因为项目需要，所以把Linux下时间相关的内容刷了一遍。终于抽出时间总结一下。

目录

1. 时间的概念

2. 获得时钟时间的函数

2.1 时钟时间的存储类型

2.2 time函数

2.3 gettimeofday函数

3. 获得程序运行的时间（即进程时间）

3.1 进程时间的存储类型

3.2 times函数

3.3 clock函数

4. 补充说明

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1. 时间的概念

首先理解时钟时间，也叫做墙上时钟时间，可以简单理解为宏观上经过的时间。细究起来就是进程运行的时钟总量，其值与系统中同时运行的进程数有关。既然有多个进程，那么进程就会出现等待，阻塞，运行几个状态，且都需要消耗时间。这些都包含在时钟时间内。上面这个概念最为重要。下面还有几个概念：

用户CPU时间：是执行用户指令所用的时间。

系统CPU时间：是为该进程执行内核程序所经历的时间。

用户CPU时间+系统CPU时间=运行时间，也称作CPU时间。CPU时间通常表现为滴答计数，保存在数据结构clock_t中，sysconf可以得到每秒的滴答数值设定值。

归纳来说，就是时钟时间包括进程的等待，阻塞和运行三大部分的时间，而运行时间又分为用户CPU时间和系统CPU时间。

一般来说，我们通常就关注两类时间，一类是真实时间及时钟时间，另一类是进程时间通常用CPU时间来表示。

2. 获得时钟时间的函数

获得时间的方法有几个函数可以实现，大体来说分为两类。

一类是获得时钟时间，通常会得到从过去某个时间点到当前时刻的时间差，这个过去的时间点通常为1970年。当然，在一些封装好了的函数中，并不需要你知道过去的时间点是什么具体的时刻，内部会帮你换算好，返回当前的实际时间。

2.1 时钟时间的存储类型

linux下存储时间常见的有两种存储方式，一个是从1970年到现在经过了多少秒，一个是用一个结构来分别存储年月日时分秒的。

第一种存储方式涉及到一种数据类型time_t，关于time_t，是在头文件time.h中定义的。这里可以明确的看到，time_t的数据类型其实就是长整型，而其表示的含义即从1970年到现在经过的秒数。

#ifndef __TIME_T
#define __TIME_T    
typedef long time_t;    
#endif

第二种存储方式更加精确，可以精确到微秒级。用一个结构体表示

struct timeval
{
    long tv_sec; /*秒*/
    long tv_usec; /*微秒*/
};

2.2 time函数

首先看函数声明，该函数包含在time.h头文件中，其返回值类型为time_t。是自Epoch以来经过的秒数。如果其传入参数不为NULL，那么该秒数还会被赋给传入的参数中。

#include <time.h>
time_t time(time_t *timep);
// returns number of seconds since the Epoch, or -1 on error

使用实例如下：

void testTime()
{
  time_t t;
  t = time(NULL);
  cout << t << endl;
}

2.3 gettimeofday函数

同样先看看书声明，该函数包含在sys/time.h头文件中，其返回值为int类型，返回0表示调用函数成功，返回-1表示调用失败。其函数参数有两个，第一个保存获得的具体时间，第二个参数是历史产物，现在已经不用，赋成NULL即可。

#include <sys/time.h>
int gettimeofday(struct timeval *tv, stuct timezone *tz);
// return 0 on success, or -1 on error

使用实例如下：

void testGettimeofday()
{
  timeval t1;
  gettimeofday(&t1, NULL);
  cout << t1.tv_sec << endl;
  cout << t1.tv_usec << endl;
}

3. 获得程序运行的时间（即进程时间）

另外一类是cpu时间，即运行时间。这类时间其实也是返回的时间差，时间差的计算起点通常是进程开始的时间，其实和1970年这种过去时间节点的概念是一致的。但是返回的cpu时间单位往往不是时间的单位，而是cpu的时钟计时单元。想要获得直观的时间，还需要进行滴答数和时间的换算，即通常的一秒钟会有多少个时钟计时单元。

3.1 进程时间的存储类型

Cpu时间可以通过times()函数或者clock()函数获得，介绍这两种方法之前，先介绍一个数据类型clock_t和一个结构体tms。

Clock_t是时钟计数单元的计数，而其通常是以结构体tms的形式呈现的，结构体tms的定义如下：

struct tms{
  clock_t tms_utime; // 调用进程到目前为止使用的用户CPU时间
  clock_t tms_stime; // 调用进程到目前为止使用的系统cpu时间
  clock_t tms_cutime; // 包含等待所有子进程的用户cpu时间
  clock_t tms_cstime; // 包含等待所有子进程的系统cpu时间
};

有了这两个概念，下面可以讨论上述两种函数的区别和用法了。

3.2 times函数

首先是times函数，声明如下。可以看到times函数的返回类型为clock_t，且其定义包含在头文件sys/time.h中。可以调用sysconf(_SC_CLK_TCK)来获得实际的时间。这里要注意times函数和上面提到的time函数的功能是不同的，times函数是获得进程时间的方法，time函数是获得时钟时间的方法。

#include <sys/times.h>
clock_t times(struct tms *buf);
// returns number of clock ticks(sysconf(_SC_CLK_TCK))since "arbitrary" time in past on success, or (clock_t)-1 on error

上面提到clock_t通常是以结构体tms的形式呈现的，在实际写程序中，一般先定义一个clock_t类型的变量，通过传参的方式传入times函数，得到对应的时间。

void testTimes()
{
  tms t1;
  tms t2;
  long clockticks = sysconf(_SC_CLK_TCK);
  cout << clockticks << endl;

  if(times(&t1) == -1)
    cout << "call times() error" << endl;
  cout << "user cpu time is: " << (double)t1.tms_utime / clockticks << endl;
  cout << "system cpu time is: " << (double)t1.tms_stime / clockticks << endl;
  //cout << (double)t1.tms_utime << endl;
  //sleep(10);
  for(int i=0; i<100000000; i++)
    getppid();

  if(times(&t2) == -1)
    cout << "call times() error" << endl;
  cout << "user cpu time is: " << (double)t2.tms_utime / clockticks << endl;
  cout << "system cpu time is: " << (double)t2.tms_stime / clockticks << endl;
  //cout << "user cpu time containing waiting is: " << (double)t2.tms_cutime / clockticks << endl;
  //cout << "system cpu time containing waiting is: " << (double)t2.tms_cstime / clockticks << endl;

}

这里需要注意的是，由于times得到的是cpu的运行时间，所以需要cpu真实的运行才能看出t2得到的变化的时间，这里使用getppid()函数。不能用sleep函数，因为sleep函数代表将进程进行阻塞，这部分时间是不算在times函数的时间里的。

3.3 clock函数

首先看clock函数的声明，与times函数相同，同样返回clock_t类型的返回值。但是这两者返回的值是不同的，其对应的每秒的次数是CLOCKS_PER_SEC，这个值有可能会根据系统内的定义而又所不同，可以将其打印出来看一下。不过其总是和clock这个函数是对应的，相除之后得到的就是对应的秒数。

#include <time.h>
clock_t clock(void);
// returns total CPU time used by calling process measured in CLOCKS_PER_SEC, or -1 on error

同样，由于clock函数得到的也是cpu的运行时间，所以程序中不能用sleep来进行实验，sleep的时间不算在clock计算的时间内。

void testClock()
{
  clock_t clocktime;
  cout << "CLOCKS_PER_SEC " << CLOCKS_PER_SEC << endl;
  for(int i=0; i<100000000; i++)
    getppid();

  //sleep(5);
  clocktime = clock();
  cout << "cpu running time is: " << clocktime / CLOCKS_PER_SEC << endl;
}

4. 补充说明

sys/times.h ，sys/time.h 和 time.h的区别：sys/time.h这个头文件是Linux系统的头文件，只能用在linux的平台上，time.h的头文件是c语言标准的头文件，可以跨平台使用。time_t这类的数据结构是linux的，所以只调用time.h，就需要自己定义time_t（如果使用到了的话）。sys/times.h是包含times函数的头文件，其定义的是获得进程时间的方法。sys/time.h是包含gettimeofday函数的头文件，其定义的是获得时钟时间的方法。

_SC_CLK_TCK 在头文件unistd.h中

Times函数和clock函数的功能基本上是一致的，只是处理的方式不同，这是历史原因造成的，一个是POSIX.1标准，一个是C语言编程标准。在转换为实际时间的过程当中，sysconf(_SC_CLK_TCK)和CLOCKS_PER_SEC不要使用混淆。