Τι είναι η Κοινόχρηστη Μνήμη;

Οι σύγχρονοι υπολογιστές έχουν πολλή μνήμη. Κάθε CPU έχει την κρυφή μνήμη της και σε κάθε τρέχον πρόγραμμα εκχωρείται το τμήμα της μνήμης RAM του συστήματος. Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τρόποι χρήσης και εκχώρησης αυτής της μνήμης. Η κοινή μνήμη είναι μια έννοια που επηρεάζει τόσο τις κρυφές μνήμες της CPU όσο και τη χρήση της μνήμης RAM του συστήματος με διαφορετικούς τρόπους.

Κοινόχρηστη μνήμη σε υλικό

Οι περισσότερες σύγχρονες CPU έχουν τρία επίπεδα κρυφής μνήμης, που αναφέρονται ως L1, L2 και L3. Το L1 είναι η μικρότερη και ταχύτερη κρυφή μνήμη, ενώ η L3 είναι η μεγαλύτερη και πιο αργή. Ωστόσο, όλα είναι πιο γρήγορα από την πρόσβαση στην κύρια μνήμη, καθιστώντας το ποσοστό επιτυχίας κρίσιμο για την απόδοση. Πολλοί παράγοντες κάνουν την κρυφή μνήμη L1 ταχύτερη από την L3. Πρώτα απ 'όλα, τα κύτταρα μνήμης L1 είναι φυσικά μεγαλύτερα. Υπάρχουν επίσης λιγότερα από αυτά και βρίσκονται πολύ πιο κοντά στον πυρήνα της CPU, συχνά μέσα σε αυτόν.

Η τοποθέτηση ενός μπλοκ κρυφής μνήμης εντός της περιοχής μήτρας ενός πυρήνα έχει επιπλέον πολυπλοκότητα σε πολυπύρηνες CPU. Σε αυτό το σημείο, μπορείτε να επιλέξετε να έχετε μια κρυφή μνήμη σε κάθε πυρήνα ή έξω από τους πυρήνες, συγκεκριμένα μεταξύ τους. Το καθένα έχει τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά του.

Η τοποθέτηση μιας κρυφής μνήμης σε έναν πυρήνα ελαχιστοποιεί την καθυστέρηση πρόσβασης, αλλά σημαίνει επίσης ότι κάθε πυρήνας χρειάζεται την κρυφή μνήμη του. Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να καταλήξετε με διπλότυπες γραμμές κρυφής μνήμης στις κρυφές μνήμες L1 διαφορετικών πυρήνων, μειώνοντας την απόδοση του χώρου της κρυφής μνήμης. Αυτό ονομάζεται τοπική κρυφή μνήμη και ενώ είναι εξαιρετικό για τον χρόνο πρόσβασης, είναι λιγότερο αποτελεσματικό στη χρήση του χώρου της κρυφής μνήμης και απαιτεί επιπλέον επιβάρυνση όσον αφορά τη συνοχή της κρυφής μνήμης.

Μια κοινόχρηστη κρυφή μνήμη είναι μια προσωρινή μνήμη που είναι διαθέσιμη σε πολλούς ή όλους τους πυρήνες σε μια πολυπύρηνη CPU. Μια κοινόχρηστη κρυφή μνήμη σημαίνει ότι πολλοί πυρήνες μπορούν να έχουν πρόσβαση σε μια παρουσία συγκεκριμένων δεδομένων, περιορίζοντας τον σπατάλη χώρου λόγω διπλασιασμού. Σημαίνει επίσης ότι ένας πυρήνας μπορεί να διεκδικήσει προσωρινά περισσότερο από το δίκαιο μερίδιο του χώρου της κρυφής μνήμης, εάν το χρειάζεται, ενώ οι άλλοι πυρήνες όχι. Έρχεται με το κόστος του αυξημένου χρόνου πρόσβασης.

Κοινόχρηστες κρυφές μνήμες στην πράξη

Οι σύγχρονες CPU χρησιμοποιούν και τις δύο έννοιες, με κάθε πυρήνα να έχει μια τοπική κρυφή μνήμη L1. Η προσωρινή μνήμη L3 τείνει να μοιράζεται μεταξύ πολλών πυρήνων, αν και μερικές φορές όχι σε όλους. Το L2 ποικίλλει αλλά μπορεί να είναι τοπικό ή κοινόχρηστο ανάλογα με τη συγκεκριμένη αρχιτεκτονική παραγωγής CPU.

Συμβουλή: Για επεξεργαστές chiplet όπως τα μοντέλα AMD Ryzen υψηλής τεχνολογίας, οι κρυφές μνήμες ενδέχεται να μοιράζονται μεταξύ όλων των πυρήνων ενός chiplet και όχι σε όλους τους πυρήνες ολόκληρης της CPU. Δεν έχει σημασία σε πόσους πυρήνες μοιράζεται μια κρυφή μνήμη. ακόμα κι αν είναι μόνο δύο, εξακολουθεί να είναι μια κοινόχρηστη κρυφή μνήμη, αν και αξίζει να τονιστεί ότι είναι μόνο εν μέρει κοινόχρηστη.

Σημείωση: Η μνήμη RAM συστήματος μπορεί επίσης να μοιράζεται μεταξύ πολλών φυσικών CPU σε μία μόνο μητρική πλακέτα ή μεταξύ κόμβων σε ένα σύστημα πολλαπλών CPU.

Κοινόχρηστη μνήμη σε λογισμικό

Στους σύγχρονους υπολογιστές, το λογισμικό δεν μπορεί να αντιμετωπίσει απευθείας τη φυσική μνήμη. Αντίθετα, του εκχωρείται ένα τμήμα εικονικών διευθύνσεων και ο υπολογιστής μεταφράζει αυτές τις εικονικές διευθύνσεις στις φυσικές διευθύνσεις όπως απαιτείται. Αυτό βοηθά στην απομόνωση της μνήμης για μεμονωμένες διαδικασίες, κάτι που είναι χρήσιμο για την ασφάλεια.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, μπορεί να είναι επιθυμητή η μεταφορά δεδομένων στη μνήμη από τη μια διεργασία στην άλλη. Ο πιο αποτελεσματικός τρόπος για να γίνει αυτό είναι να επιτραπεί στις δύο διεργασίες να μοιράζονται χώρο στη μνήμη. Με αυτόν τον τρόπο, και οι δύο διεργασίες μπορούν να διαβάζουν τα ίδια δεδομένα και να επικοινωνούν μεταξύ τους. Αυτό βοηθά επίσης στην αποτελεσματική χρήση της μνήμης RAM του συστήματος, καθώς τα δεδομένα δεν είναι διπλά.

Η κοινή μνήμη λογισμικού συνήθως επιτυγχάνεται με τη διατήρηση ενός φυσικού αντιγράφου των δεδομένων και την αντιστοίχιση της πρόσβασης σε αυτά μέσω εικονικής μνήμης για κάθε διεργασία που χρειάζεται πρόσβαση σε αυτό.

συμπέρασμα

Η κοινή μνήμη είναι η έννοια της ύπαρξης ενός τμήματος μνήμης προσβάσιμο από πολλά πράγματα. Αυτό μπορεί να εφαρμοστεί τόσο σε υλικό όσο και σε λογισμικό. Η κρυφή μνήμη CPU μπορεί να μοιράζεται μεταξύ πολλών πυρήνων επεξεργαστή. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για υψηλότερα επίπεδα κρυφής μνήμης CPU. Η μνήμη του συστήματος μπορεί επίσης να μοιράζεται μεταξύ διαφόρων φυσικών CPU σε ένα μόνο μεγαλύτερο σύστημα.

Στο λογισμικό, η κοινόχρηστη μνήμη μπορεί να επιτρέψει την επικοινωνία μεταξύ διεργασιών IPC. Μία διεργασία εκχωρεί μνήμη όπως μοιράζεται με μία ή περισσότερες συγκεκριμένες διεργασίες. Αυτές οι άλλες διεργασίες μπορούν στη συνέχεια να έχουν πρόσβαση σε αυτήν τη θέση μνήμης μέσω αντιστοίχισης εικονικής μνήμης. Η κοινή μνήμη βοηθά στη διασφάλιση της αποτελεσματικής χρήσης του χώρου της μνήμης, αποφεύγοντας την αντιγραφή δεδομένων σε περιορισμένο χώρο.