如果一次執行一條指令，CPU負載究竟是多少？

Question

我知道這個問題已經以許多不同的方式被多次提出過，但對於我來說，CPU負載百分比的含義仍然不清楚。

我開始解釋我是如何看待的概念，現在（當然，我可能，並且肯定會，是錯誤的）：

• CPU內核只能同時執行一個指令。在執行完當前指令之前，它不會執行下一條指令。
• 假設你的盒子有一個單一的CPU和一個單一的核心。因此並行計算是不可能的。您的操作系統的調度程序將選取一個進程，將IP設置爲入口點，並將該指令發送給CPU。在CPU完成執行當前指令之前，它不會移動到下一條指令。經過一段時間後，它將切換到另一個進程，依此類推。但是如果CPU當前正在執行指令，它將不會切換到另一個進程。它將等待CPU自由切換到另一個進程。由於您只有一個內核，因此不能同時執行兩個進程。
• I/O很貴。只要進程想要從磁盤讀取文件，就必須等到磁盤完成其任務，然後當前進程才能執行下一條指令。在磁盤工作時，CPU沒有做任何事情，所以我們的操作系統將切換到另一個進程，直到磁盤完成其工作，以免浪費時間。

遵循這些原則，我來自己的結論是，在給定時間CPU負載只能是以下兩個值之一：

• 0％ - 空閒狀態。 CPU什麼也沒做。
• 100％ - 忙。 CPU當前正在執行一條指令。

這顯然是錯誤的，因爲taskmgr報告％1，12％，15％，50％等CPU使用率值。

• 這是什麼意思，給定的進程，在給定的時間，利用給定CPU核心的1％（由taskmgr報告）？在給定的過程正在執行的過程中，99％會發生什麼？
• 這是什麼意思，總體CPU使用率是19％（現在由Rainmeter報告）？

Answer 1

如果您在Windows上查看任務管理器，則會出現空閒進程，確實如此，它只是顯示沒有做任何有用的週期數量。是的，CPU總是很忙，但它可能只是在循環運行，等待有用的東西來。

由於您只有一個內核，因此不能同時執行兩個進程 。

這不是真的。是的，真正的並行是不可能的，但你可以用preemptive multitasking創建一個幻想。是的，不可能中斷指令，但這不是問題，因爲大多數指令只需要很少的時間來完成。 OS與時間片共享時間片，這比單個指令的執行時間長得多。

What does it mean that a given process, at a given time, is utilizing 1% of a given CPU core 

大部分時間的應用程序沒有做任何有用的事情。想想等待用戶點擊按鈕開始處理某些東西的應用程序。這個應用程序不需要CPU，所以它大部分時間都在睡覺，或者每次它進入睡眠時間（參見event loop in Windows）。 GetMessage正在阻塞，所以它意味着線程將休眠直到消息到達。那麼CPU負載究竟意味着什麼？所以想象一下，應用程序接收一些事件或數據做事情，它會做操作而不是睡覺。因此，如果它使用CPU的X%，則意味着該應用程序使用X% CPU採樣時間。 CPU時間使用率是平均指標。

PS：總結CPU負載的概念，考慮速度（物理方面）。有瞬時和平均速度，所以對於CPU負載，還有瞬時和平均測量。瞬時總是等於0％或100％，因爲在某個時間點過程要麼使用CPU，要麼使用CPU。如果過程在250ms的過程中使用了100％的CPU，並且在接下來的750ms中沒有使用，那麼我們可以說過程以1秒的採樣週期加載了25％的CPU（平均值測量只能在一定的採樣週期內應用）。

Answer 2

http://blog.scoutapp.com/articles/2009/07/31/understanding-load-averages

單核CPU是例如流量的單個通道。想象一下，你是一個橋樑操作員......有時你的橋很繁忙，有汽車排成一列。你想讓人們知道交通如何在你的橋上移動。一個體面的指標是在特定時間有多少輛汽車在等待。如果沒有汽車在等待，接到的司機知道他們可以馬上開車。如果汽車備份，司機知道他們在延誤。

這基本上是CPU負載。 「汽車」是使用一段CPU時間（「過橋」）或排隊使用CPU的進程。 Unix將此稱爲運行隊列長度：當前運行的進程數加上等待（排隊）運行的進程數的總和。

另見：http://en.wikipedia.org/wiki/Load_(computing)