如果一次执行一条指令，CPU负载究竟是多少？

Question

我知道这个问题已经以许多不同的方式被多次提出过，但对于我来说，CPU负载百分比的含义仍然不清楚。

我开始解释我是如何看待的概念，现在（当然，我可能，并且肯定会，是错误的）：

• CPU内核只能同时执行一个指令。在执行完当前指令之前，它不会执行下一条指令。
• 假设你的盒子有一个单一的CPU和一个单一的核心。因此并行计算是不可能的。您的操作系统的调度程序将选取一个进程，将IP设置为入口点，并将该指令发送给CPU。在CPU完成执行当前指令之前，它不会移动到下一条指令。经过一段时间后，它将切换到另一个进程，依此类推。但是如果CPU当前正在执行指令，它将不会切换到另一个进程。它将等待CPU自由切换到另一个进程。由于您只有一个内核，因此不能同时执行两个进程。
• I/O很贵。只要进程想要从磁盘读取文件，就必须等到磁盘完成其任务，然后当前进程才能执行下一条指令。在磁盘工作时，CPU没有做任何事情，所以我们的操作系统将切换到另一个进程，直到磁盘完成其工作，以免浪费时间。

遵循这些原则，我来自己的结论是，在给定时间CPU负载只能是以下两个值之一：

• 0％ - 空闲状态。 CPU什么也没做。
• 100％ - 忙。 CPU当前正在执行一条指令。

这显然是错误的，因为taskmgr报告％1，12％，15％，50％等CPU使用率值。

• 这是什么意思，给定的进程，在给定的时间，利用给定CPU核心的1％（由taskmgr报告）？在给定的过程正在执行的过程中，99％会发生什么？
• 这是什么意思，总体CPU使用率是19％（现在由Rainmeter报告）？

Answer 1

如果您在Windows上查看任务管理器，则会出现空闲进程，确实如此，它只是显示没有做任何有用的周期数量。是的，CPU总是很忙，但它可能只是在循环运行，等待有用的东西来。

由于您只有一个内核，因此不能同时执行两个进程 。

这不是真的。是的，真正的并行是不可能的，但你可以用preemptive multitasking创建一个幻想。是的，不可能中断指令，但这不是问题，因为大多数指令只需要很少的时间来完成。 OS与时间片共享时间片，这比单个指令的执行时间长得多。

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

大部分时间的应用程序没有做任何有用的事情。想想等待用户点击按钮开始处理某些东西的应用程序。这个应用程序不需要CPU，所以它大部分时间都在睡觉，或者每次它进入睡眠时间（参见event loop in Windows）。 GetMessage正在阻塞，所以它意味着线程将休眠直到消息到达。那么CPU负载究竟意味着什么？所以想象一下，应用程序接收一些事件或数据做事情，它会做操作而不是睡觉。因此，如果它使用CPU的X%，则意味着该应用程序使用X% CPU采样时间。 CPU时间使用率是平均指标。

PS：总结CPU负载的概念，考虑速度（物理方面）。有瞬时和平均速度，所以对于CPU负载，还有瞬时和平均测量。瞬时总是等于0％或100％，因为在某个时间点过程要么使用CPU，要么使用CPU。如果过程在250ms的过程中使用了100％的CPU，并且在接下来的750ms中没有使用，那么我们可以说过程以1秒的采样周期加载了25％的CPU（平均值测量只能在一定的采样周期内应用）。

Answer 2

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

单核CPU是例如流量的单个通道。想象一下，你是一个桥梁操作员......有时你的桥很繁忙，有汽车排成一列。你想让人们知道交通如何在你的桥上移动。一个体面的指标是在特定时间有多少辆汽车在等待。如果没有汽车在等待，接到的司机知道他们可以马上开车。如果汽车备份，司机知道他们在延误。

这基本上是CPU负载。 “汽车”是使用一段CPU时间（“过桥”）或排队使用CPU的进程。 Unix将此称为运行队列长度：当前运行的进程数加上等待（排队）运行的进程数的总和。

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