Què és la memòria compartida?

Els ordinadors moderns tenen molta memòria. Cada CPU té la seva memòria cau i a cada programa en execució se li assigna la seva part de RAM del sistema. Hi ha moltes maneres diferents d'utilitzar i assignar aquesta memòria. La memòria compartida és un concepte que afecta tant la memòria cau de la CPU com l'ús de la memòria RAM del sistema de diferents maneres.

Memòria compartida al maquinari

La majoria de les CPU modernes tenen tres nivells de memòria cau, anomenats L1, L2 i L3. L1 és la memòria cau més petita i ràpida, mentre que L3 és la més gran i més lenta. Tot i això, tots són més ràpids que accedir a la memòria principal, la qual cosa fa que la taxa d'èxits sigui crítica per al rendiment. Molts factors fan que la memòria cau L1 sigui més ràpida que la L3. En primer lloc, les cèl·lules de memòria L1 són físicament més grans. També n'hi ha menys i es troben molt més a prop del nucli de la CPU, sovint dins d'ell.

Col·locar un bloc de memòria cau a l'àrea de matriu d'un nucli comporta una complexitat addicional a les CPU multinucli. En aquest punt, podeu triar tenir una memòria cau a cada nucli o fora dels nuclis, concretament entre ells. Cadascun té els seus avantatges i inconvenients.

Col·locar una memòria cau en un nucli minimitza la latència d'accés, però també vol dir que cada nucli necessita la seva memòria cau. Això vol dir que podeu acabar amb línies de memòria cau duplicades a la memòria cau L1 de diferents nuclis, reduint l'eficiència de l'espai de memòria cau. Això s'anomena memòria cau local i, tot i que és ideal per al temps d'accés, és menys eficient en l'ús de l'espai de memòria cau i requereix una sobrecàrrega addicional en termes de coherència de la memòria cau.

Una memòria cau compartida és una memòria cau que està disponible per a diversos o tots els nuclis d'una CPU multinucli. Una memòria cau compartida significa que diversos nuclis poden accedir a una instància de dades específiques, limitant l'espai perdut a causa de la duplicació. També significa que un nucli pot reclamar temporalment més de la seva part justa de l'espai de memòria cau si ho necessita, mentre que els altres nuclis no ho fan. Això suposa un augment del temps d'accés.

Cachés compartits a la pràctica

Les CPU modernes utilitzen tots dos conceptes, amb cada nucli amb una memòria cau L1 local. La memòria cau L3 acostuma a compartir-se entre molts nuclis, encara que de vegades no tots. L2 varia però pot ser local o compartit en funció de l'arquitectura específica de generació de CPU.

Consell: per a les CPU de chiplets com els models AMD Ryzen de gamma alta, les memòries cau es poden compartir entre tots els nuclis d'un chiplet en lloc de fer-ho amb tots els nuclis de tota la CPU. No importa quants nuclis es comparteix una memòria cau; encara que només siguin dos, encara és una memòria cau compartida, tot i que val la pena destacar que només es comparteix parcialment.

Nota: La memòria RAM del sistema també es pot compartir entre diverses CPU físiques d'una sola placa base o entre nodes en un sistema de múltiples CPU.

Memòria compartida al programari

En els ordinadors moderns, el programari no arriba directament a la memòria física. En canvi, se li assigna un segment d'adreces virtuals i l'ordinador tradueix aquestes adreces virtuals a les adreces físiques segons sigui necessari. Això ajuda a aïllar la memòria per a processos individuals, cosa que és útil per a la seguretat.

En alguns casos, pot ser desitjable transferir dades a la memòria d'un procés a un altre. La manera més eficient de fer-ho és permetre que els dos processos comparteixin espai de memòria. D'aquesta manera, ambdós processos poden llegir les mateixes dades i comunicar-se entre ells. Això també ajuda a utilitzar la memòria RAM del sistema de manera eficient, ja que les dades no es dupliquen.

Normalment, la memòria compartida amb programari s'aconseguirà mantenint una còpia física de les dades i mapejant-hi l'accés mitjançant memòria virtual per a cada procés que hi necessiti accedir.

Conclusió

La memòria compartida és el concepte de tenir una secció de memòria accessible per múltiples coses. Això es pot implementar tant en maquinari com en programari. La memòria cau de la CPU es pot compartir entre diversos nuclis de processador. Aquest és especialment el cas dels nivells més alts de memòria cau de la CPU. La memòria del sistema també es pot compartir entre diverses CPU físiques en un sol sistema més gran.

En el programari, la memòria compartida pot permetre la comunicació entre processos IPC. Un procés assigna la memòria com a compartida amb un o més processos específics. Aquests altres processos poden accedir a aquesta ubicació de memòria mitjançant un mapeig de memòria virtual. La memòria compartida ajuda a garantir un ús eficient de l'espai de memòria evitant la duplicació de dades en un espai limitat.