如何降低 Raspberry Pi 上网络流读取的 CPU 使用率？

2024-03-12 22:51:41

降低 Raspberry Pi 上网络流读取的 CPU 使用率

在 Raspberry Pi 上使用 .NET 读写网络流时，许多开发人员都遇到过高 CPU 使用率的问题。这篇文章将探讨导致这一问题的潜在原因，并提出实用的解决方案来降低 CPU 使用率。

理解高 CPU 使用率的原因

导致 Raspberry Pi 上读取网络流时高 CPU 使用率的原因是多方面的。首先，Raspberry Pi 的处理器性能有限，限制了其处理数据的能力。其次，.NET 框架本身在处理网络操作方面可能比较耗费资源。此外，网络流本身的特性（例如大小和速率）也会影响 CPU 使用率。

优化代码以降低 CPU 使用率

为了降低 CPU 使用率，我们可以优化代码的以下几个方面：

优化缓冲区大小

我们使用 4000 字节的缓冲区大小来读取网络流。但是，我们可以通过调整缓冲区大小来优化性能。较小的缓冲区会增加读取操作的频率，但会减少一次读取的数据量。相反，较大的缓冲区会减少读取操作的频率，但会增加一次读取的数据量。通过实验不同的缓冲区大小，我们可以读取速度和 CPU 使用率之间取得平衡。

使用异步编程

异步编程允许应用程序在等待 I/O 操作完成时执行其他任务。这可以提高应用程序的响应能力并降低 CPU 使用率。我们可以通过使用 async 和 await 将读取操作转换为异步操作。

优化网络设置

网络设置也会影响 CPU 使用率。我们可以调整网络设置，例如启用流压缩或使用更快的网络连接，以降低 CPU 使用率。

使用本机代码

对于需要高性能的应用程序，我们可以考虑使用本机代码（如 C++）来替代 .NET。本机代码通常比托管代码效率更高，并且可以更有效地利用 Raspberry Pi 的硬件资源。

示例代码

以下是优化后的代码示例：

    static async Task Main(string[] args)
    {
        bool isRunning = true;

        Console.CancelKeyPress += (s, e) =>
        {
            isRunning = false;
            e.Cancel = true;
        };

        Stopwatch stopwatch = Stopwatch.StartNew();
        int totalBytes = 0;
        HttpClientHandler httpClientHandler = new HttpClientHandler();
        SetDigestAuthenticationMode(httpClientHandler, new Uri(uri), userName, password);
        using (HttpClient client = new HttpClient(httpClientHandler))
        {
            client.BaseAddress = new Uri(uri);
            HttpResponseMessage headerResponse = await client.GetAsync("", HttpCompletionOption.ResponseHeadersRead);
            using (Stream stream = await headerResponse.Content.ReadAsStreamAsync())
            {
                do
                {
                    int bufferLength = 4000;
                    byte[] buffer = new byte[bufferLength];
                    int byteReads = await stream.ReadAsync(buffer, 0, bufferLength);
                    totalBytes += byteReads;
                }
                while (isRunning);
            }
        }
        stopwatch.Stop();
        Console.WriteLine(    static async Task Main(string[] args)
    {
        bool isRunning = true;

        Console.CancelKeyPress += (s, e) =>
        {
            isRunning = false;
            e.Cancel = true;
        };

        Stopwatch stopwatch = Stopwatch.StartNew();
        int totalBytes = 0;
        HttpClientHandler httpClientHandler = new HttpClientHandler();
        SetDigestAuthenticationMode(httpClientHandler, new Uri(uri), userName, password);
        using (HttpClient client = new HttpClient(httpClientHandler))
        {
            client.BaseAddress = new Uri(uri);
            HttpResponseMessage headerResponse = await client.GetAsync("", HttpCompletionOption.ResponseHeadersRead);
            using (Stream stream = await headerResponse.Content.ReadAsStreamAsync())
            {
                do
                {
                    int bufferLength = 4000;
                    byte[] buffer = new byte[bufferLength];
                    int byteReads = await stream.ReadAsync(buffer, 0, bufferLength);
                    totalBytes += byteReads;
                }
                while (isRunning);
            }
        }
        stopwatch.Stop();
        Console.WriteLine($"{(totalBytes / stopwatch.Elapsed.TotalSeconds) / 1000} kB/s");
    }

    private static void SetDigestAuthenticationMode(HttpClientHandler handler, Uri uri, string userName, string password)
    {
        NetworkCredential networkCredential = new NetworkCredential(userName, password);
        CredentialCache credentialCache = new CredentialCache
        {
            { uri, "Digest", networkCredential }
        };

        handler.Credentials = credentialCache;
        handler.PreAuthenticate = true;
    }
quot;{(totalBytes / stopwatch.Elapsed.TotalSeconds) / 1000} kB/s");
    }

    private static void SetDigestAuthenticationMode(HttpClientHandler handler, Uri uri, string userName, string password)
    {
        NetworkCredential networkCredential = new NetworkCredential(userName, password);
        CredentialCache credentialCache = new CredentialCache
        {
            { uri, "Digest", networkCredential }
        };

        handler.Credentials = credentialCache;
        handler.PreAuthenticate = true;
    }