编程之美 1.1 让cpu占用率曲线听你指挥(多核处理器)
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下面的程序针对多核处理器,可以设置让任何一个cpu显示相应的曲线(本文以正弦曲线为例)
代码编译环境:windows 7 64位 酷睿 i5 处理器,vs2010.
可以修改CpuSin函数的计算 busySpan 和 idleSpan的部分以显示不同的曲线。
下面的代码没有考虑cpu中其他进程的占用情况,这种情况详见第二部分
#include <windows.h>
#include <stdio.h>
#include <math.h> //把一条正弦曲线0~2pi 之间的弧度等分200份抽样,计算每个点的振幅
//然后每隔300ms设置下一个抽样点,并让cpu工作对应振幅时间
const int samplingCount = ; //抽样点数目
const double pi = 3.1415926;
const int totalAmplitude = ; //每个抽样点对应时间片
const double delta = 2.0/samplingCount; //抽样弧度的增量 int busySpan[samplingCount];//每个抽样点对应的busy时间
int idleSpan[samplingCount];//每个抽样点对应的idle时间 //一个线程调用MakeUsageSin,并把该线程绑定到一个cpu,那么该cpu呈现正弦曲线
DWORD WINAPI MakeUsageSin(LPVOID lpParameter)
{
DWORD startTime = ;
for(int j = ; ; j = (j + ) % samplingCount)
{
startTime = GetTickCount();
while ((GetTickCount() - startTime) < busySpan[j]);
Sleep(idleSpan[j]);
}
} //如果cpuindex < 0 则所有cpu都显示正弦曲线
//否则只有第 cpuindex个cpu显示正弦曲线
//cpuindex 从 0 开始计数
void CpuSin(int cpuIndex)
{
//计算 busySpan 和 idleSpan
double radian = ;
int amplitude = totalAmplitude / ;
for (int i = ; i < samplingCount; i++)
{
busySpan[i] = (DWORD)(amplitude + sin(pi*radian)*amplitude);
idleSpan[i] = totalAmplitude - busySpan[i];
radian += delta;
} //获取系统cup数量
SYSTEM_INFO SysInfo;
GetSystemInfo(&SysInfo);
int num_processors = SysInfo.dwNumberOfProcessors;
if(cpuIndex + > num_processors)
{
printf("error: the index of cpu is out of boundary\n");
printf("cpu number: %d\n", num_processors);
printf("your index: %d\n", cpuIndex);
printf("** tip: the index of cpu start from 0 **\n");
return;
} if(cpuIndex < )
{
HANDLE* threads = new HANDLE[num_processors];
for (int i = ;i < num_processors;i++)
{
DWORD mask = <<i;
threads[i] = CreateThread(NULL, , MakeUsageSin, &mask, , NULL);
SetThreadAffinityMask(threads[i], <<i);//线程指定在某个cpu运行
}
WaitForMultipleObjects(num_processors, threads, TRUE, INFINITE);
}
else
{
HANDLE thread;
DWORD mask = ;
thread = CreateThread(NULL, , MakeUsageSin, &mask, , NULL);
SetThreadAffinityMask(thread, <<cpuIndex);
WaitForSingleObject(thread,INFINITE);
} }
int main()
{ CpuSin();
return ;
}
运行结果:

下面我们考虑其他进程对cpu的影响,即需要检测出某个cpu当前的使用率。
首先对于单核处理器获取cpu利用率,或者多核处理器获取总的cpu利用率,可以通过windows api “GetSystemTimes” 来实现
该函数声明如下:BOOL GetSystemTimes(LPFILETIME IdleTime,LPFILETIME KernelTime,LPFILETIME UserTime),具体可以参考msdn接口介绍
cpu利用率计算公式为:CPURate=100.0-(NowIdleTime-LastIdleTime)/(NowKernelTime-LastKernelTime+NowUserTime-LastUserTime)*100.0
计算总的cpu利用率或者单核处理器cpu利用率的类实现如下:
class CCPUUseRate
{
public:
BOOL Initialize()
{
FILETIME ftIdle, ftKernel, ftUser;
BOOL flag = FALSE;
if (flag = GetSystemTimes(&ftIdle, &ftKernel, &ftUser))
{
m_fOldCPUIdleTime = FileTimeToDouble(ftIdle);
m_fOldCPUKernelTime = FileTimeToDouble(ftKernel);
m_fOldCPUUserTime = FileTimeToDouble(ftUser); }
return flag;
}
//调用Initialize后要等待1左右秒再调用此函数
int GetCPUUseRate()
{
int nCPUUseRate = -;
FILETIME ftIdle, ftKernel, ftUser;
if (GetSystemTimes(&ftIdle, &ftKernel, &ftUser))
{
double fCPUIdleTime = FileTimeToDouble(ftIdle);
double fCPUKernelTime = FileTimeToDouble(ftKernel);
double fCPUUserTime = FileTimeToDouble(ftUser);
nCPUUseRate= (int)(100.0 - (fCPUIdleTime - m_fOldCPUIdleTime)
/ (fCPUKernelTime - m_fOldCPUKernelTime + fCPUUserTime - m_fOldCPUUserTime)
*100.0);
m_fOldCPUIdleTime = fCPUIdleTime;
m_fOldCPUKernelTime = fCPUKernelTime;
m_fOldCPUUserTime = fCPUUserTime;
}
return nCPUUseRate;
}
private:
double FileTimeToDouble(FILETIME &filetime)
{
return (double)(filetime.dwHighDateTime * 4.294967296E9) + (double)filetime.dwLowDateTime;
}
private:
double m_fOldCPUIdleTime;
double m_fOldCPUKernelTime;
double m_fOldCPUUserTime;
};
注意:前后两次调用GetSystemTimes之间要间隔一定时间,使用方法如下:
int main()
{
CCPUUseRate cpuUseRate;
if (!cpuUseRate.Initialize())
{
printf("Error! %d\n", GetLastError());
getch();
return -;
}
else
{
while (true)
{
Sleep();
printf("\r当前CPU使用率为:%4d%%", cpuUseRate.GetCPUUseRate());
}
}
return ;
}
对于计算多核处理器中单个cpu的使用率,可以使用pdh.h头文件中的接口,该头文件是visual studio自带的,包含该头文件时,还需要引入相关的lib库:
#include <TCHAR.h>
#include <windows.h>
#include <pdh.h>
#include <cstdio>
#include <cmath>
#pragma comment(lib, "pdh.lib") //---------------------------------------------------comput the cpu usage rate
static PDH_HQUERY cpuQuery;
static PDH_HCOUNTER cpuTotal; //cpuindex 为指定的cpu id ,从0开始
void init(int cpuIndex)
{
PDH_STATUS Status = PdhOpenQuery(NULL, NULL, &cpuQuery);
if (Status != ERROR_SUCCESS)
{
printf("\nPdhOpenQuery failed with status 0x%x.", Status);
exit(-);
}
char buf[];
sprintf(buf, "\\Processor(%d)\\%% Processor Time", cpuIndex);
PdhAddCounter(cpuQuery, LPCSTR(buf), NULL, &cpuTotal);
PdhCollectQueryData(cpuQuery);
} double getCpuUsageRate()
{
PDH_FMT_COUNTERVALUE counterVal;
PdhCollectQueryData(cpuQuery);
PdhGetFormattedCounterValue(cpuTotal, PDH_FMT_DOUBLE, NULL, &counterVal);
return counterVal.doubleValue;
}
注:该方法也可以计算总的cpu利用率,只要把PdhAddCounter的第二个字符串参数改为"\\Processor(_Total)\\%% Processor Time"
前后两次调用PdhCollectQueryData之间也需要间隔一定时间
使用方法如下:
int main()
{
init();
while()
{
Sleep();
printf("\n%f\n", getCpuUsageRate());
}
}
利用上述方法获取cpu当前利用率后,再画正弦曲线,只需要改变进程的busy时间和idle时间,如果当前点曲线需要的cpu利用率是a%,cpu实际利用率是b%
若a>b, 那么进程的busy时间为该点时间片的(a-b)%
若a<=b,那么进程busy时间为0(实际情况中由于cpu使用率采集的不精确以及使用率的不断变化,busy时间设置为0效果不一定最好,本文中是设置为原来时间的3/4)
实际上除了当前进程外,如果cpu一直占用某个使用率,会影响曲线的形状,特别是曲线的下部分.
代码如下:
#include <TCHAR.h>
#include <windows.h>
#include <pdh.h>
#include <cstdio>
#include <cmath>
#pragma comment(lib, "pdh.lib") //---------------------------------------------------comput the cpu usage rate
static PDH_HQUERY cpuQuery;
static PDH_HCOUNTER cpuTotal; //cpuindex 为指定的cpu id ,从0开始
void init(int cpuIndex)
{
PDH_STATUS Status = PdhOpenQuery(NULL, NULL, &cpuQuery);
if (Status != ERROR_SUCCESS)
{
printf("\nPdhOpenQuery failed with status 0x%x.", Status);
exit(-);
}
char buf[];
sprintf(buf, "\\Processor(%d)\\%% Processor Time",cpuIndex);
PdhAddCounter(cpuQuery, LPCSTR(buf), NULL, &cpuTotal);
PdhCollectQueryData(cpuQuery);
} double getCpuUsageRate()
{
PDH_FMT_COUNTERVALUE counterVal;
PdhCollectQueryData(cpuQuery);
PdhGetFormattedCounterValue(cpuTotal, PDH_FMT_DOUBLE, NULL, &counterVal);
return counterVal.doubleValue;
} //--------------------------------------------------------------------cpu sin
//把一条正弦曲线0~2pi 之间的弧度等分200份抽样,计算每个点的振幅
//然后每隔300ms设置下一个抽样点,并让cpu工作对应振幅时间
const int samplingCount = ; //抽样点数目
const double pi = 3.1415926;
const int totalAmplitude = ; //每个抽样点对应时间片
const double delta = 2.0/samplingCount; //抽样弧度的增量 DWORD busySpan[samplingCount];//每个抽样点对应的busy时间
int idleSpan[samplingCount];//每个抽样点对应的idle时间 //一个线程调用MakeUsageSin,并把该线程绑定到一个cpu,那么该cpu呈现正弦曲线
DWORD WINAPI MakeUsageSin(LPVOID lpParameter)
{
DWORD startTime = ;
for(int j = ; ; j = (j + ) % samplingCount)
{
startTime = GetTickCount();
DWORD realBusy = busySpan[j]; double currentCpuUsageRate = getCpuUsageRate();
if(currentCpuUsageRate < busySpan[j]*1.0/totalAmplitude)
realBusy = (busySpan[j]*1.0/totalAmplitude - currentCpuUsageRate)*totalAmplitude;
else
realBusy *= 0.75; while ((GetTickCount() - startTime) < realBusy);
Sleep(idleSpan[j]);
}
} //如果cpuindex < 0 则所有cpu都显示正弦曲线
//否则只有第 cpuindex个cpu显示正弦曲线
//cpuindex 从 0 开始计数
void CpuSin(int cpuIndex)
{
//计算 busySpan 和 idleSpan
double radian = ;
int amplitude = totalAmplitude / ;
for (int i = ; i < samplingCount; i++)
{
busySpan[i] = (DWORD)(amplitude + sin(pi*radian)*amplitude);
idleSpan[i] = totalAmplitude - busySpan[i];
radian += delta;
} //获取系统cup数量
SYSTEM_INFO SysInfo;
GetSystemInfo(&SysInfo);
int num_processors = SysInfo.dwNumberOfProcessors;
if(cpuIndex + > num_processors)
{
printf("error: the index of cpu is out of boundary\n");
printf("cpu number: %d\n", num_processors);
printf("your index: %d\n", cpuIndex);
printf("** tip: the index of cpu start from 0 **\n");
return;
} if(cpuIndex < )
{
HANDLE* threads = new HANDLE[num_processors];
for (int i = ;i < num_processors;i++)
{
DWORD mask = <<i;
threads[i] = CreateThread(NULL, , MakeUsageSin, &mask, , NULL);
SetThreadAffinityMask(threads[i], <<i);//线程指定在某个cpu运行
}
WaitForMultipleObjects(num_processors, threads, TRUE, INFINITE);
}
else
{
init(cpuIndex);
HANDLE thread;
DWORD mask = ;
thread = CreateThread(NULL, , MakeUsageSin, &mask, , NULL);
SetThreadAffinityMask(thread, <<cpuIndex);
WaitForSingleObject(thread,INFINITE);
} }
//------------------------------------- int main()
{
CpuSin();
}
主要改动在MakeUsageSin函数,初始化在上面代码108行
结果如下:

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