Какво е споделена памет?

Съвременните компютри имат много памет. Всеки процесор има свой кеш и на всяка работеща програма се присвоява своя част от системната RAM. Има много различни начини тази памет да бъде използвана и присвоена. Споделената памет е концепция, която засяга както кеша на процесора, така и използването на системната RAM по различни начини.

Споделена памет в хардуера

Повечето съвременни процесори имат три кеш нива, наричани L1, L2 и L3. L1 е най-малкият и най-бързият кеш, докато L3 е най-големият и най-бавният. Всички те обаче са по-бързи от достъпа до основната памет, което прави скоростта на попадение критична за производителността. Много фактори правят L1 кеша по-бърз от L3. Първо, L1 клетките на паметта са физически по-големи. Освен това има по-малко от тях и те са разположени много по-близо до ядрото на процесора, често в него.

Поставянето на кеш блок в областта на матрицата на ядрото идва с допълнителна сложност при многоядрените процесори. В този момент можете да изберете да имате кеш във всяко ядро ​​или извън ядрата, по-специално между тях. Всеки има своите предимства и недостатъци.

Поставянето на кеш в ядро ​​минимизира забавянето на достъпа, но също така означава, че всяко ядро ​​се нуждае от своя кеш. Това означава, че може да се окажете с дублирани кеш линии в L1 кешовете на различни ядра, намалявайки ефективността на кеш пространството. Това се нарича локален кеш и въпреки че е страхотен за времето за достъп, той е по-малко ефективен при използване на пространството в кеша и изисква допълнителни разходи по отношение на кохерентността на кеша.

Споделеният кеш е кеш, който е достъпен за множество или всички ядра в многоядрен процесор. Споделеният кеш означава, че множество ядра имат достъп до едно копие на конкретни данни, ограничавайки загубеното пространство поради дублиране. Това също означава, че едно ядро ​​може временно да поиска повече от справедливия си дял от кеш пространството, ако има нужда от него, докато другите ядра не го правят. Това наистина идва с цената на увеличено време за достъп.

Споделени кешове на практика

Съвременните процесори използват и двете концепции, като всяко ядро ​​има локален L1 кеш. Кешът L3 има тенденция да се споделя между много ядра, макар понякога не всички. L2 варира, но може да бъде локален или споделен в зависимост от конкретната архитектура на поколението на процесора.

Съвет: За процесори с чиплети, като модели от висок клас AMD Ryzen, кеш паметта може да се споделя между всички ядра на чиплет, а не с всички ядра в целия процесор. Няма значение между колко ядра е споделен кеш; дори и да са само два, той все още е споделен кеш, въпреки че си струва да се подчертае, че е само частично споделен.

Забележка: Системната RAM може също да се споделя между множество физически процесори на една дънна платка или между възли в система с много процесори.

Споделена памет в софтуера

В съвременните компютри софтуерът не адресира директно физическата памет. Вместо това му се присвоява виртуален адресен сегмент и компютърът преобразува тези виртуални адреси във физическите адреси, ако е необходимо. Това помага да се изолира паметта за отделни процеси, което е полезно за сигурността.

В някои случаи може да е желателно да се прехвърлят данни в паметта от един процес в друг. Най-ефективният начин да направите това е да позволите на двата процеса да споделят пространство в паметта. По този начин и двата процеса могат да четат едни и същи данни и да комуникират помежду си. Това също помага за ефективното използване на системната RAM, тъй като данните не се дублират.

Споделената от софтуера памет обикновено се постига чрез запазване на едно физическо копие на данните и картографиране на достъпа до него чрез виртуална памет за всеки процес, който се нуждае от достъп до него.

Заключение

Споделената памет е концепцията за една част от паметта, достъпна за множество неща. Това може да се реализира както в хардуер, така и в софтуер. Кешът на процесора може да се споделя между множество процесорни ядра. Това важи особено за по-високите нива на кеша на процесора. Системната памет може също да се споделя между различни физически процесори в една по-голяма система.

В софтуера споделената памет може да позволи IPC комуникация между процесите. Един процес разпределя памет като споделена с един или повече конкретни процеси. След това тези други процеси могат да получат достъп до това място в паметта чрез картографиране на виртуална памет. Споделената памет помага да се осигури ефективно използване на пространството в паметта, като се избягва дублирането на данни в ограничено пространство.