C# 中精确可靠的步进计时。NET/Mono

Question

对于我正在从事的项目，我需要每秒（几乎）正好执行 10 次某些逻辑。我知道非实时操作系统的局限性，偶尔 10-20% 的余量是可以的；也就是说，周期之间偶尔延迟最多 120 毫秒是可以的。但是，重要的是我可以绝对保证周期性的逻辑执行，并且不会出现超出上述裕度的延迟。这在 C# 中似乎很难实现。

我的情况是这样的：应用程序启动一段时间后，触发了一个事件，将开始逻辑执行周期。在那个周期运行s 的同时，程序还处理其他任务，例如通信、日志记录等。我需要能够运行使用 .NET Windows 和 Mono Linux 的程序。这不包括导入 winmm.dll 作为使用其高精度计时功能的可能性。

到目前为止我尝试了什么：

使用 while 循环，使用秒表计算逻辑执行后所需的剩余延迟，然后用该延迟量调用 Thread.Sleep；这是非常不可靠的，通常会导致更长的延迟，偶尔会导致很长的延迟
使用System.Threading.Timer；回调通常每 ~109 毫秒调用一次
使用我认为更合适的System.Timers.Timer，并将AutoReset设置为true； Elapsed 事件每 ~109 毫秒引发一次。
使用高精度计时器，例如可以找到的计时器 here or here。但是，这会导致（正如预期的那样）非常高的 cpu 负载，考虑到我的系统设计，这是不可取的。

到目前为止最好的选择似乎是使用 System.Timers.Timer class。为了纠正提到的 109 毫秒，我将间隔设置为 92 毫秒（这看起来很老套......！）。然后，在事件处理程序中，我使用秒表计算实际经过的时间，然后根据该计算执行我的系统逻辑。

在代码中：

var timer = new System.Timers.Timer(92);
timer.Elapsed += TimerElapsed;
timer.AutoReset = true;
timer.Start();
while (true){}

处理程序：

private void TimerElapsed(object sender, ElapsedEventArgs e)
{
    var elapsed = _watch.ElapsedMilliseconds;
    _watch.Restart();
    DoWork(elapsed);
}

但是，即使使用这种方法，偶尔也会发生仅在超过 200 毫秒后才触发事件的情况，最多可达 > 500 毫秒（在单声道上）。这意味着我错过了一个或多个逻辑执行周期，这可能是有害的。

有没有更好的方法来处理这个问题？还是这个问题是 OS 工作方式固有的，是否没有更可靠的方法来在没有高 CPU 负载的情况下以稳定的间隔进行重复逻辑执行？

Answer 1

与此同时，我基本上解决了这个问题。

首先，我对我在问题中引用的计时器的 CPU 用法进行了更正。 CPU 使用是由于我自己的代码，我在其中使用了一个紧凑的 while 循环。

发现后，我可以通过使用两个计时器来解决问题，并在运行时检查环境类型，以决定实际使用哪一个。为了检查环境，我使用：

private static readonly bool IsPosixEnvironment = Path.DirectorySeparatorChar == '/';

这在 Linux 下通常是正确的。

现在可以使用两个不同的定时器，比如this one for Windows, and this one对linux，如下：

if (IsPosixEnvironment)
{
    _linTimer = new PosixHiPrecTimer();
    _linTimer.Tick += LinTimerElapsed;
    _linTimer.Interval = _stepsize;
    _linTimer.Enabled = true;
}
else
{
    _winTimer = new WinHiPrecTimer();
    _winTimer.Elapsed += WinTimerElapsed;
    _winTimer.Interval = _stepsize;
    _winTimer.Resolution = 25;
    _winTimer.Start();
}

到目前为止，这给了我很好的结果；步长通常在 99-101 毫秒范围内，间隔设置为 100 毫秒。此外，对我来说更重要的是，不再有更长的间隔。

在较慢的系统（Raspberry Pi 第一代模型 B）上，我仍然偶尔会有更长的间隔，但在得出结论之前我必须先检查整体效率。

还有 this timer，它可以在两种操作系统下开箱即用。在一个测试程序中，与之前链接的程序相比，这个程序在 Linux 和 Mono 下导致更高的 CPU 负载。

C# 中精确可靠的步进计时。NET/Mono

Precise and reliable step timing in C# .NET/Mono

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