Linux下實現CPU使用率正弦曲線

編程之美第一道題目就是如何讓CPU使用率曲線成為一條正弦曲線，本文在Linux下實現這個效果。

程序運行時間

一個進程的運行時間大致分為user time,kernel time和waiting time

三個時間加起來就是進程從開始到結束用的時間。

user time是進程在用戶空間執行的時間

kernel time是進程在內核空間執行的時間

waiting time是進程等待IO或者其他事件所用的時間

例如

1. int main()
2. {
3. int i;
4. for(i = 0; i < 100000000; i ++) //用戶空間執行
5. getpid(); //系統調用，內核空間執行
6. //scanf和printf是C標准庫裡的，還要調用Linux的系統調用read和write
7. scanf("%d\n",&i);
8. printf("%d\n",i);
9. return 0;
10. }

使用time命令可以顯示進程運行的時間，real，user,sys。大部分時間都用來等IO了，因為人輸入的速度遠小於計算機的速度。

CPU的使用率是指所有進程的user time和kernel time之和除以real time。而一般情況下，user time遠大於kernel time。 如果一個系統中CPU使用率幾乎為0，那麼我們可以寫個程序控制CPU的使用率。

1. while(1)
2. {
3. for(i = 0; i < 100000; i ++); //CPU忙，占用的時間是user time
4. usleep(10000); //CPU閒，屬於waiting time
5. }

讓CPU一直維持在50% 讓進程50%的時間做循環，%50的時間sleep就行了

1. int main()
2. {
3. int i;
4. while(1)
5. {
6. for(i = 0; i < n; i++);
7. usleep(m);
8. }
9. return 0;
10. }

關鍵是如何確定n和m的值。 我們先把m定死，進程睡眠60ms，linux調度時的時間片好像是15ms，但是usleep精度較低，所以我們讓它睡的時間長點。 然後再確定n，先隨便給n一個值，看看匯編代碼裡使用了幾條指令：

1. .L2:
2. movl $0, -8(%ebp)
3. jmp .L3
4. .L4:
5. addl $1, -8(%ebp)
6. .L3:
7. cmpl $3999999, -8(%ebp)
8. jle .L4
9. movl $60000, (%esp)
10. call usleep
11. jmp .L2

紅色的是內層循環，有3條指令。CPU主頻是2.27GHz，如果按一個時鐘周期執行一條的話，那麼執行三條指令的時間為2.27x10-9x3 = 6.9x10-9s，要執行60ms，循環數n的大小為 60x10-3 / 6.9x10-9 = 8.69 x 106 試一試這個數，8690000 CPU使用率穩定在38%左右，看來我們低估了CPU的能力。我們可以根據38%這個數計算出n的大小了 CPU時間/(CPU時間+60ms）= 38%,因此86900使用的cpu時間為 36ms，8690000:36=n:60，求得n等於1448333，這次CPU使用率很精確的停留在50%左右。