北理工操作系统一、CPU占用率控制实验报告.docx

实验一CPU占用率控制班级： 学号： 姓名： 实验一CPU占用率控制一、实验目的1、通过编写和调试程序以加深对CPU调度的理解；2、熟悉Windows任务管理器CPU信息的获取和使用方法；二、实验要求编写程序实现下面任意一题：1.CPU占用率为一条直线，固定在50%;2.CPU占用率为一条正弦曲线。参考：1.在任务管理器的一个刷新周期内，CPU忙（执行应用程序）的时间和刷新周期 总时间的比率，就是CPU的占用率，也就是说，任务管理器中显示的是每个刷新周期内 CPU占用率的统计平均值。2.单核环境下，空死循环会导致100%的CPU占有率。三、实验环境硬件设备：个人计算机。系统软件：windows操作系统，Visual C+6.0编译环境。四、实验原理通过观察任务管理器，它大约1s更新一次。当CPU使用率为0时，System Idle Process占用了CPU的空闲时间。System Idle Process在CPU空闲的的时候，发出一个IDLE命令，使CPU挂起（暂时停止工作），可有效的降低CPU内核的温度，无法终止。在这个进程里出现的CPU占用数值并不是真正的占用而是体现的CPU的空闲率，也就说这个数值越大CPU的空闲率就越高，反之就是CPU的占用率越高。当系统中的进程或者在等待用户输入，或者在等待某些事件的发生（发出I/O请求等待I/O响应），或者主动进入休眠状态（比如Sleep()）。在任务管理器的一个刷新周期内，CPU忙（执行应用程序）的时间和刷新周期总时间的比率，就是CPU的占用率，也就是说，任务管理器中显示的是每个刷新周期内CPU占用率的统计平均值。 单核环境下，空死循环会导致100%的CPU占有率。对于多核CPU来说，同一个进程可能被CPU的任务分配器分配到不同的核心上执行，所以造成无法让任务管理器达到预想的效果。其实打开任务管理器，可以看到多个CPU使用记录。1、实现CPU占用率为一条直线，固定在50%。GetTickCount()可以得到系统从启动到运行到现在所经历时间的毫秒值。最多能统计到49.7天。另外，利用Sleep()函数，最多也只能精确到1毫秒。因此，可以在“毫秒”这个量级做操作和比较。要操纵CPU的usage曲线，就需要使CPU在一段时间内跑busy和idle两个不同的循环，从而通过不同的时间比例来获得调节CPU占用率的控制。利用GetTickCount()来实现busy loop的循环，用Sleep()实现idle loop。2、CPU占用率为一条正弦曲线。可以用sin函数的幅度来表示忙状态占用的时间的大小，当sin函数达到最大值时，CPU占用率为100%，空闲时间大小为0；当sin函数达到最小值时，CPU占用率为0%，忙时间大小为0。通过在一个周期2*中等分200份，将每一个间隔点的half +(sin(PI*radian)*half)的值存入busySpani，将其补值存入idleSpani。half是整个值域INTERVAL的一半。这样可以近似趋近一条正弦曲线。首先设定采样参数，设一个周期内采样点数和步进单位的大小。根据sin函数的大小分别计算忙时间和空闲时间的大小，通过计数完成周期采样。同第一题用GetTickCount()来实现忙状态的循环，用Sleep()实现空闲状态循环。通过计数实现周期采样。五、实验结果六、感想体会七、实验代码#include #include #include static int PERIOD = 60 * 1000; /周期ms const int COUNT = 300; /一个周期计算次数 const double GAP_LINEAR = 100; /线性函数时间间隔100ms const double PI = 3.1415926535898; /PI const double GAP = (double)PERIOD / COUNT; /周期函数时间间隔 const double FACTOR = 2 * PI / PERIOD; /周期函数的系数 static double Ratio = 0.5; /线性函数的值 0.5即50% static double Max=0.9; /方波函数的最大值 static double Min=0.1; /方波函数的最小值 typedef double Func(double); /定义一个函数类型 Func*为函数指针 typedef void Solve(Func *calc);/定义函数类型，参数为函数指针Func* inline DWORD get_time() return GetTickCount(); /操作系统启动到现在所经过的时间ms double calc_sin(double x) /调用周期函数solve_period的参数 return (1 + sin(FACTOR * x) / 2; /y=1/2(1+sin(a*x) double calc_fangbo(double x) /调用周期函数solve_period的参数 /方波函数 if(x=PERIOD/2) return Max; else return Min; void solve_period(Func *calc) /线程函数为周期函数 double x = 0.0; double cacheCOUNT; for (int i = 0; i = COUNT) count = 0; double r = cachecount+; DWORD busy = r * GAP; while(get_time() - ta busy) Sleep(GAP - busy); void solve_linear(Func*) /线程函数为线性函数，参数为空 NULL const unsigned BUSY = Ratio * GAP_LINEAR; const unsigned IDLE = (1 - Ratio) * GAP_LINEAR; while(1) unsigned ta = get_time(); while(get_time() - ta BUSY) Sleep(IDLE); /void solve_nonperiod(Func *calc) /非周期函数的处理，暂没实验 / / double tb = 0; / while(1) / / unsigned ta = get_time(); / double r = calc(tb); / if (r 1) r = 1; / DWORD busy = r * GAP; / while(get_time() - ta busy) / Sleep(GAP - busy); / /tb += GAP; / tb += get_time() - ta; / / void run(int i=1,double R=0.5,double T=60000,double max=0.9,double min=0.1) /i为输出状态，R为直线函数的值，T为周期函数的周期，max方波最大值，min方波最小值 Ratio=R; PERIOD=T; Max=max; Min=min; Func *func = NULL ,calc_sin,calc_fangbo; /传给Solve的参数，函数指针数组 Solve *solve_func = solve_linear, solve_period; /Solve函数指针数组 const int NUM_CPUS = 2; /双核，通用的可以用下面GetSystemInfo得到cpu数目 HANDLE handleNUM_CPUS; DWORD thread_idNUM_CPUS; /线程id /SYSTEM_INFO info; /GetSystemInfo(&info); /得到cpu数目 /const int num = info.dwNumberOfProcessors; switch(i) case 1: /cpu1 ,cpu2都输出直线 for (int i = 0; i NUM_CPUS; +i) Func *calc = func0; Solve *solve = solve_func0; if (handlei = CreateThread(NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)solve, (VOID*)calc, 0, &thread_idi) != NULL) /创建新线程 SetThreadAffinityMask(handlei, i+1); /限定线程运行在哪个cpu上 WaitForSingleObject(handle0,INFINITE); /等待线程结束 break; case 2: /cpu1直线，cpu2正弦 for (int i = 0; i NUM_CPUS; +i) Func *calc = funci; Solve *solve = solve_funci; if (handlei = CreateThread(NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)solve, (VOID*)calc, 0, &thread_idi) != NULL) /创建新线程 SetThreadAffinityMask(handlei, i+1); /限定线程运行在哪个cpu上 WaitForSingleObject(handle0,INFINITE); /等待线程结束 break; case 3: /cpu1直线，cpu2方波 /*Func *calc = func0; Solve *solve = solve_func0;*/ if (handle0 = CreateThread(NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)solve_func0, (VOID*)func0, 0, &thread_id0) != NULL) /创建新线程 SetThreadAffinityMask(handle0, 1); /限定线程运行在哪个cpu上 Func *calc = func2; Solve *solve = solve_func1; if (handle1 = CreateThread(NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)solve, (VOID*)calc, 0, &thread_id1) != NULL) /创建新线程 SetThreadAffinityMask(handle1, 2); /限定线程运行在哪个cpu上 WaitForSingleObject(handle0,INFINITE); /等待线程结束 break; case 4: /cpu1正弦，cpu2方波 if (handle0 = CreateThread(NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)solve_func1, (VOID*)func1, 0, &thread_id0) != NULL) /创建新线程 SetThreadAffinityMask(handle0, 1); /限定线程运行在哪个cpu上 Func *calc = func2; Solve *solve = solve_func1; if (handle1 = CreateThread(NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)solve, (VOID*)calc, 0, &thread_id1) != NULL) /创建新线程 SetThreadAffinityMask(handle1,