揭穿内存厂家“谎言”，实测内存带宽真实表现

带宽是存储系统一个的一个非常重要的衡量指标，内存带宽指的是CPU从内存读取或写入数据到内存的速率。我们今天来思考一个问题，在你的应用程序里内存的访问带宽能够达到多少？

各代内存带宽规格

理论上内存带宽的计算公式是：Band Width = Speed * Data Width。在这个公式的基础上，我们来看一下各代规格的内存带宽表现。

主流内存带宽数据

从上图来看，DDR3代的内存 DDR3代1066MHz的带宽都已经达到了8.5GB/s, DDR4代3200MHz更是达到了惊人的25.6G。 厂家在进行销售的时候也都是用这个公式来算，言外之意就是告诉你：“我家的产品非常快，大家赶快来买啊！”

厂家这么宣传似乎也不算错，但是有诱导性的谎言在其中。 厂家这个数据的基础是内存严格以顺序IO的方式工作，而且把传输的内存地址也当数据来看，进而计算出的结果。但我们在《内存随机访问也比顺序慢，带你深入理解内存IO过程》中明白了的是，内存在并一定是所有的Data Speed周期都在源源不断往外吐数据。在CPU传入了行地址后，内存打开一行需要tRCD+tRP个时钟周期的延迟。输入列地址后，又需要等待CL个时钟周期。而内存作为易失性存储元器件，又需要定时对所有的行进行充电，来保证数据不丢失。所以，在实践中，我们并不是总是能够达到厂家宣传的理论带宽值。

注意：理论带宽值计算时采用的是内存的Speed，也就是其数据频率。而内存的延迟呢，用的是时钟周期。现代的内存在时钟周期的上沿和下沿都可以传输数据，所以数据频率比Speed又慢了一半。对于笔者Speed为1067MHz的内存条，其时钟频率是553MHz。

邓爷爷说过，实践是检验真理的唯一标准。我们今天就来进行一下实际的测试，看看内存的到底每秒能给我们吐出多少的数据。和前文《实际测试内存在顺序IO和随机IO时的访问延时差异》的测试方法类似，我们今天对方法进行下小改动，用它来测试带宽。

顺序IO情况核心测试方法

测试代码主体上和延迟测试差不多，定义一个指定大小的数组，然后以指定步长对其进行访问。

void init_data(double *data, int n){  
    int i;  
    for (i = 0; i < n; i++) {  
        data[i] = i;    
    }  
}  
 
void seque_access(int elems, int stride) {    
    int i;  
    double result = 0.0;   
    volatile double sink;   
 
    for (i = 0; i < elems; i += stride) {  
        result += data[i];    
    }  
    sink = result;  
}

考虑到内存对齐能提高性能，所以公平起见，我们每次都是按内存位宽去取的（一个double 8个字节，正好是一个内存位宽）。带宽就是一秒内访问过的字节总数，所以我们通过如下代码进行计算。

result = total_accessed_bytes * 1000  / used_microseconds;

顺序IO情况带宽测试结果

笔者的服务器上的内存条是DDR3,1067MHz，延迟参数为7-7-7-24。我们进行了多场景的测试。

场景一： 固定数组大小2K，调节步长

步长	1	9	17	25	33	41	49	57	64
带宽MB	6185	6263	6001	5930	6116	5660	5523	5682	6316

数组为2k，足够小到L1 cache全部都能装的下。这时候其实基本实际内存IO发生的很少，大部分都是更高效的L1 cache的IO，在CPU内部就完成了。但最高值也才6G而已，也没有达到厂家宣称的8GB。

场景二： 固定步长为8，数组从32K到64M

数组大小	8K	32K	64K	256K	512K	2M	8M	16M	64M
带宽MB	6066	6314	4577	3960	3059	3047	2769	1551	1386

数组越大，Cache越装不下，数据访问的IO会更多地往后穿透到L2、L3和内存。L1、L2、L3和内存IO的性能依次递减，因此数组越大，平均带宽就会越低。

场景三： 步长为32，数组从32K到64M

数组大小	8K	32K	64K	256K	512K	2M	8M	16M	64M
带宽MB	6376	6394	4647	3735	3193	3179	1481	1002	902

步长增加后，穿透到内存的次数进一步增加，带宽进一步下降。这个时候，我们应用程序视角看到的数据带宽已经下降到1GB以下了。

再测随机IO情况

前面的测试情况，虽然步长也在变化，但都是有序递增。这样内存的连续两次IO之间，虽然列地址会变，但是行地址极有可能不发生变化，因此效率还是算比较高。 我们这次是来彻底随机进行访问，再来看一下。

随机访问，数组从8K到64M

数组大小	8K	32K	64K	256K	512K	2M	8M	16M	64M
带宽MB	6378	5850	4764	3405	3193	2948	967	749	474

当数组比较小的时候，虽然乱序访问，但是cache能兜住，因此内存IO实际上发生的很少。但当数组增加到64M的时候，再加上哪一级Cache都兜不住了。再加上访问又足够随机，因此都穿透到了内存，而且行的行地址也极大可能发生变化。这时，内存带宽竟然下降到了474M。

结论

厂家在宣传的内存带宽数据的时候，用的是严格顺序IO情况下的数据，而且把地址的传输也当数据算了。但是厂家不会告诉你，在实际中内存的带宽并没有你想象的那么快，在随机IO工作模式的情况下，带宽只有474M而已。 现在SSD固态硬盘顺序IO也差不多能达到这个数量级了。所以，我们以后不要鲁莽地说内存比硬盘要快很多。快不快，关键取决于你怎么用！

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