鸿蒙轻内核M核源码分析系列十五 CPU使用率CPUP 原创 精华
鸿蒙轻内核M核源码分析系列十五 CPU使用率CPUP
CPUP(Central Processing Unit Percentage,CPU占用率)分为系统CPU占用率和任务CPU占用率。用户通过系统级的CPU占用率,判断当前系统负载是否超出设计规格。通过系统中各个任务的CPU占用情况,判断各个任务的CPU占用率是否符合设计的预期。
系统CPU占用率是指周期时间内系统的CPU占用率,用于表示系统一段时间内的闲忙程度,也表示CPU的负载情况。系统CPU占用率的有效表示范围为0~100,其精度(可通过配置调整)为百分比。100表示系统满负荷运转。
任务CPU占用率指单个任务的CPU占用率,用于表示单个任务在一段时间内的闲忙程度。任务CPU占用率的有效表示范围为0~100,其精度(可通过配置调整)为百分比。100表示在一段时间内系统一直在运行该任务。
本文通过分析鸿蒙轻内核CPUP扩展模块的源码。本文中所涉及的源码,以OpenHarmony LiteOS-M
内核为例,均可以在开源站点https://gitee.com/openharmony/kernel_liteos_m 获取。
CPUP
模块用任务级记录的方式,在任务切换时,记录任务启动时间,任务切出或者退出时间,每次当任务退出时,系统会累加整个任务的占用时间。接下来,我们看下CPUP
模块支持的常见操作的源代码。
1、CPUP结构体定义和常用宏定义
1.1 CPUP结构体定义
在文件components\cpup\los_cpup.h
定义的CPUP控制块结构体为OsCpupCB
,结构体源代码如下,allTime
记录该任务自系统启动以来运行的cycle
数,startTime
记录任务开始运行的时间,historyTime[]
历史运行时间数组的10个元素记录最近10秒中每一秒中每个任务自系统启动以来运行的cycle
数,其他结构体成员的解释见注释部分。
另外,还定义了一个结构体CPUP_INFO_S
,如下:
1.2 CPUP枚举定义
CPUP头文件components\cpup\los_cpup.h
中还提供了相关的枚举,CPUP
占用率类型CPUP_TYPE_E
,及CPUP
统计时间间隔模式CPUP_MODE_E
。
2、CPUP初始化
CPUP默认关闭,用户可以通过宏LOSCFG_BASE_CORE_CPUP
进行开启。开启CPUP的情况下,在系统启动时,在kernel\src\los_init.c
中调用OsCpupInit()
进行CPUP
模块初始化。下面,我们分析下CPUP
初始化的代码。
⑴处计算CPUP结构体池需要的内存大小,然后为CPUP申请内存,如果申请失败,则返回错误。⑵处初始化成功后,设置初始化标记g_cpupInitFlg
。
3、CPUP常用操作
3.1 CPUP内部接口
我们先分析下内部接口,这些接口会被LOS_开头的外部接口调用。
3.1.1 OsTskCycleStart记录任务开始时间
CPUP
模块对外接口执行后期会调用该内部接口,设置下一个任务的开始运行时间。
⑴处先判断CPUP
是否已经初始化,如果没有初始化过,退出该函数的执行。⑵处获取新任务的任务编号。⑶处设置该任务对应的CPUP
结构体的任务编号和开始时间。
3.1.2 OsTskCycleEnd记录任务结束时间
CPUP
模块对外接口执行前期会调用该内部接口,获取当前任务的结束时间,并统计当前任务的运行总时间。
⑴处先判断CPUP
是否已经初始化,如果没有初始化过,退出该函数的执行。⑵处获取当前任务的任务编号。⑶处如果该任务的开始时间为0,退出函数执行。⑷处获取系统的当前cycle
数。⑸如果获取的小于任务CPUP
开始时间,则把获取的cycle
数加上每个tick
的cycle
数。⑹处计算当前任务的运行的总时间,然后把开始时间置0。
3.1.3 OsTskCycleEndStart任务切换时更新任务历史运行时间
该函数在任务调度切换时会被执行,计算当前运行任务的运行总时间,记录新任务的开始时间,并更新所有任务的历史运行时间。函数的示意图如下:
⑴处先判断CPUP
是否已经初始化,如果没有初始化过,退出该函数的执行。⑵处获取当前任务的任务编号,然后获取系统的当前cycle
数。⑶处如果当前任务的开始时间不为0,则计算当前任务的运行的总时间,然后把开始时间置0。
⑷处获取新任务的任务编号,⑸处设置该任务对应的CPUP
结构体的任务编号和开始时间。⑹处如果记录间隔大于系统时钟(即每秒的cycle数),更新上次记录时间。这意味着每个任务的historyTime[]
数组中的每个元素表示1s多的周期内该任务的运行cycle数量,并不是非常精确的。然后执行⑺,记录每一个任务对应的CPUP
的历史运行时间。⑻处更新历史运行时间数组的当前索引值。
3.1.4 OsGetPrePos获取历史运行时间数组上一索引位置
代码比较简单,如果传入参数curPos
为0,则返回数组的最后一个索引位置OS_CPUP_HISTORY_RECORD_NUM - 1
。否则返回减1返回。
3.1.5 OsGetPositions获取历史运行时间数组的当前及上一索引位置
根据CPUP
统计时间间隔模式,获取历史运行时间数组的当前及上一索引位置。
⑴处获取历史运行时间数组的当前索引位置,⑵如果时间间隔模式为1秒,当前索引curPos
位置为g_hisPos
的上一索引位置,上一索引位置prePos
需要继续上前一位。⑶如果时间间隔模式小于1秒,当前索引curPos
位置为g_hisPos
的上一索引位置,上一索引位置prePos
为0。如果时间间隔模式是10秒,当前索引curPos
位置就等于g_hisPos
,上一索引位置prePos
为0。⑷处设置传出参数。
3.2 CPUP对外接口
我们先分析下外部接口,接口说明如下:
接口名称 | 功能描述 |
---|---|
LOS_SysCpuUsage | 获取当前系统CPU占用率 |
LOS_HistorySysCpuUsage | 获取系统历史CPU占用率 |
LOS_TaskCpuUsage | 获取指定任务CPU占用率 |
LOS_HistoryTaskCpuUsage | 获取指定任务历史CPU占用率 |
LOS_AllTaskCpuUsage | 获取所有任务CPU占用率 |
LOS_CpupUsageMonitor | 输出任务历史CPU占用率 |
3.2.1 LOS_SysCpuUsage
该函数会统计当前系统CPU占用率,返回值基于千分率计算,取值范围为[0,1000]。函数的示意图如下:
⑴处先判断CPUP
是否已经初始化,如果没有初始化过,返回错误码。⑵处调用函数OsTskCycleEnd()
获取当前任务的结束时间,并计算出运行总时间。⑶处统计所有任务的运行总时间,如果总时间不为0,执行⑷计算出系统的任务CPU占用率。⑸处调用函数OsTskCycleStart()
设置新任务的CPUP
统计的开始时间。
3.2.2 LOS_HistorySysCpuUsage
该函数获取系统历史CPU占用率,对于历史CPU占用率,需要传入时间间隔模式参数,支持10秒、1秒、小于1秒三种。
⑴处先判断CPUP
是否已经初始化,如果没有初始化过,返回错误码。⑵处调用函数OsTskCycleEnd()
获取当前任务的结束时间,并计算出运行总时间。⑶处调用函数OsGetPositions()
计算出历史运行时间数组索引位置。⑷处计算出各个任务的周期内运行总时间,如果时间间隔模式为1秒,取值两个历史运行时间之差,即为1秒内任务的运行时间数。对于时间间隔模式为10秒,historyTime[curPos]
表示10秒前的自系统启动以来的任务运行的时间数,计算出来的差值即为10秒内任务的运行时间数。对于时间间隔模式为小于1秒,historyTime[curPos]
表示上一秒前的自系统启动以来的任务运行的时间数,计算出来的差值即为小于1秒内任务的运行时间数。⑸处计算空闲任务周期内运行总时间。⑹处如果总时间不为0,计算出系统的任务历史CPU占用率。最后,调用函数OsTskCycleStart()
设置新任务的CPUP
统计的开始时间。可以参考示意图进行理解:
3.2.3 LOS_TaskCpuUsage
该函数会统计指定任务的CPU占用率,和函数LOS_SysCpuUsage()
代码相似度高,可以参考上文对该函数的讲解。
3.2.4 LOS_HistoryTaskCpuUsage
该函数获取指定任务的历史CPU占用率,和函数LOS_HistorySysCpuUsage()
代码相似度高,可以参考上文对该函数的讲解。
3.2.5 LOS_AllTaskCpuUsage
该函数获取全部任务的CPU占用率,获取的CPU占用率信息保存在传出参数结构体CPUP_INFO_S *cpupInfo
指向的内存区域里,需要注意这个内存区域的大小需要等于sizeof(CPUP_INFO_S) * g_taskMaxNum
。还需要传入时间间隔模式参数,支持10秒、1秒、小于1秒三种。
⑴处先判断CPUP
是否已经初始化,如果没有初始化过,返回错误码。传出参数cpupInfo
指针不能为空,否则返回错误码。⑵处调用函数OsTskCycleEnd()
获取当前任务的结束时间,并计算出运行总时间。⑶处调用函数OsGetPositions()
计算出历史运行时间数组索引位置。⑷处计算出各个任务的周期内运行总时间,如果时间间隔模式为1秒,取值两个历史运行时间之差,否则取值XX。⑸处设置每一个任务的状态,然后计算出每一个任务的CPU占用率。最后,调用函数OsTskCycleStart()
设置新任务的CPUP
统计的开始时间。
3.2.6 LOS_CpupUsageMonitor
该函数获取历史CPU占用率并打印输出,传入参数有三个:CPU
占用率类型,CPUP
时间周期模式,指定的任务编号。对于任务CPU占用率,才需要指定有效的任务编号。
⑴处处理CPU
占用率类型为系统CPU占用率的情况,⑵处打印使用的CPUP
时间周期模式。⑶处通过调用函数LOS_HistorySysCpuUsage()
获取系统历史CPU占用率,然后执行⑷打印输出CPU占用率结果,输出结果范围为[0,100]。
⑸处处理CPU
占用率类型为指定任务CPU占用率的情况,首先判断下任务编号的有效性,校验任务是否创建等。⑹处打印使用的CPUP
时间周期模式。⑺处通过调用函数LOS_HistoryTaskCpuUsage()
获取指定任务的历史CPU占用率,然后执行⑻打印输出CPU占用率结果,输出结果范围为[0,100]。
小结
本文带领大家一起剖析了鸿蒙轻内核的CPUP扩展模块的源代码。感谢阅读,如有任何问题、建议,都可以博客下留言给我,谢谢。
是分析内核源码的大佬
深度好文!
谢谢大佬