常常听到有人说磁盘很慢、网络很卡，这都是站在人类的感知维度去表述的，比方复制一个文件到硬盘需求几分钟到几十分钟，够我去吃个饭啦;而从网络下载一部电影，有时分需求几个小时，我都能够睡一觉了。可是，从CPU的视点去看的话，工作就会朝着天壤之别的方向去开展。
最为咱们熟知的关于计算机不同组件速度差异的图表，是下面这种金字塔方式：越往上速度越快，容量越小，而价格越高。
注：一切的数据都是来自网络。一切的数据会由于机器装备不同，或许硬件的更新而有收支，可是不影响咱们直觉的感触。
这张图仅仅给了咱们一个直观地感觉，并没有对各个速度和功能做出量化的阐明和解说。而实践上，不同层级之间的差异要比这张图大的多。这篇文章就让你站在 CPU 的视点看这个国际，说说究竟它们有多慢。期望你看完这篇文章能了解两件工作：磁盘和网络真的很慢，功能优化是个杂乱的体系性的活。
数据
先来看看 CPU 的速度，就拿我的电脑来说，主频是 2.6G，也便是说每秒能够履行 2.6*10^9个指令，每个指令只需求 0.38ns(现在许多个人计算机的主频要比这个高，装备比较高的能到达 3.0G+)。咱们把这个时刻作为基本单位 1s，由于 1s 大概是人类能感知的最小时刻单位。
一级缓存读取时刻为 0.5ns，换算成人类时刻大约是 1.3s，大约一次或许两次心跳的时刻。这儿能看出缓存的重要性，由于它的速度能够赶上 CPU，程序自身的 locality 特性加上指令层级上的优化，cache 拜访的射中率很高，这最终能极大进步功率。
分支猜测过错需求耗时 5ns，换算成人类时刻大约是 13s，这个就有点久了，所以你会看到许多文章剖析怎么优化代码来下降分支猜测的几率，比方这个得分十分高的 stackoverflow 问题。
二级缓存时刻就比较久了，大约在 7ns，换算成人类时刻大约是 18.2s，能够看到的是假如一级缓存没有射中，然后去二级缓存读取数据，时刻差了一个数量级。
咱们持续，互斥锁的加锁和解锁时刻需求 25ns，换算成人类时刻大约是 65s，初次到达了一分钟。并发编程中，咱们常常传闻锁是一个很耗时的东西，由于在微波炉里加热一个东西需求一分钟的话，你要在那傻傻地等蛮久了。
然后就到了内存，每次内存寻址需求 100ns，换算成人类时刻是 260s，也便是4分多钟，假如读一些不需求太多考虑的文章，这么久能读完2-3千字(这个快阅览的年代，很少人在手机上能静心多这么字了)。看起来还不算坏，不多要从内存中读取一段数据，需求的时分很更多。到了内存之后，时刻就变得一个量级，CPU 和内存之间的速度瓶颈被称为冯诺依曼瓶颈
一次 CPU 上下文切换(体系调用)需求大约 1500ns，也便是 1.5us(这个数字参阅了其他文章)。
在 1Gbps 的网络上传输 2K 的数据需求 20us，换算成人类时刻是 14.4小时，这么久都能把《星球大战》六部曲看完了!能够看到网络上十分少数据传输关于 CPU 来说，现已很绵长。并且这儿的时刻仍是理论最大值，实践进程还要更慢一些。
SSD 随机读取耗时为 150us，换算成人类时刻大约是 4.5天。换句话说，SSD 读点数据，CPU 都能度假，报团参与周边游了。尽管咱们知道 SSD 要比机械硬盘快许多，可是这个速度关于 CPU 来说也是像乌龟相同。I/O 设备 从硬盘开端速度开端变得绵长，这个时分咱们就想起内存的好处了。尽量削减 IO 设备的读写，把最常用的数据放到内存中作为缓存是一切程序的通识。像 memcached 和 redis 这样的高速缓存体系近几年的异军突起，便是处理了这儿的问题。
从内存中读取 1MB 的接连数据，耗时大约为 250us，换算成人类时刻是 7.5天，这次假日升级到国庆七天国外游了。
同一个数据中心网络上跑一个来回需求 0.5ms，换算成人类时刻大约是 15天，也便是半个月的时刻。假如你的程序有段代码需求和数据中心的其他服务器交互，在这段时刻里 CPU 都现已狂做了半个月的运算。削减不同服务组件的网络恳求，是功能优化的一大课题。
从 SSD 读取 1MB 的次序数据，大约需求 1ms，换算成人类时刻是 1个月。也便是说 SSD 读一个一般的文件，假如要等你做完，CPU 一个月时刻就荒废了。尽管如此，SSD 现已很快啦，不信你看下面机械磁盘的体现。
磁盘寻址时刻为 10ms，换算成人类时刻是 10个月，刚好够人类发明一个新的生命了。假如 CPU 需求让磁盘泡杯咖啡，在它眼里，磁盘去生了个孩子，回来告知它你让我泡的咖啡好了。机械硬盘运用 RPM(Revolutions Per Minute/每分钟转速) 来评价磁盘的功能：RPM 越大，均匀寻址时刻更短，磁盘功能越好。寻址仅仅把磁头移动到正确的磁道上，然后才干读取指定扇区的内容。换句话说，寻址尽管很浪费时刻，但其实它并没有办任何的正事(读取磁盘内容)。
从磁盘读取 1MB 接连数据需求 20ms，换算成人类时刻是 20个月。IO 设备是计算机体系的瓶颈，期望读到这儿你能更深切地了解这句话!假如还不了解，无妨想想你在网上买的东西，快递送了将近两年，你的心境是怎么样的。
而从国际上不同城市网络上走一个来回，均匀需求 150ms(参阅国际各地 ping 报文的时刻CDN)。
虚拟机重启一次大约要 4s 时刻，换算成人类的时刻是 3百多年。关于此，我想到了乔布斯要死命优化 Mac 体系开机发动时刻。
物理服务器重启一次需求 5min，换算成人类时刻是 2万5千年，快赶上人类的文明史了。5 分钟人类都要等一会了，更别提 CPU 了，所以没事不要乱重启服务器啊，分分钟完结一个文明的节奏。
