Mikä on jaettu muisti?

Nykyaikaisissa tietokoneissa on paljon muistia. Jokaisella suorittimella on välimuisti, ja jokaiselle käynnissä olevalle ohjelmalle määrätään oma osa järjestelmän RAM-muistista. Tätä muistia voidaan käyttää ja määrittää monella eri tavalla. Jaettu muisti on käsite, joka vaikuttaa sekä suorittimen välimuistiin että järjestelmän RAM-muistin käyttöön eri tavoin.

Jaettu muisti laitteistossa

Useimmissa nykyaikaisissa suorittimissa on kolme välimuistitasoa, joista käytetään nimitystä L1, L2 ja L3. L1 on pienin ja nopein välimuisti, kun taas L3 on suurin ja hitain. Kaikki ne ovat kuitenkin nopeampia kuin päämuistin käyttö, mikä tekee osumanopeudesta suorituskyvyn kannalta kriittisen. Monet tekijät tekevät L1-välimuistista nopeamman kuin L3:n. Ensinnäkin L1-muistisolut ovat fyysisesti suurempia. Niitä on myös vähemmän, ja ne sijaitsevat paljon lähempänä CPU-ydintä, usein sen sisällä.

Välimuistilohkon sijoittaminen ytimen muottialueelle tekee moniytimisistä prosessoreista monimutkaisempaa. Tässä vaiheessa voit valita, onko välimuisti jokaisessa ytimessä vai ytimien ulkopuolella, erityisesti niiden välillä. Jokaisella on etunsa ja haittansa.

Välimuistin sijoittaminen ytimeen minimoi käyttöviiveen, mutta se tarkoittaa myös, että jokainen ydin tarvitsee välimuistinsa. Tämä tarkoittaa, että voit päätyä päällekkäisiin välimuistiriveihin eri ytimien L1-välimuistissa, mikä vähentää välimuistitilan tehokkuutta. Tätä kutsutaan paikalliseksi välimuistiksi, ja vaikka se on hyvä käyttöaikaan, se on vähemmän tehokas välimuistitilan käytössä ja vaatii ylimääräistä välimuistin johdonmukaisuutta.

Jaettu välimuisti on välimuisti, joka on useiden tai kaikkien ytimien käytettävissä moniytimisessä suorittimessa. Jaettu välimuisti tarkoittaa, että useat ytimet voivat päästä käsiksi yhteen tiettyjen tietojen esiintymään, mikä rajoittaa päällekkäisyyden aiheuttamaa hukattua tilaa. Se tarkoittaa myös, että yksi ydin voi tilapäisesti vaatia enemmän kuin sen kohtuullisen osuuden välimuistitilasta, jos se tarvitsee sitä, kun taas muut ytimet eivät. Se tulee pidentyneen käyttöajan kustannuksella.

Jaetut välimuistit käytännössä

Nykyaikaiset prosessorit käyttävät molempia käsitteitä, ja jokaisessa ytimessä on paikallinen L1-välimuisti. L3-välimuisti on yleensä jaettu useiden ytimien kesken, joskaan joskus ei kaikkien. L2 vaihtelee, mutta se voi olla paikallinen tai jaettu tietyn suorittimen sukupolven arkkitehtuurista riippuen.

Vinkki: Sirusuorittimissa, kuten huippuluokan AMD Ryzen -malleissa, välimuistit voidaan jakaa kaikkien sirujen ytimien välillä eikä koko suorittimen kaikkien ytimien välillä. Sillä ei ole väliä kuinka monen ytimen välillä välimuisti on jaettu; vaikka se olisi vain kaksi, se on silti jaettu välimuisti, vaikka voi olla syytä korostaa, että se on vain osittain jaettu.

Huomautus: Järjestelmän RAM-muistia voidaan jakaa myös useiden fyysisten suoritinten välillä yhdellä emolevyllä tai usean suorittimen järjestelmän solmujen välillä.

Jaettu muisti ohjelmistossa

Nykyaikaisissa tietokoneissa ohjelmisto ei pysty käsittelemään fyysistä muistia suoraan. Sen sijaan sille osoitetaan virtuaaliosoitesegmentti, ja tietokone kääntää nämä virtuaaliosoitteet fyysisiksi osoitteiksi tarpeen mukaan. Tämä auttaa eristämään muistia yksittäisille prosesseille, mikä on hyödyllistä turvallisuuden kannalta.

Joissakin tapauksissa voi olla toivottavaa siirtää muistissa olevia tietoja prosessista toiseen. Tehokkain tapa tehdä tämä on antaa kahden prosessin jakaa muistitilaa. Tällä tavalla molemmat prosessit voivat lukea samaa dataa ja kommunikoida toistensa kanssa. Tämä auttaa myös käyttämään järjestelmän RAM-muistia tehokkaasti, koska tiedot eivät monistu.

Ohjelmiston jaettu muisti saavutetaan tyypillisesti pitämällä tiedoista yksi fyysinen kopio ja kartoittamalla pääsy siihen virtuaalimuistin kautta jokaiselle prosessille, joka tarvitsee pääsyn siihen.

Johtopäätös

Jaettu muisti on käsite siitä, että yhteen muistin osaan pääsee käsiksi useat asiat. Tämä voidaan toteuttaa sekä laitteistossa että ohjelmistossa. CPU-välimuisti voidaan jakaa useiden prosessoriytimien kesken. Tämä pätee erityisesti korkeampiin suorittimen välimuistiin. Järjestelmämuisti voidaan myös jakaa useiden fyysisten prosessorien välillä yhdessä suuremmassa järjestelmässä.

Ohjelmistoissa jaettu muisti voi mahdollistaa IPC-prosessien välisen tiedonsiirron. Yksi prosessi varaa muistia jaettuna yhden tai useamman tietyn prosessin kanssa. Nämä muut prosessit voivat sitten käyttää tätä muistipaikkaa virtuaalisen muistikartoituksen kautta. Jaettu muisti auttaa varmistamaan muistitilan tehokkaan käytön välttämällä tietojen päällekkäisyyttä rajoitetussa tilassa.