Python time.sleep 与忙等待的准确性

Posted 2023-02-19

【中文标题】Python time.sleep 与忙等待的准确性

【英文标题】：Python time.sleep vs busy wait accuracy

【发布时间】：2013-07-04 04:52:57

【问题描述】：

我正在使用 python 标准库中的 time.sleep 函数，发现它不足以应对亚毫秒级的延迟。通过测试，我发现它实际上等待 1.1-1.2 毫秒等待 1 毫秒。实施繁忙的等待使准确度在 1% 以内。我用过：

def busy_wait(dt):   
    current_time = time.time()
    while (time.time() < current_time+dt):
        pass

并且可以在 0.0001 秒内达到 1% 的准确率。

我的主要问题是：

为什么睡眠功能如此不准确（可能是 C 问题）？获得具有更高时钟速度的更好 CPU 会改变这种情况吗？ 为什么有人会使用睡眠？我看到的唯一优势（节能）仅限于嵌入式系统，不是吗？ 是否可以通过校准来补偿睡眠的不准确性？像这样： 定义睡眠（dt）： 睡眠（校准功能（dt））

顺便说一句，我读到睡眠在等待时间长的情况下甚至无法正常工作：Upper limit in Python time.sleep()? 我还在 SO 上的某处读到了制作更短时间间隔的循环以提高精度，但是当我想延迟 0.01 秒时这是没用的。 Karl Voigtland 提到使用 ctypes 的 nanosleep，但我觉得这太过分了，time.sleep 应该做它的预期行为。

time.sleep 是一个损坏的 python 功能？还是没有人足够关心精确的时间测量？

【问题讨论】：

How accurate is python's time.sleep()?的可能重复

是的，我认为这是一个操作系统调用，但现在我想知道为什么他们在忙碌等待时使用操作系统调用更好。

繁忙的等待会占用 CPU 时间并阻塞 CPU。睡眠会进行上下文切换并且不会阻止其他执行（它会“阻止”您的执行）。一般来说，如果你真的需要确切的时间，你只会忙着等待，即使那样，你仍然受限于操作系统对 CPU 的需求，这可能会让你离开……

也可能是普遍感兴趣的问题"How can I get the Windows system time with millisecond resolution?"和文章"Windows Timer Resolution: Megawatts Wasted"

@JDong：在一般情况下忙等待并不是更好，因为操作系统可以在任何时候抢占您的程序。因此，根据 CPU 负载和调度程序的反复无常，阳光下的任何睡眠策略都可能是任意糟糕的。

【参考方案1】：

在 Windows 上，操作系统睡眠功能（Python 必须使用）只能在当前计时器间隔的倍数上唤醒线程。通常，该范围在 1.0 ms 和 15.6 ms 之间。降低定时器间隔会很方便，因为它可以缩短睡眠时间，但会浪费电力，正如我在这篇文章中所写的那样：

http://randomascii.wordpress.com/2013/07/08/windows-timer-resolution-megawatts-wasted/

忙碌的等待可能会提供更好的准确性，但通常是一个可怕的想法，因为它会浪费更多的电力并从更值得的任务中窃取 CPU 时间：

https://randomascii.wordpress.com/2012/06/05/in-praise-of-idleness/

最后，忙等待的准确性取决于你使用什么定时器函数来获取当前时间，也可能取决于定时器间隔：

https://randomascii.wordpress.com/2013/05/09/timegettime-versus-gettickcount/

你为什么要睡这么短的时间？通常，最好等待某事发生——等待某个事件——而不是等待这么短的时间。

【讨论】：

事实上 Python time.sleep() 使用带有超时的 WaitForSingleObject() 调用来捕获等待期间的任何 Ctrl-C（通过发出事件信号的 SetConsoleCtrlHandler()。）

应用程序是一种宏；我有一组想要非常准确地模拟的动作。我已经学会了如何在 C 中做到这一点，但还没有在 Python 中找到规范的解决方案。我的问题有点无法回答，所以我现在接受你的回答。感谢您的洞察力。

@schlenk 感谢您提供有关 time.sleep() 实现的信息。关于超时何时到期的规则与 Sleep() 的规则基本相同（因为调度程序仅在发生某些事情或触发定时器中断时运行）所以答案仍然适用。

【参考方案2】：

这是一个重复的问题，但无论如何我都会尽我所能在这里回答。

睡眠函数是一种操作系统调用，它与忙等待不同，它不会阻塞线程。如果你有一个多线程脚本，它不应该阻塞其他线程。 睡眠功能在 Windows 中不准确，因为它不是实时操作系统（不确定这意味着什么）。如果您严格要求等待的准确性，那么忙碌的等待是您的最佳选择。否则，time.sleep() 可能是首选。操作系统调用 sleep 不准确的原因可能是因为它依赖于操作系统在正确的时间返回，并且依赖于操作系统调度程序的精度。