Linux ：如何控制 CPU 利用率

很多公司都会对机器资源做监控，长期闲置的机器需要回收，再合理分配，提升资源的利用率，从公司层面讲无可厚非。
但存在一个问题，资源还回去之后，很多时候再申请就难，所以很多时候为了留住资源，就需要制造一种虚假繁荣，那就是让机器的CPU一直处于高利用率。

解决这个问题的思路是控制CPU的忙闲时间比例。
下面的代码实现在一台比较空闲的机器上，如何控制CPU的利用率。

/*
 * @file   : kcpu.c
 * @author : sunnyChan
 * @date   : 2015/03/23
 * */

#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <time.h>
#include <string.h>
#include <sys/time.h>

/* 设置一个统计的时间跨度 */
/* 如果CPU统计工具统计每秒的CPU使用率，INTERVAL 最好设置为1000ms */
#define INTERVAL 100

double get_time();
void print_usage();

double get_time()
{
    struct timeval tv;
    gettimeofday(&tv, NULL);
    return (tv.tv_sec * 1000 + tv.tv_usec * 1.0 / 1000); /* ms */
}

void print_usage()
{
    printf("usage : kcpu -r 50 \n");
    printf("options : \n");
    printf(" -r specify cpu usage rate.\n");
    printf("\n");
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    /* 解析和校验参数 */
    if (argc != 3) {
        printf("error : parameters error.\n");
        print_usage();
        exit(1);
    }

    int cpu_rate = 0; /* CPU 使用率 */
    if (strcmp(argv[1], "-r") == 0) {
        cpu_rate = atoi(argv[2]);
        if ((cpu_rate <= 0) || (cpu_rate > 100)) {
            printf("error : specify cpu usage rate error.\n");
            exit(1);
        }
    } else {
        printf("error : parameters error.\n");
        print_usage();
        exit(1);
    }

    /* 根据设置的CPU使用率 计算CPU被占用时间 和 CPU空闲时间 */
    double busy_span = INTERVAL * cpu_rate / 100;
    double idle_span = INTERVAL * (100 - cpu_rate) / 100;

    double start_time; /* 每次统计时段的开始时间，Unix 时间戳，单位ms */

    while (1) {
        /* 获取当前Unix 时间戳，计算到ms */
        start_time = get_time();
        /* 接下来的 busy_span 长的时间使CPU处于忙碌 */
        while ((get_time() - start_time) <= busy_span);
        /* 接下来的 idle_span 长的时间使CPU处于空闲 */
        usleep(idle_span * 1000);
    }
    return 0;
}

现在的服务器大多是SMP（多CPU）架构，这种情况下可以将上述程序改成多线程并发，当然线程个数要等于CPU的线程数，另外也可以Shell 运行多个进程来实现。

#!/bin/bash

# 设置CPU使用率
CPU_RATE="70"
# 由kcpu.c编译后的二进制文件名
BIN_NAME="kcpu"

# 根据CPU的数目，启动相应个数的工具进程
function start_kcpu()
{
    #获取当前机器上的CPU线程数
    cpu_count=$(grep -c "processor" /proc/cpuinfo)
    #根据CPU线程数，启动相应的进程数
    for ((i=0;i<${cpu_count};i++))
    do
        ( ./kcpu -r ${CPU_RATE} & )
    done
    echo "Done!"
}

while [ $# -gt 0 ]
do
    case "X$1" in
        Xstart)
            start_kcpu
            ;;
        Xstop)
            ps -u  ${USER} | grep "${BIN_NAME}" | awk '{print "kill -KILL "$1}' |sh
            ;;
        *)
            echo "Error : parameters error"
            echo "Usage : sh run_kcpu.sh [start|stop]"
            exit 1
            ;;
    esac
    shift 1
done

以上程序需要在空闲的机器上运行，才能比较精确地获取到设置的CPU利用率。

如果机器上有其他CPU消耗型的进程在运行，CPU实际的利用率会比设定的值要高。
这种情况下如果想要精确的控制CPU的使用率很难，因为很难知道其它进程接下来的一个统计时段里将怎样使用CPU。
一种比较接近的思路是参考过去一段时间内CPU的利用情况，当然这种处理方式下误差肯定是存在的。