CPU 使用率视图显示为sin函数图像

将CPU使用率时间序列图展示为sin函数图像

本文使用操作系统为Centos 7 ，CPU为Intel® Pentium(R) CPU G2020 @ 2.90GHz × 2

思路

先看看正常情况CPU使用率时间序列图和Sin函数图像

normalCpu.png

sin.png

• Y轴选取
  在某个时间点，一个CPU核心要么是运行，要么就是不运行，即CPU占用率为100%和0%。对于双核CPU来说，某个时间点的状态可能为：两个核心都不工作CPU占用率为0%；一个核心工作，一个不工作，CPU占用率为50%；两个核心都工作，CPU占用率为100%。所以在时间点上，CPU的占用率是固定值。
  如何让CPU达到我们想要的占用率呢？答案是按时间段来分配核心。比如0～1000ms内，0～10ms让所有核心运行，其他时间让所有核心空闲。那这段时间的CPU占用率为1%，上图CPU的占用率图像其实就是一个个点组成，而每个点都表示一个时间段的CPU占用率情况。

  知道了上述知识，我们就可以把y=sinx 中的y转化为一段时间的cpu占比。y的取值范围是[-1,1]，cpu占比取值范围是[0,1]，转化方式可以为(y+1)*0.5。现在Y轴的算法我们已经确定。

• X轴选取
  现在来讨论X轴。sinx是个周期函数，2π为一个周期。我们通过将2π分成n等份，每份算出y，将所有点（x,y）连起来就可以形成一个周期的sinx图像，循环操作就能得到周期图像。一个周期内分的份数越多则图像越逼真。

• 时间段的定义
  时间段选取很重要，我们定义的时间间隔必须等于CPU使用率时间序列图显示CPU使用率的间隔，否则显示出来的点不均匀。
  先看看定义的时间间隔大于CPU占用率展示的时间间隔的情况。如果CPU使用率时间序列图1000ms展示一个点，我们的时间间隔为2000ms，假设当前算出CPU占用率为10%，那2000ms*10%=200ms，前200ms所有核心都在运行，后1800ms所有核心都空闲，而CPU使用率时间序列图会画出两个点，一个CPU20%，一个CPU0% 。
  在看看定义的时间间隔小于CPU占用率展示的时间间隔情况。如果CPU使用率时间序列图1000ms展示一个点，我们的时间间隔为50ms，一个周期分成10等份，那1000ms里就包含了两个周期，CPU使用率时间序列图每个点的CPU占用率都是一样的了。

代码

package thread;

import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

public class CpuSin {
    static int coreNum =Runtime.getRuntime().availableProcessors();
    static CyclicBarrier k = new CyclicBarrier(coreNum);
    static int cycle = 60;
    static double PI = 3.1415926535;
    static int interval = 500;

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < coreNum; i++) {
            new Thread(new Run()).start();
        }
    }

    static class Run implements Runnable{
        int current = 0;
        @Override
        public void run() {
            double portion = 2 * PI / cycle;
            try {
                // 使用CyclicBarrier让所有线程在此开始执行
                k.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (BrokenBarrierException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            while (true){
                long currentTimeMillis = System.currentTimeMillis();
                while (System.currentTimeMillis() - currentTimeMillis <= interval){
                    double value = portion * current;
                    double percent = (Math.sin(value) + 1) * 0.5;
                    double busy = percent * interval;
                    double idle = (1-percent) * interval;
                    while (System.currentTimeMillis() - currentTimeMillis < busy);
                    try {
                        Thread.sleep((long) idle);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }

                current++;

                if (current == cycle){
                    current = current % cycle;
                }
            }
        }
    }
}

结果

cpusin.png