Hva er delt minne?

Moderne datamaskiner har mye minne. Hver CPU har sin cache, og hvert kjørende program får tildelt sin del av system-RAM. Det er mange forskjellige måter dette minnet kan brukes og tilordnes. Delt minne er et konsept som påvirker både CPU-cacher og bruken av system-RAM på ulike måter.

Delt minne i maskinvare

De fleste moderne prosessorer har tre hurtigbuffernivåer, referert til som L1, L2 og L3. L1 er den minste og raskeste cachen, mens L3 er den største og tregeste. Imidlertid er alle raskere enn å få tilgang til hovedminnet, noe som gjør treffraten kritisk for ytelsen. Mange faktorer gjør L1-cachen raskere enn L3. For det første er L1-minnecellene fysisk større. Det er også færre av dem, og de er plassert mye nærmere CPU-kjernen, ofte innenfor den.

Plassering av en hurtigbufferblokk innenfor dørområdet til en kjerne kommer med ekstra kompleksitet på flerkjerne-CPUer. På dette tidspunktet kan du velge å ha en cache i hver kjerne eller utenfor kjernene, spesielt mellom dem. Hver har sine fordeler og ulemper.

Plassering av en cache i en kjerne minimerer tilgangsforsinkelse, men det betyr også at hver kjerne trenger sin cache. Dette betyr at du kan ende opp med dupliserte cache-linjer i L1-cachene til forskjellige kjerner, noe som reduserer cache-plasseffektiviteten. Dette kalles en lokal hurtigbuffer, og selv om det er flott for tilgangstid, er det mindre effektivt i bruk av cacheplass og krever ekstra overhead når det gjelder cache-sammenheng.

En delt cache er en cache som er tilgjengelig for flere eller alle kjerner i en flerkjerne-CPU. En delt hurtigbuffer betyr at flere kjerner kan få tilgang til én forekomst av spesifikke data, noe som begrenser bortkastet plass på grunn av duplisering. Det betyr også at en kjerne midlertidig kan kreve mer enn sin rimelige andel av hurtigbufferplassen hvis den trenger det, mens de andre kjernene ikke gjør det. Det kommer på bekostning av økt tilgangstid.

Delte cacher i praksis

Moderne prosessorer bruker begge konseptene, der hver kjerne har en lokal L1-cache. L3-cache har en tendens til å deles mellom mange kjerner, men noen ganger ikke alle. L2 varierer, men kan være lokal eller delt avhengig av den spesifikke CPU-generasjonsarkitekturen.

Tips: For chiplet-CPUer som avanserte AMD Ryzen-modeller, kan cacher deles mellom alle kjerner på en chiplet i stedet for med alle kjerner i hele CPUen. Det spiller ingen rolle hvor mange kjerner en cache deles mellom; selv om det bare er to, er det fortsatt en delt cache, selv om det kan være verdt å fremheve at det bare er delvis delt.

Merk: System-RAM kan også deles mellom flere fysiske CPUer på et enkelt hovedkort eller mellom noder i et multi-CPU-system.

Delt minne i programvare

I moderne datamaskiner kan ikke programvaren adressere fysisk minne direkte. I stedet blir den tildelt et virtuelt adressesegment, og datamaskinen oversetter disse virtuelle adressene til de fysiske adressene etter behov. Dette bidrar til å isolere minnet for individuelle prosesser, noe som er nyttig for sikkerheten.

I noen tilfeller kan det være ønskelig å overføre data i minnet fra en prosess til en annen. Den mest effektive måten å gjøre dette på er å la de to prosessene dele minneplass. På denne måten kan begge prosessene lese de samme dataene og kommunisere med hverandre. Dette bidrar også til å bruke system-RAM effektivt ettersom dataene ikke dupliseres.

Programvaredelt minne vil vanligvis oppnås ved å beholde én fysisk kopi av dataene og kartlegge tilgang til dem via virtuelt minne for hver prosess som trenger tilgang til den.

Konklusjon

Delt minne er konseptet med å ha én del av minnet tilgjengelig for flere ting. Dette kan implementeres i både maskinvare og programvare. CPU-cache kan deles mellom flere prosessorkjerner. Dette er spesielt tilfelle for høyere nivåer av CPU-cache. Systemminnet kan også deles mellom ulike fysiske CPUer i et enkelt større system.

I programvare kan delt minne tillate IPC Inter-Process Communication. En prosess tildeler minne som delt med en eller flere spesifikke prosesser. De andre prosessene kan deretter få tilgang til den minneplasseringen via virtuell minnekartlegging. Delt minne bidrar til å sikre effektiv bruk av minneplass ved å unngå dataduplisering på begrenset plass.