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description: 'cpu-demo 核心演示程序：读 /proc/self/stat 计算自身 CPU 使用率，提供用户态忙循环、内核态 syscall 风暴、空闲睡眠三种场景，是全站工具文档与 perf 案例的靶子程序。'
keywords: ["实验", "演示", "perf", "proc", "self", "stat"]
updated: 2026-08-29

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# demos/cpu-demo/ —— 核心演示程序

> **代码获取**：本实验源码与 `REPRO.md` 复现手册已同步至公开仓库 [derekzhuo/geek-doc.cn](https://github.com/derekzhuo/geek-doc.cn?utm_source=geek-doc.cn&utm_medium=doc&utm_campaign=repo_clone)，clone 即跑：`git clone --depth 1 https://github.com/derekzhuo/geek-doc.cn.git`

> 本仓库的"靶子程序"，所有工具文档和 perf 案例都围绕它展开。

## 功能

读取 `/proc/self/stat` 和 `/proc/stat` 计算自身 CPU 使用率，提供三种场景：

| 场景 | 行为 | 性能特征 |
|------|------|---------|
| 1 | 用户态忙循环 `while(true) sum += i` | `%usr` 飙升，IPC 高 |
| 2 | 内核态 syscall 风暴 `getpid()` 循环 | `%sys` 飙升，上下文切换频繁 |
| 3 | 空闲 `sleep()` | 几乎 0% CPU |

## 运行

```bash
make          # 编译（默认 -O0 -g，保留 perf 符号）
make run      # 交互式运行，选场景 1/2/3
make release  # -O2 编译对比（演示优化器消除忙循环）
make clean    # 清理
```

## 用工具观察

编译运行后，用以下工具同时观察：

| 工具 | 命令 | 看什么 |
|------|------|--------|
| top | `top -H -p $(pgrep cpu_demo)` | 进程 CPU 占用率 |
| perf | `perf record -p $(pgrep cpu_demo) -g -- sleep 10` | 函数级热点 |
| perf stat | `perf stat -p $(pgrep cpu_demo) -- sleep 10` | IPC、cache-miss、分支预测 |
| strace | `strace -c -p $(pgrep cpu_demo)` | 系统调用频次统计 |
| pidstat | `pidstat -ut 1 -p $(pgrep cpu_demo)` | 用户态/内核态拆分 |

## 关键设计说明

- **CPU 使用率按单核计算**（不乘核心数），多核机器上显示偏低是设计行为，不是 bug。
- **`-O0 -g` 是故意的**：perf 火焰图需要符号和行号。`make release` 用 `-O2` 对比展示优化器的效果。

## 相关文档

- 工具总索引：[../../tools/](/tools/)
- perf 高级使用：[perf-advanced](/concepts/tools/perf-advanced.md)
- perf 案例集：[../../concepts/tools/perf-case-studies/](/concepts/tools/perf-case-studies/)

> **一句话**：`cd demos/cpu-demo && make && ./cpu_demo` 选场景，然后拿 top/perf/strace/pidstat 对着它练——本仓库所有工具文档的实操都基于这个靶子。

## 总结

cpu-demo 是全仓库工具文档共用的靶子程序，提供用户态忙循环、syscall 风暴、空闲三种 CPU 场景，配合 top、perf、strace、pidstat 即可练习从进程到函数级的完整观测流程。