c++ - 需要精确的线程休眠。最大 1ms 误差

Question

我有运行循环的线程。我需要该循环每 5 毫秒运行一次(1 毫秒错误)。我知道 Sleep() 函数并不精确。

你有什么建议吗？

更新。我不能用其他方式做到这一点。在循环结束时，我需要某种 sleep 。我也不希望 CPU 占用 100%。

Answer 1

我一直在寻找适用于实时应用(即高分辨率/高精度和可靠性)的轻量级跨平台休眠功能。以下是我的发现:

调度基础知识

放弃 CPU 然后再取回它是昂贵的。根据this article ，调度程序延迟在 Linux 上可能在 10-30 毫秒之间。因此，如果您需要高精度地休眠少于 10 毫秒，那么您需要使用特定于操作系统的特殊 API。通常的 C++11 std::this_thread::sleep_for 不是高分辨率 sleep 。例如，在我的机器上，快速测试表明，当我要求它仅休眠 1 毫秒时，它通常至少休眠 3 毫秒。

Linux

最流行的解决方案似乎是 nanosleep() API。但是，如果您想要 < 2ms 的高分辨率 sleep 时间，则还需要使用 sched_setscheduler 调用来设置线程/进程以进行实时调度。如果你不这样做，那么 nanosleep() 就像过时的 usleep 一样，其分辨率为 ~10ms。另一种可能性是使用 alarms .

window

这里的解决方案是像其他人建议的那样使用多媒体时间。如果你想在 Windows 上模拟 Linux 的 nanosleep()，下面是如何(original ref)。同样，请注意，如果您在循环中调用 sleep()，则无需反复执行 CreateWaitableTimer()。

#include <windows.h>    /* WinAPI */

/* Windows sleep in 100ns units */
BOOLEAN nanosleep(LONGLONG ns){
    /* Declarations */
    HANDLE timer;   /* Timer handle */
    LARGE_INTEGER li;   /* Time defintion */
    /* Create timer */
    if(!(timer = CreateWaitableTimer(NULL, TRUE, NULL)))
        return FALSE;
    /* Set timer properties */
    li.QuadPart = -ns;
    if(!SetWaitableTimer(timer, &li, 0, NULL, NULL, FALSE)){
        CloseHandle(timer);
        return FALSE;
    }
    /* Start & wait for timer */
    WaitForSingleObject(timer, INFINITE);
    /* Clean resources */
    CloseHandle(timer);
    /* Slept without problems */
    return TRUE;
}

跨平台代码

这是 time_util.cc它为 Linux、Windows 和 Apple 的平台实现 sleep 。但是请注意，它不会像我上面提到的那样使用 sched_setscheduler 设置实时模式，所以如果你想使用 <2ms，那么这是你需要额外做的事情。您可以进行的另一项改进是，如果您在某个循环中调用 sleep，则避免一遍又一遍地调用适用于 Windows 版本的 CreateWaitableTimer。有关如何执行此操作，请参阅 example here .

#include "time_util.h"

#ifdef _WIN32
#  define WIN32_LEAN_AND_MEAN
#  include <windows.h>

#else
#  include <time.h>
#  include <errno.h>

#  ifdef __APPLE__
#    include <mach/clock.h>
#    include <mach/mach.h>
#  endif
#endif // _WIN32

/**********************************=> unix ************************************/
#ifndef _WIN32
void SleepInMs(uint32 ms) {
    struct timespec ts;
    ts.tv_sec = ms / 1000;
    ts.tv_nsec = ms % 1000 * 1000000;

    while (nanosleep(&ts, &ts) == -1 && errno == EINTR);
}

void SleepInUs(uint32 us) {
    struct timespec ts;
    ts.tv_sec = us / 1000000;
    ts.tv_nsec = us % 1000000 * 1000;

    while (nanosleep(&ts, &ts) == -1 && errno == EINTR);
}

#ifndef __APPLE__
uint64 NowInUs() {
    struct timespec now;
    clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &now);
    return static_cast<uint64>(now.tv_sec) * 1000000 + now.tv_nsec / 1000;
}

#else // mac
uint64 NowInUs() {
    clock_serv_t cs;
    mach_timespec_t ts;

    host_get_clock_service(mach_host_self(), SYSTEM_CLOCK, &cs);
    clock_get_time(cs, &ts);
    mach_port_deallocate(mach_task_self(), cs);

    return static_cast<uint64>(ts.tv_sec) * 1000000 + ts.tv_nsec / 1000;
}
#endif // __APPLE__
#endif // _WIN32
/************************************ unix <=**********************************/

/**********************************=> win *************************************/
#ifdef _WIN32
void SleepInMs(uint32 ms) {
    ::Sleep(ms);
}

void SleepInUs(uint32 us) {
    ::LARGE_INTEGER ft;
    ft.QuadPart = -static_cast<int64>(us * 10);  // '-' using relative time

    ::HANDLE timer = ::CreateWaitableTimer(NULL, TRUE, NULL);
    ::SetWaitableTimer(timer, &ft, 0, NULL, NULL, 0);
    ::WaitForSingleObject(timer, INFINITE);
    ::CloseHandle(timer);
}

static inline uint64 GetPerfFrequency() {
    ::LARGE_INTEGER freq;
    ::QueryPerformanceFrequency(&freq);
    return freq.QuadPart;
}

static inline uint64 PerfFrequency() {
    static uint64 xFreq = GetPerfFrequency();
    return xFreq;
}

static inline uint64 PerfCounter() {
    ::LARGE_INTEGER counter;
    ::QueryPerformanceCounter(&counter);
    return counter.QuadPart;
}

uint64 NowInUs() {
    return static_cast<uint64>(
        static_cast<double>(PerfCounter()) * 1000000 / PerfFrequency());
}
#endif // _WIN32

另一个更完整的跨平台代码可以是 found here .

另一个快速解决方案

您可能已经注意到，上面的代码不再是非常轻量级的。它需要包含 Windows header 以及其他内容，如果您正在开发仅包含 header 的库，这可能不是很理想。如果您需要少于 2 毫秒的 sleep 并且您不太热衷于使用操作系统代码，那么您可以使用以下简单的跨平台解决方案，并且在我的测试中运行良好。请记住，您现在没有使用高度优化的操作系统代码，这可能会更好地节省电量和管理 CPU 资源。

typedef std::chrono::high_resolution_clock clock;
template <typename T>
using duration = std::chrono::duration<T>;

static void sleep_for(double dt)
{
    static constexpr duration<double> MinSleepDuration(0);
    clock::time_point start = clock::now();
    while (duration<double>(clock::now() - start).count() < dt) {
        std::this_thread::sleep_for(MinSleepDuration);
    }
}

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