[发明专利]一种测量多任务操作系统任务CPU占用率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及多任务操作系统，特别涉及一种测量多任务操作系统任务CPU占用率的方法。

背景技术

在计算机软件系统中，基本上都采用了某种形式的多任务操作系统，所有的应用和功能都是通过任务承载，并在多任务协作下完成的。由于系统应用日益复杂，多任务操作系统的任务数越来越多，任务的运行状态在多任务的协作中起着越来越重要的作用，而任务的CPU占用率是任务运行状态的一个很重要组成部分。如果可以实时精确测量系统中各个任务的CPU占用率，则可用于确定整个系统的设计是否是正常的，各个任务的设计是否是正确的、是否存在执行效率的问题。

在目前的操作系统中，对任务CPU占用率的测量方法有两类：

1.专利号CN02132247.3中描述的硬件测量方法。

该方法描述了一种用于测量实时系统中任务的CPU占用率的装置，包括：用于在标志位中注册待测任务的任务注册单元；用于在设置的标志位中选择具有高优先级的标志位的地址的任务选择模块；用于处理由任务选择模块输入的位地址并生成计数信号的计数信号发生单元；用于根据计数信号来计数任务执行时长的计数单元；以及用于在任务执行时设定标志位并根据由计数单元生成的计数值计算执行次数和任务的CPU占用率的CPU。该专利是使用硬件计数器来计时的，应该是实时精确的，但没有说明计时精度。这种方法存在的缺陷主要有：需要有专利的硬件装置，如果配置，则将提高成本。

2.软件方法，比如嵌入式操作系统VXWORKS提供的SPY工具。该工具在系统中使用了定时间隔的硬件辅助时钟中断，中断到达时即进行采样；额外增加一个高优先级的任务，用于上报采样后的统计数据。这个方法有两个缺陷：

该方法认为，当采样时间点到时，就认为当前运行的任务运行了一个采样间隔。一般来说，在一个采样间隔内，可发生多次任务切换，即多个任务都运行过，但采样的做法只会认为采样时的当前任务运行过。特别是如果采样时间点处于操作系统内核任务切换过程刚结束不久时，则当前任务运行到这个采样时间点的实际运行的时长是远小于一个采样间隔，而该方法也只能认为当前任务运行了一个采样间隔。在这种情况下，任务的CPU占用率值与其它情况下的值相差很大。该方法只有在一次采样间隔内基本不发生任务切换才是较准确的，而这仅仅是假设，实际运行的系统，特别是复杂的电信级系统，常常不是如此。

如果要更准确地检测，则必须减少采样间隔，即提高硬件辅助时钟率。但这样会使检测方法本身所占用的系统开销增大，影响系统的应用功能，造成矛盾。故该方法默认配置的硬件辅助时钟中断仅为10ms，如果是性能较强的CPU，可人为改为1ms。该方法的计时精度为毫秒级，精度不足。

该方法在不同的情况下，存在的误差是不同的，有时还存在很大的误差，并且计时精度不足。因而一般用于简单的调试，而不用于实际系统运行。

由上述可知，现有方法存在不少缺点有待改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现多任务操作系统任务CPU占用率的实时精确测量的方法。

本发明提出一种测量多任务操作系统任务CPU占用率的方法，包含如下步骤：

(a)创建一个定时统计任务，其优先级高于要统计的任务。对所有的统计量清零，设定一统计间隔，启动统计流程；

(b)记录任务到中断处理例程的入口以及中断处理例程到任务的出口的时间点，二者差值为中断处理例程一次执行时长，对其进行累加；

(c)发生任务切换时，对切换入的任务，记录此次调度的任务开始时间点，对切换出的任务，记录此次调度的任务结束时间点，同一任务的任务结束时间点和任务开始时间点之差，再减去该任务执行过程中所包含的中断处理例程执行时长，即为该任务的一次执行时长，对其进行累加；

(d)设定的统计间隔到时，将累加得到各任务的总执行时长和中断处理例程的总执行时长相加，得到该统计间隔内系统的总执行时长，则各任务的CPU占用率＝该任务总执行时长/系统的总执行时长，中断的CPU占用率＝中断处理例程总执行时长/系统的总执行时长。

在步骤(a)中，需要结合具体操作系统的任务切换过程挂接一个任务切换钩子，该任务切换钩子执行步骤(c)中流程。

所述流程中时间点的记录是通过读取硬件计时器计时值得到的，所述统计间隔不得大于硬件定时器的最大计时长度。所述硬件计时器的精度等于或高于微秒级。

所述统计变量为4字节长。