Hvad er delt hukommelse?

Moderne computere har meget hukommelse. Hver CPU har sin cache, og hvert kørende program får tildelt sin del af system-RAM. Der er mange forskellige måder, hvorpå denne hukommelse kan bruges og tildeles. Delt hukommelse er et koncept, der påvirker både CPU-cache og brugen af ​​system-RAM på forskellige måder.

Delt hukommelse i hardware

De fleste moderne CPU'er har tre cache-niveauer, kaldet L1, L2 og L3. L1 er den mindste og hurtigste cache, mens L3 er den største og langsomste. Men alle er hurtigere end at få adgang til hovedhukommelsen, hvilket gør hitraten afgørende for ydeevnen. Mange faktorer gør L1-cachen hurtigere end L3. Først og fremmest er L1-hukommelsesceller fysisk større. Der er også færre af dem, og de er placeret meget tættere på CPU-kernen, ofte inde i den.

At placere en cacheblok inden for matriceområdet af en kerne kommer med ekstra kompleksitet på multicore CPU'er. På dette tidspunkt kan du vælge at have en cache i hver kerne eller uden for kernerne, specifikt mellem dem. Hver har sine fordele og ulemper.

Placering af en cache i en kerne minimerer adgangsforsinkelse, men det betyder også, at hver kerne har brug for sin cache. Dette betyder, at du kan ende med duplikerede cache-linjer i L1-caches af forskellige kerner, hvilket reducerer cachepladseffektiviteten. Dette kaldes en lokal cache, og selvom det er fantastisk til adgangstid, er det mindre effektivt med hensyn til cachepladsbrug og kræver ekstra overhead med hensyn til cache-sammenhæng.

En delt cache er en cache, der er tilgængelig for flere eller alle kerner i en multicore CPU. En delt cache betyder, at flere kerner kan få adgang til én forekomst af specifikke data, hvilket begrænser spildplads på grund af duplikering. Det betyder også, at en kerne midlertidigt kan kræve mere end sin rimelige andel af cachepladsen, hvis den har brug for det, mens de andre kerner ikke gør det. Det kommer på bekostning af øget adgangstid.

Delte caches i praksis

Moderne CPU'er bruger begge koncepter, hvor hver kerne har en lokal L1-cache. L3-cache har en tendens til at blive delt mellem mange kerner, men nogle gange ikke alle. L2 varierer, men kan være lokal eller delt afhængigt af den specifikke CPU-genereringsarkitektur.

Tip: For chiplet-CPU'er som avancerede AMD Ryzen-modeller kan cache deles mellem alle kerner på en chiplet i stedet for med alle kerner i hele CPU'en. Det er lige meget, hvor mange kerner en cache deles mellem; selvom det kun er to, er det stadig en delt cache, selvom det kan være værd at fremhæve, at det kun er delvist delt.

Bemærk: System-RAM kan også deles mellem flere fysiske CPU'er på et enkelt bundkort eller mellem noder i et multi-CPU-system.

Delt hukommelse i software

I moderne computere kommer softwaren ikke til at adressere fysisk hukommelse direkte. I stedet tildeles den et virtuelt adressesegment, og computeren oversætter disse virtuelle adresser til de fysiske adresser efter behov. Dette hjælper med at isolere hukommelsen til individuelle processer, hvilket er nyttigt for sikkerheden.

I nogle tilfælde kan det være ønskeligt at overføre data i hukommelsen fra én proces til en anden. Den mest effektive måde at gøre dette på er at tillade de to processer at dele hukommelsesplads. På denne måde kan begge processer læse de samme data og kommunikere med hinanden. Dette hjælper også med at bruge system-RAM effektivt, da dataene ikke duplikeres.

Softwaredelt hukommelse vil typisk blive opnået ved at beholde én fysisk kopi af dataene og kortlægge adgangen til den via virtuel hukommelse for hver proces, der skal have adgang til dem.

Konklusion

Delt hukommelse er konceptet med at have én del af hukommelsen tilgængelig for flere ting. Dette kan implementeres i både hardware og software. CPU-cache kan deles mellem flere processorkerner. Dette er især tilfældet for højere niveauer af CPU-cache. Systemhukommelsen kan også deles mellem forskellige fysiske CPU'er i et enkelt større system.

I software kan delt hukommelse tillade IPC Inter-Process Communication. En proces tildeler hukommelse som delt med en eller flere specifikke processer. Disse andre processer kan derefter få adgang til denne hukommelsesplacering via virtuel hukommelseskortlægning. Delt hukommelse hjælper med at sikre effektiv udnyttelse af hukommelsesplads ved at undgå dataduplikering på en begrænset plads.