理解时间：硬件时间、系统时间（UTC时间）、本地时间、时区与夏令时

处理和管理时间是计算机科学的重要方面，但也是最复杂和容易混淆的方面之一。本文将详细介绍硬件时间、系统时间（UTC时间）、本地时间、时区和夏令时，希望能帮助读者更好地理解这些概念。

1. 硬件时间（RTC time）

1.1 硬件时间简介

硬件时间，也被称为实时时钟（RTC），是指计算机主板上的一个独立于操作系统的设备，它在电源关闭甚至断电情况下也能保持运行。其功能是记录当前的日期和时间。

1.2 如何使用硬件时间

大部分操作系统在启动时会从RTC读取时间，然后设置系统时间。同样，操作系统也可以将系统时间写回到RTC中。

在Unix和类Unix系统中，hwclock命令可以用来查询和设置RTC时间。例如：

# 查询硬件时间
hwclock --show

# 将系统时间设置为硬件时间
hwclock --systohc

# 将硬件时间设置为系统时间
hwclock --hctosys

在Windows系统中，可以通过日期和时间设置对话框或time命令查询和设置RTC时间。

2. 系统时间（UTC时间）（Universal time）

2.1 系统时间简介

系统时间是计算机内部使用的时间，它通常在启动时从RTC设置，然后由系统时钟进行跟踪。系统时钟是操作系统内核的一部分，可以以毫秒或纳秒级别提供精确时间。

2.2 UTC时间

系统时间通常使用协调世界时（UTC）表示。UTC是一种基于原子时钟的时间标准，全球各地的科学家通过精密测量来维护它。它与格林尼治标准时间（GMT）非常接近，但不受地球自转速度变化的影响。

在Unix和类Unix系统中，date命令可以用来查询和设置系统时间：

# 查询系统时间（UTC）
date -u

# 查询本地时间（由系统时间UTC和时区共同决定）
date

# 设置本地时间（后面那串是本地时间）（设置本地时间会同样设置系统时间，只不过会自动帮你做时区转换）
date -s "2022-01-01 00:00:00"

# 直接设置系统时间（不推荐，一般通过设置本地时间来设置系统时间，因为这样设置你还得把后面那串时间计算一下时区）
date -u -s "2022-01-01 00:00:00"

在Windows系统中，可以通过日期和时间设置对话框或time命令查询和设置系统时间。

3. 本地时间（Local time）

3.1 本地时间简介

本地时间是系统时间经过时区转换后的时间。时区是根据地理位置确定的，全球分为24个时区，每个时区大约代表15度的经度。例如，北京时间是UTC+8，而伦敦时间是UTC+0。

3.2 如何使用本地时间

在Unix和类Unix系统中，date命令默认显示的是本地时间：

# 查询本地时间
date

在Windows系统中，日期和时间设置对话框或time命令默认显示的也是本地时间。

4. 时区（Time zone）

4.1 时区简介

时区是为了方便统一时间而划分的地理区域。全球被划分为24个时区，每个时区大约代表15度的经度。各时区的时间以UTC（协调世界时）为基准，东边的时区比UTC时间晚，西边的时区比UTC时间早。

4.2 如何设置时区

在Unix和类Unix系统中，可以使用tzselect命令选择时区，然后将选定的时区链接到/etc/localtime：

# 选择时区
tzselect

# 设置时区
ln -sf /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai /etc/localtime

在Windows系统中，可以通过日期和时间设置对话框更改时区。

4.3 docker容器中的时区（与宿主机日期时间同步）

Docker容器的默认时区取决于使用的基础镜像。许多常见的基础镜像（例如Debian，Ubuntu等）的默认时区通常是UTC（协调世界时）。这意味着如果没有在创建或运行Docker容器时显式设置一个特定的时区，那么容器内部的时间将按照UTC来显示。

如果希望docker容器中的时区与宿主机保持一致，可以在容器docker run的时候增加以下挂载：

-v /etc/localtime:/etc/localtime:ro \
-v /etc/timezone:/etc/timezone:ro\

• /etc/timezone: 这个文件包含了当前设置的时区信息。比如，如果系统设置为美国东部时区，这个文件的内容可能会是 America/New_York。

• /etc/localtime: 这个文件是当前设定的时区对应的数据文件的复制品或者软链接。这个文件用于提供本地化的日期和时间显示。

这两个文件在系统中扮演着不同的角色，而且都是影响系统时间表现的重要因素。如果希望让Docker容器的时间与宿主机完全一致，那么在运行容器时需要同时挂载这两个文件：

docker run -v /etc/timezone:/etc/timezone:ro -v /etc/localtime:/etc/localtime:ro your_image

只挂载 /etc/timezone 或 /etc/localtime 可能会导致一些问题，比如在处理跨时区的日期和时间时可能出现错误。

默认情况下，Docker容器并不会自动挂载 /etc/localtime 文件。容器是通过宿主机的内核获取物理时间的。

Docker容器虽然在很多方面都与宿主机隔离，但它们共享同一个内核。这意味着，当容器需要获取当前的物理时间（例如，调用 time() 系统调用）时，它会直接从宿主机的内核获取这个信息。这就是为什么即使不挂载 /etc/localtime，容器中的程序仍然能够获取到正确的物理时间。

然而，时区信息并不只是物理时间，它还涉及到逻辑时间的处理，包括日历计算、夏令时调整等等。这些信息是存储在 /etc/timezone 和 /etc/localtime 这两个文件中的。如果希望容器中的程序能够正确地处理这些时区相关的问题，那么需要将这两个文件同时挂载到容器中，缺一不可。

5. 夏令时（Daylight Saving Time）（DST）

5.1 夏令时简介

夏令时是为了利用日照时间而在夏季调整时间的做法。通常情况下，夏令时会在春末将时间提前一小时，然后在秋初再把时间延后一小时。这样可以使人们在夜晚有更多的日光，从而节省电力。

5.2 夏令时地区

夏令时在全球范围内的采用情况并不统一，很多国家或地区都有自己特定的规定。

采用夏令时的地区

1. 欧洲：大部分欧洲国家在每年3月的最后一个星期日开始夏令时，到10月的最后一个星期日结束。这包括英国、法国、德国、西班牙等国。

2. 北美：包括美国（除了亚利桑那州和夏威夷）、加拿大（除了萨斯喀彻温省和一些地方）和墨西哥的一些地区。北美的夏令时从每年3月的第二个星期日开始，到11月的第一个星期日结束。

3. 澳大利亚：只有南澳大利亚州、新南威尔士州、塔斯马尼亚州和维多利亚州实行夏令时，从每年10月的第一个星期日开始，到次年4月的第一个星期日结束。

不采用夏令时的地区：

1. 中国：中国自1991年起就未再实行夏令时。

2. 日本：日本自1952年以来就没有实行夏令时。

3. 印度：印度没有实行夏令时。

4. 亚利桑那州和夏威夷：这两个美国的地区不采用夏令时。

5. 大部分非洲和南美洲国家：除了一些特定的国家或地区，大部分非洲和南美洲的国家都不实行夏令时。

5.3 如何处理夏令时

大多数现代操作系统和编程语言的时间库都可以自动处理夏令时。例如，在Python中，pytz库提供了世界各地的时区数据，并可以自动处理夏令时：

from datetime import datetime
import pytz

# 获取当前的UTC时间
now = datetime.now(pytz.utc)

# 转换为纽约时间（自动处理夏令时）
ny_time = now.astimezone(pytz.timezone('America/New_York'))

print(ny_time)

同样，在Unix和类Unix系统中，只要正确设置了时区，系统就会自动处理夏令时。

6. ubuntu timedatectl命令示例：查看时间相关信息

在ubuntu里，可使用timedatectl查看以上相应概念：

如图，命令结果展示了本地时间（Local time）、系统时间（Universal time）、硬件时间（RTC time）、时区（Time zone）等信息。