CPUバウンドとIOバウンド

CPUバウンドとI/Oバウンド

パフォーマンスの問題を解決するためには、まず問題が CPU バウンドか IO バウンドかを理解することが重要です。
CPU バウンドと IO バウンドの違いを理解し、問題の原因を特定することで、効果的な対策できます。

CPUバウンド

CPUバウンドの概要

CPU バウンドとは、CPU の処理能力がボトルネックとなっている状態のことを指します。
CPU バウンドの場合、CPU が処理を行うために必要な時間が長くなり、全体の処理時間が遅くなります。

原因としては、以下のようなものが考えられます。

• 複雑な計算
• ループ処理
• キャッシュミス (I/O バウンドにも少し影響)
• メモリのアクセス遅延 (メモリバウンド)
• プロセスの切り替えやスレッドの切り替えによるオーバーヘッド（特に多くのプロセスやスレッドを使用する場合）

CPUバウンドの対策

CPU バウンドの場合、以下のような対策が考えられます。

• アルゴリズムの最適化
• マルチプロセス化
  • コンテキストスイッチのオーバーヘッドが発生するため、適切な数に制限する必要がある。
• マルチスレッド化
  • Python などでは、GIL(Global Interpreter Lock)により、マルチスレッド化が有効でない場合もある。
• 分散処理
• ハードウェアのアップグレード

IOバウンド

IOバウンドの概要

IO バウンドとは、入出力処理がボトルネックとなっている状態のことを指します。
IO バウンドの場合、データの読み書きに時間がかかり、全体の処理時間が遅くなります。

原因としては、以下のようなものが考えられます。

• データベースアクセス
• ファイルアクセス
• ネットワークアクセス
• ディスクアクセス

IOバウンドの対策

IO バウンドの場合、以下のような対策が考えられます。

• データベースのチューニング
• ファイルシステムのチューニング
• ネットワークのチューニング
• キャッシュの利用
• マルチプロセス化
• マルチスレッド化
  • GIL(Global Interpreter Lock)により、マルチスレッド化が有効でない場合もある。