HaaS100 开发调试系列之 CPU利用率(cpuusage)的原理与使用

2021-10-07 12:26:22

来源 | HaaS技术社区

1、cpuusage是什么

cpuusage（即CPU利用率，本文均用cpuusage指代CPU利用率）通常是指：CPU从事任何工作的时间比例。如：90％的cpuusage表示CPU处于90％忙碌状态和10％空闲状态。当CPU空闲时，它什么也不做，在嵌入式实时操作系统RTOS上，它会进入idle状态，idle本身也是一个task，它只是在等待中断，消耗CPU。

在RTOS上，CPU 都是分时间片使用的。比如：任务A运行了10ms，然后切换到任务B，B运行了30ms，然后空闲60ms（即进入idle task运行60ms），接着切换回任务A周期这样运行。如果在一段时间内都是如此，那么这段时间内的cpuusage为40%（其中任务A的cpuusage为10%，任务B的cpuusage为30%）。

cpuusage可以反映当前cpu的繁忙程度，cpuusage 越高，说明在设备上运行了很多程序，反之较少。如果cpuusage在一段时间内一直过高，可能是高优先级的任务一直占据着CPU来运行，导致了低优先级的任务始终无法获得CPU来运行，这样的设计可能存在问题。因此，cpuusage的统计可以帮助我们优化应用程序。

2、AliOS Things上cpuusage如何被统计出来

2.1、cpuusage统计原理

任务cpuusage：任务在统计周期内的执行时间除以统计周期即为任务的cpuusage。

总cpuusage：除idle任务外，所有任务在统计周期内的累计执行时间/统计周期，这时可以通过100%-idle任务cpuusage来计算。

举例说明：

以上述执行时序为例，在统计周期内，task1被调度执行1次，task2被调度执行2次，其余时间均为idle任务运行。

2.2、任务运行时间的累计

单个任务的单次统计时间确定好后，那么在一段时间内，任意任务的运行时间就可以确定下来——只需将这段时间内这个任务的运行时间进行累计。

以上图中的任务切换为例：

假设 Task1的在 t1 时刻已经运行的时间为 total_task1，Task2的在 t1 时刻已经运行的时间为 total_task2；

那么在 t2 时刻，total_task1更新为

total_task1 += t2 - t1;

在 t3 时刻，total_task2更新为

total_task2 += t3 - t2;

如此累计下去，就可以获得一段时间内，需要统计任务的运行时间总和。

3、HaaS100上cpuusage如何使用

3.1、打开平台配置

在相应平台的 k_config.h 文件中配置如下宏：

RHINO_CONFIG_SYS_STATS配置为1，启用统计功能；
RHINO_CONFIG_HW_COUNT配置为1，使用硬件计时器（该计时器需要适配）。

#ifndef RHINO_CONFIG_SYS_STATS
#define RHINO_CONFIG_SYS_STATS               1
#endif
 
#ifndef RHINO_CONFIG_HW_COUNT
#define RHINO_CONFIG_HW_COUNT                1
#endif

3.2、适配硬件定时器

cpuusage的时间统计，是通过板卡上自带的高精度的硬件定时器来实现的，这个硬件定时器的主频一般是几MHz~几十MHz不等。

这个定时器值的获取依赖硬件厂商提供的bsp接口，为了屏蔽这些底层硬件的差异，AliOS Things提供了一个统一的接口来获取这个定时器的值，如下：

hr_timer_t soc_hr_hw_cnt_get(void);

在HaaS100开发板上，如果有开发者对定时基准细节感兴趣，可以参考定时器的获取接口的实现细节，代码位于：

platform/board/haas100/config/board.c

AliOS Things 代码下载及说明

注意：我们在HaaS100上已经打开了平台配置开关，同时适配好了硬件定时器。

也就是说，在HaaS100上cpuusage的功能是默认打开的，可以直接使用！

3.3、使用方法——通过cli命令cpuusage

cpuusage是kernel 自带的一个命令，不依赖任何app，也就是说，只要在编译时加上cli 组件，在cli shell下执行一个命令cpuusage，即可开始统计系统内所有任务的cpuusage。

注意：关于cli 组件如何打开使用，请参考另外一篇文章——见文尾链接“传送门”《一文轻松入门HaaS100诊断调试系统》。

3.3.1、命令使用说明

cpuusage [-d n] [-t m] 命令启动CPU利用率统计
其中：-d选项用于指定统计周期，单位为ms，默认为1 s；
      -t选项用于指定统计时长，单位为ms，默认为连续运行。
      
举例说明：
cpuusage                   -- 启动一个cpuusage任务，该任务默认每隔1s执行一次统计;
cpuusage -d 3000           -- 启动一个cpuusage任务，该任务默认每隔3s（3000ms）执行一次统计;
cpuusage -d 2000 -t 10000  -- 启动一个cpuusage任务，该任务默认每隔2s（2000ms）执行一次统计，
                              统计到10s（10000ms）后停止；
                              
ctrl+c 结束统计

3.3.2、命令运行截图

可以看到执行了cpuusage 命令后，每秒打印出一次当前系统内所有task的CPU利用率，当前系统内没有跑应用，idle_task的运行时间占据了99.99%。

希望开发者也可以动手尝试，创建几个任务，观察下cpuusage有什么变化。

4、传送门

一文轻松入门HaaS100诊断调试系统

5、开发者技术支持

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