linux C/C++實現同步NTP時間

搬磚萌新記錄工作點滴：

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一、時間類型及常用函數

（1）時間類型

本地時間(locale time)
格林威治時間（Greenwich Mean Time GMT）
世界標准時間 （Universal Time Coordinated UTC）

 

GMT、UTC時間，都是以秒數為單位計數，而不是真實世界中的年月日，時分秒時間。

這個時間是從1970年01月01日 0:00:00起到現在經過的秒數，例如運行下面代碼：

#include <time.h> #include <stdio.h>

int main() { time_t timep; //用來存儲從1970年到現在經過了多少秒 time(&timep); //獲取time_t類型的當前時間 printf("%ld\n", timep); 
    printf("%s", ctime(&timep));  return 0; } 

得到：1539332642

通過函數ctime()將其轉換為真實世界時間：Fri Oct 12 16:30:01 2018

 

（2）常用時間函數舉例

因為時區不同的關系，不同函數取得的時間會相差8個小時（北京處於東八區）。簡單舉例：

獲得UTC時間：time()、asctime()、gmtime()... ...

獲得經時區轉換后的時間：ctime()、localtime()... ...

#include <time.h> #include <stdio.h>

int main() { time_t timep; time(&timep); printf("%ld\n", timep); printf("北京時間：%s", ctime(&timep)); printf("UTC時間：%s", asctime(gmtime(&timep))); return 0; } 

更多與時間相關的內容可參考這個博客：c++ 時間類型詳解(time_t和tm) 

　Linux C++中的時間函數（轉）

（3）UTC時間轉換成秒，再轉換成當前時間

#include <time.h>
#include <stdio.h>

/*
struct tm 
{
　　int tm_sec;       /* 秒 – 取值區間為[0,59] */ 
　　int tm_min;       /* 分 - 取值區間為[0,59] */ 
　　int tm_hour;      /* 時 - 取值區間為[0,23] */ 
　　int tm_mday;      /* 一個月中的日期 - 取值區間為[1,31] */ 
　　int tm_mon;       /* 月份（從一月開始，0代表一月） - 取值區間為[0,11] */ 
　　int tm_year;      /* 年份，其值等於實際年份減去1900 */ 
　　int tm_wday;      /* 星期 – 取值區間為[0,6]，其中0代表星期天，1代表星期一 */ 
　　int tm_yday;      /* 從每年1月1日開始的天數– 取值區間[0,365]，其中0代表1月1日 */ 
　　int tm_isdst;     /* 夏令時標識符，夏令時tm_isdst為正；不實行夏令時tm_isdst為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};   // 給定一個UTC時間
　　time_t seektime = utc2seconds(&utc); 　  // 將UTC時間轉化為秒
　　tm_now = localtime(&seektime); 　　　　   // 將秒轉化為當前時間

　　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、實現NTP同步功能

了解了時間概念后，要做的就比較明確了

（1）發送NTP請求報文，從一個NTP服務器獲取到時間

（2）更新系統時間 

 

這里可以參考博客：簡單的NTP客戶端-C語言實現，講解詳細，提供的代碼稍作修改編譯就通過了，很好用。

 

關於我修改的地方：

（1）從一個NTP服務器獲取到時間

我選擇的NTP服務器IP地址：119.28.183.184（百度可以查到國家授時中心IP等）

 

（2）更新系統時間

代碼里的settimeofday(&tv, NULL)函數，是需要root權限的。怎么在普通用戶下實現NTP同步呢，

①命令加程序：

先登錄root用戶設置程序的UID，#chmod u+s 文件名。

然后在更新系統時間部分添加如下代碼

uid_t uid = getuid(); if (setuid(0)) { return -1; } //...
if (setuid(uid)) {   //恢復uid
}

通過上面步驟則該用戶不管在普通用戶還是在root用戶下都能獲取root權限。

 

②不使用命令的情況，完整代碼如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <time.h>
#include<iostream>
#include <unistd.h>
#include <sys/select.h>
 #include<sys/time.h> 
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netdb.h>
#include <errno.h>
#include <endian.h>

#define VERSION_3           3
#define VERSION_4           4

#define MODE_CLIENT         3
#define MODE_SERVER         4
 
#define NTP_LI              0
#define NTP_VN              VERSION_3   
#define NTP_MODE            MODE_CLIENT
#define NTP_STRATUM         0
#define NTP_POLL            4
#define NTP_PRECISION       -6

#define NTP_HLEN            48

#define NTP_PORT            123
#define NTP_SERVER          "182.92.12.11"

#define TIMEOUT             10

#define BUFSIZE             1500

#define JAN_1970            0x83aa7e80

#define NTP_CONV_FRAC32(x)  (uint64_t) ((x) * ((uint64_t)1<<32))    
#define NTP_REVE_FRAC32(x)  ((double) ((double) (x) / ((uint64_t)1<<32)))   

#define NTP_CONV_FRAC16(x)  (uint32_t) ((x) * ((uint32_t)1<<16))    
#define NTP_REVE_FRAC16(x)  ((double)((double) (x) / ((uint32_t)1<<16)))    


#define USEC2FRAC(x)        ((uint32_t) NTP_CONV_FRAC32( (x) / 1000000.0 )) 
#define FRAC2USEC(x)        ((uint32_t) NTP_REVE_FRAC32( (x) * 1000000.0 )) 


#define NTP_LFIXED2DOUBLE(x)    ((double) ( ntohl(((struct l_fixedpt *) (x))->intpart) - JAN_1970 + FRAC2USEC(ntohl(((struct l_fixedpt *) (x))->fracpart)) / 1000000.0 ))   

using namespace std;  53 struct s_fixedpt {  54  uint16_t intpart;  55  uint16_t fracpart;  56 };  57 
struct l_fixedpt {  59  uint32_t intpart;  60  uint32_t fracpart;  61 };  62 

struct ntphdr {  65 #if __BYTE_ORDER == __BID_ENDIAN
    unsigned int    ntp_li:2;  67     unsigned int    ntp_vn:3;  68     unsigned int    ntp_mode:3;  69 #endif
#if __BYTE_ORDER == __LITTLE_ENDIAN
    unsigned int    ntp_mode:3;  72     unsigned int    ntp_vn:3;  73     unsigned int    ntp_li:2;  74 #endif
 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 

in_addr_t inet_host(const char *host)  89 {  90  in_addr_t saddr;  91     struct hostent *hostent;  92 
    if ((saddr = inet_addr(host)) == INADDR_NONE) {  94         if ((hostent = gethostbyname(host)) == NULL)  95             return INADDR_NONE;  96 
        memmove(&saddr, hostent->h_addr, hostent->h_length);  98  }  99 
    return saddr; 101 } 102 

int get_ntp_packet(void *buf, size_t *size)  //構建並發送NTP請求報文
{ 106     struct ntphdr *ntp; 107     struct timeval tv; 108 

    if (!size || *size<NTP_HLEN) 111         return -1; 112 
    memset(buf, 0, *size); 114 
    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 
    gettimeofday(&tv, NULL);  //把目前的時間用tv 結構體返回
    ntp->ntp_transts.intpart = htonl(tv.tv_sec + JAN_1970); 125     ntp->ntp_transts.fracpart = htonl(USEC2FRAC(tv.tv_usec)); 126 
    *size = NTP_HLEN; 128 
    return 0; 130 } 131 


double get_rrt(const struct ntphdr *ntp, const struct timeval *recvtv)  //往返時延
{ 136     double t1, t2, t3, t4; 137 
    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 
    return (t4 - t1) - (t3 - t2); 144 } 145 

double get_offset(const struct ntphdr *ntp, const struct timeval *recvtv)  //偏移量
{ 149     double t1, t2, t3, t4; 150 
    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 
    return ((t2 - t1) + (t3 - t4)) / 2; 157 } 158 



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 
    // if (argc != 2) { 176         // usage(); 177         // exit(-1); 178    

    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     
    if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0) { 185         perror("socket error"); 186         exit(-1); 187  } 188 
    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 

    FD_ZERO(&readfds); 202     FD_SET(sockfd, &readfds); 203     maxfd1 = sockfd + 1; 204 

    timeout.tv_sec = TIMEOUT; 207     timeout.tv_usec = 0; 208     
    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             
            //計算C/S時間偏移量
            gettimeofday(&recvtv, NULL); 220             offset = get_offset((struct ntphdr *) buf, &recvtv); 221             ////更新系統時間

            gettimeofday(&tv, NULL); 224             
            tv.tv_sec += (int) offset +28800; 226             tv.tv_usec += offset - (int) offset; 227             
            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             
            printf("%s \n", ctime((time_t *) &tv.tv_sec)); 233             

 } 236  } 237 
 close(sockfd); 239 
    return 0; 241 }