必须要记住的几个关键性能参数

小灰灰 2023-05-22 22:36 60阅读 0赞

一秒钟是 1000 毫秒（ms），一毫秒是 1000 微秒（us），一微秒是 1000 纳秒（ns）。

# 存储 #

对所有的存储来说，有三个基本的性能指标。

> IO 读写延迟。一般是用 4KB 大小的 IO 做基准来测试；
> 
> IO 带宽，一般是针对比较大的 IO 而言；
> 
> IOPS，就是每秒钟可以读写多少个小的随机 IO。

下面这个表格列出了几种存储介质和它们的性能数值。

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# CPU 和内存相关 #

说起 CPU 相关的性能数字，就必须先说 CPU 的时钟频率，也就是主频。主频反映了 CPU 工作节拍，也就直接决定了 CPU 周期大小。主频和周期大小。

比如基于英特尔 Skylake 微处理器架构的 i7 的一款，其主频为 4GHz，那么每一个时钟周期（Cycle）大约0.25 纳秒（ns）。

CPU 运行程序时，最基本的执行单位是指令。而每一条指令的执行都需要经过四步：指令获取、指令解码、指令执行、数据存入。这些操作都是按照 CPU 周期来进行的，一般需要好几个周期。

CPI（cycles per instruction）衡量平均每条指令的平均时钟周期个数。它的反面是 IPC（instructions per cycle）。虽然一个指令的执行过程需要多个周期，但 IPC 是可以大于 1 的，因为现代 CPU 都采用流水线结构。一般来讲，测量应用程序运行时的 IPC，如果低于 1，这个运行的系统性能就不是太好，需要做些优化来提高 IPC。

**MIPS 就是每秒执行的百万指令数。**

MIPS 越高，CPU 性能越高。MIPS 可以通过主频和 IPC 相乘得到，也就是说 MIPS= 主频×IPC。这个很容易理解，比如一个 CPU 频率再高，IPC 是 0 的话，性能就是 0。假设一个 CPU 的主频是 4GHz，IPC 是 1，那么这个 CPU 的 MIPS 就是 4000。注意的是，MIPS 是理论值，实际运行环境数量一般小于这个值。

CPU 缓存,一般 CPU 都有几级缓存，分别称为 L1、L2、L3，按这个顺序越来越慢，也越来越大，当然成本也越来越低。L3 有时候也称为 LLC（Last Level Cache），因为 L3 经常是最后一级缓存。多核 CPU 的情况下，一般 L1 和 L2 在核上，而 L3 是各个核共享的。

下面的表格来表示一款 2GHz 主频的 CPU，进行寄存器和缓存访问的一般延迟，分别用时钟周期数和绝对时间来表示，同时也给出在每个 CPU 核上面的字节大小。

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现在的 NUMA（非统一内存访问，Non-Uniform Memory Access）处理器会有本地和远端内存的区别，当访问本地节点的内存是会快一些。

# 操作系统和应用程序相关 #

**1. 指令分支延迟**

CPU 需要先获取指令，然后才能执行。获取下一条指令时需要知道指令地址，如果这个地址需要根据现有的指令计算结果才能决定，那么就构成了指令分支。CPU 通常会采取提前提取指令这项优化来提高性能，但是如果是指令分支，那么就可能预测错误，预先提取的指令分支并没有被执行。指令分支判断错误（Branch Mispredict）的时间代价是很昂贵的。如果判断预测正确，可能只需要一个时钟周期；如果判断错误，就需要十几个时钟周期来重新提取指令，这个延迟一般在 10 纳秒左右。

**2. 互斥加锁和解锁**

互斥锁 Mutex（也叫 Lock）是在多线程中用来同步的，可以保证没有两个线程同时运行在受保护的关键区域。使用互斥锁的时候需要加锁和解锁，都是时间很昂贵的操作，每个操作一般需要几十个时钟周期，10 纳秒以上。

**3. 上下文切换 \[耗时最多\]**

多个进程或线程共享 CPU 的时候，就需要经常做上下文切换（Context switch）。这种切换在 CPU 时间和缓存上都很大代价；尤其是进程切换。在时间上，上下文切换可能需要几千个时钟周期，1 微秒（1us）级别。在缓存代价上，多级 CPU 缓存和 TLB 缓存都需要恢复，所以可能极大地降低程序线程和进程性能。

# 网络相关 #

互联网服务最终是要面向终端客户的，客户和服务器的延迟对用户的服务体验至关重要。

网络的传输延迟是和地理距离相关的。网络的吞吐量又和网卡和交换机等设备相关.

网络信号传递速度不可能超过光速，一般光纤中速度是每毫秒 200 公里左右。

如果考虑往返时间（RTT，Round Trip Time），那么可以大致说**每 100 公里就需要一毫秒**。

**北京到深圳约 2,000 公里，RTT 就是 20 毫秒**；

上海到乌鲁木齐或者美国的东西海岸之间距离差不多 4,000 公里，所以 RTT 是 40 毫秒左右；

中国到美国（比如北京到美国西海岸旧金山）差不多 10,000 公里，RTT 就是 100 毫秒。

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不同的网卡传输速度不同. 所以我们还需要考虑一下网卡的传输性能

**千兆网络，所以机器之间的传输就是1000M，换成字节就是110MB/s . **

**不少公司的网络都是千兆网络,所以网络会是瓶颈,尤其是在做数据密集型传输&计算的时候. **

**网卡性能跟不上,会拖垮/占用CPU , 影响硬盘的写入速度.**

**毕竟网络阻塞等因素会影响到CPU的资源和磁盘的写入读取的效率.**

万兆网络根据网卡和交换机的差别,这个数字我测试整理整理在发出来. 不敢乱说.....

参考

性能工程高手课        - 庄振运

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