Author: Fox
前兩天在買《計算機程序設計藝術》中文版的時候，偶然發現《編程之美》這本書，當時翻了一下，看到“讓CPU占用率曲線聽你指揮”這樣的題目確實讓人為之一動。寫一段代碼，可以讓CPU占有率曲線畫出平滑的正弦曲線，有點意思:-)。
當然，最后沒有買這本書，雖然我可以肯定這是本好書。
我從CSDN讀書上找到幾節，閑來讀一讀。今天來討論一下《讓CPU占用率曲線聽你指揮》。
題目：寫一個程序，讓用戶來決定Windows任務管理器（Task Manager）的CPU占用率。程序越精簡越好，計算機語言不限。例如，可以實現下面三種情況：
1. CPU的占用率固定在50%，為一條直線；
2. CPU的占用率為一條直線，但是具體占用率由命令行參數決定（參數范圍1~ 100）；
3. CPU的占用率狀態是一個正弦曲線。
在討論具體實現之前，一個非常重要的問題是：什么是CPU占用率？
《編程之美》寫道：“在任務管理器的一個刷新周期內，CPU忙（執行應用程序）的時間和刷新周期總時間的比率，就是CPU的占用率，也就是說，任務管理器中顯示的是每個刷新周期內CPU占用率的統計平均值。”
打開“Windows 任務管理器”，“性能”中有“CPU使用記錄”一項，給出的就是CPU占有率曲線。
至于一個刷新周期到底是多長，書中似乎沒有明確給出，只是說“大約是1秒鐘更新一次”，我打開Windows自帶的時鐘，也感覺大約是1秒鐘。
另外的常識是：
單核環境下，空死循環會導致100%的CPU占有率。雙核環境下，CPU總占有率大約為50%，四核會不會是25%左右呢？（我沒有四核，只能猜測了，估計各核間切換也會耗掉點時間，因為我的雙核環境并沒有出現一核100%，另一核空閑的情況）。
當CPU整個刷新周期（絕大多數時間）空閑時，CPU占有率趨于0。
書中給出的正弦實現如下：
1 #include "Windows.h"
2 #include "stdlib.h"
3 #include "math.h"
4
5 const double SPLIT = 0.01;
6 const int COUNT = 200;
7 const double PI = 3.14159265;
8 const int INTERVAL = 300;
9
10 int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
11 {
12 DWORD busySpan[COUNT]; //array of busy times
13 DWORD idleSpan[COUNT]; //array of idle times
14 int half = INTERVAL / 2;
15 double radian = 0.0;
16 for(int i = 0; i < COUNT; i++)
17 {
18 busySpan[i] = (DWORD)(half + (sin(PI * radian) * half));
19 idleSpan[i] = INTERVAL - busySpan[i];
20 radian += SPLIT;
21 }
22 DWORD startTime = 0;
23 int j = 0;
24 while (true)
25 {
26 j = j % COUNT;
27 startTime = GetTickCount();
28 while ((GetTickCount() - startTime) <= busySpan[j]) ;
29 Sleep(idleSpan[j]);
30 j++;
31 }
32 return 0;
33 }
在單核環境（P4 2.40）下，其表現還是不錯的：
點擊查看大圖
在雙核環境（Core2 E4500）下，就有點差強人意不盡人意了：
點擊查看大圖
不過，總還能看出是正弦曲線。
上面兩圖的問題：
1) 單核時曲線不夠平滑，是由于QQ等程序占用CPU所致；
2) 雙核時曲線更加抖動，我的理解是除其他程序影響外，由于線程沒有固定運行在一個CPU上導致的，后面看到書上提到線程遷移，個人感覺這個叫法欠妥啊，總覺得線程遷移令人費解。
可以立即想到的是：讓進程在指定處理器上運行（處理器親緣關系），由Windows提供了兩個API可以做到這一點：GetCurrentProcess和SetProcessAffinityMask的。
修改之后的代碼如下：
1 #include "Windows.h"
2 #include "stdlib.h"
3 #include "math.h"
4
5 const double SPLIT = 0.01;
6 const int COUNT = 200;
7 const double PI = 3.14159265;
8 const int INTERVAL = 300;
9
10 int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
11 {
12 SetProcessAffinityMask(
13 GetCurrentProcess(),
14 0x00000001 //cpu mask
15 );
16
17 DWORD busySpan[COUNT]; //array of busy times
18 DWORD idleSpan[COUNT]; //array of idle times
19 int half = INTERVAL / 2;
20 double radian = 0.0;
21 for(int i = 0; i < COUNT; i++)
22 {
23 busySpan[i] = (DWORD)(half + (sin(PI * radian) * half));
24 idleSpan[i] = INTERVAL - busySpan[i];
25 radian += SPLIT;
26 }
27 DWORD startTime = 0;
28 int j = 0;
29 while (true)
30 {
31 j = j % COUNT;
32 startTime = GetTickCount();
33 while ((GetTickCount() - startTime) <= busySpan[j]) ;
34 Sleep(idleSpan[j]);
35 j++;
36 }
37 return 0;
38 }
雙核環境（Core2 E4500）修改之后的輸出如下：
點擊查看大圖
我理想中的表現是：
1) 曲線是平滑的，最好不因其他應用程序或操作的執行而改變；
2) 不管是單核還是雙核，峰值皆為100%，谷值為0。
對于第一點，其實就是保證任一刷新周期中的CPU占有率都可以被精確控制在0-100之間，如果你可以使CPU一直保持50%（而不是近似的上下波動），產生一條平滑的曲線就很easy了。
問題的關鍵在于，除了當前你寫的程序可以控制，其他程序或操作如何控制？或者說：如何控制CPU的運行情況才是關鍵之處。
PS: 一晚上老是斷網，搞得思路頻頻被打斷，興致也損了大半。總之，《編程之美》還是值得玩味一把吧:D。