Linux/c++ 计时方法每 N 秒执行一次，尽管有漂移？答案

【问题标题】：Linux/c++ timing method to gaurentee execution every N seconds despite drift?Linux/c++ 计时方法每 N 秒执行一次，尽管有漂移？
【发布时间】：2012-06-22 16:49:12
【问题描述】：

我有一个程序需要每 X 秒执行一次以写入一些输出。该程序将在每个输出之间进行一些间歇性轮询和处理。因此，例如，我可能每 5 秒输出一次，但我每 0.1 秒醒来一次轮询一次，直到达到下一个 5 秒标记。该程序理论上将在重新启动之间运行数月，甚至可能更长。

我需要每隔 X 秒执行一次，以保持与挂钟一致。换句话说，我不能让时钟漂移导致我偏离 X 秒标记。在间歇轮询中，我不需要完全相同级别的准确性，但我希望轮询的频率更高，所以我需要一个可以代表亚秒级精度的结构。

我意识到，由于在操作系统上运行的本质，在执行任何计时器时都会存在一定的不一致/延迟，因此我无法保证我将在完全处执行x 秒。但这很好，只要它保持一个小的正态分布，我不想要的是漂移让时间越来越远。

我还希望尽量减少轮询的 CPU 成本，但这是次要问题。

Linux 有哪些时序结构可以最好地为我提供这种级别的精确度？由于分发的麻烦，我试图避免在应用程序中包含提升，但如果必须的话可以使用它。所以首选使用标准 c++ 库的方法，但如果 Bosst 可以做得更好，我也想知道。

谢谢。

-ps，我不能使用 c++11。这不是一个选项，所以我无法使用它的任何构造。

【问题讨论】：

你的硬件平台是什么？您是否打算为您的应用程序使用实时内核和实时调度？
另外，您对boost 的“分发麻烦”有何期待？如果您静态链接到它，则无需部署/分发任何内容。
我没有实时运行。常规的 redhawk linux（可能）。我不需要实时的精确度，只是为了避免漂移。
提升的麻烦是由于我的雇主没有提升自己。毕竟，好的公司喜欢用愚蠢的限制来阻碍那里的员工！
@dsollen：PC 的内部时钟会漂移。您需要使用原子钟查询网络时间源。

标签： c++ linux time drift

【解决方案1】：

我会记录我开始时t_0的时间，然后在任何给定时间t，如果i = (t - t_0)/X（整数除法）大于上次执行的相同数量，则再次执行。

例如，假设您每 5 秒跑步一次，如果您在时间 23 开始，则记录 i = 0, t_0 = 23。然后在时间 27，(27 - 23)/5 = 0，所以你还没有执行。但是下一次到时间 28 时，(28 - 23)/5 = 1，大于 0，所以你执行。

这样您就不会在每次滴答时都添加一个计数器，这可能会产生巨大的漂移，您可以计算自开始以来的绝对时间，因此您知道执行的确切时间。

【讨论】：

更好的是，计算下一次运行的时间，并使用睡眠功能（select 或类似的便携式亚秒级sleep）。但关键是使用当前时间和上次预定时间后的 5 秒，而不是当前时间的 5 秒。
时间只有一秒的感知，不是吗？这将允许至少一秒钟的差异，不是吗？另外，这是否意味着我每次都需要进行系统调用，还是 C 会抽象出对系统调用的需求？
select 给予亚秒级睡眠。
而gettimeofday 使用struct timeval，它具有微秒，就像select 需要的一样。另一方面，pselect 需要 struct timespec 和纳秒。

【解决方案2】：

clock_gettime 和clock_nanosleep 都在亚秒级运行，使用CLOCK_MONOTONIC 应该可以防止由于调整系统时间（例如 NTP 或adjtimex）而导致的任何偏差。例如，

long delay_ns = 250000000;
struct timespec next;
clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &next);
while (1) {
    next.ts_nsec += delay_ns;
    next.ts_sec += ts_nsec / 1000000000;
    next.ts_nsec %= 1000000000;
    clock_nanosleep(CLOCK_MONOTONIC, TIMER_ABSTIME, &next, NULL);
    /* do something after the wait */
}

实际上，您应该检查您是否由于信号而提前返回，以及您是否应该跳过一个间隔，因为您在睡觉时经过了太多时间。

其他休眠方式，如nanosleep和select，只允许指定时间间隔，使用CLOCK_REALTIME，这是系统时间，可能会发生变化。

【讨论】：

据此：stuff.onse.fi/man?program=clock_gettime&section=3CLOCK_MONOTONIC_RAW 是需要用来避免由于 NTP 等导致时间变化的。
这是一个很好的答案。一个后续问题。我实际上可能希望在闰秒事件中尽早打印，这样时间对于那些阅读文件的人来说似乎是连续的（仍在尝试在工作中获得对此的反馈）。我想如果需要的话，我可以通过使用不同的常量传递给时钟方法来做到这一点？

【解决方案3】：

如果您需要一些没有抖动或时钟漂移的精确计时，请确保有一个外部时间源，例如 GPS、原子钟或无线电时钟。例如，请参阅此 PDF 中记录的 NTP 集成。所有 NTP 技巧在 Linux 和 NanoBSD（在 PDF 中）上都能正常工作。

【讨论】：