Linux如何获取微秒级时间 (linux 获取时间 微秒)

随着科技的不断发展和计算机的迅猛发展，时间已经成为一种极其重要的资源。在很多场景下，特别是在科学实验、高性能计算、计算机网络和游戏等领域，以微秒甚至纳秒为单位的时间已经成为计算机系统中的标准时间单位，操作系统也逐渐适配了这种时间单位。而在这种情况下，如何获取微秒级时间已经成为了一个非常值得研究的问题。

本文主要介绍Linux操作系统如何获取微秒级时间的方法和技巧，包括系统调用、定时器、高分辨率计数器和实时时钟等多种方式。

一、系统调用

系统调用是Linux操作系统提供的一种获取时间的标准方法，可以通过系统调用函数来获取当前时间。在Linux中，使用gettimeofday()函数可以获取当前时间的秒和微秒。其函数原型如下：

“`C

int gettimeofday(struct timeval *tv, struct timezone *tz);

“`

其中，tv参数是一个指向timeval结构体的指针，表示当前时间，tz参数是一个指向timezone结构体的指针，表示时区信息。如果tz参数为NULL，则忽略时区信息。

timeval结构体的定义如下：

“`C

struct timeval {

time_t tv_sec; /*秒*/

suseconds_t tv_usec; /*微秒*/

};

“`

需要注意的是，由于gettimeofday()函数存在一定的调用开销，因此其获取时间的精度并不高，更大精度只能达到微秒级别。

二、定时器

定时器是Linux系统中一种常用的获取时间的方法。Linux内核提供了两种定时器：硬定时器和软定时器。其中硬定时器依赖于硬件支持，软定时器则完全依赖于软件。更常用的是软定时器，它使用系统调度器后台线程进行定时器管理，可以达到对微秒级别时间的高精度获取。

在Linux中，使用定时器方法可以通过setitimer()函数设置定时器，该函数的原型如下：

“`C

int setitimer(int which, const struct itimerval *new_value, struct itimerval *old_value);

“`

其中，which参数表示使用的定时器种类，可以是ITIMER_REAL、ITIMER_VIRTUAL或ITIMER_PROF。new_value参数是一个指向itimerval结构体的指针，表示新的定时器时间。old_value参数是一个指向itimerval结构体的指针，表示旧的定时器时间。

itimerval结构体的定义如下：

“`C

struct itimerval {

struct timeval it_interval; /*定时器运行间隔*/

struct timeval it_value; /*定时器初次启动时间*/

};

“`

需要注意的是，定时器方法在高精度时间获取方面并不是更佳选择。这是因为它受到系统调度器后台线程的影响，所以在系统负载高的情况下，定时器的精度会下降。

三、高分辨率计数器

高分辨率计数器是一种使用计算机系统硬件资源去获取高精度时间的方法。在Linux系统中，高分辨率计数器的实现方式是通过读取CPU时钟频率和CPU计数器进行计算。这种方法可以实现微秒级别时间的精度获取，而且只要CPU在运行，就可以保持一定的时间精度。

在Linux中，使用高分辨率计数器方法可以通过rdtscp()函数获取当前CPU时间戳计数器的值。然后使用计算公式可以将计数器值转换为微秒级别的时间。

需要注意的是，高分辨率计数器方法对于并行运行的代码和多核系统存在一定的限制。另外，由于计数器值的溢出问题，该方法可能无法获得长时间的高精度时间。

四、实时时钟

实时时钟是Linux内核提供的一种高精度时间获取方法。它与Linux系统中的其他时间获取方法不同，实时时钟是基于系统硬件而不是软件实现的。实时时钟硬件包括时钟芯片和定时器，时钟芯片提供了一种高精度的时钟信号，而定时器则用于校准时间误差。

在Linux中，使用实时时钟方法可以通过clock_gettime()函数获取当前时间。其函数原型如下：

“`C

int clock_gettime(clockid_t clk_id, struct timespec *tp);

“`

其中，clk_id参数表示使用的时钟种类，常见的有CLOCK_REALTIME、CLOCK_MONOTONIC和CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID等。tp参数是一个指向timespec结构体的指针，表示返回的当前时间。

timespec结构体的定义如下：

“`C

struct timespec {

time_t tv_sec;

long tv_nsec;

};

“`

需要注意的是，由于实时时钟硬件资源较为昂贵，因此该方法的实现对于低成本嵌入式系统来说可能存在一定困难。

本文介绍了Linux下四种获取微秒级时间的方法和技巧，包括系统调用、定时器、高分辨率计数器和实时时钟等。需要注意的是，每种方法都有其特定的使用场景和注意事项，需要结合具体业务需求来选择使用。同时，Linux内核提供的多种时间获取方法也成为了其他操作系统和平台实现高精度时间的基础。