CPU利用率问题：操作系统原理和API

问题的提出：写一个程序，使得CPU的占用率可以听从用户的安排，第一种情况，CPU的占用率固定在50%,第二种情况，CPU的占用率为一条直线，具体占用率用参数表示；第三种情况，CPU的占用率状态是一条正弦曲线。

分析：这个问题，不了解操作系统原理和内核代码的人看起来很玄乎。但此问题的本质是操作系统原理，即操作系统如何分配资源给用户程序。进而分析到应用程序级别可得，CPU忙的时间和CPU休眠的时间相等时，根据刷新出来的图像便保持在50%左右。写应用程序，会用到Windows的API。

思路一：根据CPU的主频，计算每秒钟执行的指令条数，将循环用汇编代码表示，求得需要循环执行的次数。并且休眠同样的时间。

核心的API:Sleep()  

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long GetCPUFreq()//获取CPU频率,单位: MHZ {      int start1,start2;      _asm rdtsc      _asm mov start1,eax       Sleep(50);      _asm rdtsc      _asm mov start2,eax      return ((start2-start1)/50)/(1024); }     //1-1 void SimpleCpu() {     while(true)     {         //busy         for(int i=0;i<1181600000;i++)             ;         //idle         Sleep(10);     } }//simplecpu

思路二：使用GetTickCount()和Sleep()

使用GetTickCount获得系统启动以来的时间，然后根据需要休眠的时间确定忙循环要做的时间。

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/GetTickCount和Sleep void GetSleepCpu() {     const DWORD busyTime=100;   //10毫秒     const DWORD idleTime=busyTime; //忙的时间和休眠的时间大致相当       INT64 startTime=0;     while(true)     {         DWORD startTime=GetTickCount();         //bust loop         while((GetTickCount()-startTime)<busyTime)             ;         //idle loop         Sleep(idleTime);     } }//GetSleepCpu

思路三：正弦曲线问题

把2Pi等分，计算振幅，然后让CPU工作在相应的振幅处。

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void SineGraph() {     SetThreadAffinityMask(GetCurrentThread(), 1);       //将0-2Pi之间等分成200份进行抽样，计算每个抽样点的振幅     //300ms是近似的值 6.28/200     const int SAMPLINE_COUNT=200;   //抽样点数量     const double PI=3.1415926535;       const int TOTAL_AMPLITUDE=300;  //每个抽样点对应的时间片       DWORD busySpan[SAMPLINE_COUNT];     int apmlitude=TOTAL_AMPLITUDE;      double radian=0.0;     double radianIncrement=(2.0*PI)/(double)SAMPLINE_COUNT; //增量       //计算每个抽样点的振幅     for(int i=0;i<SAMPLINE_COUNT;i++)     {         busySpan[i]=(DWORD)(apmlitude+(sin(PI*radian)*apmlitude));         radian+=radianIncrement;     }       DWORD startTime=0;     for(int j=0;;j=(j+1)%SAMPLINE_COUNT)     {         startTime=GetTickCount();         while((GetTickCount()-startTime)<=busySpan[j])             ;         Sleep(TOTAL_AMPLITUDE-busySpan[j]);     }   }//SineGraph   int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]) {     int c;     cin>>c;           switch(c)     {     case 1:         SimpleCpu();    //56%         break;     case 2:         GetSleepCpu();  //51% 52%         break;     case 3:         SineGraph();    //正弦曲线         break;     }     return 0; }

多核CPU的情况下，程序是不一样的写法，此处不讨论。这道题主要考察对操作系统的理解。