基於Linux的精確毫秒級延時實現

一、Linux系統對時間的處理

在Linux系統中，時間的處理有兩種方式：系統時鐘和掛鐘。系統時鐘的時間是由系統硬體時鐘提供的，而掛鐘的時間是由計算機CPU提供的。

在Linux內核中，一般使用系統時鐘來計算時間。系統時鐘一般使用TSC（timestamp counter）寄存器，它會隨著CPU的時鐘進行自增，具有精確性和高速性。但是由於TSC寄存器在不同的CPU上的速度可能不同，所以可能會導致時間計算誤差。因此，為了解決這個問題，內核在啟動時會校準TSC寄存器，並在整個系統運行過程中對其進行實時校準。

二、常見的延時方法

在Linux系統中，有多種延時方法可以使用。下面介紹三種常見的方法：

1. sleep()

sleep函數會讓當前進程睡眠一段時間，在時間到達之後再繼續執行。該函數的延時精度比較差，其最小延時單位是秒。

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

2. usleep()

usleep函數也是讓進程睡眠一段時間，但是它的最小延時單位是微秒。它比sleep函數精度更高，但是依然不夠精確。

#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函數可以在納秒級別進行精確延時。需要注意的是，該函數只適用於Linux 2.6.28及以上版本的內核。

#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、精確毫秒級延時實現

針對上述延時方法的不足，我們可以使用更加精確的方法來實現毫秒級延時。下面介紹兩種方法：

1. 使用select函數

在Linux中，可以使用select函數來實現精確毫秒級延時。可以使用一個空的fd_set來進行阻塞。如果超時時間到達，select函數就會返回。

#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函數

nanosleep函數可以在納秒級別進行精確延時。該函數的時間參數是一個結構體，可以設置秒和納秒的值。下面是使用nanosleep實現精確毫秒級延時的代碼：

#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、總結

本文介紹了Linux系統對時間的處理方式以及常見的延時方法。根據需要，我們可以選擇使用不同的延時方法。當需要精確毫秒級延時時，建議使用select函數或nanosleep函數來實現。