Author: Fox
前两天在买《计算机程序设计艺术》中文版的时候，偶然发现《编程之美》这本书，当时翻了一下，看到“让CPU占用率曲线听你指挥”这样的题目确实让人为之一动。写一段代码，可以让CPU占有率曲线画出平滑的正弦曲线，有点意思:-)。
当然，最后没有买这本书，虽然我可以肯定这是本好书。
我从CSDN读书上找到几节，闲来读一读。今天来讨论一下《让CPU占用率曲线听你指挥》。
题目：写一个程序，让用户来决定Windows任务管理器（Task Manager）的CPU占用率。程序越精简越好，计算机语言不限。例如，可以实现下面三种情况：
1. CPU的占用率固定在50%，为一条直线；
2. CPU的占用率为一条直线，但是具体占用率由命令行参数决定（参数范围1~ 100）；
3. CPU的占用率状态是一个正弦曲线。
在讨论具体实现之前，一个非常重要的问题是：什么是CPU占用率？
《编程之美》写道：“在任务管理器的一个刷新周期内，CPU忙（执行应用程序）的时间和刷新周期总时间的比率，就是CPU的占用率，也就是说，任务管理器中显示的是每个刷新周期内CPU占用率的统计平均值。”
打开“Windows 任务管理器”，“性能”中有“CPU使用记录”一项，给出的就是CPU占有率曲线。
至于一个刷新周期到底是多长，书中似乎没有明确给出，只是说“大约是1秒钟更新一次”，我打开Windows自带的时钟，也感觉大约是1秒钟。
另外的常识是：
单核环境下，空死循环会导致100%的CPU占有率。双核环境下，CPU总占有率大约为50%，四核会不会是25%左右呢？（我没有四核，只能猜测了，估计各核间切换也会耗掉点时间，因为我的双核环境并没有出现一核100%，另一核空闲的情况）。
当CPU整个刷新周期（绝大多数时间）空闲时，CPU占有率趋于0。
书中给出的正弦实现如下：
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 }
在单核环境（P4 2.40）下，其表现还是不错的：
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在双核环境（Core2 E4500）下，就有点差强人意不尽人意了：
点击查看大图
不过，总还能看出是正弦曲线。
上面两图的问题：
1) 单核时曲线不够平滑，是由于QQ等程序占用CPU所致；
2) 双核时曲线更加抖动，我的理解是除其他程序影响外，由于线程没有固定运行在一个CPU上导致的，后面看到书上提到线程迁移，个人感觉这个叫法欠妥啊，总觉得线程迁移令人费解。
可以立即想到的是：让进程在指定处理器上运行（处理器亲缘关系），由Windows提供了两个API可以做到这一点：GetCurrentProcess和SetProcessAffinityMask的。
修改之后的代码如下：
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 }
双核环境（Core2 E4500）修改之后的输出如下：
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我理想中的表现是：
1) 曲线是平滑的，最好不因其他应用程序或操作的执行而改变；
2) 不管是单核还是双核，峰值皆为100%，谷值为0。
对于第一点，其实就是保证任一刷新周期中的CPU占有率都可以被精确控制在0-100之间，如果你可以使CPU一直保持50%（而不是近似的上下波动），产生一条平滑的曲线就很easy了。
问题的关键在于，除了当前你写的程序可以控制，其他程序或操作如何控制？或者说：如何控制CPU的运行情况才是关键之处。
PS: 一晚上老是断网，搞得思路频频被打断，兴致也损了大半。总之，《编程之美》还是值得玩味一把吧:D。