linux C/C++实现同步NTP时间

2018/10/12 17:30
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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) 

 Linux C++中的时间函数(转)

(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 }

 

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