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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標籤：  雜談

分類： linux

首先, 我會說不保證你在使用者模式 (user-mode) 中執行的行程 (process) 可以精確地控制時序由於Linux 是個多工的做業環境. 你在執行中的行程 (process) 隨時會由於各類緣由被暫停大約 10 毫秒到數秒 (在系統負荷很是高的時候). 然而, 對於大多數使用 I/O 埠的應用而言, 這個延遲時間實際上算不了什麼. 要縮短延遲時間, 你得使用函式 nice 將你在執行中的行程 (process ) 設定成高優先權(請參考

nice(2)

使用說明文 件) 或使用即時排程法 (real-time scheduling) (請看下面).

若是你想得到比在通常使用者模式 (user-mode) 中執行的行程 (process) 還要精確的時序, 有一些方法可讓你在使用者模式 (user-mode) 中作到 `即時' 排程的支援. Linux 2.x 版本的核心中有軟體方式的即時排程支援; 詳細的說明請參考

sched_setscheduler(2)

使用說明文件. 有一個特殊的核心支援硬體的即時排程; 詳細的資訊請參考網頁http://luz.cs.nmt.edu/~rtlinux/

休息中 (Sleeping) :

sleep()

與

usleep()

現 在, 讓咱們開始較簡單的時序函式呼叫. 想要延遲數秒的時間, 最佳的方法大概 是使用函式

sleep()

. 想要延遲至少數十毫秒的時間 (10 ms 彷佛已經是最短的 延遲時間了), 函式

usleep()

應該可使用. 這些函式是讓出 CPU 的使用權 給其餘想要執行的行程 (processes) (``本身休息去了''), 因此沒有浪費掉 CPU 的時間. 細節請參考

sleep(3)

與

usleep(3)

的 說明文件.

若是讓出 CPU 的使用權於是使得時間延遲了大約 50 毫秒 (這取決於處理器與機器的速度, 以及系統的負荷), 就浪費掉 CPU 太多的時間, 由於 Linux 的排程器 (scheduler) (單就 x86 架構而言) 在將控制權發還給你的行程 (process) 以前一般至少要花費 10-30 毫秒的時間. 所以, 短期的延遲, 使用函式

usleep(3)

所獲得的延遲結果一般會大於你在參數所指定的值, 大約至少有 10 ms.

nanosleep()

在 Linux 2.0.x 一系列的核心發行版本中, 有一個新的系統呼叫 (system call),

nanosleep()

(請參考

nanosleep(2)

的說明文件), 他讓你可以 休息或延遲一個短的時間 (數微秒或更多).

若是延遲的時間 <= 2 ms, 若(且惟若)你執行中的行程 (process) 設定了軟體的即時 排程 (就是使用函式 tt/sched_setscheduler()/), 呼叫函式

nanosleep()

時 不是使用一個忙碌迴圈來延遲時間; 就是會像函式

usleep()

同樣讓出 CPU 的使用權休息去了.

這個忙碌迴圈使用函式

udelay()

(一個驅動程式常會用到的核心內部的函式) 來達成, 而且使用 BogoMips 值 (BogoMips 能夠準確量測這類忙碌迴圈的速度) 來計算迴圈延遲的時間長度. 其如何動做的細節請參考

/usr/include/asm/delay.h

).

使用 I/O 埠來延遲時間

另外一個延遲數微秒的方法是使用 I/O 埠. 就是從埠位址 0x80 輸入或輸出任何 byte 的資料 (請參考前面) 等待的時間應該幾乎只要 1 微秒這要看你的處理器的型別與速度. 若是要延遲數微秒的時間你能夠將這個動做多作幾回. 在任何標準的機器上輸出資料到該 埠位址應該不會有不良的後果□對 (並且有些核心的設備驅動程式也在使用他).

{in|out}[bw]_p()

等函式就是使用這個方法來產生時間延遲的 (請參考檔案

asm/io.h

).

實際上, 一個使用到埠位址□圍爲 0-0x3ff 的 I/O 埠指令幾乎只要 1 微秒的時間, 因此若是你要如此作, 例如, 直接使用並列埠, 只要加上幾個

inb()

函式從該 埠位址□圍讀入 byte 的資料便可.

使用組合語言來延遲時間

如 果你知道執行程式所在機器的處理器型別與時鐘速度, 你能夠執行某些組合語言指令以便得到較短的延遲時間 (可是記住, 你在執行中的行程 (process) 隨時會被暫停, 因此有時延遲的時間會比實際長). 以下面的表格所示, 內部處理器的速度決定了所要使用的時鐘週期數; 如, 一個 50 MHz 的處理器 (486DX-50 或 486DX2-50), 一個時鐘週期要花費 1/50000000 秒 (=200 奈秒).

指令 i386 時鐘週期數 i486 時鐘週期數

nop 3 1

xchg %ax,%ax 3 3

or %ax,%ax 2 1

mov %ax,%ax 2 1

add %ax,0 2 1

(對不起, 我不知道 Pentiums 的資料, 或許與 i486 接近吧. 我沒法在 i386 的資料上找到只花費一個時鐘週期的指令. 若是可以就請使用花費一個時鐘週期的指令, 要否則就使用管線技術的新式處理器也是能夠縮短期的.)

上面的表格中指令

nop

與

xchg

應該不會 有不良的後果. 指令最後可能會 改變旗號暫存器的內容, 可是這不要緊由於 gcc 會處理. 指令

nop

是個好的選擇.

想要在你的程式中使用到這些指令, 你得使用

asm("instruction")

. 指令的語法就如同上面表格的用法; 若是你想要在單一的

asm()

敘述中使用多個指令, 可使用分號將他們隔開. 例如,

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

會執行四個

nop

指令, 在 i486 或 Pentium 處理器中會延遲四個時鐘週期 (或是 i386 會延遲 12 個時鐘週期).

gcc 會將

asm()

翻譯成單行組合 語言程式碼, 因此不會有呼叫函式的負荷.

在 Intel x86 架構中不可能有比一個時鐘週期還短的時間延遲.

在 Pentiums 處理器上使用函式

rdtsc

對於 Pentiums 處理器而言, 你可使用下面的 C 語言程式碼來取得自從上次從新開機 到如今通過了多少個時鐘週期:

---

 

extern __inline__ unsigned long long int rdtsc()

{

unsigned long long int x;

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

return x;

}

---

 

你能夠詢問參考此值以便延遲你想要的時鐘週期數.

想要時間精確到一秒鐘, 使用函式

time()

或許是最簡單的方法. 想要時間更精確, 函式

gettimeofday()

大約能夠精確到微秒 (可是如前所述會受到 CPU 排程的影響). 至於 Pentiums 處理器, 使用上面的程式碼片段就能夠精確到一個時鐘週期.

若是你要你執行中的行程 (process) 在一段時間到了之後可以被通知 (get a signal), 你得使用函式

setitimer()

或

alarm()

. 細節請參考函式的使用說明文件.

 

應用程序：

#include <syswait.h>

usleep(n) //n微秒

Sleep（n）//n毫秒

sleep（n）//n秒

驅動程序：

#include <linux/delay.h>

mdelay(n) //milliseconds 其實現

#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

調用 asm/delay.h的udelay,udelay應該是納秒級的延時

 

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

每個平臺不太同樣, 最好本身定義一套跨平臺的宏進行控制  

秒仍是微秒？關於延時函數sleep()

    由於要寫一段代碼，須要用到sleep（）函數，在我印象中，sleep(10)好像是休眠10微秒，結果倒是休眠了10秒（在Linux下）。以爲很奇 怪，由於頭兒也記得好像是微秒爲單位的。因此就查了一下。

    原來linux下的sleep函數原型爲：

        unsigned int sleep(unsigned int seconds);

而MFC中的 Sleep函數原型爲：

        void Sleep(DWORD dwMilliseconds);

也就是說，Linux下（使用的gcc的 庫），sleep()函數是以秒爲單位的，sleep(1);就是休眠1秒。而MFC下的sleep()函數是以微秒爲單位的，sleep(1000); 纔是休眠1秒。原來如此啊。而若是在Linux下也用微妙爲單位休眠，可使用線程休眠函數:void usleep(unsigned long usec);固然，使用的時候別忘記#include <system.h>哦。

    另外值得一提的是，linux下還有個delay()函數，原型爲extern void delay(unsigned int msec);它能夠延時msec*4毫秒，也就是若是想延時一秒鐘的話，能夠這麼用 delay(250);

    小小一個延時函數原來還有這麼多學問，任何一點代碼都不可小看啊。