Kas ir koplietojamā atmiņa?

Mūsdienu datoriem ir daudz atmiņas. Katram CPU ir sava kešatmiņa, un katrai darbojošai programmai tiek piešķirta sava sistēmas RAM daļa. Ir daudz dažādu veidu, kā šo atmiņu var izmantot un piešķirt. Koplietotā atmiņa ir jēdziens, kas dažādos veidos ietekmē gan CPU kešatmiņu, gan sistēmas RAM izmantošanu.

Koplietotā atmiņa aparatūrā

Lielākajai daļai mūsdienu CPU ir trīs kešatmiņas līmeņi, ko dēvē par L1, L2 un L3. L1 ir mazākā un ātrākā kešatmiņa, savukārt L3 ir lielākā un lēnākā. Tomēr tie visi ir ātrāki nekā piekļuve galvenajai atmiņai, tāpēc trāpījumu līmenis ir kritisks veiktspējai. Daudzi faktori padara L1 kešatmiņu ātrāku par L3. Pirmkārt, L1 atmiņas šūnas ir fiziski lielākas. To ir arī mazāk, un tie atrodas daudz tuvāk CPU kodolam, bieži vien tajā.

Kešatmiņas bloka ievietošana kodola apgabalā rada papildu sarežģītību daudzkodolu CPU. Šajā brīdī varat izvēlēties, vai katrā kodolā vai ārpus tiem, īpaši starp tiem, ir kešatmiņa. Katram ir savas priekšrocības un trūkumi.

Kešatmiņas ievietošana kodolā samazina piekļuves latentumu, taču tas arī nozīmē, ka katram kodolam ir nepieciešama sava kešatmiņa. Tas nozīmē, ka dažādu kodolu L1 kešatmiņās var tikt dublētas kešatmiņas līnijas, samazinot kešatmiņas vietas efektivitāti. To sauc par lokālo kešatmiņu, un, lai gan tas ir lieliski piemērots piekļuves laikam, tas ir mazāk efektīvs kešatmiņas vietas izmantošanā un prasa papildu izmaksas kešatmiņas saskaņotības ziņā.

Koplietotā kešatmiņa ir kešatmiņa, kas ir pieejama vairākiem vai visiem daudzkodolu CPU kodoliem. Koplietota kešatmiņa nozīmē, ka vairāki kodoli var piekļūt vienam konkrētu datu gadījumam, tādējādi ierobežojot izšķērdēto vietu dublēšanās dēļ. Tas arī nozīmē, ka viens kodols uz laiku var pieprasīt vairāk, nekā tai ir taisnīga daļa no kešatmiņas vietas, ja tam tas ir nepieciešams, bet pārējie kodoli to nedara. Tas maksā palielinātu piekļuves laiku.

Koplietotās kešatmiņas praksē

Mūsdienu CPU izmanto abas koncepcijas, un katram kodolam ir vietējā L1 kešatmiņa. L3 kešatmiņa parasti tiek koplietota starp daudziem kodoliem, lai gan dažreiz ne visiem. L2 atšķiras, bet var būt lokāls vai koplietots atkarībā no konkrētās CPU ģenerēšanas arhitektūras.

Padoms. Mikroshēmu CPU, piemēram, augstākās klases AMD Ryzen modeļiem, kešatmiņas var tikt koplietotas starp visiem mikroshēmas kodoliem, nevis ar visiem visa CPU kodoliem. Nav svarīgi, cik starp kodoliem tiek koplietota kešatmiņa; pat ja tie ir tikai divi, tā joprojām ir koplietota kešatmiņa, lai gan ir vērts uzsvērt, ka tā ir koplietota tikai daļēji.

Piezīme. Sistēmas RAM var arī koplietot starp vairākiem fiziskiem CPU vienā mātesplatē vai starp mezgliem vairāku CPU sistēmā.

Programmatūras koplietotā atmiņa

Mūsdienu datoros programmatūra nevar tieši risināt fizisko atmiņu. Tā vietā tam tiek piešķirts virtuālās adreses segments, un dators pēc vajadzības pārveido šīs virtuālās adreses fiziskajās adresēs. Tas palīdz izolēt atmiņu atsevišķiem procesiem, kas ir noderīgi drošībai.

Dažos gadījumos var būt vēlams pārsūtīt datus atmiņā no viena procesa uz citu. Visefektīvākais veids, kā to izdarīt, ir ļaut abiem procesiem koplietot atmiņas vietu. Tādā veidā abi procesi var nolasīt vienus un tos pašus datus un sazināties viens ar otru. Tas arī palīdz efektīvi izmantot sistēmas RAM, jo dati netiek dublēti.

Programmatūras koplietotā atmiņa parasti tiek nodrošināta, saglabājot vienu fizisku datu kopiju un kartējot piekļuvi tai, izmantojot virtuālo atmiņu katram procesam, kuram tai nepieciešama piekļuve.

Secinājums

Koplietotā atmiņa ir jēdziens, ka vienai atmiņas sadaļai ir pieejamas vairākas lietas. To var ieviest gan aparatūrā, gan programmatūrā. CPU kešatmiņu var koplietot starp vairākiem procesora kodoliem. Tas jo īpaši attiecas uz augstākiem CPU kešatmiņas līmeņiem. Sistēmas atmiņu var arī koplietot starp dažādiem fiziskiem CPU vienā lielākā sistēmā.

Programmatūrā koplietotā atmiņa var nodrošināt IPC starpprocesu saziņu. Viens process piešķir atmiņu kā koplietotu ar vienu vai vairākiem konkrētiem procesiem. Šie citi procesi pēc tam var piekļūt šai atmiņas vietai, izmantojot virtuālās atmiņas kartēšanu. Koplietotā atmiņa palīdz nodrošināt efektīvu atmiņas vietas izmantošanu, izvairoties no datu dublēšanas ierobežotā vietā.