【CAP】CPU密集型與IO密集型

如何控制并發量,區分任務類型是第一因素。

###CPU密集型(CPU-bound)

CPU密集型也叫計算密集型,指的是系統的硬盤、內存性能相對CPU要好很多,此時,系統運作大部分的狀況是CPU Loading 100%,CPU要讀/寫I/O(硬盤/內存),I/O在很短的時間就可以完成,而CPU還有許多運算要處理,CPU Loading很高。

在多重程序系統中,大部份時間用來做計算、邏輯判斷等CPU動作的程序稱之CPU bound。例如一個計算圓周率至小數點一千位以下的程序,在執行的過程當中絕大部份時間用在三角函數和開根號的計算,便是屬于CPU bound的程序。

CPU bound的程序一般而言CPU占用率相當高。這可能是因為任務本身不太需要訪問I/O設備,也可能是因為程序是多線程實現因此屏蔽掉了等待I/O的時間。

###IO密集型(I/O bound)

IO密集型指的是系統的CPU性能相對硬盤、內存要好很多,此時,系統運作,大部分的狀況是CPU在等I/O (硬盤/內存) 的讀/寫操作,此時CPU Loading并不高。

I/O bound的程序一般在達到性能極限時,CPU占用率仍然較低。這可能是因為任務本身需要大量I/O操作,而pipeline做得不是很好,沒有充分利用處理器能力。

###CPU密集型 vs IO密集型

我們可以把任務分為計算密集型和IO密集型。

計算密集型任務的特點是要進行大量的計算,消耗CPU資源,比如計算圓周率、對視頻進行高清解碼等等,全靠CPU的運算能力。這種計算密集型任務雖然也可以用多任務完成,但是任務越多,花在任務切換的時間就越多,CPU執行任務的效率就越低,所以,要最高效地利用CPU,計算密集型任務同時進行的數量應當等于CPU的核心數。

第二種任務的類型是IO密集型,涉及到網絡、磁盤IO的任務都是IO密集型任務,這類任務的特點是CPU消耗很少,任務的大部分時間都在等待IO操作完成(因為IO的速度遠遠低于CPU和內存的速度)。對于IO密集型任務,任務越多,CPU效率越高,但也有一個限度。常見的大部分任務都是IO密集型任務,比如Web應用。

IO密集型任務執行期間,99%的時間都花在IO上,花在CPU上的時間很少,因此,用運行速度極快的C語言替換用Python這樣運行速度極低的腳本語言,完全無法提升運行效率。

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