Mi az a megosztott memória?

A modern számítógépek sok memóriával rendelkeznek. Minden CPU-nak megvan a maga gyorsítótára, és minden futó programhoz hozzárendelődik a rendszer RAM egy része. Ezt a memóriát sokféleképpen lehet használni és hozzárendelni. A megosztott memória egy olyan fogalom, amely mind a CPU-gyorsítótárak, mind a rendszer RAM használatát különböző módon befolyásolja.

Megosztott memória a hardverben

A legtöbb modern CPU három gyorsítótárszinttel rendelkezik, amelyeket L1-nek, L2-nek és L3-nak neveznek. Az L1 a legkisebb és leggyorsabb gyorsítótár, míg az L3 a legnagyobb és leglassabb. Mindazonáltal mindegyik gyorsabb, mint a fő memória elérése, így a találati arány kritikus a teljesítmény szempontjából. Számos tényező gyorsítja az L1 gyorsítótárat, mint az L3. Először is, az L1 memóriacellák fizikailag nagyobbak. Kevesebb is van belőlük, és sokkal közelebb vannak a CPU magjához, gyakran azon belül.

A gyorsítótár blokk elhelyezése a mag vágóterületén extra bonyolultságot jelent a többmagos CPU-k esetében. Ezen a ponton kiválaszthatja, hogy legyen-e gyorsítótár az egyes magokban vagy a magokon kívül, különösen azok között. Mindegyiknek megvannak a maga előnyei és hátrányai.

A gyorsítótár egy magban való elhelyezése minimálisra csökkenti a hozzáférési késleltetést, de azt is jelenti, hogy minden magnak szüksége van a gyorsítótárra. Ez azt jelenti, hogy a különböző magok L1 gyorsítótáraiban duplikált gyorsítótár-sorok keletkezhetnek, csökkentve a gyorsítótár-terület hatékonyságát. Ezt helyi gyorsítótárnak hívják, és bár nagyszerű hozzáférési időhöz, kevésbé hatékony a gyorsítótárterület használatában, és extra többletköltséget igényel a gyorsítótár koherenciája szempontjából.

A megosztott gyorsítótár egy többmagos CPU több vagy összes magja számára elérhető gyorsítótár. A megosztott gyorsítótár azt jelenti, hogy több mag is hozzáférhet egy adott adatpéldányhoz, ami korlátozza a duplikáció miatti elvesztegetett helyet. Ez azt is jelenti, hogy az egyik mag átmenetileg többet igényelhet a gyorsítótár méltányos részénél, ha szüksége van rá, míg a többi mag nem. Ennek megnövekedett hozzáférési idő az ára.

Megosztott gyorsítótárak a gyakorlatban

A modern CPU-k mindkét koncepciót alkalmazzák, mindegyik magnak helyi L1 gyorsítótárral rendelkezik. Az L3 gyorsítótár általában sok mag között oszlik meg, bár néha nem mindegyik. Az L2 változó, de lehet helyi vagy megosztott az adott CPU-generáló architektúrától függően.

Tipp: A chiplet CPU-k, például a csúcskategóriás AMD Ryzen modellek esetében előfordulhat, hogy a gyorsítótárak megoszthatók a chipleten lévő összes mag között, nem pedig a teljes CPU összes magja között. Nem számít, hány mag között van megosztva egy gyorsítótár; még ha csak kettő, akkor is megosztott gyorsítótár, bár érdemes kiemelni, hogy csak részben van megosztva.

Megjegyzés: A rendszer-RAM megosztható több fizikai CPU között egyetlen alaplapon vagy csomópontok között egy több CPU-s rendszerben.

Megosztott memória a szoftverben

A modern számítógépekben a szoftver nem foglalkozik közvetlenül a fizikai memóriával. Ehelyett hozzárendel egy virtuális címszegmenst, és a számítógép szükség szerint lefordítja ezeket a virtuális címeket fizikai címekre. Ez segít elkülöníteni a memóriát az egyes folyamatokhoz, ami a biztonságot szolgálja.

Egyes esetekben kívánatos lehet a memóriában lévő adatok átvitele egyik folyamatból a másikba. Ennek leghatékonyabb módja, ha a két folyamat megosztja a memóriaterületet. Ily módon mindkét folyamat ugyanazt az adatot tudja olvasni és kommunikálni egymással. Ez segít a rendszer RAM hatékony használatában is, mivel az adatok nem duplikálódnak.

A szoftveres megosztott memória általában úgy érhető el, hogy az adatok egy fizikai másolatát megtartják, és hozzáférnek hozzá a virtuális memórián keresztül minden egyes folyamathoz, amelyhez hozzá kell férni.

Következtetés

A megosztott memória az az elképzelés, hogy a memória egy része több dolog által elérhető. Ez hardverben és szoftverben egyaránt megvalósítható. A CPU gyorsítótár több processzormag között is megosztható. Ez különösen igaz a magasabb szintű CPU gyorsítótárra. A rendszermemória megosztható a különböző fizikai CPU-k között egyetlen nagyobb rendszerben.

Szoftverben a megosztott memória lehetővé teszi az IPC folyamatok közötti kommunikációt. Az egyik folyamat egy vagy több meghatározott folyamattal megosztott memóriát foglal le. A többi folyamat ezután virtuális memória-leképezésen keresztül hozzáférhet ahhoz a memóriahelyhez. A megosztott memória segít a memóriaterület hatékony kihasználásában azáltal, hogy elkerüli az adatok megkettőzését korlátozott helyen.