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wget下载速度受到哪些因素影响？

article 2024/9/24 23:23:07

背景

先说结论

受限因素测试

1.网络带宽因素

当网络带宽不够充足时

当内网带宽足够充足时

结论1

2.内存&脏页内核参数因素

脏页内核参数概述

当内存足够时

当内存不足时

结论2

3.CPU性能因素

结论3

4.磁盘写入带宽因素

结论4

5.关于wget的写数据逻辑

背景

近期遇到一个问题。两台不同硬件型号的服务器，其CPU、内存的数量一致，且网络带宽也都够用。但是A服务器总时比B服务器下载速度要慢。A服务器内网下载速度在300MB/s，B服务器下载速度能到700MB/s。

其实不难猜到，硬件性能的差异，可能会导致这一情况的发生。但是具体是因为哪些因素影响呢？两台服务器都没有明显的性能瓶颈，那么应该优化那些性能才能提升这个下载速度呢？

先说结论

对于wget而言，网络带宽、内存&脏页相关内核参数、CPU、磁盘吞吐上限，都会成为下载速度限制的瓶颈。他们之间的关系是：

如果网络带宽不足，wget下载速度会直接被网络带宽所限制；
如果网络带宽充足，wget下载速度可以突破磁盘吞吐上限，因为wget下载会先写入内存缓冲区；
如果内存充足，脏页相关内核参数配置合理。下载的文件可以充分利用写入内存所带来的速度。那么wget下载速度会受到单核CPU性能限制，单核性能越高，下载速度越快；
如果内存不充足，但脏页相关参数配置合理。下载文件较大时，由于内存不够用，需要提前被强制落盘，那么此时磁盘吞吐上限就决定了wget的下载速度。

受限因素测试

1.网络带宽因素

测试前提：控制变量，使用相同CPU型号的服务器。但是CPU、内存数量存在差异。

当网络带宽不够充足时

测试场景：2CPU、8GB内存、内网带宽1Gbps、磁盘吞吐上限100MB/s，下载2GB大小文件。

结果：下载速度瓶颈127MB/s，被1Gbps带宽限制。

当内网带宽足够充足时

测试场景1：16CPU、64GB内存、内网带宽5Gbps、磁盘吞吐上限100MB/s，下载2GB大小文件。

测试场景2：32CPU、128GB内存、内网带宽10Gbps、磁盘吞吐上限100MB/s，下载2GB大小文件。

结果：当网络带宽没有瓶颈时，下载速度稳定在350-400MB/s。同时证明当网络带宽没有瓶颈时，CPU、内存的数量不影响下载速度。

结论1

网络带宽充足时，下载速度最终会稳定在一个区间。有除了网络带宽外的因素影响下载速度；
网络带宽充足时，CPU和内存的数量（足够用）不直接影响下载速度；
wget场景下，数据会写入内存缓冲区。所以在缓冲区足够用时，磁盘读写吞吐限制也不会成为瓶颈。

2.内存&脏页内核参数因素

脏页内核参数概述

内核参数	解释
dirty_background_bytes	是启动后台写入脏数据操作的阈值（以字节为单位）。当系统中的脏数据量达到这个值时，pdflush/flush/kdmflush等内核线程会开始工作，尝试将一部分脏数据异步地写回磁盘以避免阻塞。 0 表示未配置此设置取决于基于百分比的设置（dirty_background_ratio）
dirty_background_ratio	表示启动后台写入操作的脏数据比例阈值。它与 dirty_background_bytes 的作用相同。
dirty_bytes	系统中允许的最大脏数据量（以字节为单位）。当系统中的脏数据达到这个阈值时，发起脏数据写入的进程会被阻塞，直到脏数据的数量减少到低于此值。 0 表示未配置此设置取决于基于百分比的设置（dirty_ratio）
dirty_ratio	是系统中允许的最大脏数据比例（相对于系统总内存的百分比）。这个参数与 dirty_bytes 的作用相同。
dirty_expire_centisecs	指的是脏数据在内存中可以存在的最大时间（以百分之一秒为单位）。当脏数据的年龄（即在内存中存在的时间）达到这个值时，这些脏数据必须被写回到磁盘。
dirty_writeback_centisecs	是控制 pdflush/flush/kdmflush 等后台写入线程唤醒频率的参数（以百分之一秒为单位）。这个参数决定了后台线程多久检查一次是否需要写回脏数据。

举个栗子：

dirty_background_bytes 0

dirty_background_ratio 10

dirty_bytes 0

dirty_ratio 40

dirty_expire_centisecs 3000

dirty_writeback_centisecs 500

dirty_background_bytes 和 dirty_bytes 为0，则配置由dirty_background_ratio 和 dirty_ratio生效。
当内存脏页小于 dirty_background_ratio 配置的10%时。dirty_writeback_centisecs每5秒唤醒一次检查是否需要写回脏数据，由于内存脏页没有达到 dirty_background_ratio 配置的阈值，将不会被回写。直到达到 dirty_expire_centisecs 配置的30秒阈值，脏数据被强制回写到硬盘。
当内存脏页大于 dirty_background_ratio 配置的10%，但小于 dirty_ratio 配置的40%时。dirty_writeback_centisecs每5秒唤醒一次检查是否需要写回脏数据，发现内存脏页达到了 dirty_background_ratio 配置的阈值，尝试将一部分脏数据异步地写回磁盘以避免阻塞。
当内存脏页达到 dirty_ratio 配置的40%时。脏页被写回磁盘。

当内存足够时

测试场景：16CPU、64GB内存、内网带宽5Gbps、磁盘吞吐上限110MB/s，下载2GB大小文件。

内核参数

结果：由于有充足的内存作为缓存，wget下载2GB文件期间，数据全部进入内存缓存而没有落盘。所以wget速度远高于磁盘吞吐上限。iostat命令也可以看到磁盘的写入吞吐wMB/s一直为0。

当内存不足时

测试场景：16CPU、64GB内存、内网带宽5Gbps、磁盘吞吐上限110MB/s，下载2GB大小文件。

内核参数（通过调小可用的内存脏页大小，模拟内存不够的情况）

结果：64GB内存，内存脏页上限1%，可用内存脏页600+MB。观察wget下载。

刚开始数据可以正常写入内存脏页，速度仍然300+MB/s。

当超过 dirty_ratio 设置的阈值后，内存脏页中的数据强制写入磁盘，磁盘写吞吐达上限（110MB/s），wget速度也开始变慢。

结论2

服务器内存足够大时，配合脏页内核参数。wget下载文件不会直接落盘，极大地提高了速度；
服务器内存不足时，内存脏页内核参数 dirty_ratio 强制回写脏数据到磁盘。此时的下载速度会与磁盘的性能挂钩。

3.CPU性能因素

准备A、B、C三台服务器，除了CPU型号不一样外，CPU数量、内存数量、存脏页内核参数、磁盘吞吐、网络带宽内均一致。

测试场景1：直接wget下载文件，测试三台服务器wget下载速度上限

服务器	CPU型号	下载速度
A	2.5 GHz主频的Intel ® Xeon ® Platinum 8163（Skylake）或者8269CY（Cascade Lake）	300+MB/s
B	2.5 GHz主频的Intel ® Xeon ® Platinum 8269CY（Cascade Lake），睿频3.2 GHz	500+MB/s
C	第三代Intel® Xeon®可扩展处理器（Ice Lake），基频2.7 GHz，全核睿频3.5 GHz	700+MB/s

A服务器：

B服务器：

C服务器：

测试场景2：限定wget下载速度，测试三台服务器单核使用率

使用wget --limit-rate=100M 限定下载速度

使用pidstat去跟踪wget使用CPU的情况：wgetPID=$(ps -ef | grep wget | grep -v grep | awk '{print $2}') && pidstat -p ${wgetPID} -t 1

服务器	CPU型号	单核使用率
A	2.5 GHz主频的Intel ® Xeon ® Platinum 8163（Skylake）或者8269CY（Cascade Lake）	20%-30%
B	2.5 GHz主频的Intel ® Xeon ® Platinum 8269CY（Cascade Lake），睿频3.2 GHz	18%-21%
C	第三代Intel® Xeon®可扩展处理器（Ice Lake），基频2.7 GHz，全核睿频3.5 GHz	10%-15%

A服务器：