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