使用Python让Windows的CPU利用率呈现正弦波

生有可恋 2022-09-23

1917

这是《编程之美》书中的一道题，不同的语言有不同的实现方法。通过实验可以证明当调用 time.sleep() 时 CPU 处于空闲状态，当做其它运算时 CPU 处于忙碌状态。

简单的测试代码：

#!python3


from datetime import datetime
import time
import psutil


p = psutil.Process()
p.cpu_affinity([0])


while True:
    start_time  = datetime.now()
    curren_time = datetime.now()
    v = curren_time - start_time
    f = v.seconds + v.microseconds*0.000001
    while f < 10:
        curren_time = datetime.now()
        v = curren_time - start_time
        f = v.seconds + v.microseconds*0.000001
    time.sleep(10)

通过让 CPU 处于 sleep 和做其它运算之间间歇性切换，即可以得到“方波”，当然因为机器上还有其它任务在运行，所以波形会有毛刺。

在多核CPU上，Windows 上的任务会随机分到不同的核上。为了控制波形，我们把任务绑在 CPU-0 上。通过控制 CPU 的 sleep 时间，当一直 sleep，CPU 占用率为 0% ，当一直忙，则 CPU 处于 100%，当间隙让CPU 休息，则 CPU 处于 50%。我们把轮休间隔设置为0.01秒，得到的便是如下50%利用率的波形（有毛刺）。

#!python3


from datetime import datetime
import time
import psutil


p = psutil.Process()
p.cpu_affinity([0])


while True:
    start_time  = datetime.now()
    curren_time = datetime.now()
    v = curren_time - start_time
    f = v.seconds + v.microseconds*0.000001
    while f < 0.01:
        curren_time = datetime.now()
        v = curren_time - start_time
        f = v.seconds + v.microseconds*0.000001
    time.sleep(0.01)

如果想得到正弦波，则需要让 CPU 工作的时间和休息的时间随正弦数值进行调整。测试代码如下：

#!python3


import psutil
import itertools, math, time, sys


p = psutil.Process()
p.cpu_affinity([0])


time_period = float(sys.argv[1]) if len(sys.argv) > 1 else 30   # seconds
time_slice  = float(sys.argv[2]) if len(sys.argv) > 2 else 0.04 # seconds


N = int(time_period  time_slice)
for i in itertools.cycle(range(N)):
    busy_time = time_slice  2 * (math.sin(2*math.pi*i/N) + 1)
    t = time.perf_counter() + busy_time
    while t > time.perf_counter():
        pass
    time.sleep(time_slice - busy_time)