嵌入式Linux系统编程 — 5.5 sleep、usleep和nanosleep系统休眠函数

1 为什么需要休眠

2 sleep、usleep和nanosleep函数

2.1 sleep函数

2.2 usleep函数

2.3 nanosleep函数

3 示例程序

1 为什么需要休眠

有时需要将进程暂停或休眠一段时间，进入休眠状态之后，程序将暂停运行，直到休眠结束。
以下是一些常见的休眠场景和作用：

避免过载：在高负载或密集计算任务中，程序可能需要定期休眠，以避免长时间占用CPU，给系统其他部分留出处理时间。
定时任务：在需要执行定时任务的场景中，休眠可以用于实现简单的时间调度。
错误恢复：在遇到错误或异常时，程序可能会选择休眠一段时间，然后重试操作，这可以作为简单的错误恢复机制。
节能：在某些嵌入式系统或移动设备上，休眠可以用于节能，通过减少CPU的活动来降低功耗。

在Linux系统中，实现休眠的常用函数包括：

sleep()：基于秒的休眠。
usleep()：基于微秒的休眠（1微秒 = 10^-6秒）。
nanosleep()：基于纳秒的休眠（1纳秒 = 10^-9秒），提供了更精细的控制。

2 sleep、usleep和nanosleep函数

2.1 sleep函数

sleep函数使调用进程休眠指定的秒数。

#include <unistd.h>unsigned int sleep(unsigned int seconds);

seconds：要休眠的秒数。
返回值：如果休眠时长为参数 seconds 所指定的秒数，则返回 0；若被信号中断则返回剩余的秒数。

2.2 usleep函数

usleep函数使调用进程休眠指定的微秒数。

#include <unistd.h>int usleep(useconds_t usec)

参数：usec - 要休眠的微秒数。
返回值：成功返回 0；失败返回-1，并设置 errno。

2.3 nanosleep函数

nanosleep函数使调用进程休眠指定的纳秒数。

#include <time.h>int nanosleep(const struct timespec *req, struct timespec *rem);

req - 指向 timespec 结构的指针，该结构指定要休眠的时间。
rem - 指向 timespec 结构的指针，用于存储未完成的剩余时间（如果函数被中断）。
返回值：在成功休眠达到请求的时间间隔后， nanosleep()返回 0；如果中途被信号中断或遇到错误，则返回-1，并将剩余时间记录在参数 rem 指向的 struct timespec 结构体变量中（参数 rem 不为 NULL 的情况下，如果为 NULL 表示不接收剩余时间），还会设置 errno 标识错误类型。

3 示例程序

示例程序使用 sleep()、usleep() 和 nanosleep() 函数演示了当这些函数因信号中断时如何处理剩余的休眠时间。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
#include <errno.h>int main() 
{// 使用 sleep() 函数休眠 2 秒printf("使用 sleep() 休眠 2 秒...\n");unsigned int seconds = 2;unsigned int remaining_seconds = sleep(seconds);if (remaining_seconds == 0) {printf("sleep() 正常结束。\n");} else {printf("sleep() 被中断，剩余休眠时间：%u 秒。\n", remaining_seconds);}// 使用 usleep() 函数休眠 1000 微秒printf("使用 usleep() 休眠 1000 微秒...\n");unsigned long usecs = 1000;int result = usleep(usecs);if (result == 0) {printf("usleep() 正常结束。\n");} else {printf("usleep() 被中断，错误码：%d。\n", errno);}// 使用 nanosleep() 函数休眠 100 毫秒printf("使用 nanosleep() 休眠 100 毫秒...\n");struct timespec req, rem;req.tv_sec = 0;req.tv_nsec = 100000000; // 100 毫秒while (nanosleep(&req, &rem) == -1) {if (errno == EINTR) {// 如果 nanosleep 被中断，更新剩余时间并重试req = rem;} else {perror("nanosleep 遇到错误");break;}}printf("nanosleep() 正常结束。\n");return 0;
}

运行结果如下：