193 nbytes = BUFSIZE;
194 if (get_ntp_packet(buf, &nbytes) != 0) {
195 fprintf(stderr, "construct ntp request error \n");
196 exit(-1);
197 }
198 send(sockfd, buf, nbytes, 0);
199
200
201 FD_ZERO(&readfds);
202 FD_SET(sockfd, &readfds);
203 maxfd1 = sockfd + 1;
204
205
206 timeout.tv_sec = TIMEOUT;
207 timeout.tv_usec = 0;
208
209 if (select(maxfd1, &readfds, NULL, NULL, &timeout) > 0) {
210 if (FD_ISSET(sockfd, &readfds))
211 {
212 if ((nbytes = recv(sockfd, buf, BUFSIZE, 0)) < 0)
213 {
214 perror("recv error");
215 exit(-1);
216 }
217
218 //计算C/S时间偏移量
219 gettimeofday(&recvtv, NULL);
220 offset = get_offset((struct ntphdr *) buf, &recvtv);
221 ////更新系统时间
222
223 gettimeofday(&tv, NULL);
224
225 tv.tv_sec += (int) offset +28800;
226 tv.tv_usec += offset - (int) offset;
227
228 local = localtime((time_t *) &tv.tv_sec);
229 strftime(dateBuf, 64, "%Y-%m-%d %H:%M:%S", local);
230 sprintf(cmd, "system busybox date -s \"%s\"", dateBuf);
231
232 printf("%s \n", ctime((time_t *) &tv.tv_sec));
233
234
235 }
236 }
237
238 close(sockfd);
239
240 return 0;
241 }
