计算机硬件的速度

在《高性能Python》这本书中提到了硬件的速度，哪些速度是我们可以观测到的，哪些只能通过比较得出大概的差距？

图片来源：【Connection speeds of various common interfaces (image by Leadbuffalo [CC BY-SA 3.0])】

图片的左边是对数形式的参考体系，使用对数坐标系，可以在1M/s~10G/s范围内将差距巨大的不同速率拉到一张图中对比。因为使用对数的原因，横轴的刻度是非均匀的。速度最慢的是我们手机的3G、4G网络，处于中间的是USB以及局域网无线、千兆网线，第一梯队是各种接口的速度如 PCI-E、HDMI、雷电口、最快的是内存。这是一张全景图：

我们再看看真实刻度下的各种标准的速率。

我们的4G手机设计速度大概在20MB/s，这个速度实际上是个很高的速度。相当于百兆网线的两倍，但实际上大部分地区的4G速度只能到3MB/s左右，百兆网线可以跑到10MB/s，在人流聚集区4G网络下载速度只能达到3MB/s左右。在一些信号塔附近，4G网络可以达到10MB/s左右的速度，我还没见过跑到20MB/s的4G网络。测速方法就是用手机打开speedtest.cn点测速即可：

这里用的单位是Mbps，换成我们平常下载用的单位MB/s数值还要再除以8。21.82Mbps 相当于2.7MB/s。我们再看下5G网络的速度：

5G在真实环境下的速度相当于千兆的40%，测一次速干掉600M的流量，如果每个月的流量只有几十G，测个三次就干掉两个G了。在5G网络下不要随便测速。

处于中间水平的是我们的家庭网络：

早期的老的无线比如 WiFi 802.11n 和 USB2.0 是一个水平，只有10MB/s左右的速度，实际上对标的是百兆网。这里要注意的是GEthernet，即千兆以太网的速度是100MB/s，USB3.1直接奔1000MB/s去了，这里应该指的是接口标准的速度，在实际生活中，使用USB3.0的无线网卡、U盘、移动硬盘这些受限于所搭载的介质的速度，USB3.0的无线网卡的速度能达到800Mbps，相当于千兆以太网的速度，也就是说USB3.0的无线网卡可以当千兆网卡用。而USB3.0的U盘只能达到30MB/s左右的速度，而USB3.0的移动硬盘则可以达到100MB/s左右的速度，基本上相当于机械硬盘的真实速度。

最后再看下我们的速度冠军内存：

DDR3的内存，速度可以达到10GB/s。如果是和硬盘比，1秒钟就可以填满1GB的硬盘，500G的硬盘只需要1分钟即可填满。

内存的速度怎么测？

在 Linux 下可以使用 dd 这个软件来测试内存的读写速度。

$ dd if=/dev/zero of=/dev/null bs=1M count=1000

通过 dmidecode 工具可以查询内存的型号，DDR4 2400 MHZ 的速度大概在9GB/s

$ dmidecode -t memory| grep -B10 -A12 "Type: DDR4"
$ dd if=/dev/zero of=/dev/null bs=1M count=1000
1000+0 records in
1000+0 records out
1048576000 bytes (1.0 GB, 1000 MiB) copied, 0.119383 s, 8.8 GB/s

开了双通道的速度可以达到17.2GB/s

$ dmidecode -t memory | grep -A11 -B11 "Type: DDR4"
$ dd if=/dev/zero of=/dev/null bs=1M count=1000
1000+0 records in
1000+0 records out
1048576000 bytes (1.0 GB) copied, 0.0610583 s, 17.2 GB/s

这个速度基本上是市面上存储能达到的极限了，比如用纯闪存SSD组的阵列，受限于内存的读写速度，存储的IO极限基本上也就在20GB/s

使用 dd 也可以用来测硬盘速度。

测写入速度：

$ dd if=/dev/zero of=test.img bs=1M count=1000
1000+0 records in
1000+0 records out
1048576000 bytes (1.0 GB) copied, 0.513642 s, 2.0 GB/s

测读取速度：

$ df -h .
Filesystem      Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/sda5       1.8T  154G  1.7T   9% 
$ dd if=/dev/sda5 of=/dev/null bs=1M count=1000
1000+0 records in
1000+0 records out
1048576000 bytes (1.0 GB) copied, 1.82049 s, 576 MB/s

以上硬盘是由5块SAS机械盘组的RAID10，四块盘做数据盘，一块当热备。

PCI-E 接口的 NVMe SSD 的读写速度都能达到1GB/s以上：

除了考虑 IO 的吞吐量，在有些高频IO应用中，比如数据库，对 IO 的延迟要求也比较高。因为网络的延迟较大，所以很少会用 iscsi 的方案来跑数据库。常用的数据库存储互联方案，一般会选用 InfiniBand 的交换机来互联存储结点。

全文完。

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