Linux 系统中实现毫秒级延时的方法多种多样，适用于不同的应用场景和性能需求，从简单的命令行工具到编程接口，每种方法都有其独特的优势和适用范围，本文将详细介绍几种常见的 Linux 毫秒延时实现方式，包括其原理、使用方法及注意事项。
使用 sleep 命令实现毫秒延时
sleep 是 Linux 系统中最基础的延时命令，但其默认精度为秒级，通过结合 usleep（微秒级延时）或 sleep 的小数参数，可以间接实现毫秒级延时。sleep 0.1 表示延时 100 毫秒，需要注意的是，sleep 命令的精度受系统调度影响，可能存在毫秒级的误差，适用于对精度要求不高的场景。
使用 usleep 函数
usleep 是 C 语言标准库中的函数，可以实现微秒级延时，其原型为 int usleep(useconds_t usec)。usleep(1000) 表示延时 1 毫秒。usleep 在用户空间执行，精度较高，但需要注意，在较新的 Linux 发行版中，usleep 可能已被标记为过时（deprecated），推荐使用 nanosleep 替代。
使用 nanosleep 函数
nanosleep 是更高精度的延时函数，其原型为 int nanosleep(const struct timespec *req, struct timespec *rem)。req 参数指定延时的秒数和纳秒数，{0, 1000000} 表示 1 毫秒。nanosleep 比 usleep 更精确，且不会被信号中断（除非显式处理），是实时系统中常用的延时方法，以下是一个简单的示例代码：
#include <time.h>
#include <stdio.h>
void msleep(unsigned long milliseconds) {
struct timespec ts;
ts.tv_sec = milliseconds / 1000;
ts.tv_nsec = (milliseconds % 1000) * 1000000;
nanosleep(&ts, NULL);
}
int main() {
printf("Start\n");
msleep(100); // 延时 100 毫秒
printf("End\n");
return 0;
}
使用 busy-wait 循环
对于需要极低延迟的场景（如实时系统），可以使用忙等待（busy-wait）循环，通过 clock_nanosleep 或 rdtsc 指令读取时间戳，并在循环中判断是否达到目标延时，这种方法会占用 CPU 资源，但能提供最高的精度，以下是一个基于 clock_nanosleep 的示例：
#include <time.h>
#include <stdio.h>
void busy_msleep(unsigned long milliseconds) {
struct timespec ts;
clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &ts);
ts.tv_sec += milliseconds / 1000;
ts.tv_nsec += (milliseconds % 1000) * 1000000;
if (ts.tv_nsec >= 1000000000) {
ts.tv_sec++;
ts.tv_nsec -= 1000000000;
}
clock_nanosleep(CLOCK_MONOTONIC, TIMER_ABSTIME, &ts, NULL);
}
int main() {
printf("Start\n");
busy_msleep(100); // 延时 100 毫秒
printf("End\n");
return 0;
}
使用内核模块实现高精度延时
在内核空间中,可以使用 udelay（微秒级）或 ndelay（纳秒级）函数实现高精度延时，这些函数忙等待，适用于内核驱动开发。udelay(1000) 表示延时 1 毫秒，需要注意的是，内核中的忙等待会阻塞调度，应谨慎使用。
不同延时方法的比较
| 方法 | 精度 | 适用场景 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|---|
| sleep | 毫秒级 | 脚本、低精度任务 | 简单易用 | 精度低，受调度影响 |
| usleep | 微秒级 | 用户空间程序 | 精度较高 | 可能被废弃 |
| nanosleep | 纳秒级 | 高精度用户空间程序 | 精度高，可被信号中断 | 需要编程支持 |
| busy-wait | 纳秒级 | 实时系统、低延迟任务 | 极高精度 | 占用 CPU 资源 |
| 内核 udelay/ndelay | 纳秒级 | 内核驱动 | 精度高，适合硬件操作 | 仅限内核空间，阻塞调度 |
注意事项
- 精度与性能的平衡：高精度延时通常以占用 CPU 资源为代价，需根据实际需求选择合适的方法。
- 系统负载影响：在多任务系统中，调度延迟可能导致实际延时超出预期。
- 信号处理：
nanosleep可能被信号中断，需处理返回值以确保延时准确。 - 内核限制：内核中的忙等待函数（如
udelay）有最大时间限制，避免溢出。
Linux 毫秒延时的实现方法多样，需结合应用场景、精度要求和系统资源选择合适的方案，对于普通用户任务，sleep 或 nanosleep 已足够；对于实时系统，则需采用忙等待或内核级延时函数，合理选择延时方法，能有效提升程序的稳定性和性能。
