UNIX 秒、TAI (SI) 秒、闰秒和真实世界代码

Question

我最近阅读了很多关于 UNIX Time 的文章，其中大部分内容不连贯，大部分内容相互矛盾。我正在尝试协调 UNIX 时间（以下简称 UXT）、TAI 和 UTC 之间的转换，为此，我需要正确理解 UXT。问题是，我似乎找不到其他人这样做了。

以下是我通过繁琐研究从无数来源重建的最佳解释。也有哪里不对。 我正在寻找对以下内容的整体分析和逐点验证/反驳。本质上，修复以下内容以使其正常工作。

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1. TAI 是一个单调递增的时间标准。它滴答 SI 秒，并忽略 DST 和闰秒。

2. UTC 与 TAI 相同，但通过整数个闰 SI 秒进行校正（转换为时间字符串将其反映为第 60 秒），以便在天文时间标准 UT1 的 0.9 SI 秒内。

3. UXT 是自 1970-01-01 00:00:00 UTC 以来的UNIX 秒计数。每天总是正好有 86400 秒。然而，UXT 与 UTC 相关。

4. 这怎么可能？嗯，UNIX 秒需要与 SI 秒不同，并且因为闰秒不是完全规则的，UNIX 秒不能是一个明确定义的时间长度。

5. UNIX 规范第4.15 节中从 UTC 到 UXT 的转换将不同的 UTC 时间别名为相同的 UXT 时间戳，从而有效地使 UNIX 秒与 SI 秒相同（UNIX 闰秒除外，它们是两个 SI 秒）。
   
   在实践中，实际发生的情况各不相同。大多数计算机基于远程服务器进行同步，因此它们在同步期间隐式地处理闰秒更新。

6. 所有这一切意味着，虽然每个单独的 UXT 时间戳都可以轻松转换为 UTCgmtime或从 UTC 转换（分别使用或 §4.15），但您无法真正通过算术来找出使用它们的任何内容。特别是，difftime返回 UNIX seconds，所以你不能用它做任何事情，包括将它添加到不同的时间戳，除非你知道所有相关的闰秒在哪里。

我想到目前为止我都明白了。

7. 但是现在我们看看实际的代码，它根本没有做任何这些。我可以理解人们使用测量持续时间difftime并且只是希望它足够好（或者不知道存在问题），但是计时库也是错误的。
   
   作为一个示例，libtai提供了一个转换（tai_now.c:7从UXT如）到TAI： TAI := 4,611,686,018,427,387,914 + UXT。由于 TAI 以 SI 秒为单位，而 UXT 以 UNIX 秒为单位，因此您不能这样做。然而，由于libtai明确处理闰秒，因此这是一个粗心的错误似乎并不合理。
   
   它不是特定于libtai. 你到处都能看到这种事情。

所以：第 1-6 点与第 7 点不一致。也就是说，大量现有代码与其所代表的时间标准相矛盾。 什么地方出了错？

Answer 1

问题是大多数文档不使用可以区分时间尺度而没有歧义句子的词汇。我建议http://www.ucolick.org/~sla/leapsecs/picktwo.html作为对历史使用中存在两种不相关的秒的问题的介绍 - 一种是居民日历日的细分地球，并且是在特定参考系中测量的恒定持续时间。任何跨越 1970 年之前和之后日期的时间库都试图利用这两种秒，最终提供的答案类似于声称提供 arcsin(-2) 的函数——也就是说，有所涉及的复杂性需要仔细解释和定义到底什么是重要的。

Answer 2

出色地 。。。未来的你在这里，写作是为了一种结束的感觉。

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在你写这个问题几年后，但还是在今天之前几年，你写了一个巨大的教程来解决这个问题。它构成了现代时间标准的完整引导，从 TAI 到 UTC 到偏移量和 UXT。

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至于你的问题，看来你确实得到了基本正确的点 1\xe2\x80\x936 。你的第 7 点可以概括为“软件在这方面不可能这么糟糕，对吧？”

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剧透警告：可以。关于 libtai 的特别抱怨不是一个很好的例子\xe2\x80\x94，该库包含闰秒，但只能通过组合适当的函数，而不仅仅是您查看的单个函数。对我们来说，这感觉像是一个巨大的（并且明显令人困惑的）缺陷，即使它最终得到了正确的答案（谁知道它是否正确），但喋喋不休是没有用的，因为这种事情非常常见。不仅大多数软件实际上会出错，而且软件会以不同的、不兼容的方式出错！

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哎呀，基本 UXT 原语的文档time(...)甚至都不清楚。标准 C 文档（参考），（参考），遵循 POSIX 标准（参考）（的一部分），表示它是自纪元以来的秒数。但在 POSIX 标准（参考文献）的其他地方，它不是秒数，而是从纪元开始的秒数，不包括闰秒，这是正确的表征。这个想法是为了让计算变得更简单，但这显然会让计算变得更困难，因为当你在数轴上引入不连续性时，减法不起作用。difftime(...)例如，任何使用 的程序都必然是不正确的。

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这里的关键思维模型是 SI 秒和 UNIX 秒是不同的。这一点在 POSIX 规范的另一个地方最为清楚。（参考）。本节通过日期时间转换将 UXT 与 UTC 挂钩。UTC 包括闰秒，但本节还指定天的长度为 86\xe2\x80\xaf400 秒。我们怎样才能调和这一点呢？关键的认识是，有些 UNIX 秒的长度是 2 SI 秒，有些是 0（显然，绝大多数是 1）。还困惑吗？去阅读教程吧！现实世界的代码如此混乱也就不足为奇了。

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您很遗憾无法引导读者编写代码。您编写了自己的计时库，但它既复杂又强大，而且还没有真正适合生产。

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我想，首先，调用time(...)以获取 UNIX 秒的 POSIX 历元相对计数，减去 220\xe2\x80\xaf924\xe2\x80\xaf790，并添加闰秒（从表中）以获得 TAI- SI 秒的纪元相对计数。反向执行即可返回。（注：TAI 纪元有些含糊不清；我选择了 1977-01-01 00:00:00 TAI（即 1976-12-31 23:59:45 UTC），因为这是一个纪元标准化 TAI、JD _TAI、TCB、TCG、TT 和 TDB （参考）。）

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在 C++20 中，我们将使用std::chrono::tai_clock，纪元为 1958-01-01 00:00:00 TAI（即 1957-12-31 23:59:50 UTC）。希望这是正确的，我们可以把这整个肮脏的事情抛在脑后。

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