如何降低高分辨率(10微秒)精密定时器的CPU使用量？

Question

我正在用qt5和c++为windows 10中的复杂通信应用程序编写一个计时器。我想使用最高3%的CPU与微秒分辨率。

最初，我在这个应用程序中使用了qTimer (qt5)。它具有较低的CPU使用率和开发人员友好的界面。但它并不精确，因为我need.It只以毫秒为参数，但我需要微秒。在许多现实世界中，像cpu上的负载一样，定时器的精确度并不等于这个分辨率。有时计时器触发1毫秒，有时15毫秒。您可以在图片中看到这个问题：

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我找了好几天的解决办法。但最后我发现Windows是一个非实时操作系统(RTOS)，不能提供高分辨率和精确的定时器。

为了实现这个目标，我编写了自己的高分辨率精确计时器和CPU轮询。我开发了一个在单独线程中工作的单例类。它工作在10微秒分辨率。

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但是它正在消耗CPU中的一个逻辑核心。相当于2700美元的6.25 %。

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对于我的应用程序来说，这种CPU的使用是不可接受的。如何在不泄露高分辨率的情况下减少这个CPU的使用?

这是执行此任务的代码：

void CsPreciseTimerThread::run()
{

while (true)
{
    QMutexLocker locker(&mMutex);
    for (int i=0;i<mTimerList.size();i++) 
    {
        CsPreciseTimerMiddleLayer* timer = mTimerList[i];
        int interval = timer->getInterval();
        if ( (timer->isActive() == true&&timer->remainingTime()<0))
        {
            timer->emitTimeout();
            timer->resetTime();
        }
    }



}
}

我试着降低计时线程的优先级。我用了这句话：

QThread::start(QThread::Priority::LowestPriority);

这是：

QThread::start(QThread::Priority::IdlePriority);

这种变化使得计时器不那么精确，但是CPU的使用并没有减少。

之后，我尝试强制当前线程在循环中休眠几微秒。

QThread::usleep(15);

正如你可能猜到的那样，睡眠功能确实影响了准确性。有时计时器的睡眠时间比预期的要长，比如10毫秒或15毫秒。

Answer 1

我将直接引用Windows，而不是Qt抽象。

我不认为您想降低线程优先级，我认为您希望提高线程优先级，并在轮询之间使用最小的睡眠量来平衡延迟和CPU开销。

有两个想法：

1. 在Windows中，他们专门引入了多媒体类调度服务，这样他们就可以将Windows音频组件移出内核模式，在用户模式下运行，而不会影响支持音频的工具。这可能会对你有帮助--它不是严格的“实时”保护，但它适用于低延迟操作。
2. 采用经典的方法--将进程和线程优先级提高到高或关键，同时使用几毫秒的合理睡眠语句。也就是说，将您的线程优先级提高到THREAD_PRIORITY_TIME_CRITICAL。然后在完成睡眠循环之后执行一个非常小的for。这个睡眠量应该在0.10毫秒之间。一些实验需要，但我不会超过一半的时间，直到下一个预期的超时，最大的10毫秒。当你离计时器不到N微秒时，你可能需要旋转而不是屈服。需要进行一些实验。您还可以尝试将进程优先级提高到REALTIME_PRIORITY_CLASS。

要小心，-在这些更高优先级的进程和线程中，少数没有休眠的失控进程和线程可以锁定系统。