让任务管理器画出正弦曲线

题外话：向大师兄讨了《编程之美》，翻看了两页后，赫然发现，喝水时，不小心将水撒到了书上。心情忐忑不敢言语。看到的第一个小问题，就让偶的心纠结着晚上睡不着觉，百思不明，看下文详解。

原文请看：让任务管理器画出正弦曲线

这是微软亚洲研究院编写的一本书《编程之美》上的第一个例子。

效果是让Windows任务管理器的CPU利用率画出一条正弦曲线。下面是效果图：

 

一、原理

    通过观察，任务管理器里CPU利用率曲线的刷新频率是每秒一次，每次绘制一秒内的平均值，并且和上一个点连起来。如果一秒内0.5秒执行程序，0.5秒休眠，那么这一秒的曲线将位于50%的地方。如果要画出正弦曲线，我们只需要计算出每一秒内曲线上的点的高度（相对于0），然后通过调节运行和休眠的时间，来画出这一秒的图线即可。

 

二、具体实现

    首先，我们定义一些常量。第一个，PI=3.14159265，稍后计算三角函数值的时候需要用到。第二个，COUNT=200，用于记录所有点的位置，可以将这个值修改大一些，这样作图会更加精确。第三个，SPLIT = 0.01，计算三角函数的步长，同样，这个值越小越精确。第四个，INTERVAL = 300，时间间隔。

    下面我们还需要两个数组，分别叫busySpan[]和idleSpan[]。分别用于存储“忙”的时间和“闲”的时间。通过下面的代码将一个周期内正弦值的变化量全部记录进去。

for (int i = 0; i < COUNT; i++)
{
    busySpan[i] = (DWORD)(half + (sin(PI * radian) *half));
    idleSpan[i] = INTERVAL - busySpan[i];
    radian += SPLIT;
}

for (int i = 0; i < COUNT; i++) { busySpan[i] = (DWORD)(half + (sin(PI * radian) *half)); idleSpan[i] = INTERVAL - busySpan[i]; radian += SPLIT; }

 

    然后开始运行。我们使用一个startTime来记录一个周期的起始时间，每次循环前使用GetTickCount函数记录开始的时间。并且不断比较当前周期运行的时间是否已经超过事先计算好的busySpan，如果超过了，就用Sleep函数让程序休眠idleSpan时间。这样，一个周期就画好了。代码如下：

DWORD startTime = 0;
int j = 0;
while (true)
{
    j = j % COUNT;
    startTime = GetTickCount();
    while (GetTickCount() - startTime <= busySpan[j])
    ;
    Sleep(idleSpan[j]);
    j++;
}

DWORD startTime = 0; int j = 0; while (true) { j = j % COUNT; startTime = GetTickCount(); while (GetTickCount() - startTime <= busySpan[j]) ; Sleep(idleSpan[j]); j++; }

 

以上代码仅适用于单个CPU，在多个（或者多核心）CPU上，操作系统会按照一定的规则调度进程到不同的CPU上，那样就无法画出正弦曲线了。因此我们首先需要判断一下用户的电脑上是否有多个CPU。

    使用GetSystemInfo函数获取系统信息，向该函数传递一个SYSTEM_INFO的结构，结构中有一个成员dwNumberOfProcessors表示处理器的数量。如果大于或等于2，就说明有多个处理器。我们就需要使用SetProcessAffinityMask函数设置当前进程的关联性，确保它在某一个CPU上运行。

    SetProcessAffinityMask函数接受两个参数，第一个是进程句柄，用OpenProcess函数打开，第二个是一个掩码，从低位开始每一位表示一个CPU，如果传递0x00000005，就表示第1个和第3个CPU。这里我们传递0x00000001，就在第一个CPU上运行。代码如下：

SYSTEM_INFO si;
ZeroMemory(&si, sizeof(si));

GetSystemInfo(&si);
if (si.dwNumberOfProcessors >= 2)
{
    HANDLE hProc = OpenProcess(PROCESS_ALL_ACCESS, false, GetCurrentProcessId());
    SetProcessAffinityMask(hProc, 0x00000001);
}

SYSTEM_INFO si; ZeroMemory(&si, sizeof(si)); GetSystemInfo(&si); if (si.dwNumberOfProcessors >= 2) { HANDLE hProc = OpenProcess(PROCESS_ALL_ACCESS, false, GetCurrentProcessId()); SetProcessAffinityMask(hProc, 0x00000001); }

 

    别忘了程序结束前将进程句柄关闭。

    当然，如果能在多个CPU上同时绘制曲线，效果会更好。实现方法很简单，创建多个线程，每个线程占用一个CPU，然后各自画各自的。实现代码如下：

HANDLE hThread[8];
for (int i = 0; i <= nCPU - 1; i++)
{
    hThread[i] = NULL;
    hThread[i] = CreateThread(NULL, NULL, &Draw, NULL, CREATE_SUSPENDED, NULL);
    SetThreadAffinityMask(hThread[i],power(2,i));
    ResumeThread(hThread[i]);
}
WaitForMultipleObjects(nCPU, hThread, true, INFINITE);

HANDLE hThread[8]; for (int i = 0; i <= nCPU - 1; i++) { hThread[i] = NULL; hThread[i] = CreateThread(NULL, NULL, &Draw, NULL, CREATE_SUSPENDED, NULL); SetThreadAffinityMask(hThread[i],power(2,i)); ResumeThread(hThread[i]); } WaitForMultipleObjects(nCPU, hThread, true, INFINITE);

 

    首先创建一个句柄数组，用于保存所有的线程句柄，因为大多数电脑上的CPU数量不会超过8个，所以就定义8个元素的数组。用CreateThread函数创建线程，注意传递CREATE_SUSPENDED，先将线程挂起，再设置它的关联性。其中的线程函数Draw就是上面画曲线的那一段。power是我自己定义的一个函数，用于计算a的b次方，因为系统提供的pow函数是double类型的，我用起来有点问题。用2的n次方整数填充掩码变量就可以将低字节的n位改写成1。接着恢复线程。

退出循环后用WaitForMultipleObjects等待各线程工作。

 

三、相关链接

Microsoft Visual C++ 2008 SP1 Redistributable Package (x86)  （来自微软官方网站）

 

四、参考文献

《编程之美》小组，《编程之美》，电子工业出版社

Microsoft Development Network

 

五、备注

如果以上文字及相关代码存在bug或者有值得改进之处请通知作者。可以在下面回复，也可以给我发邮件：[email protected]