內(nèi)存充足會(huì)讓計(jì)算機(jī)速度變快嗎

今天聊一個(gè)簡(jiǎn)單的問題，增加更多內(nèi)存會(huì)讓你的計(jì)算機(jī)速度變快嗎？

要想解答這個(gè)問題，我們需要知道cpu、內(nèi)存與程序這幾者的關(guān)聯(lián)，實(shí)際上非常簡(jiǎn)單：

首先，可執(zhí)行程序存儲(chǔ)在磁盤中(當(dāng)然也可以是其它介質(zhì))，可執(zhí)行程序中實(shí)際上主要包含兩部分內(nèi)容：機(jī)器指令以及指令依賴的數(shù)據(jù)；

程序運(yùn)行時(shí)首先被加載(load)到內(nèi)存中，被加載到內(nèi)存中的程序搖身一變就成為了我們說的進(jìn)程，當(dāng)然，內(nèi)存中還運(yùn)行著另一種特殊的程序：操作系統(tǒng)。

只有當(dāng)CPU真正執(zhí)行機(jī)器指令時(shí)相應(yīng)的進(jìn)程才開始運(yùn)行，此時(shí)CPU不斷的從內(nèi)存中取出指令并執(zhí)行指令，當(dāng)然除了機(jī)器指令外還需要讀取內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。

可以看到，當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)與CPU交互的是內(nèi)存而不是磁盤，內(nèi)存中存儲(chǔ)指令和數(shù)據(jù)、而CPU使用指令和數(shù)據(jù)，因此從這個(gè)角度看這是一個(gè)類似生產(chǎn)者與消費(fèi)者問題，內(nèi)存就好比大廚、CPU好比食客，如果大廚上菜太慢那么食客就要挨餓。

除此之外，操作系統(tǒng)對(duì)內(nèi)存的使用也不可忽略。

操作系統(tǒng)是如何利用內(nèi)存的？

為充分利用內(nèi)存與磁盤資源，現(xiàn)代操作系統(tǒng)中有很多非常聰明的設(shè)計(jì)。

由于CPU一次只能運(yùn)行一個(gè)程序，即使在多核系統(tǒng)中一般來說同時(shí)存在的進(jìn)程數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于核數(shù)，也就是說在某一個(gè)時(shí)刻并不是所有的程序都在運(yùn)行，即使對(duì)正在運(yùn)行的進(jìn)程來說由于局部性原理的存在，進(jìn)程地址空間中總會(huì)有一部分指令或者數(shù)據(jù)是暫時(shí)用不到的。

基于這些，操作系統(tǒng)先驅(qū)們看到了可以充分利用內(nèi)存的機(jī)會(huì)，我們可以將暫時(shí)用不到的指令或者數(shù)據(jù)放到磁盤上去(swap out)，當(dāng)使用這些數(shù)據(jù)或者指令時(shí)再從磁盤加載到內(nèi)存中(swap in)，這樣內(nèi)存中不就有更多空間運(yùn)行更多進(jìn)程了嗎，這種思想在操作系統(tǒng)中被稱之為demand paging，屬于虛擬內(nèi)存的一部分。

其次，操作系統(tǒng)會(huì)將剩余的空閑內(nèi)存當(dāng)做磁盤緩存，有時(shí)當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載較低時(shí)我們的程序并不能充分利用內(nèi)存，那么這些空閑的內(nèi)存就真的毫無用處了嗎？顯然不是的，我們知道磁盤是一種低速的存儲(chǔ)設(shè)備，既然這樣為什么不把空閑的物理內(nèi)存當(dāng)做磁盤的緩存呢？

大家可能都有這樣的體驗(yàn)，開始打開一個(gè)全新的文件時(shí)通常會(huì)比較慢，但當(dāng)你再次使用該文件時(shí)將明顯感覺到速度會(huì)快很多，背后的原理就在于此，如果此時(shí)你的內(nèi)存不足，那么操作系統(tǒng)就沒有那么多的空閑內(nèi)存來當(dāng)做磁盤緩存，此時(shí)你將真正體驗(yàn)到磁盤蝸牛般的速度。

現(xiàn)在，我們就可以回答開始提出的問題了，增加內(nèi)存會(huì)加快計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度嗎？顯然這樣分為兩種情況來討論。

內(nèi)存充足

如果你的內(nèi)存本身就很充足，那么在這種情況下 增加更多內(nèi)存將不會(huì)讓你的計(jì)算機(jī)跑的更快 ，因?yàn)镃PU作為食客吃飯的速度是有限的，大廚做的菜再多也沒有，你也沒辦法讓食客吃的再快一些。

這就好比你問給一輛卡車裝更多輪子會(huì)讓開車跑得更快嗎？

答案顯然不是的，盡管這并不能讓卡車跑得更快，但增加更多輪子會(huì)讓貨車有更高的載重。

對(duì)內(nèi)存來說也是這樣，盡管增加更多內(nèi)存并不能讓計(jì)算機(jī)跑得更快，但這顯然會(huì)讓我們可以同時(shí)運(yùn)行更多程序。

增加更多內(nèi)存意味著你可以同時(shí)開啟更多瀏覽器網(wǎng)頁、可以同時(shí)開啟更多虛擬機(jī)、同時(shí)渲染更多高清視頻、同時(shí)處理更多復(fù)雜的3D模型、同時(shí)訓(xùn)練更多機(jī)器學(xué)習(xí)模型等等，此時(shí)你的內(nèi)存不是瓶頸，CPU將很可能成為瓶頸，因?yàn)镃PU的運(yùn)行速度也就是每秒內(nèi)執(zhí)行的機(jī)器指令數(shù)量是有限的。

內(nèi)存不足

此時(shí)大廚上菜速度太慢，食客總是挨餓，因此大廚需要上更多的菜。

我們知道，大部分程序在運(yùn)行過程中會(huì)頻繁的申請(qǐng)內(nèi)存，申請(qǐng)內(nèi)存是一項(xiàng)看似簡(jiǎn)單實(shí)際上非常復(fù)雜的操作、尤其是在系統(tǒng)內(nèi)存不足的場(chǎng)景下，此時(shí)申請(qǐng)內(nèi)存往往涉及到更多復(fù)雜的查找或者異常處理，這時(shí)我們的程序運(yùn)行速度將會(huì)明顯變慢。

內(nèi)存不足時(shí)磁盤與內(nèi)存之間可能會(huì)有更多的交換，此時(shí)系統(tǒng)的速度將受限于磁盤，并且由于不能緩存磁盤文件， 那么我們開啟進(jìn)程或者打開文件的速度將明顯變慢。

在這種情況下增加內(nèi)存將更好地喂飽CPU，因此將明顯加快計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度。

總結(jié)

從上述分析我們知道，關(guān)于增加內(nèi)存是否可以加快計(jì)算機(jī)速度取決于你的場(chǎng)景，如果你的設(shè)備內(nèi)存充足，那么此時(shí)增加內(nèi)存不會(huì)明顯加快計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度。