c# - 如何在不加载 CPU 的情况下每隔 X 微秒运行一个方法(0 < X < 1000)？

Question

我正在寻找任何定时器的设计，它可以调度周期小于 1 毫秒的任务。 最佳方案:负载 1 个核心的 25%，当使用 1 个单独的线程运行时这种模式。

1 毫秒是所有计时器的限制，我知道:

• System.Windows.Forms.Timer
• System.Timers.Timer
• System.Threading.Timer

我已经实现了定时器，它每 X 微秒运行一次任务。但是当使用 1 个单独的线程运行此模式时，它仍然几乎加载了一个核心。

代码:

private readonly TimeSpan _period;

private readonly Stopwatch _stopwatch;

private TimeSpan _lastElapsedTime;

private Double _iterationsPerPeriod;

void Run() 
{
    TimeSpan elapsed = _stopwatch.Elapsed;
    TimeSpan interval = elapsed - _lastElapsedTime;
    if (interval < _period)
    {
        Int32 iterationsToWait = (Int32) (_iterationsPerPeriod * (interval.TotalMilliseconds / _period.TotalMilliseconds));
        Thread.SpinWait(iterationsToWait);
    }

    _lastElapsedTime = _stopwatch.Elapsed;
    // RunTask();
}

void RunTimer() 
{
    while(true)
    {
        Run();
    }
}

如何在不加载 CPU 的情况下每 X 微秒运行一个方法？

Answer 1

“停止”CPU 的唯一方法是停止它 - 这是 Windows 上的内核级指令。唤醒 CPU 的唯一方法是给它一个中断——同样是内核级的。虽然可以在 x86 上创建精度远高于毫秒的定时器中断，但您需要制作自己的操作系统(可能是虚拟化的 - 如果它只使用 CPU)才能使用它。

在应用程序级别，您需要完全依赖可用的接口(interface)。并且您需要与在同一 CPU/OS 上运行的其他进程协作。这意味着您需要使用 OS 任务调度——而 Windows 任务调度有限制。您可能等待的最短时间间隔取决于操作系统允许的时间——在 Windows 上，这过去与系统计时器有关(~20 毫秒，可配置低至 0.5 毫秒)。但即使使用较新的调度程序，您也不能随意安排一个线程以微秒级的精度运行。

如果您需要这样的硬实时环境，您根本无法使用 Windows 或任何其他抢先式多任务系统，真的。每隔半毫秒休眠一次已经在插入现代系统同时运行数百个进程和数千个线程的现实能力。忙等待可以让你关闭(并且确实仍在游戏中使用)如果你能负担得起该线程几乎为自己索取 CPU - 否则，其他线程可以很容易地从你的线程中窃取 CPU(很容易 20 毫秒或更多)。当然，如果系统负载过大，它仍然会很快失败。

一如既往，这是一场权衡取舍的游戏。制作一个可以如此精确地调度线程的现代多任务系统是可能的，但并不值得。即使在具有独占 CPU 访问权限的旧游戏中，您通常也不会“休眠 20us”——相反，您会等待垂直回溯中断或类似的东西(这在 DirectX/OpenGL/Vulkan 中仍然有些可用...... .).很少有应用程序需要现代多任务系统和如此高的调度程序精度。在大多数用户应用程序中，您可以使用一种算法，让您有 25% 的时间休眠，每 20 微秒就切换线程上下文(例如，每“帧”做更多的工作，相应地休眠更长时间)。