存储延时数据,帮你选数据库和缓存架构

1. 理解存储媒介量化延时

类别描述延时
缓存/内存L1 cache reference1 ns
缓存/内存L2 cache reference4 ns
缓存/内存Main memory reference(DDR4,5 - 10 ns 为补充说明 )100 ns
网络传输Send packet CA->Netherlands->CA150,000,000 ns(150 ms )
磁盘存储HDD (Hard Disk Drive) 读写1 - 10 ms
磁盘存储HDD SMR(新型硬盘技术 )读写1 - 10 ms
磁盘存储SSD (Solid State Drive) 读写0.1 - 1 ms
磁盘存储NVMe SSD(新存储接口技术 )读写0.1 - 1 ms
磁盘存储NVMe PCIe SSD 读写0.1 - 1 ms
【量化延时】
  • L1 Cache Reference (1 ns):这是 CPU 访问数据最快的方式,通常用于存放最常用的数据和指令。
  • L2 Cache Reference (4 ns):比 L1 缓存稍慢,容量更大,用于存放次常用的数据。
  • Main Memory Reference (100 ns):访问主内存的时间,比缓存慢很多。DDR4 内存的延迟在 5-10 ns,但整体访问时间包括寻址等操作,所以是 100 ns。
  • Send Packet CA->Netherlands->CA (150 ms):网络传输延迟,表示从加州发送数据包到荷兰再返回的时间。
【磁盘存储延时情况】
  • HDD (1-10 ms)HDD SMR (1-10 ms):传统机械硬盘的读写延迟,SMR 是一种新型技术,但延迟与普通 HDD 相似。
  • SSD (0.1-1 ms):固态硬盘,比 HDD 快一个数量级。
  • NVMe SSD (0.1-1 ms)NVMe PCIe SSD (0.1-1 ms):使用 NVMe 接口的固态硬盘,进一步提高了速度。

2. 用户问题

三级缓存之间的关系吗?

回答:三级缓存(L1、L2、L3)之间存在层级关系:

  • L1 缓存 最快但容量最小,直接与 CPU 核心相连。
  • L2 缓存 容量较大,速度略慢于 L1,通常每个核心都有独立的 L2 缓存。
  • L3 缓存 容量最大,速度最慢,通常被多个核心共享。

这种设计是为了平衡速度和容量,使 CPU 能够快速访问常用数据,同时减少对主内存的访问次数。


用数据库来做比对,可否推出每秒可处理的请求数?

回答:可以估算每秒处理请求数,假设每次请求涉及一次磁盘 I/O 操作:

  • HDD: 延迟 1-10 ms → 每秒处理 100 - 1000 个请求。
  • SSD: 延迟 0.1-1 ms → 每秒处理 1000 - 10000 个请求。
  • NVMe SSD: 延迟 0.1-1 ms → 每秒处理 1000 - 10000 个请求。

实际性能还受其他因素影响,如并发度、数据大小等。


除了原始的内存和磁盘,这些基础数据够我们分析技术选型么?

回答:这些数据提供了基本的性能指标,有助于初步选择合适的存储方案:

  • 对于低延迟需求的应用(如实时系统),应优先考虑 L1/L2 缓存NVMe SSD
  • 对于高吞吐量需求的应用,可以结合 多级缓存高性能 SSD
  • 对于成本敏感的应用,可以选择 HDDSMR 技术 来降低成本。

综合考虑性能、成本和应用场景,才能做出更合理的技术选型。

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