计算机程序类型

计算机是个复杂的系统。在这里，我们简单粗暴地将计算机划分为两部分：中央处理单元CPU，和CPU的外围子系统(内存、磁盘、网络等)。

在计算机工作过程中，如果CPU和外围子系统没有同时在工作，那么，就有两种可能：要么是CPU在等待外围子系统，要么是外围子系统在等待CPU。

从上文的表格中，我们看可以看到，CPU的速度是最快的，而外围子系统则不同程度地比CPU慢。由于CPU速度极快，外围子系统相对较慢，在许多情况下，CPU是空闲的，处于等待外围请求的状态。但是，有些时候，CPU非常忙碌，以至于不能及时处理来自外围子系统的请求。这时，就反过来了，是外围子系统在等待CPU。

计算机是用来执行程序的。计算机程序的类型多种多样。对于程序来说，CPU、内存、磁盘、网络等都是供其使用的资源。不同的程序，通常都需要使用各种资源，但是重点使用的资源则有所不同。基于这一特点，可以把计算机程序划分为以下类型。

• CPU密集型：程序的执行时间，主要取决于CPU的处理能力；CPU的能力越强，程序就执行得越快。通俗的说，就是那些非常消耗CPU的程序。

• 内存密集型：程序的执行时间，主要取决于内存的容量；内存容量越大，程序就执行得越快。通俗的说，就是那些非常消耗内存的程序。

• I/O密集型：程序的执行时间，主要取决于访问和读写I/O(Input/Output)的效率。I/O访问越快，读写越快，程序就执行得越快。通俗的说，就是那些需要频繁进行I/O操作的程序。

程序的性能，符合“木桶原理”。所谓程序的性能短板，即瓶颈，指的是程序中存在某个模块，其运行速度赶不上其余模块的脚步，从而拖累整个程序的性能。

程序的性能瓶颈可能有许多类型，常见的瓶颈有：

• CPU瓶颈：当CPU非常繁忙，以至于它不能够及时地响应外围请求时，就出现了CPU瓶颈。此时，CPU的使用率非常高(超过80%)，并且待处理的队列很长。

• 内存瓶颈: 系统没有足够大，或者足够快的内存。在这种情况下，内存为CPU提供服务的速度下降，从而影响整体的性能。当系统没有足够内存的时候，计算机会将存储转移到慢几个数量级的硬盘上。由于大部分时间CPU可能处于等待内存的状态，因此内存成为瓶颈时CPU的使用率可能处于较低的水平。

• 网络瓶颈：当通信的两个设备之间的带宽不高，或者某一端处理网络访问请求的能力不行时，存在网络瓶颈。

• 磁盘瓶颈：在计算机内部，硬盘一般是很慢的器件。即使最快的硬盘，也存在物理上的速度限制。如果程序需要高频地访问硬盘，那么磁盘将可能成为性能瓶颈。

• 程序瓶颈：有时候，系统的瓶颈是来源于程序本身的。也就是说，不是系统的资源不够，而是程序没有高效地利用这些资源。比如，现代计算机通常是多核的，而有些程序可能只利用了其中一个核；又比如，程序没有释放未使用的内存，那么随着程序的长时间运行，再大空间的内存也会被消耗殆尽(即所谓的内存泄漏)。

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