Linux 高精確的時序（sleep， usleep，nanosleep） from:http://blog.sina.com.cn/s/blog_533ab41c0100htae.html

Linux 高精確的時序（sleep， usleep，nanosleep）

(2010-04-14 17:18:26)

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标签： 杂谈

分类： linux

首先, 我会说不保证你在使用者模式 (user-mode) 中执行的行程 (process) 能够精确地控制时序因为Linux 是个多工的作业环境. 你在执行中的行程 (process) 随时会因为各种原因被暂停大约 10 毫秒到数秒 (在系统负荷非常高的时候). 然而, 对於大多数使用 I/O 埠的应用而言, 这个延迟时间实际上算不了什麽. 要缩短延迟时间, 你得使用函式 nice 将你在执行中的行程 (process ) 设定成高优先权(请参考

nice(2)

使用说明文 件) 或使用即时排程法 (real-time scheduling) (请看下面).

如果你想获得比在一般使用者模式 (user-mode) 中执行的行程 (process) 还要精确的时序, 有一些方法可以让你在使用者模式 (user-mode) 中做到 `即时' 排程的支援. Linux 2.x 版本的核心中有软体方式的即时排程支援; 详细的说明请参考

sched_setscheduler(2)

使用说明文件. 有一个特殊的核心支援硬体的即时排程; 详细的资讯请参考网页http://luz.cs.nmt.edu/~rtlinux/

休息中 (Sleeping) :

sleep()

与

usleep()

现 在, 让我们开始较简单的时序函式呼叫. 想要延迟数秒的时间, 最佳的方法大概 是使用函式

sleep()

. 想要延迟至少数十毫秒的时间 (10 ms 似乎已是最短的 延迟时间了), 函式

usleep()

应该可以使用. 这些函式是让出 CPU 的使用权 给其他想要执行的行程 (processes) (``自己休息去了''), 所以没有浪费掉 CPU 的时间. 细节请参考

sleep(3)

与

usleep(3)

的 说明文件.

如果让出 CPU 的使用权因而使得时间延迟了大约 50 毫秒 (这取决於处理器与机器的速度, 以及系统的负荷), 就浪费掉 CPU 太多的时间, 因为 Linux 的排程器 (scheduler) (单就 x86 架构而言) 在将控制权发还给你的行程 (process) 之前通常至少要花费 10-30 毫秒的时间. 因此, 短时间的延迟, 使用函式

usleep(3)

所得到的延迟结果通常会大於你在参数所指定的值, 大约至少有 10 ms.

nanosleep()

在 Linux 2.0.x 一系列的核心发行版本中, 有一个新的系统呼叫 (system call),

nanosleep()

(请参考

nanosleep(2)

的说明文件), 他让你能够 休息或延迟一个短的时间 (数微秒或更多).

如果延迟的时间 <= 2 ms, 若(且唯若)你执行中的行程 (process) 设定了软体的即时 排程 (就是使用函式 tt/sched_setscheduler()/), 呼叫函式

nanosleep()

时 不是使用一个忙碌回圈来延迟时间; 就是会像函式

usleep()

一样让出 CPU 的使用权休息去了.

这个忙碌回圈使用函式

udelay()

(一个驱动程式常会用到的核心内部的函式) 来达成, 并且使用 BogoMips 值 (BogoMips 可以准确量测这类忙碌回圈的速度) 来计算回圈延迟的时间长度. 其如何动作的细节请参考

/usr/include/asm/delay.h

).

使用 I/O 埠来延迟时间

另一个延迟数微秒的方法是使用 I/O 埠. 就是从埠位址 0x80 输入或输出任何 byte 的资料 (请参考前面) 等待的时间应该几乎只要 1 微秒这要看你的处理器的型别与速度. 如果要延迟数微秒的时间你可以将这个动作多做几次. 在任何标准的机器上输出资料到该 埠位址应该不会有不良的後果□对 (而且有些核心的设备驱动程式也在使用他).

{in|out}[bw]_p()

等函式就是使用这个方法来产生时间延迟的 (请参考档案

asm/io.h

).

实际上, 一个使用到埠位址□围为 0-0x3ff 的 I/O 埠指令几乎只要 1 微秒的时间, 所以如果你要如此做, 例如, 直接使用并列埠, 只要加上几个

inb()

函式从该 埠位址□围读入 byte 的资料即可.

使用组合语言来延迟时间

如 果你知道执行程式所在机器的处理器型别与时钟速度, 你可以执行某些组合语言指令以便获得较短的延迟时间 (但是记住, 你在执行中的行程 (process) 随时会被暂停, 所以有时延迟的时间会比实际长). 如下面的表格所示, 内部处理器的速度决定了所要使用的时钟周期数; 如, 一个 50 MHz 的处理器 (486DX-50 或 486DX2-50), 一个时钟周期要花费 1/50000000 秒 (=200 奈秒).

指令 i386 时钟周期数 i486 时钟周期数

nop 3 1

xchg %ax,%ax 3 3

or %ax,%ax 2 1

mov %ax,%ax 2 1

add %ax,0 2 1

(对不起, 我不知道 Pentiums 的资料, 或许与 i486 接近吧. 我无法在 i386 的资料上找到只花费一个时钟周期的指令. 如果能够就请使用花费一个时钟周期的指令, 要不然就使用管线技术的新式处理器也是可以缩短时间的.)

上面的表格中指令

nop

与

xchg

应该不会 有不良的後果. 指令最後可能会 改变旗号暂存器的内容, 但是这没关系因为 gcc 会处理. 指令

nop

是个好的选择.

想要在你的程式中使用到这些指令, 你得使用

asm("instruction")

. 指令的语法就如同上面表格的用法; 如果你想要在单一的

asm()

叙述中使用多个指令, 可以使用分号将他们隔开. 例如,

asm("nop ; nop ; nop ; nop")

会执行四个

nop

指令, 在 i486 或 Pentium 处理器中会延迟四个时钟周期 (或是 i386 会延迟 12 个时钟周期).

gcc 会将

asm()

翻译成单行组合 语言程式码, 所以不会有呼叫函式的负荷.

在 Intel x86 架构中不可能有比一个时钟周期还短的时间延迟.

在 Pentiums 处理器上使用函式

rdtsc

对於 Pentiums 处理器而言, 你可以使用下面的 C 语言程式码来取得自从上次重新开机 到现在经过了多少个时钟周期:

---

extern __inline__ unsigned long long int rdtsc()

{

unsigned long long int x;

__asm__ volatile (".byte 0x0f, 0x31" : "=A" (x));

return x;

}

---

你可以询问参考此值以便延迟你想要的时钟周期数.

想要时间精确到一秒钟, 使用函式

time()

或许是最简单的方法. 想要时间更精确, 函式

gettimeofday()

大约可以精确到微秒 (但是如前所述会受到 CPU 排程的影响). 至於 Pentiums 处理器, 使用上面的程式码片断就可以精确到一个时钟周期.

如果你要你执行中的行程 (process) 在一段时间到了之後能够被通知 (get a signal), 你得使用函式

setitimer()

或

alarm()

. 细节请参考函式的使用说明文件.

应用程序：

#include <syswait.h>

usleep(n) //n微秒

Sleep（n）//n毫秒

sleep（n）//n秒

驱动程序：

#include <linux/delay.h>

mdelay(n) //milliseconds 其实现

#ifdef notdef

#define mdelay(n) (\

{unsigned long msec=(n); while (msec--) udelay(1000);})

#else

#define mdelay(n) (\

(__builtin_constant_p(n) && (n)<=MAX_UDELAY_MS) ? udelay((n)*1000) : \

({unsigned long msec=(n); while (msec--) udelay(1000);}))

#endif

调用 asm/delay.h的udelay,udelay应该是纳秒级的延时

Dos:

sleep(1); //停留1秒

delay(100); //停留100毫秒

Windows:

Sleep(100); //停留100毫秒

Linux:

sleep(1); //停留1秒

usleep(1000); //停留1毫秒

每一个平台不太一样, 最好自己定义一套跨平台的宏进行控制

秒还是微秒？关于延时函数sleep()

因为要写一段代码，需要用到sleep（）函数，在我印象中，sleep(10)好像是休眠10微秒，结果却是休眠了10秒（在Linux下）。觉得很奇 怪，因为头儿也记得好像是微秒为单位的。所以就查了一下。

原来linux下的sleep函数原型为：

unsigned int sleep(unsigned int seconds);

而MFC中的 Sleep函数原型为：

void Sleep(DWORD dwMilliseconds);

也就是说，Linux下（使用的gcc的 库），sleep()函数是以秒为单位的，sleep(1);就是休眠1秒。而MFC下的sleep()函数是以微秒为单位的，sleep(1000); 才是休眠1秒。原来如此啊。而如果在Linux下也用微妙为单位休眠，可以使用线程休眠函数:void usleep(unsigned long usec);当然，使用的时候别忘记#include <system.h>哦。

另外值得一提的是，linux下还有个delay()函数，原型为extern void delay(unsigned int msec);它可以延时msec*4毫秒，也就是如果想延时一秒钟的话，可以这么用 delay(250);

小小一个延时函数原来还有这么多学问，任何一点代码都不可小看啊。