使cpu占用率50% --《编程之美》

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编程之美的有个题是让cpu的占用率达到50%，从而画出一条直线，下面在linux下实现这一功能

首先定义一下cpu的利用率：CPU执行非系统空闲进程的时间 / CPU总的执行时间 = run / (run+sleep)

具体内容参考这个链接 http://server.51cto.com/sCollege-188250.htm

下面是这段代码：

#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>

int main(int argc, char* argv[])
{
    struct timeval tv;
    long long start_time,end_time;
    while(1)
    {
        gettimeofday(&tv,NULL);
        start_time = tv.tv_sec*1000000 + tv.tv_usec;
        end_time = start_time;
        while((end_time - start_time) < 60000)
        {
            gettimeofday(&tv,NULL);
            end_time = tv.tv_sec*1000000 + tv.tv_usec;
        }
        usleep(60000);
    }
       // }
        return 0;
}

这段程序只能使当前进程的cpu使用率为50%，并不能画出一条50%的直线

首先是SMP的原因，所以想要画出一条50%的直线，第一个要做的是绑定该进程到特定的cpu

修改之后得到如下代码

#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/sysinfo.h>
#include<unistd.h>

#define __USE_GNU
#include<sched.h>
#include<ctype.h>
#include<string.h>

int main(int argc, char* argv[])
{
        int num = sysconf(_SC_NPROCESSORS_CONF);
        int created_thread = 0;
        int myid;
        int i;
        int j = 0;

        cpu_set_t mask;
        cpu_set_t get;

        if (argc != 2)
        {
                printf("usage : ./cpu num\n");
                exit(1);
        }

        myid = atoi(argv[1]);/*绑定到的cpu*/

        printf("system has %i processor(s). \n", num);

        CPU_ZERO(&mask);
        CPU_SET(myid, &mask); /*掩码*/

        if (sched_setaffinity(0, sizeof(mask), &mask) == -1)/*0指当前进程*/
        {
                printf("warning: could not set CPU affinity, continuing...\n");
        }

        CPU_ZERO(&get);
        if (sched_getaffinity(0, sizeof(get), &get) == -1)
        {
                printf("warning: cound not get cpu affinity, continuing...\n");
        }
        for (i = 0; i < num; i++)
        {
            if (CPU_ISSET(i, &get))
            {
                printf("this process %d is running processor : %d\n",getpid(), i);
            }
        }
        struct timeval tv;
        long long start_time,end_time;
        while(1)
        {
            gettimeofday(&tv,NULL);
            start_time = tv.tv_sec*1000000 + tv.tv_usec;
            end_time = start_time;
            while((end_time - start_time) < 60000)
            {
                gettimeofday(&tv,NULL);
                end_time = tv.tv_sec*1000000 + tv.tv_usec;
            }
            usleep(60000);
        }

        return 0;
}

另外还需要注意的是，cpu本身还运行了一些程序，他们也占着资源，所以该进程并不能很好的使某个cpu使用率维持在50%，

想要改进有两个思路

1)把cpu1上面的进程都转走，做的更绝的话把中断请求也转走

把进程都转走，这个可以借鉴上面的sched_setaffinity函数，比如我的机器只有两个cpu，我就把所有的进程都转到cpu0上面

修改/proc/irq/中断号/smp_affinity文件的内容，把中断也转走
内容00000001表示该中断请求在cpu0上运行，
内容00000003表示该中断请求在cpu0和cpu1上运行，

2)第二个思路是 动态监控cpu的利用率 v，然后用50%-v得到  画线程序所需要占用的cpu利用率，但是如果cpu1的利用率已经超过50%，那就没办法了。其中最关键就是获取当前cpu的利用率，然后再修改之前的程序，调节idle 和run的比率

具体操作是： cpu的状态放在/proc/stat中

yandong@yandong-pc:~$  cat /proc/stat 
cpu  317625 3414 201038 1352933 13696 21 2117 0 0 0
cpu0 158901 1841 99148 677057 6693 8 1417 0 0 0
cpu1 158724 1572 101889 675876 7002 13 699 0 0 0
intr 9118805 1513856 6222 0 0 128 0 0 0 1 994 0 0 162 0 0 0 ...
ctxt 17067117
btime 1372081120
processes 8140
procs_running 1
procs_blocked 0
softirq 3053746 0 1450608 20 4054 61209 0 767379 274483 4158 491835

其中个数据的意思是

参数	解释
user (432661)  nice (13295)  system (86656)  idle (422145968)  iowait (171474)  irq (233)  softirq (5346)	从系统启动开始累计到当前时刻，用户态的CPU时间（单位：jiffies） ，不包含 nice值为负进程。1jiffies=0.01秒 从系统启动开始累计到当前时刻，nice值为负的进程所占用的CPU时间（单位：jiffies） 从系统启动开始累计到当前时刻，核心时间（单位：jiffies） 从系统启动开始累计到当前时刻，除硬盘IO等待时间以外其它等待时间（单位：jiffies） 从系统启动开始累计到当前时刻，硬盘IO等待时间（单位：jiffies） ， 从系统启动开始累计到当前时刻，硬中断时间（单位：jiffies） 从系统启动开始累计到当前时刻，软中断时间（单位：jiffies）

“intr”这行给出中断的信息，第一个为自系统启动以来，发生的所有的中断的次数；然后每个数对应一个特定的中断自系统启动以来所发生的次数。

“ctxt”给出了自系统启动以来CPU发生的上下文交换的次数。

“btime”给出了从系统启动到现在为止的时间，单位为秒。

“processes (total_forks) 自系统启动以来所创建的任务的个数目。

“procs_running”：当前运行队列的任务的数目。

“procs_blocked”：当前被阻塞的任务的数目。

那么CPU利用率可以使用以下两个方法。先取两个采样点，然后计算其差值：

cpu usage=(idle2-idle1)/(cpu2-cpu1)*100 
cpu usage=[(user_2 +sys_2+nice_2) - (user_1 + sys_1+nice_1)]/(total_2 - total_1)*100

这种计算用shell比较快捷：

#!/bin/sh  
 
##echo user nice system idle iowait irq softirq  
CPULOG_1=$(cat /proc/stat | grep 'cpu ' | awk '{print $2" "$3" "$4" "$5" "$6" "$7" "$8}')  
SYS_IDLE_1=$(echo $CPULOG_1 | awk '{print $4}')  
Total_1=$(echo $CPULOG_1 | awk '{print $1+$2+$3+$4+$5+$6+$7}')  
 
sleep 5  
 
CPULOG_2=$(cat /proc/stat | grep 'cpu ' | awk '{print $2" "$3" "$4" "$5" "$6" "$7" "$8}')  
SYS_IDLE_2=$(echo $CPULOG_2 | awk '{print $4}')  
Total_2=$(echo $CPULOG_2 | awk '{print $1+$2+$3+$4+$5+$6+$7}')  
 
SYS_IDLE=`expr $SYS_IDLE_2 - $SYS_IDLE_1`  
 
Total=`expr $Total_2 - $Total_1`  
SYS_USAGE=`expr $SYS_IDLE/$Total*100 |bc -l`  
 
SYS_Rate=`expr 100-$SYS_USAGE |bc -l`  
 
Disp_SYS_Rate=`expr "scale=3; $SYS_Rate/1" |bc`  
echo $Disp_SYS_Rate%

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