基于Linux的精确毫秒级延时实现

一、Linux系统对时间的处理

在Linux系统中，时间的处理有两种方式：系统时钟和挂钟。系统时钟的时间是由系统硬件时钟提供的，而挂钟的时间是由计算机CPU提供的。

在Linux内核中，一般使用系统时钟来计算时间。系统时钟一般使用TSC（timestamp counter）寄存器，它会随着CPU的时钟进行自增，具有精确性和高速性。但是由于TSC寄存器在不同的CPU上的速度可能不同，所以可能会导致时间计算误差。因此，为了解决这个问题，内核在启动时会校准TSC寄存器，并在整个系统运行过程中对其进行实时校准。

二、常见的延时方法

在Linux系统中，有多种延时方法可以使用。下面介绍三种常见的方法：

1. sleep()

sleep函数会让当前进程睡眠一段时间，在时间到达之后再继续执行。该函数的延时精度比较差，其最小延时单位是秒。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main() {
    printf("start\n");
    sleep(1);
    printf("end\n");
    return 0;
}

2. usleep()

usleep函数也是让进程睡眠一段时间，但是它的最小延时单位是微秒。它比sleep函数精度更高，但是依然不够精确。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main() {
    printf("start\n");
    usleep(1000); // 1毫秒
    printf("end\n");
    return 0;
}

3. clock_nanosleep()

clock_nanosleep函数可以在纳秒级别进行精确延时。需要注意的是，该函数只适用于Linux 2.6.28及以上版本的内核。

#include <stdio.h>
#include <time.h>
int main() {
    printf("start\n");
    struct timespec ts, tr;
    ts.tv_sec = 0;
    ts.tv_nsec = 1000000; // 1毫秒
    clock_nanosleep(CLOCK_MONOTONIC, 0, &ts, &tr);
    printf("end\n");
    return 0;
}

三、精确毫秒级延时实现

针对上述延时方法的不足，我们可以使用更加精确的方法来实现毫秒级延时。下面介绍两种方法：

1. 使用select函数

在Linux中，可以使用select函数来实现精确毫秒级延时。可以使用一个空的fd_set来进行阻塞。如果超时时间到达，select函数就会返回。

#include <stdio.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
int main() {
    printf("start\n");
    struct timeval tv;
    tv.tv_sec = 0;
    tv.tv_usec = 1000000; // 1毫秒
    fd_set rfds;
    FD_ZERO(&rfds);
    select(0, NULL, NULL, &rfds, &tv);
    printf("end\n");
    return 0;
}

2. 使用nanosleep函数

nanosleep函数可以在纳秒级别进行精确延时。该函数的时间参数是一个结构体，可以设置秒和纳秒的值。下面是使用nanosleep实现精确毫秒级延时的代码：

#include <stdio.h>
#include <time.h>
int main() {
    printf("start\n");
    struct timespec ts;
    ts.tv_sec = 0;
    ts.tv_nsec = 1000000; // 1毫秒
    nanosleep(&ts, NULL);
    printf("end\n");
    return 0;
}

四、总结

本文介绍了Linux系统对时间的处理方式以及常见的延时方法。根据需要，我们可以选择使用不同的延时方法。当需要精确毫秒级延时时，建议使用select函数或nanosleep函数来实现。