wordpress网站发布,郑州设计师网,免费培训课程,网址导航怎么彻底删除目录系统信息系统标识unamesysinfo 函数gethostname 函数sysconf()函数时间、日期GMT 时间UTC 时间UTC 时间格式时区实时时钟RTC获取时间time/gettimeofday时间转换函数设置时间settimeofday总结进程时间times 函数clock 函数产生随机数休眠(延时)秒级休眠: sleep微秒级休眠: u…
目录系统信息系统标识unamesysinfo 函数gethostname 函数sysconf()函数时间、日期GMT 时间UTC 时间UTC 时间格式时区实时时钟RTC获取时间time/gettimeofday时间转换函数设置时间settimeofday总结进程时间times 函数clock 函数产生随机数休眠(延时)秒级休眠: sleep微秒级休眠: usleep高精度休眠: nanosleep申请堆内存在堆上分配内存malloc 和free调用free()还是不调用free()在堆上分配内存的其它方法分配对齐内存proc 虚拟文件系统proc 文件系统的使用在应用程序当中有时往往需要去获取到一些系统相关的信息。
时间、日期、以及其它一些系统相关信息如何通过Linux 系统调用或C 库函数获取系统信息Linux 系统下的/proc 虚拟文件系统包括/proc 文件系统是什么以及如何从/proc 文件系统中读取系统、进程有关信息系统资源的使用譬如系统内存资源的申请与使用等。
系统信息
系统标识uname
系统调用uname()用于获取有关当前操作系统内核的名称和信息函数原型如下所示可通过man 2 uname命令查看
#include sys/utsname.hint uname(struct utsname *buf);bufstruct utsname 结构体类型指针指向一个struct utsname 结构体类型对象。 返回值成功返回0失败将返回-1并设置errno。
struct utsname 结构体如下所示
struct utsname {char sysname[]; /* 当前操作系统的名称*/char nodename[]; /* 网络上的名称主机名*/char release[]; /* 操作系统内核版本*/char version[]; /* 操作系统发行版本*/char machine[]; /* 硬件架构类型*/#ifdef _GNU_SOURCEchar domainname[];/* 当前域名*/#endif
};可以看到struct utsname 结构体中的所有成员变量都是字符数组所以获取到的信息都是字符串。
测试
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include sys/utsname.hint main(void)
{struct utsname os_info;int ret;/* 获取信息*/ret uname(os_info);if (-1 ret) {perror(uname error);exit(-1);}/* 打印信息*/printf(操作系统名称: %s\n, os_info.sysname);printf(主机名: %s\n, os_info.nodename);printf(内核版本: %s\n, os_info.release);printf(发行版本: %s\n, os_info.version);printf(硬件架构: %s\n, os_info.machine);exit(0);
}运行结果
sysinfo 函数
sysinfo 系统调用可用于获取一些系统统计信息其函数原型如下所示
#include sys/sysinfo.hint sysinfo(struct sysinfo *info);infostruct sysinfo 结构体类型指针指向一个struct sysinfo 结构体类型对象。 返回值成功返回0失败将返回-1并设置errno。
struct sysinfo 结构体如下所示
struct sysinfo {long uptime; /* 自系统启动之后所经过的时间以秒为单位*/unsigned long loads[3]; /* 1, 5, and 15 minute load averages */unsigned long totalram; /* 总的可用内存大小*/unsigned long freeram; /* 还未被使用的内存大小*/unsigned long sharedram; /* Amount of shared memory */unsigned long bufferram; /* Memory used by buffers */unsigned long totalswap; /* Total swap space size */unsigned long freeswap; /* swap space still available */unsigned short procs; /* 系统当前进程数量*/unsigned long totalhigh; /* Total high memory size */unsigned long freehigh; /* Available high memory size */unsigned int mem_unit; /* 内存单元大小以字节为单位*/char _f[20-2*sizeof(long)-sizeof(int)]; /* Padding to 64 bytes */
};测试
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include sys/sysinfo.h
int main(void)
{struct sysinfo sys_info;int ret;/* 获取信息*/ret sysinfo(sys_info);if (-1 ret) {perror(sysinfo error);exit(-1);}/* 打印信息*/printf(自系统启动之后所经过的时间: %ld\n, sys_info.uptime);printf(总的可用内存大小: %lu\n, sys_info.totalram);printf(还未被使用的内存大小: %lu\n, sys_info.freeram);printf(系统当前进程数量: %u\n, sys_info.procs);exit(0);
}运行结果
gethostname 函数
用于单独获取Linux 系统主机名与struct utsname 数据结构体中的nodename 变量一样
#include unistd.hint gethostname(char *name, size_t len);name指向用于存放主机名字符串的缓冲区。 len缓冲区长度。 返回值成功返回0,失败将返回-1并会设置errno。
测试
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include unistd.h
#include string.h
int main(void)
{char hostname[20];int ret;memset(hostname, 0x0, sizeof(hostname));ret gethostname(hostname, sizeof(hostname));if (-1 ret) {perror(gethostname error);exit(ret);}puts(hostname);exit(0);
}运行结果
sysconf()函数
sysconf()函数是一个库函数可在运行时获取系统的一些配置信息譬如页大小page size、主机名的最大长度、进程可以打开的最大文件数、每个用户ID 的最大并发进程数等。其函数原型如下所示
#include unistd.hlong sysconf(int name);参数name 指定了要获取哪个配置信息参数name 可取以下任何一个值都是宏定义可通过man 手册查询
⚫ _SC_ARG_MAXexec 族函数的参数的最大长度exec 族函数后面会介绍这里先不管 ⚫ _SC_CHILD_MAX每个用户的最大并发进程数也就是同一个用户可以同时运行的最大进程数。 ⚫ _SC_HOST_NAME_MAX主机名的最大长度。 ⚫ _SC_LOGIN_NAME_MAX登录名的最大长度。 ⚫ _SC_CLK_TCK每秒时钟滴答数也就是系统节拍率。 ⚫ _SC_OPEN_MAX一个进程可以打开的最大文件数。 ⚫ _SC_PAGESIZE系统页大小page size。 ⚫ _SC_TTY_NAME_MAX终端设备名称的最大长度。 ⚫ ……
若指定的参数name 为无效值则sysconf()函数返回-1并会将errno 设置为EINVAL。否则返回的值便是对应的配置值。
使用示例
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include unistd.hint main(void)
{printf(每个用户的最大并发进程数: %ld\n, sysconf(_SC_CHILD_MAX));printf(系统节拍率: %ld\n, sysconf(_SC_CLK_TCK));printf(系统页大小: %ld\n, sysconf(_SC_PAGESIZE));exit(0);
}运行结果
时间、日期
GMT 时间
GMTGreenwich Mean Time中文全称是格林威治标准时间1884 年被确立GMT 时间就是英国格林威治当地时间也就是零时区中时区所在时间与我国的标准时间北京时间东八区相差8 个小时即早八个小时所以GMT 12:00 对应的北京时间是20:00。
UTC 时间
UTCCoordinated Universal Time指的是世界协调时间又称世界标准时间、世界统一时间是经过平均太阳时(以格林威治时间GMT 为准)、地轴运动修正后的新时标以及以「秒」为单位的国际原子时所综合精算而成的时间计算过程相当严谨精密因此若以「世界标准时间」的角度来说UTC 比GMT 来得更加精准。
在Ubuntu 系统下可以使用date -u命令查看到当前的UTC 时间如下所示
UTC 时间格式
根据 ISO 8601《数据存储和交换形式·信息交换·日期和时间的表示方法》UTC时间也就是国际统一时间/国际协调时表示方法如下 YYYYMMDD T HHMMSS Z(或者时区标识)。
例如20100607T152000Z表示2010年6月7号15点20分0秒Z表示是标准时间
如果表示北京时间那么就是 20100607T15200008其中 “08” 表示东八区。
时区
全球被划分为24 个时区每一个时区横跨经度15 度以英国格林威治的本初子午线作为零度经线将全球划分为东西两半球分为东一区、东二区、东三区……东十二区以及西一区、西二区、西三区……西十二区而本初子午线所在时区被称为中时区或者叫零时区划分图如下所示 东十二区和西十二区其实是一个时区就是十二区东十二区与西十二区各横跨经度7.5 度以180 度经线作为分界线。每个时区的中央经线上的时间就是这个时区内统一采用的时间称为区时。相邻两个时区的时间相差1 小时。例如我国东8 区的时间总比泰国东7 区的时间早1 小时而比日本东9 区的时间晚1小时。因此出国旅行的人必须随时调整自己的手表才能和当地时间相一致。凡向西走每过一个时区就要把表向前拨1 小时(比如2 点拨到1 点)凡向东走每过一个时区就要把表向后拨1 小时比如1 点拨到2 点。
实际上世界上不少国家和地区都不严格按时区来计算时间。为了在全国范围内采用统一的时间一般都把某一个时区的时间作为全国统一采用的时间。例如我国把首都北京所在的东8 区的时间作为全国统一的时间称为北京时间北京时间就作为我国使用的本地时间譬如我们电脑上显示的时间就是北京时间我国国土面积广大由东到西横跨了5 个时区也就意味着我国最东边的地区与最西边的地区实际上相差了4、5 个小时。又例如英国、法国、荷兰和比利时等国虽地处中时区但为了和欧洲大多数国家时间相一致则采用东1 区的时间。
譬如在Ubuntu 系统下可以使用date 命令查看系统当前的本地时间如下所示
可以看到显示出来的字符串后面有一个CST字样CST 在这里其实指的是China Standard Time中国标准时间的缩写表示当前查看到的时间是中国标准时间也就是我国所使用的标准时间–北京时间一般在安装Ubuntu 系统的时候会提示用户设置所在城市那么系统便会根据你所设置的城市来确定系统的本地时间对应的时区譬如设置的城市为上海那么系统的本地时间就是北京时间因为我国统一使用北京时间作为本国的标准时间。
在Ubuntu 系统下时区信息通常以标准格式保存在一些文件当中这些文件通常位于/usr/share/zoneinfo目录下该目录下的每一个文件包括子目录下的文件都包含了一个特定国家或地区内时区制度的相关信息且往往根据其所描述的城市或地区缩写来加以命名譬如EST美国东部标准时间、CET欧洲中部时间、UTC世界标准时间、Hongkong、Iran、Japan日本标准时间等也把这些文件称为时区配置文件如下图所示
系统的本地时间由时区配置文件/etc/localtime 定义通常链接到/usr/share/zoneinfo 目录下的某一个文件或其子目录下的某一个文件
如果我们要修改Ubuntu 系统本地时间的时区信息可以直接将/etc/localtime 链接到/usr/share/zoneinfo目录下的任意一个时区配置文件譬如EST美国东部标准时间首先进入到/etc 目录下执行下面的命令
sudo rm -rf localtime #删除原有链接文件
sudo ln -s /usr/share/zoneinfo/EST localtime #重新建立链接文件接下来再使用date 命令查看下系统当前的时间如下所示 可以发现后面的标识变成了EST也就意味着当前系统的本地时间变成了EST 时间美国东部标准时间。
实时时钟RTC
操作系统中一般会有两个时钟一个系统时钟system clock一个实时时钟Real time clock也叫RTC系统时钟由系统启动之后由内核来维护譬如使用date 命令查看到的就是系统时钟所以在系统关机情况下是不存在的而实时时钟一般由RTC 时钟芯片提供RTC 芯片有相应的电池为其供电以保证系统在关机情况下RTC 能够继续工作、继续计时。
Linux 系统如何记录时间 Linux 系统在开机启动之后首先会读取RTC 硬件获取实时时钟作为系统时钟的初始值之后内核便开始维护自己的系统时钟。所以由此可知RTC 硬件只有在系统开机启动时会读取一次目的是用于对系统时钟进行初始化操作之后的运行过程中便不会再对其进行读取操作了。 而在系统关机时内核会将系统时钟写入到RTC 硬件、以进行同步操作。
jiffies 的引入 jiffies 是内核中定义的一个全局变量内核使用jiffies 来记录系统从启动以来的系统节拍数所以这个变量用来记录以系统节拍时间为单位的时间长度Linux 内核在编译配置时定义了一个节拍时间使用节拍率一秒钟多少个节拍数来表示譬如常用的节拍率为100Hz一秒钟100 个节拍数节拍时间为1s /100、200Hz一秒钟200 个节拍节拍时间为1s / 200、250Hz一秒钟250 个节拍节拍时间为1s /250、300Hz一秒钟300 个节拍节拍时间为1s / 300、500Hz一秒钟500 个节拍节拍时间为1s /500等。由此可以发现配置的节拍率越低每一个系统节拍的时间就越短也就意味着jiffies 记录的时间精度越高当然高节拍率会导致系统中断的产生更加频繁频繁的中断会加剧系统的负担一般默认情况下都是采用100Hz 作为系统节拍率。
内核其实通过jiffies 来维护系统时钟全局变量jiffies 在系统开机启动时会设置一个初始值RTC 实时时钟会在系统开机启动时读取一次目的是用于对系统时钟进行初始化这里说的初始化其实指的就是对内核的jiffies 变量进行初始化操作具体如何将读取到的实时时钟换算成jiffies 数值。
所以由此可知操作系统使用jiffies 这个全局变量来记录当前时间当我们需要获取到系统当前时间点时就可以使用jiffies 变量去计算当然并不需要我们手动去计算Linux 系统提供了相应的系统调用或C库函数用于获取当前时间譬如系统调用time()、gettimeofday()其实质上就是通过jiffies 变量换算得到。
获取时间time/gettimeofday
(1)time 函数 系统调用time()用于获取当前时间以秒为单位返回得到的值是自1970-01-01 00:00:00 0000 (UTC)以来的秒数函数原型如下所示
#include time.htime_t time(time_t *tloc);tloc如果tloc 参数不是NULL则返回值也存储在tloc 指向的内存中。 返回值成功则返回自1970-01-01 00:00:00 0000 (UTC)以来的时间值以秒为单位失败则返回-1并会设置errno。
time 函数获取得到的是一个时间段也就是从1970-01-01 00:00:00 0000 (UTC)到现在这段时间所经过的秒数所以你要计算现在这个时间点只需要使用time()得到的秒数加1970-01-01 00:00:00即可当然这并不需要我们手动去计算可以直接使用相关系统调用或C 库函数来得到当前时间后面介绍。
自1970-01-01 00:00:00 0000 (UTC)以来经过的总秒数我们把这个称之为日历时间或time_t 时间。
测试 使用系统调用time()获取自1970-01-01 00:00:00 0000 (UTC)以来的时间值
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include time.h
int main(void)
{time_t t;t time(NULL);if (-1 t) {perror(time error);exit(-1);}printf(时间值: %ld\n, t);exit(0);
}运行结果
(2)gettimeofday 函数 time()获取到的时间只能精确到秒gettimeofday()函数提供微秒级时间精度函数原型如下
#include sys/time.hint gettimeofday(struct timeval *tv, struct timezone *tz);tv参数tv 是一个struct timeval 结构体指针变量struct timeval 结构体在前面章节内容中已经给大家介绍过具体参考示例代码5.6.3。
tz参数tz 是个历史产物早期实现用其来获取系统的时区信息目前已遭废弃在调用gettimeofday()函数时应将参数tz 设置为NULL。
返回值成功返回0失败将返回-1并设置errno。
获取得到的时间值存储在参数tv 所指向的struct timeval 结构体变量中该结构体包含了两个成员变量tv_sec 和tv_usec分别用于表示秒和微秒所以获取得到的时间值就是tv_sec秒tv_usec微秒同样获取得到的秒数与time()函数一样也是自1970-01-01 00:00:00 0000 (UTC)到现在这段时间所经过的秒数也就是日历时间所以由此可知time()返回得到的值和函数gettimeofday()所返回的tv 参数中tv_sec 字段的数值相同。
测试
使用gettimeofday 获取自1970-01-01 00:00:00 0000 (UTC)以来的时间值
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include sys/time.hint main(void)
{struct timeval tval;int ret;ret gettimeofday(tval, NULL);if (-1 ret) {perror(gettimeofday error);exit(-1);}printf(时间值: %ld 秒%ld 微秒\n, tval.tv_sec, tval.tv_usec);exit(0);
}运行结果
时间转换函数
通过time()或gettimeofday()函数可以获取到当前时间点相对于1970-01-01 00:00:00 0000 (UTC)这个时间点所经过时间日历时间所以获取得到的是一个时间段的长度但是这并不利于我们查看当前时间这个结果对于我们来说非常不友好那么本小节将向大家介绍一些系统调用或C 库函数通过这些API 可以将time()或gettimeofday()函数获取到的秒数转换为利于查看和理解的形式。
(1)ctime 函数 ctime()是一个C 库函数可以将日历时间转换为可打印输出的字符串形式ctime()函数原型如下所示
#include time.hchar *ctime(const time_t *timep);
char *ctime_r(const time_t *timep, char *buf);timeptime_t 时间变量指针。 返回值成功将返回一个char *类型指针指向转换后得到的字符串失败将返回NULL。
所以由此可知使用ctime 函数非常简单只需将time_t 时间变量的指针传入即可调用成功便可返回字符串指针拿到字符串指针之后可以使用printf 将其打印输出。但是ctime()是一个不可重入函数存在一些安全上面的隐患ctime_r()是ctime()的可重入版本一般推荐大家使用可重入函数ctime_r()可重入函数ctime_r()多了一个参数buf也就是缓冲区首地址所以ctime_r()函数需要调用者提供用于存放字符串的缓冲区。 Tips关于可重入函数与不可重入函数将会在后面章节内容中进行介绍这里暂时先不去管这个问题在Linux 系统中有一些系统调用或C库函数提供了可重入版本与不可重入版本的函数接口可重入版本函数所对应的函数名一般都会有一个 _r 后缀来表明它是一个可重入函数。 ctime 或ctime_r转换得到的时间是计算机所在地对应的本地时间譬如在中国对应的便是北京时间并不是UTC时间接下来编写一段简单地代码进行测试。 测试
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include time.hint main(void)
{char tm_str[100] {0};time_t tm;/* 获取时间*/tm time(NULL);if (-1 tm) {perror(time error);exit(-1);}/* 将时间转换为字符串形式*/ctime_r(tm, tm_str);/* 打印输出*/printf(当前时间: %s, tm_str);exit(0);
}运行结果 从图中可知打印出来的时间为Mon Feb 22 17:10:46 2021Mon 表示星期一这是一个英文单词的缩写Feb 表示二月份这也是一个英文单词的缩写22 表示22 日所以整个打印信息显示的时间就是2021年2 月22 日星期一17 点10 分46 秒。
(2)localtime 函数 localtime()函数可以把time()或gettimeofday()得到的秒数time_t 时间或日历时间变成一个struct tm结构体所表示的时间该时间对应的是本地时间。localtime 函数原型如下
#include time.hstruct tm *localtime(const time_t *timep);
struct tm *localtime_r(const time_t *timep, struct tm *result);函数参数和返回值含义如下 timep需要进行转换的time_t 时间变量对应的指针可通过time()或gettimeofday()获取得到。 result是一个struct tm 结构体类型指针稍后给大家介绍struct tm 结构体参数result 是可重入函数 localtime_r()需要额外提供的参数。 返回值对于不可重入版本localtime()来说成功则返回一个有效的struct tm 结构体指针而对于可重入版本localtime_r()来说成功执行情况下返回值将会等于参数result失败则返回NULL。
使用不可重入函数localtime()并不需要调用者提供struct tm 变量而是它会直接返回出来一个struct tm结构体指针然后直接通过该指针访问里边的成员变量即可虽然很方便但是存在一些安全隐患所以一般不推荐使用不可重入版本。
使用可重入版本localtime_r()调用者需要自己定义struct tm 结构体变量、并将该变量指针赋值给参数result在函数内部会对该结构体变量进行赋值操作。 struct tm 结构体如下所示
struct tm {int tm_sec; /* 秒(0-60) */int tm_min; /* 分(0-59) */int tm_hour; /* 时(0-23) */int tm_mday; /* 日(1-31) */int tm_mon; /* 月(0-11) */int tm_year; /* 年(这个值表示的是自1900 年到现在经过的年数) */int tm_wday; /* 星期(0-6, 星期日Sunday 0、星期一1…) */int tm_yday; /* 一年里的第几天(0-365, 1 Jan 0) */int tm_isdst; /* 夏令时*/
};从struct tm 结构体内容可知该结构体中包含了年月日时分秒星期等信息使用localtime/localtime_r()便可以将time_t 时间总秒数分解成了各个独立的时间信息易于我们查看和理解。
测试
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include time.hint main(void)
{struct tm t;time_t sec;/* 获取时间*/sec time(NULL);if (-1 sec) {perror(time error);exit(-1);}/* 转换得到本地时间*/localtime_r(sec, t);/* 打印输出*/printf(当前时间: %d 年%d 月%d 日%d:%d:%d\n,t.tm_year 1900, t.tm_mon, t.tm_mday,t.tm_hour, t.tm_min, t.tm_sec);exit(0);
}运行结果 (3)gmtime 函数 gmtime()函数也可以把time_t 时间变成一个struct tm 结构体所表示的时间与localtime()所不同的是gmtime()函数所得到的是UTC 国际标准时间并不是计算机的本地时间这是它们之间的唯一区别。gmtime()函数原型如下所示
#include time.hstruct tm *gmtime(const time_t *timep);
struct tm *gmtime_r(const time_t *timep, struct tm *result);gmtime_r()是gmtime()的可重入版本同样也是推荐大家使用可重入版本函数gmtime_r。关于该函数的参数和返回值这里便不再介绍与localtime()是一样的。
测试 使用localtime 获取本地时间、使用gmtime 获取UTC 国际标准时间并进行对比
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include time.hint main(void)
{struct tm local_t;struct tm utc_t;time_t sec;/* 获取时间*/sec time(NULL);if (-1 sec) {perror(time error);exit(-1);}/* 转换得到本地时间*/localtime_r(sec, local_t);/* 转换得到国际标准时间*/gmtime_r(sec, utc_t);/* 打印输出*/printf(本地时间: %d 年%d 月%d 日%d:%d:%d\n,local_t.tm_year 1900, local_t.tm_mon, local_t.tm_mday,local_t.tm_hour, local_t.tm_min, local_t.tm_sec);printf(UTC 时间: %d 年%d 月%d 日%d:%d:%d\n,utc_t.tm_year 1900, utc_t.tm_mon, utc_t.tm_mday,utc_t.tm_hour, utc_t.tm_min, utc_t.tm_sec);exit(0);
}运行结果 从打印结果可知本地时间与UTC 时间国际标准时间相差8 个小时因为笔者使用的计算机其对应的本地时间指的便是北京时间而北京时间要早于国际标准时间8 个小时东八区。 (4)mktime 函数 mktime()函数与localtime()函数相反mktime()可以将使用struct tm 结构体表示的分解时间转换为time_t时间日历时间同样这也是一个C 库函数其函数原型如下所示
#include time.htime_t mktime(struct tm *tm);tm需要进行转换的struct tm 结构体变量对应的指针。 返回值成功返回转换得到time_t 时间值失败返回-1。
测试
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include time.hint main(void)
{struct tm local_t;time_t sec;/* 获取时间*/sec time(NULL);if (-1 sec) {perror(time error);exit(-1);}printf(获取得到的秒数: %ld\n, sec);localtime_r(sec, local_t);printf(转换得到的秒数: %ld\n, mktime(local_t));exit(0);
}运行结果 (5)asctime 函数 asctime()函数与ctime()函数的作用一样也可将时间转换为可打印输出的字符串形式与ctime()函数的区别在于ctime()是将time_t 时间转换为固定格式字符串、而asctime()则是将struct tm 表示的分解时间转换为固定格式的字符串。asctime()函数原型如下所示
#include time.hchar *asctime(const struct tm *tm);
char *asctime_r(const struct tm *tm, char *buf);tm需要进行转换的struct tm 表示的时间。 buf可重入版本函数asctime_r 需要额外提供的参数buf指向一个缓冲区用于存放转换得到的字符串。 返回值转换失败将返回NULL成功将返回一个char *类型指针指向转换后得到的时间字符串对于asctime_r 函数来说返回值就等于参数buf。
测试
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include time.hint main(void)
{struct tm local_t;char tm_str[100] {0};time_t sec;/* 获取时间*/sec time(NULL);if (-1 sec) {perror(time error);exit(-1);}localtime_r(sec, local_t);asctime_r(local_t, tm_str);printf(本地时间: %s, tm_str);exit(0);
}运行结果
(6)strftime 函数
除了asctime()函数之外这里再给大家介绍一个C 库函数strftime()此函数也可以将一个struct tm 变量表示的分解时间转换为为格式化字符串并且在功能上比asctime()和ctime()更加强大它可以根据自己的喜好自定义时间的显示格式而asctime()和ctime()转换得到的字符串时间格式的固定的。
strftime()函数原型如下所示
#include time.hsize_t strftime(char *s, size_t max, const char *format, const struct tm *tm);s指向一个缓存区的指针该缓冲区用于存放生成的字符串。 max字符串的最大字节数。 format这是一个用字符串表示的字段包含了普通字符和特殊格式说明符可以是这两种字符的任意组合。特殊格式说明符将会被替换为struct tm 结构体对象所指时间的相应值这些特殊格式说明符如下 strftime 函数的特殊格式说明符还是比较多的不用去记它需要用的时候再去查即可 通过上表可知譬如我要想输出2021-01-14 16:30:25 January Thursday这样一种形式表示的时间日期那么就可以这样来设置format 参数
%Y-%m-%d %H:%M:%S%p %B %Atm指向struct tm 结构体对象的指针。 返回值如果转换得到的目标字符串不超过最大字节数也就是max则返回放置到s 数组中的字节数如果超过了最大字节数则返回0。 测试
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include time.hint main(void)
{struct tm local_t;char tm_str[100] {0};time_t sec;/* 获取时间*/sec time(NULL);if (-1 sec) {perror(time error);exit(-1);}localtime_r(sec, local_t);strftime(tm_str, sizeof(tm_str), %Y-%m-%d %A %H:%M:%S, local_t);printf(本地时间: %s\n, tm_str);exit(0);
}运行结果
设置时间settimeofday
使用settimeofday()函数可以设置时间也就是设置系统的本地时间函数原型如下所示
#include sys/time.hint settimeofday(const struct timeval *tv, const struct timezone *tz);tv参数tv 是一个struct timeval 结构体指针变量struct timeval 结构体在前面章节内容中已经给大家介绍了需要设置的时间便通过参数tv 指向的struct timeval 结构体变量传递进去。 tz参数tz 是个历史产物早期实现用其来设置系统的时区信息目前已遭废弃在调用settimeofday()函数时应将参数tz 设置为NULL。 返回值成功返回0失败将返回-1并设置errno。
使用settimeofday 设置系统时间时内核会进行权限检查只有超级用户root才可以设置系统时间普通用户将无操作权限。
总结
本小节给大家介绍了时间相关的基本概念譬如GMT 时间、UTC 时间以及全球24 个时区的划分等并且给大家介绍了Linux 系统下常用的时间相关的系统调用和库函数主要有9 个time/ctime/localtime/gmtime/mktime/asctime/strftime/gettimeofday/settimeofday对这些函数的功能、作用总结如下 进程时间
进程时间指的是进程从创建后也就是程序运行后到目前为止这段时间内使用CPU 资源的时间总数出于记录的目的内核把CPU 时间进程时间分为以下两个部分 ⚫ 用户CPU 时间进程在用户空间用户态下运行所花费的CPU 时间。有时也成为虚拟时间virtualtime。 ⚫ 系统CPU 时间进程在内核空间内核态下运行所花费的CPU 时间。这是内核执行系统调用或代表进程执行的其它任务譬如服务页错误所花费的时间。 一般来说进程时间指的是用户CPU 时间和系统CPU 时间的总和也就是总的CPU 时间。 Tips进程时间不等于程序的整个生命周期所消耗的时间如果进程一直处于休眠状态进程被挂起、不会得到系统调度那么它并不会使用CPU 资源所以休眠的这段时间并不计算在进程时间中。
times 函数
times()函数用于获取当前进程时间其函数原型如下所示
#include sys/times.hclock_t times(struct tms *buf);buftimes()会将当前进程时间信息存在一个struct tms 结构体数据中所以我们需要提供struct tms 变量使用参数buf 指向该变量关于struct tms 结构体稍后给大家介绍。
返回值返回值类型为clock_t实质是long 类型调用成功情况下将返回从过去任意的一个时间点譬如系统启动时间所经过的时钟滴答数其实就是系统节拍数将(节拍数/ 节拍率)便可得到秒数返回值可能会超过clock_t 所能表示的范围溢出调用失败返回-1并设置errno。
如果我们想查看程序运行到某一个位置时的进程时间或者计算出程序中的某一段代码执行过程所花费的进程时间都可以使用times()函数来实现。
struct tms 结构体内容如下所示
struct tms {clock_t tms_utime; /* user time, 进程的用户CPU 时间, tms_utime 个系统节拍数*/clock_t tms_stime; /* system time, 进程的系统CPU 时间, tms_stime 个系统节拍数*/clock_t tms_cutime; /* user time of children, 已死掉子进程的tms_utime tms_cutime 时间总和*/clock_t tms_cstime; /* system time of children, 已死掉子进程的tms_stime tms_cstime 时间总和*/
};测试 以下我们演示了通过times()来计算程序中某一段代码执行所耗费的进程时间和总的时间测试程序如下所示
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include sys/times.h
#include unistd.hint main(int argc, char *argv[])
{struct tms t_buf_start;struct tms t_buf_end;clock_t t_start;clock_t t_end;long tck;int i, j;/* 获取系统的节拍率*/tck sysconf(_SC_CLK_TCK);/* 开始时间*/t_start times(t_buf_start);if (-1 t_start) {perror(times error);exit(-1);}/* *****需要进行测试的代码段***** */for (i 0; i 20000; i)for (j 0; j 20000; j);sleep(1); //休眠挂起/* *************end************** *//* 结束时间*/t_end times(t_buf_end);if (-1 t_end) {perror(times error);exit(-1);}/* 打印时间*/printf(时间总和: %f 秒\n, (t_end - t_start) / (double)tck);printf(用户CPU 时间: %f 秒\n, (t_buf_end.tms_utime - t_buf_start.tms_utime) / (double)tck);printf(系统CPU 时间: %f 秒\n, (t_buf_end.tms_stime - t_buf_start.tms_stime) / (double)tck);exit(0);
}首先笔者先对测试程序做一个简单地介绍程序中使用sysconf(_SC_CLK_TCK)获取到系统节拍率程序还使用了一个库函数sleep()该函数也是本章将要向大家介绍的函数具体参考7.5.1 小节中的介绍。
示例代码7.3.2 中对如下代码段进行了测试
for (i 0; i 20000; i)for (j 0; j 20000; j);
sleep(1); //休眠挂起接下来编译运行测试结果如下 可以看到用户CPU 时间为1.9 秒系统CPU 时间为0 秒也就是说测试的这段代码并没有进入内核态运行所以总的进程时间 用户CPU 时间 系统CPU 时间 1.9 秒。
图7.3.1 中显示的时间总和并不是总的进程时间前面也给大家解释过这个时间总和指的是从起点到终点锁经过的时间并不是进程时间这里大家要理解。时间总和包括了进程处于休眠状态时消耗的时间sleep 等会让进程挂起、进入休眠状态可以发现时间总和比进程时间多1 秒其实这一秒就是进程处于休眠状态的时间。
clock 函数
库函数clock()提供了一个更为简单的方式用于进程时间它的返回值描述了进程使用的总的CPU 时间也就是进程时间包括用户CPU 时间和系统CPU 时间其函数原型如下所示
#include time.hclock_t clock(void);无参数。 返回值返回值是到目前为止程序的进程时间为clock_t 类型注意clock()的返回值并不是系统节拍数如果想要获得秒数请除以CLOCKS_PER_SEC这是一个宏。如果返回的进程时间不可用或其值无法表示则该返回值是-1。 clock()函数虽然可以很方便的获取总的进程时间但并不能获取到单独的用户CPU 时间和系统CPU 时间在实际编程当中根据自己的需要选择。
测试 对示例代码7.3.2 进行简单地修改使用clock()获取到待测试代码段所消耗的进程时间如下
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include time.hint main(int argc, char *argv[])
{clock_t t_start;clock_t t_end;int i, j;/* 开始时间*/t_start clock();if (-1 t_start)exit(-1);/* *****需要进行测试的代码段***** */for (i 0; i 20000; i)for (j 0; j 20000; j);/* *************end************** *//* 结束时间*/t_end clock();if (-1 t_end)exit(-1);/* 打印时间*/printf(总的CPU 时间: %f\n, (t_end - t_start) / (double)CLOCKS_PER_SEC);exit(0);
}运行结果
产生随机数
随机数与伪随机数 随机数是随机出现没有任何规律的一组数列。在我们编程当中是没有办法获得真正意义上的随机数列的这是一种理想的情况在我们的程序当中想要使用随机数列只能通过算法得到一个伪随机数序列那在编程当中说到的随机数基本都是指伪随机数。
C 语言函数库中提供了很多函数用于产生伪随机数其中最常用的是通过rand()和srand()产生随机数本小节就以这两个函数为例向大家介绍如何在我们的程序中获得随机数列。
rand 函数 rand()函数用于获取随机数多次调用rand()可得到一组随机数序列其函数原型如下
#include stdlib.hint rand(void);返回值返回一个介于0 到RAND_MAX包含之间的值也就是数学上的[0, RAND_MAX]。 程度当中调用rand()可以得到[0, RAND_MAX]之间的伪随机数多次调用rand()便可以生成一组伪随机树序列但是这里有个问题就是每一次运行程序所得到的随机数序列都是相同的那如何使得每一次启动应用程序所得到的随机数序列是不一样的呢那就通过设置不同的随机数种子可通过srand()设置随机数种子。 如果没有调用srand()设置随机数种子的情况下rand()会将1 作为随机数种子如果随机数种子相同那么每一次启动应用程序所得到的随机数序列就是一样的所以每次启动应用程序需要设置不同的随机数种子这样就可以使得程序每次运行所得到随机数序列不同。
srand 函数 使用srand()函数为rand()设置随机数种子其函数原型如下所示
#include stdlib.hvoid srand(unsigned int seed);seed指定一个随机数中int 类型的数据一般尝尝将当前时间作为随机数种子赋值给参数seed譬如time(NULL)因为每次启动应用程序时间上是一样的所以就能够使得程序中设置的随机数种子在每次启动程序时是不一样的。 返回值void 常用的用法srand(time(NULL));
测试 使用rand()和srand()产生一组伪随机数数值范围为[0~100]将其打印出来
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include time.hint main(int argc, char *argv[])
{int random_number_arr[8];int count;/* 设置随机数种子*/srand(time(NULL));/* 生成伪随机数*/for (count 0; count 8; count)random_number_arr[count] rand() % 100;/* 打印随机数数组*/printf([);for (count 0; count 8; count) {printf(%d, random_number_arr[count]);if (count ! 8 - 1)printf(, );}printf(]\n);exit(0);
}运行结果 从图中可以发现每一次得到的[0~100]之间的随机数数组都是不同的数组不同不是产生的随机数不同因为程序中将rand()的随机数种子设置为srand(time(NULL))直接等于time_t 时间值意味着每次启动种子都不一样所以能够产生不同的随机数数组。
本小节关于在Linux 下使用随机数就给大家介绍这么多产生随机数的API 函数并不仅仅只有这些除此之外譬如还有random()、srandom()、initstate()、setstate()等这里便不再给大家一一介绍了在我们使用man 手册查看系统调用或C 库函数帮助信息时在帮助信息页面SEE ALSO 栏会列举出与本函数有关联的一些命令、系统调用或C 库函数等如下所示譬如执行man 3 srand 查看
休眠(延时)
有时需要将进程暂停或休眠一段时间进入休眠状态之后程序将暂停运行直到休眠结束。常用的系统调用和C 库函数有sleep()、usleep()以及nanosleep()这些函数在应用程序当中通常作为延时使用譬如延时1 秒钟本小节将一一介绍。
秒级休眠: sleep
sleep()是一个C 库函数从函数名字面意思便可以知道该函数的作用了简单地说sleep()就是让程序“休息”一会然后再继续工作。其函数原型如下所示
#include unistd.hunsigned int sleep(unsigned int seconds);seconds休眠时长以秒为单位。 返回值如果休眠时长为参数seconds 所指定的秒数则返回0若被信号中断则返回剩余的秒数。 sleep()是一个秒级别休眠函数程序在休眠过程中是可以被其它信号所打断的关于信号这些内容将会在后面章节向大家介绍。
测试 编写一个简单地程序调用sleep()函数让程序暂停运行休眠3 秒钟。
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include unistd.hint main(void)
{puts(Sleep Start!);/* 让程序休眠3 秒钟*/sleep(3);puts(Sleep End!);exit(0);
}运行结果
微秒级休眠: usleep
usleep()同样也是一个C 库函数与sleep()的区别在于休眠时长精度不同usleep()支持微秒级程序休眠其函数原型如下所示
#include unistd.hint usleep(useconds_t usec);函数参数和返回值含义如下 usec休眠时长以微秒为单位。 返回值成功返回0失败返回-1并设置errno。
测试 使用usleep()函数让程序休眠3 秒钟。
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include unistd.hint main(void)
{puts(Sleep Start!);/* 让程序休眠3 秒钟(3*1000*1000 微秒) */usleep(3 * 1000 * 1000);puts(Sleep End!);exit(0);
}运行结果
高精度休眠: nanosleep
nanosleep()与sleep()以及usleep()类似都用于程序休眠但nanosleep()具有更高精度来设置休眠时间长度支持纳秒级时长设置。与sleep()、usleep()不同的是nanosleep()是一个Linux 系统调用其函数原型如下所示
#include time.hint nanosleep(const struct timespec *req, struct timespec *rem);req一个struct timespec 结构体指针指向一个struct timespec 变量用于设置休眠时间长度可精确到纳秒级别。 rem也是一个struct timespec 结构体指针指向一个struct timespec 变量也可设置NULL。 返回值在成功休眠达到请求的时间间隔后nanosleep()返回0如果中途被信号中断或遇到错误则返回-1并将剩余时间记录在参数rem 指向的struct timespec 结构体变量中参数rem 不为NULL 的情况下如果为NULL 表示不接收剩余时间还会设置errno 标识错误类型。 在5.2.3 小节中介绍了struct timespec 结构体该结构体包含了两个成员变量秒tv_sec和纳秒tv_nsec具体定义可参考示例代码5.2.2。
测试
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include time.hint main(void)
{struct timespec request_t;puts(Sleep Start!);/* 让程序休眠3 秒钟*/request_t.tv_sec 3;request_t.tv_nsec 0;nanosleep(request_t, NULL);puts(Sleep End!);exit(0);
}运行结果 前面说到在应用程序当中通常使用这些函数作为延时功能譬如在程序当中需要延时一秒钟、延时5 毫秒等应用场景时那么就可以使用这些函数来实现但是大家需要注意休眠状态下该进程会失去CPU使用权退出系统调度队列直到休眠结束。在一个裸机程序当中通常使用for 循环或双重for 循环语句来实现延时等待譬如在for 循环当中执行nop 空指令也就意味着即使在延时等待情况下CPU 也是一直都在工作由此可知应用程序当中使用休眠用作延时功能并不是裸机程序中的nop 空指令延时一旦执行sleep()进程便主动交出CPU 使用权暂时退出系统调度队列在休眠结束前该进程的指令将得不到执行。
申请堆内存
在操作系统下内存资源是由操作系统进行管理、分配的当应用程序想要内存时这里指的是堆内存可以向操作系统申请内存然后使用内存当不再需要时将申请的内存释放、归还给操作系统在许多的应用程序当中往往都会有这种需求譬如为一些数据结构动态分配/释放内存空间本小节向大家介绍应用程序如何向操作系统申请堆内存。
在堆上分配内存malloc 和free
Linux C 程序当中一般使用malloc()函数为程序分配一段堆内存而使用free()函数来释放这段内存先来看下malloc()函数原型如下所示
#include stdlib.hvoid *malloc(size_t size);size需要分配的内存大小以字节为单位。 返回值返回值为void *类型如果申请分配内存成功将返回一个指向该段内存的指针void *并不是说没有返回值或者返回空指针而是返回的指针类型未知,所以在调用malloc()时通常需要进行强制类型转换将void *指针类型转换成我们希望的类型如果分配内存失败譬如系统堆内存不足将返回NULL如果参数size 为0返回值也是NULL。
malloc()在堆区分配一块指定大小的内存空间用来存放数据。这块内存空间在函数执行完成后不会被初始化它们的值是未知的所以通常需要程序员对malloc()分配的堆内存进行初始化操作。 在堆上分配的内存需要开发者自己手动释放掉通常使用free()函数释放堆内存free()函数原型如下所示
#include stdlib.hvoid free(void *ptr);ptr指向需要被释放的堆内存对应的指针。 返回值无返回值。 测试
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include string.h
#define MALLOC_MEM_SIZE (1 * 1024 * 1024)int main(int argc, char *argv[])
{char *base NULL;/* 申请堆内存*/base (char *)malloc(MALLOC_MEM_SIZE);if (NULL base) {printf(malloc error\n);exit(-1);}/* 初始化申请到的堆内存*/memset(base, 0x0, MALLOC_MEM_SIZE);/* 使用内存*//* ...... *//* 释放内存*/free(base);exit(0);
}调用free()还是不调用free()
在学习文件IO 基础章节内容时曾向大家介绍过Linux 系统中当一个进程终止时内核会自动关闭它没有关闭的所有文件该进程打开的文件但是在进程终止时未调用close()关闭它。同样对于内存来说也是如此当进程终止时内核会将其占用的所有内存都返还给操作系统这包括在堆内存中由malloc()函数所分配的内存空间。基于内存的这一自动释放机制很多应用程序通常会省略对free()函数的调用。
这在程序中分配了多块内存的情况下可能会特别有用因为加入多次对free()的调用不但会消耗品大量的CPU 时间而且可能会使代码趋于复杂。
虽然依靠终止进程来自动释放内存对大多数程序来说是可以接受的但最好能够在程序中显式调用free()释放内存
首先其一显式调用free()能使程序具有更好的可读性和可维护性其二对于很多程序来说申请的内存并不是在程序的生命周期中一直需要大多数情况下都是根据代码需求动态申请、释放的如果申请的内存对程序来说已经不再需要了那么就已经把它释放、归还给操作系统如果持续占用将会导致内存泄漏也就是人们常说的“你的程序在吃内存”
在堆上分配内存的其它方法
除了malloc()外C 函数库中还提供了一系列在堆上分配内存的其它函数本小节将逐一介绍。
用calloc()分配内存 calloc()函数用来动态地分配内存空间并初始化为0其函数原型如下所示
#include stdlib.hvoid *calloc(size_t nmemb, size_t size);calloc()在堆中动态地分配nmemb 个长度为size 的连续空间并将每一个字节都初始化为0。所以它的结果是分配了nmemb * size 个字节长度的内存空间并且每个字节的值都是0。 返回值分配成功返回指向该内存的地址失败则返回NULL。 calloc()与malloc()的一个重要区别是calloc()在动态分配完内存后自动初始化该内存空间为零而malloc()不初始化里边数据是未知的垃圾数据。下面的两种写法是等价的
// calloc()分配内存空间并初始化
char *buf1 (char *)calloc(10, 2);
// malloc()分配内存空间并用memset()初始化
char *buf2 (char *)malloc(10 * 2);
memset(buf2, 0, 20);测试 编写测试代码将用户输入的一组数字存放到堆内存中并打印出来。
#include stdio.h
#include stdlib.hint main(int argc, char *argv[])
{int *base NULL;int i;/* 校验传参*/if (2 argc)exit(-1);/* 使用calloc 申请内存*/base (int *)calloc(argc - 1, sizeof(int));if (NULL base) {printf(calloc error\n);exit(-1);}/* 将字符串转为int 型数据存放在base 指向的内存中*/for (i 0; i argc - 1; i)base[i] atoi(argv[i1]);/* 打印base 数组中的数据*/printf(你输入的数据是: );for (i 0; i argc - 1; i)printf(%d , base[i]);putchar(\n);/* 释放内存*/free(base);exit(0);
}运行结果
分配对齐内存
C 函数库中还提供了一系列在堆上分配对齐内存的函数对齐内存在某些应用场合非常有必要常用于分配对其内存的库函数有posix_memalign()、aligned_alloc()、memalign()、valloc()、pvalloc()它们的函数原型如下所示
#include stdlib.hint posix_memalign(void **memptr, size_t alignment, size_t size);
void *aligned_alloc(size_t alignment, size_t size);
void *valloc(size_t size);#include malloc.h
void *memalign(size_t alignment, size_t size);
void *pvalloc(size_t size);使用posix_memalign()、aligned_alloc()、valloc()这三个函数时需要包含头文件stdlib.h而使用memalign()、pvalloc()这两个函数时需要包含头文件malloc.h。前面介绍的malloc()、calloc()分配内存返回的地址其实也是对齐的但是它俩的对齐都是固定的并且对其的字节边界比较小譬如在32 位系统中通常是以8 字节为边界进行对其在64 位系统中是以16 字节进行对其。如果想实现更大字节的对齐则需要使用本小节介绍的函数。
posix_memalign()函数
posix_memalign()函数用于在堆上分配size 个字节大小的对齐内存空间将 * memptr 指向分配的空间分配的内存地址将是参数alignment 的整数倍。参数 alignment 表示对齐字节数alignment 必须是2 的幂次方譬如2 ^ 4、2 ^ 5、2 ^ 8 等同时也要是sizeof( void * )的整数倍对于32 位系统来说sizeof(void *)等于 4如果是64 位系统sizeof(void *)等于8。
函数参数和返回值含义如下 memptrvoid ** 类型的指针内存申请成功后会将分配的内存地址存放在* memptr 中。 alignment设置内存对其的字节数alignment 必须是2 的幂次方譬如2^ 4、2 ^ 5、2 ^ 8 等同时也要是 sizeof( void *)的整数倍。 size设置分配的内存大小以字节为单位如果参数size 等于0那么 * memptr 中的值是NULL。 返回值成功将返回0失败返回非0 值。 示例代码
#include stdio.h
#include stdlib.hint main(int argc, char *argv[])
{int *base NULL;int ret;/* 申请内存: 256 字节对齐*/ret posix_memalign((void **)base, 256, 1024);if (0 ! ret) {printf(posix_memalign error\n);exit(-1);}/* 使用内存*/// base[0] 0;// base[1] 1;// base[2] 2;// base[3] 3;/* 释放内存*/free(base);exit(0);
}aligned_alloc()函数 aligned_alloc()函数用于分配size 个字节大小的内存空间返回指向该空间的指针。 函数参数和返回值含义如下 alignment用于设置对齐字节大小alignment 必须是2 的幂次方譬如2 ^ 4、2 ^ 5、2 ^ 8 等。 size设置分配的内存大小以字节为单位。参数size 必须是参数alignment 的整数倍。 返回值成功将返回内存空间的指针内存空间的起始地址是参数alignment 的整数倍失败返回NULL。 使用示例
#include stdio.h
#include stdlib.hint main(int argc, char *argv[])
{int *base NULL;/* 申请内存: 256 字节对齐*/base (int *)aligned_alloc(256, 256 * 4);if (base NULL) {printf(aligned_alloc error\n);exit(-1);}/* 使用内存*/// base[0] 0;// base[1] 1;// base[2] 2;// base[3] 3;/* 释放内存*/free(base);exit(0);
}memalign()函数 memalign()与aligned_alloc()参数是一样的它们之间的区别在于对于参数size 必须是参数alignment的整数倍这个限制条件memalign()并没有这个限制条件。 Tipsmemalign()函数已经过时了并不提倡使用 使用示例
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include malloc.hint main(int argc, char *argv[])
{int *base NULL;/* 申请内存: 256 字节对齐*/base (int *)memalign(256, 1024);if (base NULL) {printf(memalign error\n);exit(-1);}/* 使用内存*/// base[0] 0;// base[1] 1;// base[2] 2;// base[3] 3;/* 释放内存*/free(base);exit(0);
}valloc()函数
valloc()分配size 个字节大小的内存空间返回指向该内存空间的指针内存空间的地址是页大小pagesize的倍数。 valloc()与memalign()类似只不过valloc()函数内部实现中使用了页大小作为对齐的长度在程序当中可以通过系统调用getpagesize()来获取内存的页大小。 Tipsvalloc()函数已经过时了并不提倡使用
使用示例
#include stdio.h
#include stdlib.hint main(int argc, char *argv[])
{int *base NULL;/* 申请内存: 1024 个字节*/base (int *)valloc(1024);if (base NULL) {printf(valloc error\n);exit(-1);}/* 使用内存*/// base[0] 0;// base[1] 1;// base[2] 2;// base[3] 3;/* 释放内存*/free(base);exit(0);
}proc 虚拟文件系统
proc文件系统是一个虚拟文件系统它以文件系统的方式为应用层访问系统内核数据提供了接口用户和应用程序可以通过proc文件系统得到系统信息和进程相关信息对proc文件系统的读写作为与内核进行通信的一种手段。但是与普通文件不同的是proc文件系统是动态创建的文件本身并不存在于磁盘当中、只存在于内存当中与devfs一样都被称为虚拟文件系统。
最初构建proc文件系统是为了提供有关系统中进程相关的信息但是由于这个文件系统非常有用因此内核中的很多信息也开始使用它来报告或启用动态运行时配置。内核构建proc虚拟文件系统它会将内核运行时的一些关键数据信息以文件的方式呈现在proc文件系统下的一些特定文件中这样相当于将一些不可见的内核中的数据结构以可视化的方式呈现给应用层。
proc文件系统挂载在系统的/proc目录下对于内核开发者譬如驱动开发工程师来说proc文件系统给了开发者一种调试内核的方法通过查看/proc/xxx文件来获取到内核特定数据结构的值在添加了新功能前后进行对比就可以判断此功能所产生的影响是否合理。
/proc目录下中包含了一些目录和虚拟文件如下所示 可以看到/proc 目录下有很多以数字命名的文件夹譬如100038、2299、98560这些数字对应的其实就是一个一个的进程PID 号每一个进程在内核中都会存在一个编号。
所以这些以数字命名的文件夹中记录了这些进程相关的信息不同的信息通过不同的虚拟文件呈现出来关于这些信息将会在后面章节内容中向大家介绍。
/proc 目录下除了文件夹之外还有很多的虚拟文件譬如buddyinfo、cgroups、cmdline、version 等等不同的文件记录了不同信息关于这些文件记录的信息和意思如下
⚫ cmdline内核启动参数 ⚫ cpuinfoCPU 相关信息 ⚫ iomemIO 设备的内存使用情况 ⚫ interrupts显示被占用的中断号和占用者相关的信息 ⚫ ioportsIO 端口的使用情况 ⚫ kcore系统物理内存映像不可读取 ⚫ loadavg系统平均负载 ⚫ meminfo物理内存和交换分区使用情况 ⚫ modules加载的模块列表 ⚫ mounts挂载的文件系统列表 ⚫ partitions系统识别的分区表 ⚫ swaps交换分区的利用情况 ⚫ version内核版本信息 ⚫ uptime系统运行时间
proc 文件系统的使用
proc 文件系统的使用就是去读取/proc 目录下的这些文件获取文件中记录的信息可以直接使用cat 命令读取也可以在应用程序中调用open()打开、然后再使用read()函数读取。
使用cat 命令读取 在Linux 系统下直接使用cat 命令查看/proc 目录下的虚拟文件譬如cat /proc/version查看内核版本相关信息 使用read()函数读取 编写一个简单地程序使用read()函数读取/proc/version 文件。
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include sys/types.h
#include sys/stat.h
#include fcntl.h
#include unistd.hint main(int argc, char *argv[])
{char buf[512] {0};int fd;int ret;/* 打开文件*/fd open(/proc/version, O_RDONLY);if (-1 fd) {perror(open error);exit(-1);}/* 读取文件*/ret read(fd, buf, sizeof(buf));if (-1 ret) {perror(read error);exit(-1);}/* 打印信息*/puts(buf);/* 关闭文件*/close(fd);exit(0);
}运行结果
