Linux 0.01 の mktime の仕組みを読む：1900→1970年変換の理解

目的

Linux 0.01 のカーネルには、CMOS などから取得した日付・時刻（1900 年始まり）を UNIX 時間（1970 年1月1日0時0分0秒からの経過秒数）に変換するコードがあります。

この記事では、その変換の仕組みを理解することを目的としています。

仕組み

Linux 0.01 の kernel/mktime.c にある kernel_mktime() は、CMOS などから取得した日付・時刻を UNIX 時間（1970年1月1日0時0分0秒からの経過秒数） に変換する関数です。

1. 年の計算

tm->tm_yearは1900 年からの年数を表すので、UNIX時間の基準である1970年からの差を計算します：

year = tm->tm_year - 70;

2. 閏年の補正

1 年は通常365日ですが、4年ごとに閏年（366 日）があります。

res = YEAR * year + DAY * ((year + 1) / 4);

ここで(year + 1)/4は閏年の日数を加算しています。

3. 月の加算

月ごとの累積日数をmonth[]配列で計算して加算します。
2月以降かつ閏年でない場合は1日分を引いて調整します：

if (tm->tm_mon > 1 && ((year + 2) % 4))
    res -= DAY;

4. 日・時・分・秒の加算

残りの tm_mday, tm_hour, tm_min, tm_sec を秒に換算して足し込みます：

res += DAY * (tm->tm_mday - 1);
res += HOUR * tm->tm_hour;
res += MINUTE * tm->tm_min;
res += tm->tm_sec;

結果として、与えられた日付・時刻を UNIX 時間に変換して返します。

動作

test.c

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

#define MINUTE 60
#define HOUR   (60 * MINUTE)
#define DAY    (24 * HOUR)
#define YEAR   (365 * DAY)

/* 
その月が始まるまでに経過した秒数の累積値
一旦毎年閏年と仮定する 
*/
static int month[12] = {
    0,                                                                 // 1月
    DAY * (31),                                                        // 2月
    DAY * (31 + 29),                                                   // 3月
    DAY * (31 + 29 + 31),                                              // 4月
    DAY * (31 + 29 + 31 + 30),                                         // 5月
    DAY * (31 + 29 + 31 + 30 + 31),                                    // 6月
    DAY * (31 + 29 + 31 + 30 + 31 + 30),                               // 7月
    DAY * (31 + 29 + 31 + 30 + 31 + 30 + 31),                          // 8月
    DAY * (31 + 29 + 31 + 30 + 31 + 30 + 31 + 31),                     // 9月
    DAY * (31 + 29 + 31 + 30 + 31 + 30 + 31 + 31 + 30),                // 10月
    DAY * (31 + 29 + 31 + 30 + 31 + 30 + 31 + 31 + 30 + 31),           // 11月
    DAY * (31 + 29 + 31 + 30 + 31 + 30 + 31 + 31 + 30 + 31 + 30)       // 12月
};

long kernel_mktime(struct tm *tm)
{
    long res;
    int year;

    year = tm->tm_year - 70;

    res = YEAR * year + DAY * ((year + 1) / 4);
    res += month[tm->tm_mon];

    if (tm->tm_mon > 1 && ((year + 2) % 4))
        res -= DAY;

    // 残りの tm_mday, tm_hour, tm_min, tm_sec を秒に換算して足し込みます
    res += DAY * (tm->tm_mday - 1);
    res += HOUR * tm->tm_hour;
    res += MINUTE * tm->tm_min;
    res += tm->tm_sec;

    return res;
}

int main(void)
{
    struct tm t;

    /* ：2024-01-20 12:34:56 */
    t.tm_year = 2024 - 1900;  // struct tm は1900から始まる
    t.tm_mon  = 0;            // 0=1月，11=12月
    t.tm_mday = 20;
    t.tm_hour = 12;
    t.tm_min  = 34;
    t.tm_sec  = 56;

    long sec = kernel_mktime(&t);

    printf("Unix time = %ld\n", sec);

    return 0;
}

test@test-fujitsu:~/kaihatsu$ gcc test.c -o test
test@test-fujitsu:~/kaihatsu$ ./test 
Unix time = 1705754096
test@test-fujitsu:~/kaihatsu$ date +%s -d "2024-01-20 12:34:56"
1705725296