问题

解压文件的速度瓶颈在cpu还是硬盘速度?

回答
解压文件速度的快慢,说到底,拼的是电脑里两项核心硬件的性能:CPU 和 硬盘(尤其是SSD)。到底是哪一个说了算,这事儿有点意思,得拆开来好好掰扯掰扯。

想象一下,你要解压一个压缩包,就像你在拆一个包裹。这个包裹里装着很多零零碎碎的东西,它们被挤压在一起,塞得很紧。解压的过程,就是把这些东西从紧凑的状态恢复原样,重新放好。

CPU:大脑,负责“拆解”和“计算”

在这个比喻里,CPU(中央处理器)就是那个负责拆包裹的人。它的工作主要有两部分:

1. 算法的执行: 压缩文件里记录着数据被如何压缩的规则(也就是解压算法)。CPU需要按照这些规则,一点一点地读取压缩数据,然后根据算法进行计算,还原出原始的文件内容。这就像拆包裹时,你要研究怎么拆才能不弄坏里面的东西,每一步操作都需要大脑思考和判断。越复杂的压缩算法(比如7z高压缩比),就越消耗CPU的脑力。
2. 数据的处理: 解压出来的文件,需要被CPU重新组织,写入内存。这个过程中,CPU还需要进行一些数据校验,确保解压出来的数据是完整和正确的。

所以,如果CPU不够给力:

它处理解压算法的速度会比较慢。
即使硬盘很快把压缩数据送过来了,CPU也跟不上,只能在那儿慢慢地一项一项计算,就像一个脑子转得慢的人在拆一个复杂的玩具。
这种情况下,CPU就成了瓶颈。你有一个飞快的快递员(硬盘)送来了东西,但收件的人(CPU)手脚太慢,效率自然不高。

硬盘(尤其是SSD):手,负责“搬运”和“存储”

硬盘呢,就是你的“手”,负责从压缩包这个“地方”把数据“拿出来”,然后把解压好的文件“放回去”。我们现在主要讨论的是固态硬盘(SSD)和机械硬盘(HDD)。

1. 读取压缩数据: 解压的第一步是从硬盘读取原始的压缩文件内容。
2. 写入解压后的数据: 解压过程中,CPU会生成大量的原始数据,这些数据需要被写入到硬盘上。如果你的文件很大,解压出来的文件也会很大,写入操作就成了关键。

所以,如果硬盘速度不够给力(尤其是机械硬盘):

读取慢: 当CPU已经准备好计算时,如果硬盘还在慢吞吞地把压缩数据“递”过来,CPU就会傻等。
写入慢: 解压过程中产生的大量临时数据和最终的解压文件,都需要写入硬盘。如果硬盘写入速度慢,那么CPU辛辛苦苦算出来的结果,也要在那里排队等着用硬盘存储。
老旧的机械硬盘(HDD)在这方面会比较吃力,因为它的数据读写方式是物理的旋转和磁头移动,速度上限远低于SSD。

那么,到底是谁说了算?这取决于具体情况!

就像打仗讲究兵种配合一样,CPU和硬盘的速度不是绝对的,而是相互依存的。

普遍情况:对于大多数日常解压任务,尤其是解压速度要求不那么极致的时候,CPU性能往往是那个“短板”。 现在的中高端SSD速度已经非常快了,它们可以轻松地在短时间内把数据喂饱CPU。如果你的CPU是比较老的型号,或者核心数不多,那么它在处理复杂的解压算法时就会显得力不从心。你会发现即使有再快的硬盘,解压速度也上不去。
极端情况:
超大的文件,非常快的CPU和速度一般的SSD: 如果你有一个顶级CPU,但搭配的是一块相对较慢的SATA接口SSD,那么在解压特别巨大的压缩包(比如几十GB甚至上百GB的影片或数据库文件)时,硬盘的读取和写入速度就可能成为瓶颈。CPU可能已经算完了,但硬盘还在努力搬运数据,导致整体速度受到限制。
压缩率极高的格式,且CPU性能一般: 像7z使用高压缩比进行压缩,其解压算法本身就非常复杂,对CPU的计算能力要求极高。即便硬盘速度很快,如果CPU不够强,也是慢如蜗牛。
NVMe SSD的时代: 随着NVMe SSD的普及,它们的读写速度远超SATA SSD,甚至能达到HDD的几十倍。在这种情况下,如果你的CPU不够强大,你仍然会感觉CPU是瓶颈。但如果你的CPU也很强,那么NVMe SSD的速度优势就能得到更充分的体现,让你感受到飞一般的解压体验。

怎么判断是哪个问题?

最简单的方法是利用电脑自带的“任务管理器”(Windows下按Ctrl+Shift+Esc),在解压文件时,观察CPU使用率和硬盘使用率:

CPU使用率长期居高不下(例如90%以上),而硬盘使用率不高: 这大概率是CPU的瓶颈。你的CPU在拼命工作,但硬盘没法提供足够的数据给它,或者CPU算出来的结果来不及让硬盘存起来。
硬盘使用率长期居高不下(接近100%),而CPU使用率相对不高: 这可能意味着硬盘的瓶颈。你的CPU已经准备好了,但硬盘无法快速地读取压缩数据或者写入解压后的数据。
两者都居高不下: 这说明你的整套系统都跑满了,它们都在尽力工作,共同决定了最终的速度。

总的来说,对于大多数普通用户和日常使用场景,一个够用的CPU(比如近几年主流的i5/Ryzen 5级别或以上)配合一块SATA SSD或NVMe SSD,解压体验都会比较流畅。但如果你追求极致的解压速度,或者经常处理超大文件,那么CPU和SSD都需要是高性能的。但如果非要分个高下,并且考虑到目前的硬件发展趋势,CPU往往是那个更容易先“撑不住”的短板,尤其是在处理复杂算法的时候。

网友意见

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主流的机械硬盘速度大概在50-150MB/s之间,SSD大概是150-500MB/s,主流的CPU(带流水线)、内存的速度大概是硬盘速度的100~1000倍左右。

换句话说,如果一个解压算法,平均解压一个字节消耗的指令数如果少于100个,那么硬盘速度就很难赶上CPU速度了;如果平均解压一个字节消耗的指令数少于1000个,那么绝大多数机械硬盘很难赶上CPU速度。

所以,瓶颈在哪,主要看解压的过程中的CPU负担。

通常情况下,zip的解压字典只有32K或者64K,解压的过程中并非每次都搜索完整的字典,所以zip默认配置下很难占满CPU,如果考虑到多核的话,每个核的负担可以更低,磁盘IO的负担会更重,瓶颈效果会更明显。

如果要让CPU成为瓶颈,需要调整一些压缩的策略,比如:

1. 字典要更大,查找速度会更慢,如果字典比内存还大就更好了(7zip最大可以配置1G的字典)。

2. 文件的信息熵要足够大,换句话说文件本身更难以压缩,比如已经被压缩过的视频文件,这样解压时查字典的负担会更重。

3. 解压到内存里,或者至少是SSD里。

4. 压缩的时候选择用AES-256加密一下。

5. 挑一个性能比较弱的CPU解压。

满足以上条件的情况下,就可以让CPU成为瓶颈了。

但这样的条件很难达到,因为满足以上条件,会让压缩的过程变得非常慢,比如7zip的LZMA2算法中,把字典配到1G,线程数16的情况下,压缩需要内存是88G左右,绝大多数PC的内存都不够用。在超级计算机上压缩,到普通计算机上解压就有可能吃满CPU。

对于通常情况下来说,解压文件瓶颈在硬盘,只有在一定特定的场景下,CPU才会成为瓶颈。

补充一点:如果解压的是零碎的小文件,速度没有参考价值。小文件的实际写入开销比文件实际大小要大的多。

参考:

解压缩的速度和什么有关? - 计算机 解压缩操作为什么不吃CPU? - 计算机

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