cpu

关于性能测试中cpu数据抛出以下4个问题？

1.CPU的占比是什么含义，是怎么计算的？

2.为什么在日常性能测试中开发最认可的数据是cycle数(windows性能测试报告中的产出数据之一)，而非cpu占用率？

3.变频对CPU占比的影响是什么，为什么变频会影响最终的性能测试数据？

4.Perfdog中的normalized cpu的计算方式是什么，为什么说这个数据比normalized cpu比正常的cpu数据更准？

针对以上的问题，做了一些调研和思考，

首先是cpu是怎么工作的，cpu本质上是集成电路（详情参考：https://www.cnblogs.com/cation/p/11192289.html），另一方面，程序是用高级语言编写的，运行的时候会转化为机器语言（0/1）；

图中的电路中可以通过改变电压调整电路走向，0或者1的信号就是用于控制电压的大小，如果电压达到阈值，会走"线路a"，未达到，会走"线路b";

那么这些电压是如何控制的，电信号（脉冲）是如何发出的？引入一个新的实体硬件，石英晶体振荡器（详细介绍参考https://blog.csdn.net/delacroix_xu/article/details/4640401），

压电效应及晶振原理（详情见https://www.cnblogs.com/sunshine-jackie/p/8137293.html）：

在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。

反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。

从上述的晶振可以了解到，对石英晶体施加外力即可发出电信号，我们常说的cpu频率实际上就是这个晶振频率，"cpu频率 = 晶振频率 = 脉冲频率 = 时钟频率 = F"

脉冲发生的时间间隔定义为 "时钟周期（clock tick）= T = 1/F" ，这个数据也是cpu 中的时间单位

cpu在运算的时候是怎么计算cpu占比的，

举一个实例：QQ运行了1s 的cpu占比

QQ运行时会向CPU发送指令，指令转化为机器可以理解的机器语言（0/1），控制器会按指令发送脉冲；1s中之内发送了n个脉冲，假设cpu的频率是1Ghz，即1s中该cpu在满载的情况下会发送1Ghz个脉冲

QQ CPU占比的计算公式 为 “CPU占比=n/1Ghz”

根据上述的公式和概念解释可以回答最初的4个问题：

问题1：CPU的占比是什么含义，是怎么计算的？

答：

1.CPU的占比可以理解为 “单位时间内进程占用CPU的时间占比”

1s中内 进程a发送了 n个脉冲信号，"cpu的占比 = (n*时钟间隔)/1s = n*T/1s = n/F"

2.也可以理解为 “单位时间内进程发送的脉冲数量占用cpu在单位时间可以发送的最大脉冲数的占比”

"cpu的占比 = n/F"

问题2&3：为什么开发最认可的数据是cycle数？变频对CPU占比的影响是什么，为什么变频会影响最终的性能测试数据？

答：

1.变频实际上就是F的变化，假设我需要获取 2s 的CPU占用率，第一秒频率为F，第二秒频率为2F；进程是稳定运行状态，每秒都需要发n次脉冲； 那么 cpu1=2n/F ,cpu2 = 2n/2F，cpu1->cpu2 占用率会缩减一半，我们可以说进程性能变好了吗，显然不行，因为不论是cpu1还会cpu2，进程需要CPU每秒发n次脉冲，都需要这么多次电路逻辑运算，所以变频的对CPU的占比数据有直接影响，导致cpu占比不能客观反映进程的性能状况。

2.开发认可cycle数是因为cylcle数就是上文描述的 进程在单位时间内发送的脉冲数，不管cpu频率如何变化，进程就是需要在单位时间内做这些逻辑运算。

问题4：perfdog中的normalized cpu的计算方式是什么，为什么说这个数据比normalized cpu比正常的cpu数据更准？

答：问题2&3的解答中的实例，假设我需要获取 2s 的CPU占用率，第一秒频率为F，第二秒频率为2F；进程是稳定运行状态，每秒都需要发n次脉冲； 那么 cpu1=2n/F ,cpu2 = 2n/2F，由此得出的结论是cpu1和cpu2的不同是频率的变化导致的；

根据perfdog官网对normalized cpu的定义 , normalized cpu = cpu*(实时频率/最大频率)；

假设机器的最大频率是4F,

normalized cpu1=(2n/F) * (F/4F) = n/2F

normalized cpu2=(2n/2F) * (2F/4F) = n/2F

由此可以得出 normalized cpu1 = normalized cpu2,

通过上述的案例分析可以得出这个结论：

normalized cpu不能反馈cpu的实时占比，但是它可以反馈进程客观的性能状况。

cpu性能测试工具开发指南：

通过上面4个问题的解释我们可以了解到写一个cpu性能测试脚本需要做什么操作；

1.获取到运行进程的各个线程的clock tick 总数 n1;

2.等待1s后获取运行进程下各个线程的clock tick 总数 n2;

3.获取这1s内cpu所有核的频率之合F1,获取cpu所有核的满载频率之合F2(如果机器可以定频，该步骤无需操作)

4.开始计算  CPU 占比 ={ [(n2-n1)/F1] *(F1/F2)}/CPU逻辑核数

以上4个步骤依赖于对各个操作系统的掌握情况，需要找到系统方法获取这些性能数据完成计算，windows开发可以参考  https://www.cnblogs.com/gatsby123/p/11127158.html