Hvað er samhengisrofi?

Á fyrstu dögum tölvunar voru örgjörvar eingöngu raðbundnar vélar. Þetta hjálpaði til við að halda hönnuninni einföld. Hins vegar takmarkaði það einnig árangur. Mörg ferli munu þurfa að biðja um gögn frá vinnsluminni kerfisins eða harða disknum. Þó að vinnsluminni í kerfinu sé hratt er það samt ekki eins hratt og örgjörvinn, þannig að það situr aðgerðalaus og bíður eftir gögnum þar til svarið kemur aftur frá vinnsluminni. Ástandið er enn verra fyrir gögn sem beðið er um af harða disknum, geymslutæki sem er mun hægara en vinnsluminni. Hér getur örgjörvinn verið aðgerðalaus í umtalsverðan tíma og beðið eftir svari. Því miður, með röð örgjörva, er þetta mál einfaldlega óhjákvæmilegt.

Sem betur fer eru nútíma örgjörvar ekki lengur í röð. Þeir bjóða upp á marga háþróaða eiginleika, svo sem útkeyrslu og marga þræði. Framkvæmd utan reglu gerir örgjörvanum kleift að greina komandi leiðbeiningar og endurraða þeim til að hámarka skilvirkni. Fjölþráður gerir örgjörvanum kleift að hafa marga mismunandi þræði eða ferla í gangi.

Fyrir utan að hafa marga kjarna getur örgjörvinn ekki keyrt meira en einn í einu. Það getur hins vegar látið þetta líta út með því að skipta reglulega á milli þeirra til að tryggja að þeir fái hver um sig töluverðan stöðugan örgjörvatíma. Ferlið við að skipta á milli þráða er kallað samhengisrofi.

Hvernig virkar samhengisrofi?

Samhengisrofi samanstendur af tveimur hlutum, skipt út fyrri þræði og skipt inn í nýjan. Til að breyta gamla þræðinum verður örgjörvinn að vista núverandi ástand sitt í Process Control Block eða skiptingarramma. Þetta felur í sér gildi allra viðeigandi örgjörvaskráa og samanstendur alltaf af gildi forritateljarans. Þegar þráðurinn hefur verið geymdur er hægt að bæta handfangi við tilbúna biðröð til að gera það kleift að endurheimta þegar þörf krefur.

Að skipta í eftirfarandi þræði er sama ferli öfugt. Þráður er valinn annað hvort úr tilbúinn biðröð, allt eftir þyngd. Að öðrum kosti er hægt að velja það með truflun sem gefur til kynna að atburður sem þráðurinn beið eftir sé nú tilbúinn eða lokið. Gögnin fyrir þráðinn eru síðan afrituð í rétta skrána og þráðurinn er endurheimtur. Á þessum tímapunkti er nýi þráðurinn tilbúinn til að halda áfram rekstri þar sem hann hætti.

Áhrif á árangur

Ferlið við að lesa og skrifa gögn þegar skipt er um þráð inn eða út tekur nokkurn tíma, þó ekki mikinn, þar sem minnið sem notað er er venjulega háhraða. Það er hins vegar frekari árangurskostnaður. Þegar skipt er um þræði gætu gögnin í skyndiminni CPU og biðminni frá fyrri þræði ekki skipt máli fyrir nýja þráðinn. Þetta getur leitt til verulegrar aukningar á TLB ( Translation Lookaside Buffer ) og skyndiminnismissir.

Þessi áhrif eru ekki veruleg ef þræðir tveir voru fæddir af sama ferli, þar sem þeir eru líklegir til að deila töluverðum minnisþáttum. TLB verður að skola alveg þegar skipt er á milli þráða frá mismunandi aðferðum. Þetta leiðir til 100% TLB misshraða á meðan högghlutfall CPU skyndiminni er einnig verulega lækkað.

Þó að örgjörvar bjóði upp á vélbúnaðarstuðning fyrir samhengisskipti, þá nota stýrikerfi þetta venjulega ekki. Skipting vélbúnaðarsamhengis skortir meðvitund um mikilvægi gagna. Þess vegna þarf það að geyma og endurheimta allar skrár, auka tímann sem það tekur og geymslurýmið sem þarf.

Að auki geymir samhengisskipti á vélbúnaði ekki gögnin úr flotpunktaskrám, virkni sem gæti verið nauðsynleg. Skipting hugbúnaðarsamhengis er því almennt notuð. Það gerir kleift að geyma gögnin úr öllum skrám, þar með talið flotpunktaskrám. Hugbúnaðarsamhengisrofar hafa skilning á mikilvægi gagna. Þetta þýðir að það getur valið og valið hvaða til að geyma eftir þörfum.

Niðurstaða

Samhengisrofi er ferli þar sem nútíma CPU skiptir um hvaða þráð hann er í gangi. Ferlið felur í sér að geyma viðeigandi gögn núverandi þráðar og endurheimta viðeigandi gögn nýja þráðsins. Samhengisskiptum fylgir frammistöðukostnaður sem tengist þeim tíma sem þarf til að framkvæma skiptinguna og auknum hraða skyndiminni og TLB missa þar sem þau eru ekki geymd. Samhengisrofar gerast annað hvort til að tryggja að allir þræðir hafi gott framboð af CPU tíma eða vegna truflunar sem gefur til kynna að atburður sem línan beið eftir sé lokið.