Linux下的精确定时与休眠

Linux中提供的休眠函数是sleep()，但是仅仅提供以秒为单位的休眠，这种休眠对有些进程显然太长了，那么怎样才能使进程以更小的时间分辨率休眠呢？

我知道的方法有2种，下面就做分别介绍。

第一种方法是使用定时器，Linux提供的定时器函数是：

int setitimer(int which, const struct itimerval *value, struct itimerval *ovalue);

which指定那种定时器。Linux提供3种定时器：

TIMER_REAL: 准确定时器，超时会发出SIGALRM信号；
TIMER_VIRTUAL: 虚拟定时器，只记进程时间，所以会根据进程执行时间而变化，不能实现准确定时，超时发出SIGVTALRM信号；
TIMER_PROF: 梗概计时器，它会根据进程时间和系统时间而变化，不能实现准确定时，超时发出SIGPROF信号；

在进程中应该捕捉所设定时器会发出的信号，因为进程收到定时器超时发出的信号后，默认动作是终止。

value是设置定时器时间，相关结构如下：

struct itimerval {
    struct timeval it_interval;
    struct timeval it_value;
};

struct timeval {
    long tv_sec;
    long tv_usec;
};

it_interval 指定间隔时间，it_value指定初始定时时间。如果只指定it_value，就是实现一次定时；如果同时指定it_interval，则超时后，系统会重新初始化it_value为it_interval，实现重复定时；两者都清零，则会清除定时器。

tv_sec提供秒级精度，tv_usec提供微秒级精度，以值大的为先，注意1s = 1000000us。

ovalue用来保存先前的值，常设为NULL。

如果是以setitimer()提供的定时器来休眠，只需用pause()阻塞等待定时器信号就可以了。第二种方法是使用select()来提供精确定时和休眠：

int select(int n, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

n指监视的文件描述符范围，通常设为所要select()的fd＋1，readfds，writefds和exceptfds分别是读，写和异常文件描述符集，timeout为超时时间。

可能用到的关于文件描述符集操作的宏有：

FD_CLR(int fd, fd_set *set);    清除fd
FD_ISSET(int fd, fd_set *set);  测试fd是否设置
FD_SET(int fd, fd_set *set);    设置fd
FD_ZERO(fd_set *set);           清空描述符集

我们此时用不到这些宏，因为我们并不关心文件描述符的状态，我们关心的是select()超时。所以我们需要把readfds，writefds和exceptfds都设为NULL，只指定timeout时间就行了。至于n我们可以不关心，所以你可以把它设为任何非负值。实现代码如下：

int usSleep(long us) {
    struct timeval tv;
    tv.tv_sec = 0;
    tv.tv_usec = us;
    return select(0, NULL, NULL, NULL, &tv);
}

呵呵，怎么样，是不是很简单？

结语：
setitimer() 和select()都能实现进程的精确休眠，本文分别对他们进行了简单介绍，并给出了一个简单的基于select()的实现。我不推荐使用 setitimer，因为一者Linux系统提供的timer有限（每个进程至多能设3个不同类型的timer），再者setitimer()实现起来没有select()简单。

编辑于2008年9月12日
-------------------------------------------------------------------

非常感谢33和ffff的反馈，ms与us的错误已经更正。由于小弟学艺不精，给大家造成的误解多原谅，另外也欢迎提出你的见解，我们一起交流进步。我已经把标题改了，原来的标题已经不适合现在的内容，因为我想把其他sleep函数也添加进来。首先，就如ffff提出的那样，用usleep()可以实现进程的秒以下休眠。

int usleep(unsigned long usec);

同sleep()一样，它在进程收到任何信号时都会返回。不过Linux手册上说，它并不会像sleep()一样会返回没休眠的秒数，而是返回-1，并把errno设为EINTR。 uClibc的实现如下：

int usleep (__useconds_t usec)
{
   const struct timespec ts = {
      .tv_sec = (long int) (usec / 1000000),
      .tv_nsec = (long int) (usec % 1000000) * 1000ul
   };
   return(nanosleep(&ts, NULL));
}

可见usleep()内部是由nanosleep()函数实现的，接下来我们会讨论nanosleep()函数。我还见过如下用select()实现的，也支持了我前面所说的方法。

int usleep( unsigned long usec )
{
    static struct {        /* `timeval' */
        long    tv_sec;        /* seconds */
        long    tv_usec;    /* microsecs */
    } delay;                /* _select() timeout */

    delay.tv_sec  = usec / 1000000L;
    delay.tv_usec = usec % 1000000L;

    return select(0, (long *)0, (long *)0, (long *)0, &delay);
}

接下来我们再来看看nanosleep()。nanosleep()可以实现纳秒(1/1000 000 000)级的休眠，所以它比usleep()更精确。但是你的CPU至少要1GHz以上才能支持这么高的分辨率。nanosleep()的原型如下：

int nanosleep(const struct timespec *rqtp, struct timespec *rmtp);

第一个参数指定要休眠的时间，第二个参数返回被信号中断时还没有休眠够的时间，timespec结构如下：

struct timespec {
    time_t tv_sec;        /* seconds */
    long   tv_nsec;       /* nanoseconds */
};

tv_sev 用于指定秒数，tv_nsec用于指定纳秒数(0-999 999 999)，注意不像前面所说的其它函数，nanosleep()对timespec结构的2个成员都要使用，所以你不能为tv_nsec指定大于999 999 999的数值，大于此数的应该送给tv_sec。所有的sleep函数遇信号都会返回，sleep()和alarm()遇信号返回剩余的时间，而usleep()，nanosleep()和 select()遇信号都会返回-1。