第1章 游戏之乐——让CPU占用率曲线听你指挥

让CPU占用率曲线听你指挥

写一个程序，让用于来决定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。

【解法一】 简单的解法

　　一个空的for循环for(int i=0;i<n;i++); 写成汇编代码后进行分析：

loop:
mov dx i  ;将i置入dx寄存器
inc   dx    ;将dx从寄存器加1
mov i  dx ;将dx中的值赋回i
cmp i  n   ;比较i和n
jl    loop  ; i小于n时则重复循环

需要执行5条代码，假设要运行的CPU是2.66Ghz（2.66*10^9个时钟周期每秒）。现在CPU每个时钟周期可以执行两条以上的代码，那么我们就取平均值两条，于是让（2660000000*2）/5=1064000000（循环/秒），如果让CPU工作1秒钟，然后休息1秒钟，波形很可能就是锯齿状的——先达到一个峰值（>50%），然后跌到一个很低的占用率。

于是尝试降两个数量级。用10ms是因为它不大不小，比较接近Windows的调度时间片。如果太小会造成线程频繁被唤醒和挂起，无形中增加了内核时间的不确定性影响。最后我们得到如下代码：

package chapter1youxizhile;
/**
 * 【解法一】简单的方法
 * 运行的CPU是2.66Ghz（2.66*10^9个时钟周期每秒）
 * @author DELL
 *
 */
public class ControlCPU1 {

    public static void main(String[] args) {
        for( ; ; ){
            for(int i=0;i<10640000;i++);  //运行10ms
            try {
                Thread.sleep(10);  //休眠10ms
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }

}

　　在不断调整10640000后，我们就可以在一台指定的机器上获得一条大致稳定的50%CPU占用率直线。

【解法二】使用System.currentTimeMillis()和Thread.sleep()

package chapter1youxizhile;
/**
 * 【解法二】使用System.currentTimeMillis()和Thread.sleep()
 * 运行的CPU是2.66Ghz（2.66*10^9个时钟周期每秒）
 * @author DELL
 *
 */
public class CopyOfControlCPU2 {

    public static void main(String[] args) {
        int busyTime = 10;  //繁忙时间10ms
        int idleTime = busyTime;  //空闲时间
        while(true){
            long startTime = System.currentTimeMillis(); //获取系统运行时间
            while(System.currentTimeMillis()-startTime<= busyTime) ;
            try {
                Thread.sleep(idleTime);
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }

}

效果如下：

　　这两种解法都是假设目前系统上只有当前程序在运行，但实际上，操作系统中有很多程序会同时执行各种各样的任务，如果此刻其他进程使用了10%的CPU，那么我们的程序应该只能使用40%的CPU，这样才能达到50%的效果。

　　怎么做呢？这就需要用到另个工具的帮忙——Perform.exe。如下图所示：

　　我们可以写程序来查询Perform的值，Mircrosoft .Net Framework提供了PerformanceCounter这一对象，可以方便地得到当前各种性能的数据，包括CPU的使用率。例如下面这个程序：

【解法三】能动态适应的解法

//C# code
static void MakeUsage(float level)
{
    PerformanceCounter p = new PerformanceCounter("Processor", "% Processor Time", "_Total");
    while(true)
    {
        if(p.NextValue()>level)
            System.Threading.Thread.Sleep();
    }
}

　　可以看到，上面的解法能方便地处理各种CPU使用率的参数。这个程序可以解答前面提到的问题2。

【解法四】正弦曲线

package chapter1youxizhile;
/**
 * 【解法四】正弦曲线
 * @author DELL
 *
 */
public class CopyOfCopyOfControlCPU4 {
    static final double SPLIT = 0.01;  //2PI周期步长
    static final int COUNT = 200;  //取点个数
    static final double PI = 3.1415926;
    static final int INTERVAL = 300;  //空闲和繁忙的总时间
    public static void main(String[] args) {
        long busySpan[];  //CPU繁忙时间的数组
        long idleSpan[];  //CPU空闲时间的数组
        busySpan = new long[COUNT];
        idleSpan = new long[COUNT];
        int half = INTERVAL/2;
        double radian = 0.0;
        for(int i=0;i<COUNT;i++){
            busySpan[i] = (long) (half+(Math.sin(PI*radian)*half));
            idleSpan[i] = INTERVAL - busySpan[i];
            radian += SPLIT;
        }
        long startTime = 0;
        int j = 0;
        while(true){
            j = j%COUNT;  //实现周期循环
            startTime = System.currentTimeMillis();
            while((System.currentTimeMillis()-startTime)<=busySpan[j]) ;
            try {
                Thread.sleep(idleSpan[j]);
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
            j++;
        }
    }

}

程序运行后任务管理器效果如下：