睡眠时间准确

Question

我对Sleep函数的理解是，它遵循“至少语义”，即sleep(5)将保证线程休眠5秒，但根据其他因素，它可能会保持阻塞超过5秒。有没有办法在指定的时间段内睡眠（无需忙于等待）。

Answer 1

正如其他人所说，您确实需要使用实时操作系统来尝试实现这一目标。精确的软件计时是相当棘手的。

然而......尽管并不完美，通过简单地提高需要更好时机的进程的优先级，您可以获得比“正常”更好的结果。在 Windows 中，您可以使用 SetPriorityClass 来实现此目的 函数。如果您将优先级设置为最高级别（REALTIME_PRIORITY_CLASS：0x00000100），您将获得更好的计时结果。再说一遍 - 但这并不像您所要求的那样完美。

这在 Windows 以外的其他平台上也可能是可能的，但我从来没有理由这样做，所以没有测试它。

编辑：根据 Andy T 的评论，如果您的应用程序是多线程的，您还需要注意分配给线程的优先级。对于 Windows，此内容记录在此处。

---

一些背景...

不久前，我使用 SetPriorityClass 来提高应用程序的优先级，在该应用程序中我正在对高速视频进行实时分析，并且我不会错过任何一帧。帧以每秒 300 帧 (fps) 的非常规则的频率（由外部帧捕获器硬件驱动）到达电脑，这在我随后处理的每一帧上触发了一个硬件中断。由于计时非常重要，我收集了很多有关中断计时的统计信息（使用 QueryPerformanceCounter 之类的东西）来看看情况到底有多糟糕，并对结果的分布感到震惊。我手边没有统计数据，但基本上，当以正常优先级运行时，Windows 会在任何需要的时候提供中断服务。直方图非常混乱，标准差比我的大约 3 毫秒周期宽。我经常在中断服务中遇到 200 毫秒或更长的巨大间隙（回想一下，中断大约每 3 毫秒触发一次）！即：硬件中断远非准确！你被操作系统决定为你做什么所困。

然而，当我发现 REALTIME_PRIORITY_CLASS 设置并使用该优先级进行基准测试时，它明显更好，并且服务间隔分布非常紧密。我可以以 300 fps 的速度运行 10 分钟而不会错过任何一帧。测得的中断服务周期几乎正好是 1/300 秒，且分布紧密。

另外 - 尝试尽量减少操作系统正在执行的其他操作，以帮助提高您的计时在重要的应用程序中更好地工作的几率。例如：当您尝试使用其他代码获得精确计时时，无需后台视频转码或磁盘碎片整理或任何其他操作！

总结：

1. 如果您确实需要这个，请使用实时操作系统
2. 如果您不能使用实时操作系统（不可能或不切实际），那么提高进程优先级可能会大大改善您的计时，就像对我所做的那样
3. 硬件中断不会这样做...操作系统仍然需要决定为它们提供服务！
4. 确保您没有运行大量其他进程来争夺操作系统的注意力。
5. 如果时间对您来说确实很重要，请进行一些测试。尽管让代码在您想要的时候准确地运行并不容易，但测量这种偏差却相当容易。 PC 中的高性能计数器（通过 QueryPerformanceCounter 获得的）非常好。

由于它可能会有所帮助（尽管有点偏离主题），因此这是我很久以前编写的一个小类，用于在 Windows 计算机上使用高性能计数器。它可能对您的测试有用：

CHiResTimer.h

#pragma once
#include "stdafx.h"
#include <windows.h>

class CHiResTimer
{
private:
    LARGE_INTEGER frequency;
    LARGE_INTEGER startCounts;
    double ConvertCountsToSeconds(LONGLONG Counts);
public:
    CHiResTimer(); // constructor
    void ResetTimer(void);
    double GetElapsedTime_s(void);
};

CHiResTimer.cpp

#include "stdafx.h"
#include "CHiResTimer.h"

double CHiResTimer::ConvertCountsToSeconds(LONGLONG Counts)
{
    return ((double)Counts / (double)frequency.QuadPart) ;
}

CHiResTimer::CHiResTimer()
{
    QueryPerformanceFrequency(&frequency);
    QueryPerformanceCounter(&startCounts); // starts the timer right away
}

void CHiResTimer::ResetTimer()
{
    QueryPerformanceCounter(&startCounts); // reset the reference counter
}

double CHiResTimer::GetElapsedTime_s()
{
    LARGE_INTEGER countsNow;
    QueryPerformanceCounter(&countsNow);
    return ConvertCountsToSeconds(countsNow.QuadPart - startCounts.QuadPart);
}

Answer 2

不。

它“至少在语义上”的原因是因为在这 5 秒之后，其他线程可能会很忙。

每个线程从操作系统获取一个时间片。操作系统控制线程的运行顺序。

当您将线程置于睡眠状态时，操作系统会将线程放入等待列表中，当计时器结束时，操作系统“唤醒”该线程。
这意味着该线程将被添加回活动线程列表，但不能保证 t 将被添加到第一个位置。 （如果在特定的一秒内需要唤醒 100 个线程怎么办？谁先唤醒？）

Answer 3

虽然标准 Linux 不是实时操作系统，但内核开发人员密切关注在持有内核锁时高优先级进程将保持饥饿状态的时间。因此，现有的 Linux 内核通常足以满足许多软实时应用程序的需要。

您可以使用 SCHED_FIFO 或 SCHED_RR 通过 sched_setscheduler(2) 调用将进程安排为实时任务。两者在语义上略有不同，但可能足以知道 SCHED_RR 任务最终会由于时间片的原因将处理器让给另一个具有相同优先级的任务，而 SCHED_FIFO< /code> 任务只会由于阻塞 I/O 或显式调用 sched_yield(2) 而将 CPU 交给另一个具有相同优先级的任务。

使用实时计划任务时要小心；由于它们始终优先于标准任务，因此您很容易发现自己编写了一个无限循环，永远不会放弃 CPU 并阻止管理员使用 ssh 来终止进程。因此，以更高的实时优先级运行 sshd 可能不会有什么坏处，至少在您确定已经修复了最严重的错误之前是这样。

有多种可用的 Linux 变体已被开发来提供硬实时保证。 RTLinux 有 商业支持； Xenomai 和 RTAI 是 Linux 实时扩展的竞争实现，但我对它们一无所知。

Answer 4

正如之前的回答者所说：没有办法准确（有些建议是实时操作系统或硬件中断，甚至这些都不准确）。我认为你正在寻找的是比 sleep() 函数更精确的东西，你会发现这取决于你的操作系统，例如 Windows Sleep() 函数或 GNU 下的 nanosleep() 函数。

http://msdn.microsoft.com /en-us/library/ms686298%28VS.85%29.aspx

http://www.delorie.com/gnu/docs/glibc /libc_445.html

两者都会在几毫秒内为您提供精度。

Answer 5

好吧，你试图解决一个难题，但实现精确计时是不可行的：你能做的最好就是使用硬件中断，其实现将取决于您的底层硬件和操作系统（即，您将需要 实时操作系统，大多数常规桌面操作系统都不是）。您的确切目标平台是什么？

Answer 6

不会。因为您始终依赖操作系统来在正确的时间处理唤醒线程。

Answer 7

使用标准 C 无法在指定的时间段内休眠。您至少需要一个提供更大粒度的第三方库，并且可能还需要一个特殊的操作系统内核，例如实时 Linux 内核。

例如，这里有一个讨论如何接近 Win32 系统。

这不是C题。