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概述
之前写过：
- 单线程版本的高精度时间日志记录小程序：C++编程：实现简单的高精度时间日志记录小程序(单线程)
- 多线程版本的高精度时间日志记录小程序：使用C++实现高精度时间日志记录与时间跳变检测[多线程版本]
- 使用shell实现高精度时间日志记录与时间跳变检测
本文将使用Python脚本实现类似的功能，该Python脚本主要实现以下功能：
- 定时记录时间戳：按照指定的毫秒间隔记录当前系统时间。
- 每1000次打印一次时间戳：在正常情况下，每经过1000次记录后，将当前时间戳写入日志文件，减少日志量。
- 检测时间跳变 ：
- 时间回退：如果当前时间戳小于上一个时间戳，标记为时间跳变。
- 时间跳跃：如果当前时间戳与倒数第二个时间戳之间的实际间隔小于1.5倍的预期间隔，标记为时间跳变。
- 记录跳变前后的时间戳 ：在检测到时间跳变时，记录跳变前的10个时间戳和跳变后的10个时间戳，并在跳变的时间戳上标记
[TIME_JUMP]。 - 日志轮转：当日志文件大小达到指定阈值（默认100MB）时，自动进行日志轮转，避免日志文件过大。
脚本实现
以下是完整的Python脚本代码，随后将逐步解析其实现细节。
python
#!/usr/bin/env python3
import argparse
import time
from datetime import datetime
import os
import sys
from collections import deque
def parse_arguments():
parser = argparse.ArgumentParser(description='Time Jump Detection Script')
parser.add_argument('-i', '--interval', type=int, default=20, help='Set the time interval in milliseconds (default: 20)')
parser.add_argument('-f', '--file', type=str, default='timestamps.txt', help='Set the output filename (default: timestamps.txt)')
parser.add_argument('-t', '--time', type=int, default=7200, help='Set the run time in seconds (default: 7200)')
parser.add_argument('--disable_selective_logging', action='store_true', help='Disable selective logging feature')
return parser.parse_args()
def get_current_time_str():
return datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S.%f')
def get_timestamp_microseconds(time_str):
try:
dt = datetime.strptime(time_str, '%Y-%m-%d %H:%M:%S.%f')
except ValueError:
# Handle cases where microseconds are missing
dt = datetime.strptime(time_str, '%Y-%m-%d %H:%M:%S')
epoch = datetime(1970, 1, 1)
delta = dt - epoch
return int(delta.total_seconds() * 1_000_000)
def rotate_log(filename, max_size):
if os.path.exists(filename):
size = os.path.getsize(filename)
if size >= max_size:
new_filename = f"{filename}.{datetime.now().strftime('%Y%m%d%H%M%S')}"
try:
os.rename(filename, new_filename)
print(f"Rotated log file to {new_filename}")
except OSError as e:
print(f"Failed to rotate log file: {e}", file=sys.stderr)
def main():
args = parse_arguments()
interval_sec = args.interval / 1000.0
filename = args.file
run_time = args.time
selective_logging = not args.disable_selective_logging
max_file_size = 100 * 1024 * 1024 # 100MB
print(f"Time Interval: {args.interval} milliseconds")
print(f"Output File: {filename}")
print(f"Run Time: {run_time} seconds")
print(f"Selective Logging: {'Enabled' if selective_logging else 'Disabled'}")
# Initialize variables
last_timestamp_us = 0
second_last_timestamp_us = 0
total_timestamps = 0
in_jump_mode = False
jump_remaining = 0
pre_jump_timestamps = deque(maxlen=10)
# Initialize log file
try:
with open(filename, 'w') as f:
pass # Just to create or clear the file
except Exception as e:
print(f"Failed to initialize log file: {e}", file=sys.stderr)
sys.exit(1)
try:
with open(filename, 'a') as f:
start_time = time.time()
while (time.time() - start_time) < run_time:
current_time_str = get_current_time_str()
current_timestamp_us = get_timestamp_microseconds(current_time_str)
time_jump = False
if last_timestamp_us != 0 and second_last_timestamp_us != 0 and selective_logging:
# Check for time regression (time going backwards)
if current_timestamp_us < last_timestamp_us:
time_jump = True
else:
# Check if the interval is too large based on second last timestamp
expected_interval_us = args.interval * 1000
actual_interval_us = current_timestamp_us - second_last_timestamp_us
threshold_us = int(expected_interval_us * 1.5) # 1.5x threshold
if actual_interval_us < threshold_us:
time_jump = True
# Update timestamps
second_last_timestamp_us = last_timestamp_us
last_timestamp_us = current_timestamp_us
# Add current timestamp to pre-jump buffer
pre_jump_timestamps.append(current_time_str)
if selective_logging and time_jump and not in_jump_mode:
# Detected a time jump, enter jump mode
in_jump_mode = True
jump_remaining = 10 # Number of post-jump timestamps to record
# Log pre-jump timestamps
f.write("\n--- TIME JUMP DETECTED ---\n")
for ts in list(pre_jump_timestamps):
f.write(f"{ts}\n")
# Log current (jump) timestamp with [TIME_JUMP]
f.write(f"{current_time_str} [TIME_JUMP]\n")
f.flush()
elif in_jump_mode:
# In jump mode, record post-jump timestamps
f.write(f"{current_time_str}\n")
f.flush()
jump_remaining -= 1
if jump_remaining <= 0:
in_jump_mode = False
else:
# Normal logging: every 1000 timestamps
total_timestamps += 1
if total_timestamps % 1000 == 0:
f.write(f"{current_time_str}\n")
f.flush()
# Rotate log if needed
rotate_log(filename, max_file_size)
# Sleep for the specified interval
time.sleep(interval_sec)
except KeyboardInterrupt:
print("Program interrupted by user.")
except Exception as e:
print(f"An error occurred: {e}", file=sys.stderr)
print("Program has ended.")
if __name__ == "__main__":
main()参数解析
脚本通过命令行参数进行配置，支持以下选项：
-i或--interval：设置时间记录的间隔，单位为毫秒，默认值为20毫秒。-f或--file：设置输出日志文件的名称，默认值为timestamps.txt。-t或--time：设置脚本运行的总时长，单位为秒，默认值为7200秒（2小时）。--disable_selective_logging：禁用选择性记录功能，即不记录时间跳变前后的时间戳。
通过argparse模块，脚本能够灵活地接受和解析这些参数，使其更具通用性和可配置性。
时间戳获取与转换
脚本通过以下两个函数获取并转换当前时间：
get_current_time_str()：获取当前系统时间，格式为YYYY-MM-DD HH:MM:SS.UUUUUU，精确到微秒。get_timestamp_microseconds(time_str)：将时间字符串转换为自1970年1月1日以来的微秒数，用于后续的时间跳变检测。
这种转换方式确保了时间戳的精确性和可比较性，为时间跳变检测提供了基础。
日志轮转
为了防止日志文件过大，脚本实现了日志轮转功能：
python
def rotate_log(filename, max_size):
if os.path.exists(filename):
size = os.path.getsize(filename)
if size >= max_size:
new_filename = f"{filename}.{datetime.now().strftime('%Y%m%d%H%M%S')}"
try:
os.rename(filename, new_filename)
print(f"Rotated log file to {new_filename}")
except OSError as e:
print(f"Failed to rotate log file: {e}", file=sys.stderr)当日志文件大小达到或超过max_size（默认100MB）时，脚本会将当前日志文件重命名为包含时间戳的文件名，并创建一个新的日志文件继续记录。这种机制确保了日志文件的可管理性和系统的稳定运行。
时间跳变检测逻辑
时间跳变检测是脚本的核心功能，主要通过以下逻辑实现：
- 时间回退检测：如果当前时间戳小于上一个时间戳，表示系统时间回退，标记为时间跳变。
- 时间跳跃检测：如果当前时间戳与倒数第二个时间戳之间的实际间隔小于1.5倍的预期间隔，标记为时间跳变。这种情况可能由于系统时间被大幅调整或其他异常导致。
检测到时间跳变后，脚本会记录跳变前的10个时间戳、跳变时的时间戳（标记为[TIME_JUMP]），以及跳变后的10个时间戳，以便后续分析和诊断。
主循环
脚本的主循环负责持续记录时间戳、检测时间跳变以及执行日志轮转。以下是主要步骤：
- 获取当前时间戳 ：通过
get_current_time_str()和get_timestamp_microseconds()获取并转换当前时间。 - 时间跳变检测：根据上述逻辑判断是否发生时间跳变。
- 记录时间戳 ：
- 正常情况：每1000次记录一次时间戳，减少日志量。
- 检测到跳变：记录跳变前后的时间戳，并标记跳变事件。
- 日志轮转：检查日志文件大小，必要时执行轮转。
- 暂停：按照设定的时间间隔暂停，控制记录频率。
使用方法
运行脚本
使用默认参数运行脚本：
bash
./time_jump_check.py自定义参数
-
设置时间间隔为10毫秒，运行时间为1小时，输出文件为
output.txt：bash./time_jump_check.py -i 10 -t 3600 -f output.txt -
禁用选择性记录功能：
bash./time_jump_check.py --disable_selective_logging
手动修改系统时间以测试时间跳变检测
在另一个终端中，使用以下命令手动修改系统时间：
bash
sudo date -s "2024-10-09 12:30:00"注意：手动修改系统时间需要管理员权限，并且会影响系统上的其他程序，请谨慎操作。
检查日志文件
查看日志文件（默认timestamps.txt或自定义名称）：
bash
cat timestamps.txt应包含时间戳记录，并在时间跳变时标记[TIME_JUMP]。例如：
2024-10-09 13:10:49.672701
...
--- TIME JUMP DETECTED ---
2024-10-09 12:30:00.002615 [TIME_JUMP]
2024-10-09 12:30:00.011569
2024-10-09 12:30:00.013045
...