獲取服務(wù)器時(shí)間的C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)方法與案例分享
獲取服務(wù)器時(shí)間是很多軟件開(kāi)發(fā)工程師必須掌握的技能之一。在實(shí)現(xiàn)該功能時(shí)，C語(yǔ)言作為一種底層語(yǔ)言被廣泛使用，因?yàn)樗軌蚋斓卦L(fǎng)問(wèn)操作系統(tǒng)內(nèi)核，并更好地理解編寫(xiě)操作系統(tǒng)所需的底層邏輯。本文將從網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議、socket編程、系統(tǒng)調(diào)用和C語(yǔ)言庫(kù)四個(gè)方面闡述獲取服務(wù)器時(shí)間的C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)方法與案例。
1、NTP協(xié)議與服務(wù)器時(shí)間同步
網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議（NTP）是一種用于在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中對(duì)客戶(hù)端和服務(wù)器之間的時(shí)鐘偏差進(jìn)行同步的協(xié)議。通過(guò)該協(xié)議，客戶(hù)端可以從服務(wù)器上獲取到準(zhǔn)確的時(shí)間信息，并進(jìn)行時(shí)間同步，而客戶(hù)端與服務(wù)器之間的傳輸不受網(wǎng)絡(luò)延遲等因素的影響。
C語(yǔ)言中的NTP客戶(hù)端實(shí)現(xiàn)需要用到socket編程和系統(tǒng)調(diào)用。假設(shè)我們已經(jīng)獲得了一個(gè)NTP服務(wù)器的地址，下面以Ubuntu操作系統(tǒng)為例，介紹如何使用C語(yǔ)言代碼從該NTP服務(wù)器上獲取當(dāng)前時(shí)間：
1. 定義結(jié)構(gòu)體 timespec 和 protocol_packet
首先，需要定義兩個(gè)結(jié)構(gòu)體：
struct timespec {其中結(jié)構(gòu)體 protocol_packet 按照 NTP 協(xié)議頭進(jìn)行定義，并包含 NTP 協(xié)議的字段組件，以便在發(fā)送和接收 NTP 數(shù)據(jù)包時(shí)使用。
2. 通過(guò)socket獲取服務(wù)器與端口，并連接到該服務(wù)器
接下來(lái)，需要通過(guò)socket獲取 NTP 服務(wù)器的 IP 地址和端口，并連接到該服務(wù)器：
uint32_t address = 0x7f000001; // 127.0.0.1代碼中，首先通過(guò) htonl 函數(shù)將IP地址由主機(jī)字節(jié)序轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序，然后創(chuàng)建一個(gè) UDP 套接字并連接到服務(wù)器。
3. 發(fā)送NTP數(shù)據(jù)包給服務(wù)器
現(xiàn)在我們需要向 NTP 服務(wù)器發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包，以便請(qǐng)求當(dāng)前時(shí)間。這一步是實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步的關(guān)鍵所在：
protocol_packet packet;在此代碼中，我們將li_vn_mode設(shè)置為0x1B，該值表示一個(gè)授時(shí)請(qǐng)求。我們還可以使用NTP的多余數(shù)據(jù)字段，尤其是時(shí)鐘精度。
4. 接收服務(wù)器返回的NTP數(shù)據(jù)包并解析該數(shù)據(jù)包
現(xiàn)在，我們已經(jīng)向服務(wù)器發(fā)出了一個(gè)授時(shí)請(qǐng)求，服務(wù)器會(huì)立即返回一個(gè)數(shù)據(jù)包，將牟青當(dāng)前的時(shí)間信息。我們需要接收該數(shù)據(jù)包，并解析出每個(gè)字段的具體值：
char buf[128];代碼中，我們使用recv函數(shù)從NTP服務(wù)器接收UDP數(shù)據(jù)包，并將其保存到緩沖區(qū)中。接著，我們將數(shù)據(jù)包指針 resp 的類(lèi)型轉(zhuǎn)換為 protocol_packet 結(jié)構(gòu)體指針，以解析出 xmit_tm 字段中的時(shí)間戳，并將其轉(zhuǎn)換為time_t 格式。最后，我們使用 asctime 函數(shù)來(lái)將時(shí)間戳轉(zhuǎn)換為日期字符串，并輸出到控制臺(tái)。
2、使用socket獲取當(dāng)前時(shí)間戳
除了 NTP 協(xié)議，還有一種方法可以通過(guò) socket 來(lái)獲取當(dāng)前時(shí)間戳。這種方法不需要用戶(hù)自己構(gòu)造 NTP 報(bào)文，只需要使用系統(tǒng)調(diào)用獲取時(shí)間即可。以下代碼片段展示了如何使用 socket 和 getsockopt 函數(shù)來(lái)獲取當(dāng)前時(shí)間戳：
int sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);這段代碼首先使用函數(shù)socket打開(kāi)一個(gè)UDP套接字，并使用函數(shù)connect連接到 RFC 868 或任何其他時(shí)間協(xié)議的服務(wù)器。接著，我們可以使用函數(shù)getsockopt從套接字中獲取時(shí)間戳。
3、使用系統(tǒng)調(diào)用獲取時(shí)間戳
獲取服務(wù)器時(shí)間戳的第三種方法是使用系統(tǒng)調(diào)用。C 語(yǔ)言中有許多系統(tǒng)調(diào)用可用于操作日期和時(shí)間，例如 time、gettimeofday 和 clock_gettime。以下代碼展示了如何使用 clock_gettime 函數(shù)獲取當(dāng)前時(shí)間戳：
#include <time.h>這段代碼中，調(diào)用函數(shù) clock_gettime，該函數(shù)使用 CLOCK_REALTIME 參數(shù)來(lái)獲取實(shí)時(shí)時(shí)鐘的當(dāng)前時(shí)間和日期，并將其保存在結(jié)構(gòu)體 current_time 中。
4、使用C語(yǔ)言庫(kù)中的函數(shù)獲取時(shí)間戳
C 語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)也提供了許多函數(shù)來(lái)處理日期和時(shí)間。以下是一些常見(jiàn)的函數(shù)及其描述：
- time_t time(time_t *tloc): 返回當(dāng)前日期和時(shí)間的 Unix 時(shí)間戳（以自 1970 年 1 月 1 日以來(lái)的秒數(shù)表示），如果 tloc 參數(shù)不為 NULL，則也將其存儲(chǔ)為指向 time_t 結(jié)構(gòu)體的指針
- struct tm *gmtime(const time_t *timep): 將 Unix 時(shí)間戳轉(zhuǎn)換為 struct tm 結(jié)構(gòu)體，存儲(chǔ)了年、月、日、小時(shí)、分鐘、秒、周幾、一年的第幾天等字段
- char *asctime(const struct tm *tm): 將 struct tm 結(jié)構(gòu)體轉(zhuǎn)換為一個(gè)日期時(shí)間字符串
以下代碼展示如何使用這些函數(shù)獲取當(dāng)前時(shí)間戳和日期時(shí)間：
#include <stdio.h>首先，我們調(diào)用函數(shù) time，該函數(shù)將系統(tǒng)當(dāng)前日期和時(shí)間的 Unix 時(shí)間戳存儲(chǔ)在變量 curr_time 中。接著，我們使用函數(shù) gmtime 將當(dāng)前時(shí)間戳轉(zhuǎn)換為 struct tm 結(jié)構(gòu)體。最后，我們使用 strftime 函數(shù)將結(jié)構(gòu)體轉(zhuǎn)換為可讀的日期字符串，然后將其打印到控制臺(tái)。
總結(jié)：
獲取服務(wù)器時(shí)間是軟件工程師必備的技能之一。本文從網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議、socket編程、系統(tǒng)調(diào)用和C語(yǔ)言庫(kù)四個(gè)方面介紹了C語(yǔ)言獲取服務(wù)器時(shí)間的實(shí)現(xiàn)方法與案例。我們可以使用NTP協(xié)議從指定的NTP服務(wù)器獲取當(dāng)前時(shí)間、使用socket系統(tǒng)調(diào)用獲取服務(wù)器時(shí)間戳、使用系統(tǒng)調(diào)用和C語(yǔ)言庫(kù)函數(shù)獲取當(dāng)前時(shí)間戳和日期時(shí)間。
總之，掌握這些技能可以幫助我們更好的編寫(xiě)程序和處理數(shù)據(jù)，從而提高我們的工作效率和質(zhì)量。
