让cpu占用率曲线听你指挥(多核处理器)
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

- 1 #include <windows.h>
- 2 #include <stdio.h>
- 3 #include <math.h>
- 4
- 5 //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
- 6 //然后每隔300ms设置下一个抽样点,并让cpu工作对应振幅时间
- 7 const int samplingCount = 200; //抽样点数目
- 8 const double pi = 3.1415926;
- 9 const int totalAmplitude = 300; //每个抽样点对应时间片
- 10 const double delta = 2.0/samplingCount; //抽样弧度的增量
- 11
- 12 int busySpan[samplingCount];//每个抽样点对应的busy时间
- 13 int idleSpan[samplingCount];//每个抽样点对应的idle时间
- 14
- 15 //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
- 16 DWORD WINAPI MakeUsageSin(LPVOID lpParameter)
- 17 {
- 18 DWORD startTime = 0;
- 19 for(int j = 0; ; j = (j + 1) % samplingCount)
- 20 {
- 21 startTime = GetTickCount();
- 22 while ((GetTickCount() - startTime) < busySpan[j]);
- 23 Sleep(idleSpan[j]);
- 24 }
- 25 }
- 26
- 27 //如果cpuindex < 0 则所有cpu都显示正弦曲线
- 28 //否则只有第 cpuindex个cpu显示正弦曲线
- 29 //cpuindex 从 0 开始计数
- 30 void CpuSin(int cpuIndex)
- 31 {
- 32 //计算 busySpan 和 idleSpan
- 33 double radian = 0;
- 34 int amplitude = totalAmplitude / 2;
- 35 for (int i = 0; i < samplingCount; i++)
- 36 {
- 37 busySpan[i] = (DWORD)(amplitude + sin(pi*radian)*amplitude);
- 38 idleSpan[i] = totalAmplitude - busySpan[i];
- 39 radian += delta;
- 40 }
- 41
- 42 //获取系统cup数量
- 43 SYSTEM_INFO SysInfo;
- 44 GetSystemInfo(&SysInfo);
- 45 int num_processors = SysInfo.dwNumberOfProcessors;
- 46 if(cpuIndex + 1 > num_processors)
- 47 {
- 48 printf("error: the index of cpu is out of boundary\n");
- 49 printf("cpu number: %d\n", num_processors);
- 50 printf("your index: %d\n", cpuIndex);
- 51 printf("** tip: the index of cpu start from 0 **\n");
- 52 return;
- 53 }
- 54
- 55 if(cpuIndex < 0)
- 56 {
- 57 HANDLE* threads = new HANDLE[num_processors];
- 58 for (int i = 0;i < num_processors;i++)
- 59 {
- 60 DWORD mask = 1<<i;
- 61 threads[i] = CreateThread(NULL, 0, MakeUsageSin, &mask, 0, NULL);
- 62 SetThreadAffinityMask(threads[i], 1<<i);//线程指定在某个cpu运行
- 63 }
- 64 WaitForMultipleObjects(num_processors, threads, TRUE, INFINITE);
- 65 }
- 66 else
- 67 {
- 68 HANDLE thread;
- 69 DWORD mask = 1;
- 70 thread = CreateThread(NULL, 0, MakeUsageSin, &mask, 0, NULL);
- 71 SetThreadAffinityMask(thread, 1<<cpuIndex);
- 72 WaitForSingleObject(thread,INFINITE);
- 73 }
- 74
- 75 }
- 76 int main()
- 77 {
- 78
- 79 CpuSin(0);
- 80 return 0;
- 81 }

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:

- 1 class CCPUUseRate
- 2 {
- 3 public:
- 4 BOOL Initialize()
- 5 {
- 6 FILETIME ftIdle, ftKernel, ftUser;
- 7 BOOL flag = FALSE;
- 8 if (flag = GetSystemTimes(&ftIdle, &ftKernel, &ftUser))
- 9 {
- 10 m_fOldCPUIdleTime = FileTimeToDouble(ftIdle);
- 11 m_fOldCPUKernelTime = FileTimeToDouble(ftKernel);
- 12 m_fOldCPUUserTime = FileTimeToDouble(ftUser);
- 13
- 14 }
- 15 return flag;
- 16 }
- 17 //调用Initialize后要等待1左右秒再调用此函数
- 18 int GetCPUUseRate()
- 19 {
- 20 int nCPUUseRate = -1;
- 21 FILETIME ftIdle, ftKernel, ftUser;
- 22 if (GetSystemTimes(&ftIdle, &ftKernel, &ftUser))
- 23 {
- 24 double fCPUIdleTime = FileTimeToDouble(ftIdle);
- 25 double fCPUKernelTime = FileTimeToDouble(ftKernel);
- 26 double fCPUUserTime = FileTimeToDouble(ftUser);
- 27 nCPUUseRate= (int)(100.0 - (fCPUIdleTime - m_fOldCPUIdleTime)
- 28 / (fCPUKernelTime - m_fOldCPUKernelTime + fCPUUserTime - m_fOldCPUUserTime)
- 29 *100.0);
- 30 m_fOldCPUIdleTime = fCPUIdleTime;
- 31 m_fOldCPUKernelTime = fCPUKernelTime;
- 32 m_fOldCPUUserTime = fCPUUserTime;
- 33 }
- 34 return nCPUUseRate;
- 35 }
- 36 private:
- 37 double FileTimeToDouble(FILETIME &filetime)
- 38 {
- 39 return (double)(filetime.dwHighDateTime * 4.294967296E9) + (double)filetime.dwLowDateTime;
- 40 }
- 41 private:
- 42 double m_fOldCPUIdleTime;
- 43 double m_fOldCPUKernelTime;
- 44 double m_fOldCPUUserTime;
- 45 };

注意:前后两次调用GetSystemTimes之间要间隔一定时间,使用方法如下:

- 1 int main()
- 2 {
- 3 CCPUUseRate cpuUseRate;
- 4 if (!cpuUseRate.Initialize())
- 5 {
- 6 printf("Error! %d\n", GetLastError());
- 7 getch();
- 8 return -1;
- 9 }
- 10 else
- 11 {
- 12 while (true)
- 13 {
- 14 Sleep(1000);
- 15 printf("\r当前CPU使用率为:%4d%%", cpuUseRate.GetCPUUseRate());
- 16 }
- 17 }
- 18 return 0;
- 19 }

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:

- 1 #include <TCHAR.h>
- 2 #include <windows.h>
- 3 #include <pdh.h>
- 4 #include <cstdio>
- 5 #include <cmath>
- 6 #pragma comment(lib, "pdh.lib")
- 7
- 8 //---------------------------------------------------comput the cpu usage rate
- 9 static PDH_HQUERY cpuQuery;
- 10 static PDH_HCOUNTER cpuTotal;
- 11
- 12 //cpuindex 为指定的cpu id ,从0开始
- 13 void init(int cpuIndex)
- 14 {
- 15 PDH_STATUS Status = PdhOpenQuery(NULL, NULL, &cpuQuery);
- 16 if (Status != ERROR_SUCCESS)
- 17 {
- 18 printf("\nPdhOpenQuery failed with status 0x%x.", Status);
- 19 exit(-1);
- 20 }
- 21 char buf[50];
- 22 sprintf(buf, "\\Processor(%d)\\%% Processor Time", cpuIndex);
- 23 PdhAddCounter(cpuQuery, LPCSTR(buf), NULL, &cpuTotal);
- 24 PdhCollectQueryData(cpuQuery);
- 25 }
- 26
- 27
- 28 double getCpuUsageRate()
- 29 {
- 30 PDH_FMT_COUNTERVALUE counterVal;
- 31 PdhCollectQueryData(cpuQuery);
- 32 PdhGetFormattedCounterValue(cpuTotal, PDH_FMT_DOUBLE, NULL, &counterVal);
- 33 return counterVal.doubleValue;
- 34 }

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:

- 1 int main()
- 2 {
- 3 init(0);
- 4 while(1)
- 5 {
- 6 Sleep(800);
- 7 printf("\n%f\n", getCpuUsageRate());
- 8 }
- 9 }

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:

- 1 #include <TCHAR.h>
- 2 #include <windows.h>
- 3 #include <pdh.h>
- 4 #include <cstdio>
- 5 #include <cmath>
- 6 #pragma comment(lib, "pdh.lib")
- 7
- 8 //---------------------------------------------------comput the cpu usage rate
- 9 static PDH_HQUERY cpuQuery;
- 10 static PDH_HCOUNTER cpuTotal;
- 11
- 12 //cpuindex 为指定的cpu id ,从0开始
- 13 void init(int cpuIndex)
- 14 {
- 15 PDH_STATUS Status = PdhOpenQuery(NULL, NULL, &cpuQuery);
- 16 if (Status != ERROR_SUCCESS)
- 17 {
- 18 printf("\nPdhOpenQuery failed with status 0x%x.", Status);
- 19 exit(-1);
- 20 }
- 21 char buf[50];
- 22 sprintf(buf, "\\Processor(%d)\\%% Processor Time",cpuIndex);
- 23 PdhAddCounter(cpuQuery, LPCSTR(buf), NULL, &cpuTotal);
- 24 PdhCollectQueryData(cpuQuery);
- 25 }
- 26
- 27
- 28 double getCpuUsageRate()
- 29 {
- 30 PDH_FMT_COUNTERVALUE counterVal;
- 31 PdhCollectQueryData(cpuQuery);
- 32 PdhGetFormattedCounterValue(cpuTotal, PDH_FMT_DOUBLE, NULL, &counterVal);
- 33 return counterVal.doubleValue;
- 34 }
- 35
- 36 //--------------------------------------------------------------------cpu sin
- 37 //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
- 38 //然后每隔300ms设置下一个抽样点,并让cpu工作对应振幅时间
- 39 const int samplingCount = 200; //抽样点数目
- 40 const double pi = 3.1415926;
- 41 const int totalAmplitude = 300; //每个抽样点对应时间片
- 42 const double delta = 2.0/samplingCount; //抽样弧度的增量
- 43
- 44 DWORD busySpan[samplingCount];//每个抽样点对应的busy时间
- 45 int idleSpan[samplingCount];//每个抽样点对应的idle时间
- 46
- 47 //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
- 48 DWORD WINAPI MakeUsageSin(LPVOID lpParameter)
- 49 {
- 50 DWORD startTime = 0;
- 51 for(int j = 0; ; j = (j + 1) % samplingCount)
- 52 {
- 53 startTime = GetTickCount();
- 54 DWORD realBusy = busySpan[j];
- 55
- 56 double currentCpuUsageRate = getCpuUsageRate();
- 57 if(currentCpuUsageRate < busySpan[j]*1.0/totalAmplitude)
- 58 realBusy = (busySpan[j]*1.0/totalAmplitude - currentCpuUsageRate)*totalAmplitude;
- 59 else
- 60 realBusy *= 0.75;
- 61
- 62 while ((GetTickCount() - startTime) < realBusy);
- 63 Sleep(idleSpan[j]);
- 64 }
- 65 }
- 66
- 67 //如果cpuindex < 0 则所有cpu都显示正弦曲线
- 68 //否则只有第 cpuindex个cpu显示正弦曲线
- 69 //cpuindex 从 0 开始计数
- 70 void CpuSin(int cpuIndex)
- 71 {
- 72 //计算 busySpan 和 idleSpan
- 73 double radian = 0;
- 74 int amplitude = totalAmplitude / 2;
- 75 for (int i = 0; i < samplingCount; i++)
- 76 {
- 77 busySpan[i] = (DWORD)(amplitude + sin(pi*radian)*amplitude);
- 78 idleSpan[i] = totalAmplitude - busySpan[i];
- 79 radian += delta;
- 80 }
- 81
- 82 //获取系统cup数量
- 83 SYSTEM_INFO SysInfo;
- 84 GetSystemInfo(&SysInfo);
- 85 int num_processors = SysInfo.dwNumberOfProcessors;
- 86 if(cpuIndex + 1 > num_processors)
- 87 {
- 88 printf("error: the index of cpu is out of boundary\n");
- 89 printf("cpu number: %d\n", num_processors);
- 90 printf("your index: %d\n", cpuIndex);
- 91 printf("** tip: the index of cpu start from 0 **\n");
- 92 return;
- 93 }
- 94
- 95 if(cpuIndex < 0)
- 96 {
- 97 HANDLE* threads = new HANDLE[num_processors];
- 98 for (int i = 0;i < num_processors;i++)
- 99 {
- 100 DWORD mask = 1<<i;
- 101 threads[i] = CreateThread(NULL, 0, MakeUsageSin, &mask, 0, NULL);
- 102 SetThreadAffinityMask(threads[i], 1<<i);//线程指定在某个cpu运行
- 103 }
- 104 WaitForMultipleObjects(num_processors, threads, TRUE, INFINITE);
- 105 }
- 106 else
- 107 {
- 108 init(cpuIndex);
- 109 HANDLE thread;
- 110 DWORD mask = 1;
- 111 thread = CreateThread(NULL, 0, MakeUsageSin, &mask, 0, NULL);
- 112 SetThreadAffinityMask(thread, 1<<cpuIndex);
- 113 WaitForSingleObject(thread,INFINITE);
- 114 }
- 115
- 116 }
- 117 //-------------------------------------
- 118
- 119 int main()
- 120 {
- 121 CpuSin(0);
- 122 }

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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