为什么使用 "while true" 会占用100%的CPU资源？

Question

我在Linux服务器上运行了以下Java代码：

while (true) {
   int a = 1+2;
}

它导致了一个CPU核心达到了100%的使用率。我对此感到困惑，因为我学过CPU通过时间分割来处理任务，这意味着CPU将在一个时间段内执行一个任务（CPU时间范围调度器）。如果有10个时间段，那么while true任务最多应该使用10％的CPU使用率，因为其他90％将被分配给其他任务。那么为什么是100％呢？

- Jack

Answer 1

如果您的CPU使用率不是100％，那么该进程可以使用尽可能多的资源（最多100％），直到其他进程请求使用该资源。 进程调度程序 尝试最大化CPU使用率，并且如果没有其他需要它的进程，则永远不会使进程失去CPU时间。

因此，您的while循环将使用所有可用的空闲CPU资源的100％，并且只有在启动其他CPU密集型进程时才会开始使用更少。（如果您正在使用Linux / Unix，则可以通过启动while循环，然后启动另一个CPU密集型进程并观察具有循环的进程的％CPU下降来观察此情况）。

- J. Taylor

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还有一点不太清楚。如果我们有大量的停滞周期（前端或后端），它是否仍将被视为100％的CPU使用率？ - Some Name

不幸的是，在“top”和许多其他工具中，停滞周期包括在CPU％指标中（这些工具认为％CPU是CPU不处于空闲周期的时间％）。因此，您必须使用其他工具（如“perf”）来测量由于实际指令正在处理而不是停滞周期（等待内存等）导致的CPU使用率的％。请参见：http://www.brendangregg.com/blog/2017-05-09/cpu-utilization-is-wrong.html - J. Taylor

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CPU%与CPU周期无关，它只是进程实际量子与分配量子的长度差异。进程可以通过很多隐式方式让出CPU，缩短其量子。这个测量仅仅是一个估计值，远远不能与CPU周期相比较。虽然在每个调度节拍中使用PMC可以计算周期，但这将是一个无用的指标（系统管理员不关心未经优化的软件），只会浪费PM资源。当“umonitor”指令广泛可用时（如果有的话），情况可能会改变（或更清晰）。 - Margaret Bloom

Answer 2

在一个多任务操作系统中，CPU时间被分配给执行流程（进程、线程）-这是真的。所以在这里会发生什么-循环会一直执行，直到时钟中断发生，操作系统用它来调度来自其他进程或线程的下一个执行"片段"。但是，只要您的代码没有达到特定点（输入/输出或其他系统调用，可以将进程切换到“等待”状态，例如等待同步对象的睡眠操作等），进程就会保持“运行”状态，告诉调度程序将其保留在执行队列中，并在第一个最佳机会重新安排其执行。如果有一些“竞争性”进程也保持其“运行”状态长时间使用CPU，那么CPU使用率将在你和所有这些进程之间共享，否则你的进程执行将立即被重新安排，这将导致持续高CPU消耗。

- Dmytro Mukalov