C# 系统 CPU 使用情况并与 Windows 任务管理器同步

Question

这是一个由两部分组成的问题，我想将我的代码发布到堆栈上以帮助其他人完成相同的任务。

问题 1：

我有一个代码子集，我相信它可以根据测量间隔正确测量 CPU 使用情况（根据检索的时间跨系统中的尽可能多的核心） - 我使用 1 秒在线程调用中。

我必须从网上极少数的文章和 C++ 代码中破译这一点。我的问题是，对于问题 1，我所做的正确吗？

有时返回的值是负数，这就是我乘以 -1 的原因。再次，由于文档很少，我假设这就是我应该做的。

我有以下代码：

public static class Processor
{
    [DllImport("kernel32.dll", SetLastError = true)]
    static extern bool GetSystemTimes(out ComTypes.FILETIME lpIdleTime, out ComTypes.FILETIME lpKernelTime, out ComTypes.FILETIME lpUserTime);

    private static TimeSpan _sysIdleOldTs;
    private static TimeSpan _sysKernelOldTs;
    private static TimeSpan _sysUserOldTs;

    static Processor()
    {
    }

    public static void Test()
    {
        ComTypes.FILETIME sysIdle, sysKernel, sysUser;

        if(GetSystemTimes(out sysIdle, out sysKernel, out sysUser))
        {
            TimeSpan sysIdleTs = GetTimeSpanFromFileTime(sysIdle);
            TimeSpan sysKernelTs = GetTimeSpanFromFileTime(sysKernel);
            TimeSpan sysUserTs = GetTimeSpanFromFileTime(sysUser);

            TimeSpan sysIdleDiffenceTs = sysIdleTs.Subtract(_sysIdleOldTs);
            TimeSpan sysKernelDiffenceTs = sysKernelTs.Subtract(_sysKernelOldTs);
            TimeSpan sysUserDiffenceTs = sysUserTs.Subtract(_sysUserOldTs);

            _sysIdleOldTs = sysIdleTs;
            _sysKernelOldTs = sysKernelTs;
            _sysUserOldTs = sysUserTs;

            TimeSpan system = sysKernelDiffenceTs.Add(sysUserDiffenceTs);

            Double cpuUsage = (((system.Subtract(sysIdleDiffenceTs).TotalMilliseconds) * 100) / system.TotalMilliseconds);

            if (cpuUsage < 0)
            {
                Console.WriteLine("CPU: " + ((int) (cpuUsage)*-1) + "%");
            }
            else
            {
                Console.WriteLine("CPU: " + (int) (cpuUsage) + "%");
            }
            Console.WriteLine("");
        }
        else
        {
            Console.WriteLine("Couldn't get CPU usage!");
            Console.WriteLine("");
        }
    }

    private static TimeSpan GetTimeSpanFromFileTime(ComTypes.FILETIME time)
    {
        return TimeSpan.FromMilliseconds((((ulong)time.dwHighDateTime << 32) + (uint)time.dwLowDateTime) * 0.000001);
    }
}

问题 2：

我是否可以同步线程，在我的程序中，与Windows任务管理器的线程，为了将测量数据（例如CPU使用情况）与上面的代码相匹配？

我的意思是，如果您打开 Windows 任务管理器，您会注意到它每秒轮询一次 - 实际上它不需要比这个少。我想做的就是将时间与我的线程相匹配。

因此，当 Windows 任务管理器轮询时，我的线程也会轮询。

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一些注意事项：

我不想使用性能计数器或 .NET 内置方法。事实上，我相信 - 根据我所读到的内容，.NET 没有计算计算机上 CPU 使用率的方法，否则需要性能计数器。

性能计数器有开销，此外还会导致 GC 增长，更不用说调用下一个结果的延迟。虽然我的软件不需要实时性能，但我确实需要它具有尽可能高的响应速度并使用尽可能少的 CPU 时间。上面的代码可以在不到一毫秒的时间内调用并返回。事实上，在我的开发机器上，时间跨度差异显示为 0ms。 我不相信性能计数器的响应能力那么强。

如果您好奇，我的软件正在收集许多项目，CPU、内存、事件日志项目等，其中所有这些都需要收集并在下一次轮询之前（1 秒后）存储在 SQL CE 中。然而，每个任务、项目都在其自己的线程上以促进这一点。

另外，上面的代码无论如何都没有优化，你会注意到我还没有评论它。原因是我想在优化之前确保它是正确的等。

更新 1

根据我一路上发表的评论，我删除了额外的“系统”时间跨度，因为它不是必需的并进行了修改检索“CPU 使用率”并对其进行适当转换的行。

int cpuUsage = (int)(((sysKernelDifferenceTs.Add(sysUserDifferenceTs).Subtract(sysIdleDifferenceTs).TotalMilliseconds) * 100.00) / sysKernelDifferenceTs.Add(sysUserDifferenceTs).TotalMilliseconds);

虽然我仍然不确定这个公式。虽然它似乎非常准确，但它有时会返回负数，这就是为什么我将其乘以 -1（如果是这种情况）。毕竟，不存在 -2% CPU 使用率等这样的事情。

更新 2

所以我使用“System.Diagnostics.PerformanceCounter”做了一个简单的测试。虽然非常方便并且完全按照预期执行，但它确实会产生开销。

以下是我的观察结果：

• 性能计数器的初始化时间要长得多。在我的 i7 2.6 Ghz 上大约长了三秒。
• 性能计数器似乎还仅仅通过使用它就增加了大约 5MB 的 RAM 使用量。我的意思是：使用上面的代码，我的应用程序最大内存为 7.5MB。使用性能计数器时，它“起始”为 12.5MB。
• 在 5 秒的时间内，我的线程运行了 5 次 - 每秒一次，我的应用程序的内存增长了 1 MB，这种增长与时间一致，尽管在我的情况下它确实稳定了 3-4MB以上开始。因此，如果我的应用程序的内存通常为 7.5MB，上面的代码，则 PC 代码稳定在 16.5MB 内存 - 比上面的代码增加了 9MB。 注意：上面的代码不会导致这种增加。

因此，如果您的应用程序是以资源使用和计时为关键的方式构建的，那么由于这些原因，我建议不要使用性能计数器。否则就继续吧，因为它可以正常工作，不会出现任何混乱。

至于我的应用程序，性能计数器将不利于我的软件的目的。

Answer 1

我认为你的公式中有一个错误。您希望基本上计算 CPU 使用率，如下所示：

CPU Usage = KernelTimeDiff + UserTimeDiff
            --------------------------------------------
            KernelTimeDiff + UserTimeDiff + IdleTimeDiff

因此，对您的代码进行如下快速修改：

        //  TimeSpan system = sysKernelDiffenceTs.Add(sysUserDiffenceTs);
        //Double cpuUsage = (((system.Subtract(sysIdleDiffenceTs).TotalMilliseconds) * 100) / system.TotalMilliseconds); 

        TimeSpan totaltime = sysKernelDiffenceTs.Add(sysUserDiffenceTs);
        totaltime = totaltime.Add(sysIdleDifferenceTs);
        int cpuUsage = 100 - (sysIdleDifferenceTs.TotalMilliseconds * 100) / totaltime.TotalMilliseconds;
       Console.WriteLine("CPU: " + cpuUsage + "%");

您最初将 cpuUsage 声明为“Double”。我不确定您是否想要浮点精度，但在您的代码中，您肯定没有得到除整数精度之外的任何东西，因为赋值语句只是进行整数数学运算。如果您需要更高的计算精度，您可以通过混合一些浮点来轻松获得它：

Double cpuUsage = 100.0 - (sysIdleDifferenceTs.TotalMilliseconds * 100.0) /totaltime.TotalMilliseconds;

此外，关于与任务管理器同步。据我了解，任务管理器使用性能计数器。 （我怀疑 GetSystemTimes 正在幕后进行性能计数器调用，但也许不是）。我也不知道为什么你不使用性能计数器。 “％处理时间”计数器是一个即时样本计数器，不需要计算与先前结果的差异。 （每个逻辑 CPU 有一个）。使用 PDH 帮助程序函数而不是旧的注册表项 API 来获取它。您可以从非托管 C/C++ DLL 中执行此操作，该 DLL 将“GetCpuUsage”函数导出回 C# 代码。但我也不知道为什么你不能直接从 C# 调用 PDH 函数。我不知道你所说的这个开销。我也不确定我是否理解您提到的“调用下一个结果的延迟”。