有趣的编程----控制自己电脑的CPU

一、题目：写一个程序，让windows任务管理器中的CPU占用率显示为一条正弦函数曲线。

第一眼看到这个题目，本人确实是没有多大思路的。因为一直没有对性能和CPU占用上考虑太多。真正看书查资料弄完才觉得确实很不错的一个应用题。以下将一步步完成控制的任务。

二、本人运行环境：

操作系统：win 7 32位
CPU： intel i7 2630QM（2.0GHZ 4核8线程）

三、具体实现

1. 多CPU的解决办法

因为程序在多CPU下会效果显示混乱，所以需要代码来指定程序在哪个CPU下运行。
可以用Windows API来指定CPU，代码如下：

[cpp]
view plaincopyprint?

//让进程在指定处理器上运行（在第一个CPU上运行, 对多CPU的处理） SetProcessAffinityMask( GetCurrentProcess(), 0x00000001 //cpu mask );

//让进程在指定处理器上运行（在第一个CPU上运行, 对多CPU的处理）
SetProcessAffinityMask(
GetCurrentProcess(),
0x00000001          //cpu mask
);

2. 控制CPU的思路

CPU有两种状态：忙、闲。
控制忙：死循环。
控制闲：睡眠。
Windows资源管理器：显示的CPU曲线是一条记录型的曲线，会记录CPU的当前的占用率，然后慢慢绘制成线。

3. 通过计算CPU频率来控制CPU

[cpp]
view plaincopyprint?

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "windows.h"
//控制CPU , 需要计算CPU运行时间
int main()
{
//让进程在指定处理器上运行（在第一个CPU上运行, 对多CPU的处理） SetProcessAffinityMask( GetCurrentProcess(), 0x00000001 //cpu mask );

for(;;)
{
//CPU 2.0GHZ 4核心 8线程
//计算方法: 2.0*10的9次方 , 现代CPU每个时钟周期可以执行2条以上的代码
//2000 000 000*2/5=800 000 000 平均
for(int i=0;i<8000000;i++)
;
Sleep(10);//10ms比较接近windows的调度时间片
}

//system("PAUSE");
return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "windows.h"
//控制CPU , 需要计算CPU运行时间
int main()
{
//让进程在指定处理器上运行（在第一个CPU上运行, 对多CPU的处理）
SetProcessAffinityMask(
GetCurrentProcess(),
0x00000001          //cpu mask
);

for(;;)
{
//CPU 2.0GHZ  4核心 8线程
//计算方法: 2.0*10的9次方 , 现代CPU每个时钟周期可以执行2条以上的代码
//2000 000 000*2/5=800 000 000 平均
for(int i=0;i<8000000;i++)
;
Sleep(10);//10ms比较接近windows的调度时间片
}

//system("PAUSE");
return 0;
}

运行效果：



可以看出，效果不是很好。人工计算肯定是不准确的！而且其他程序也会占用CPU。

4. 通过GetTickCount()函数来设置时间间隔

这样做的好处就是不用估算CPU的频率了，较上面的方法肯定好多了。

[cpp]
view plaincopyprint?

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "windows.h"
//控制CPU
int main()
{
//让进程在指定处理器上运行（在第一个CPU上运行, 对多CPU的处理） SetProcessAffinityMask( GetCurrentProcess(), 0x00000001 //cpu mask );

int busyTime = 100;
int idleTime = busyTime;
int start = 0;
while(true)
{
//用系统函数省去了CPU运行时间的估算
start = GetTickCount();
while((GetTickCount() - start) <= busyTime)
;
//空闲
Sleep(idleTime);
}
//system("PAUSE");
return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "windows.h"
//控制CPU
int main()
{
//让进程在指定处理器上运行（在第一个CPU上运行, 对多CPU的处理）
SetProcessAffinityMask(
GetCurrentProcess(),
0x00000001          //cpu mask
);

int busyTime = 100;
int idleTime = busyTime;
int start = 0;
while(true)
{
//用系统函数省去了CPU运行时间的估算
start = GetTickCount();
while((GetTickCount() - start) <= busyTime)
;
//空闲
Sleep(idleTime);
}
//system("PAUSE");
return 0;
}

效果：



当然效果也一般，为下面的做铺垫。

5. 画正弦函数

要想画出正弦函数曲线，CPU忙的时间必须是慢慢递增的，然后递减。而CPU闲的时间必须是慢慢递减然后递增。

这样就是一个周期。最后一直循环重复即得到正弦函数曲线。

一下打印出部分忙闲时间关系：



代码：

[cpp]
view plaincopyprint?

#include <Windows.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <tchar.h>

const double SPLIT = 0.01;
const int COUNT = 200;
const double PI = 3.14159265;
const int INTERVAL = 300; //间隔时间

//画出一条正弦曲线
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
//让进程在指定处理器上运行（在第一个CPU上运行, 对多CPU的处理） SetProcessAffinityMask( GetCurrentProcess(), 0x00000001 //cpu mask );

//1. 设置忙与闲时的时间数组
DWORD busySpan[COUNT]; //array of busy times
DWORD idleSpan[COUNT]; //array of idle times
int half = INTERVAL / 2;
double radian = 0.0; //弧度
for(int i = 0; i < COUNT; i++)
{
//sin(x)的取值范围是[-1,1]，为了完整显示，必须给它作些参数调整
busySpan[i] = (DWORD)(half + (sin(PI * radian) * half));
idleSpan[i] = INTERVAL - busySpan[i];
radian += SPLIT; //每次增一点点
}

//测试:输出忙与闲时的时间数组, 写入文件result.txt
FILE *fp;
fp = fopen("result.txt", "a+"); //a+表示追加方式
for(int i = 0; i < COUNT; i++)
{
//printf("busySpan[%d] is %d\n",i,busySpan[i]);
//printf("idleSpan[%d] is %d\n\n",i,idleSpan[i]);
fprintf(fp, "busySpan[%d] is %d\n" , i, busySpan[i]);
fprintf(fp, "idleSpan[%d] is %d\n\n" , i , idleSpan[i]);
}
fclose(fp);

//2. 画曲线
DWORD startTime = 0;
int j = 0;
while (true)
{
j = j % COUNT; //COUNT次为一个周期
startTime = GetTickCount();
while ((GetTickCount() - startTime) <= busySpan[j])
;
Sleep(idleSpan[j]);
j++;
}

return 0;
}

#include <Windows.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <tchar.h>

const double SPLIT = 0.01;
const int COUNT = 200;
const double PI = 3.14159265;
const int INTERVAL = 300;   //间隔时间

//画出一条正弦曲线
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
//让进程在指定处理器上运行（在第一个CPU上运行, 对多CPU的处理）
SetProcessAffinityMask(
GetCurrentProcess(),
0x00000001          //cpu mask
);

//1. 设置忙与闲时的时间数组
DWORD busySpan[COUNT];  //array of busy times
DWORD idleSpan[COUNT];  //array of idle times
int half = INTERVAL / 2;
double radian = 0.0;   //弧度
for(int i = 0; i < COUNT; i++)
{
//sin(x)的取值范围是[-1,1]，为了完整显示，必须给它作些参数调整
busySpan[i] = (DWORD)(half + (sin(PI * radian) * half));
idleSpan[i] = INTERVAL - busySpan[i];
radian += SPLIT; //每次增一点点
}

//测试:输出忙与闲时的时间数组, 写入文件result.txt
FILE *fp;
fp = fopen("result.txt", "a+");    //a+表示追加方式
for(int i = 0; i < COUNT; i++)
{
//printf("busySpan[%d] is %d\n",i,busySpan[i]);
//printf("idleSpan[%d] is %d\n\n",i,idleSpan[i]);
fprintf(fp, "busySpan[%d] is %d\n" , i, busySpan[i]);
fprintf(fp, "idleSpan[%d] is %d\n\n" , i , idleSpan[i]);
}
fclose(fp);

//2. 画曲线
DWORD startTime = 0;
int j = 0;
while (true)
{
j = j % COUNT;    //COUNT次为一个周期
startTime = GetTickCount();
while ((GetTickCount() - startTime) <= busySpan[j])
;
Sleep(idleSpan[j]);
j++;
}

return 0;
}

运行效果：



改变间隔时间INTERVAL = 100; 时可以相应使周期减小：



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参考《编程之美》与 互联网