Kaj je skupni pomnilnik?

Sodobni računalniki imajo veliko pomnilnika. Vsak CPE ima svoj predpomnilnik in vsakemu delujočemu programu je dodeljen svoj del sistemskega RAM-a. Ta pomnilnik je mogoče uporabiti in dodeliti na veliko različnih načinov. Skupni pomnilnik je koncept, ki na različne načine vpliva tako na predpomnilnik CPU kot na uporabo sistemskega RAM-a.

Skupni pomnilnik v strojni opremi

Večina sodobnih procesorjev ima tri nivoje predpomnilnika, imenovane L1, L2 in L3. L1 je najmanjši in najhitrejši predpomnilnik, medtem ko je L3 največji in najpočasnejši. Vendar pa so vsi hitrejši od dostopa do glavnega pomnilnika, zaradi česar je stopnja zadetkov kritična za delovanje. Zaradi številnih dejavnikov je predpomnilnik L1 hitrejši od predpomnilnika L3. Prvič, pomnilniške celice L1 so fizično večje. Prav tako jih je manj in se nahajajo veliko bližje jedru procesorja, pogosto znotraj njega.

Postavitev bloka predpomnilnika v območje jedra je pri večjedrnih procesorjih še dodatno zapletena. Na tej točki lahko izberete, da imate predpomnilnik v vsakem jedru ali zunaj jeder, natančneje med njimi. Vsak ima svoje prednosti in slabosti.

Namestitev predpomnilnika v jedro minimizira zakasnitev dostopa, pomeni pa tudi, da vsako jedro potrebuje svoj predpomnilnik. To pomeni, da lahko pride do podvojenih vrstic predpomnilnika v predpomnilnikih L1 različnih jeder, kar zmanjša učinkovitost prostora predpomnilnika. To se imenuje lokalni predpomnilnik in čeprav je odličen za čas dostopa, je manj učinkovit pri uporabi prostora predpomnilnika in zahteva dodatne stroške v smislu skladnosti predpomnilnika.

Skupni predpomnilnik je predpomnilnik, ki je na voljo več ali vsem jedrom v večjedrnem procesorju. Skupni predpomnilnik pomeni, da lahko več jeder dostopa do enega primerka določenih podatkov, kar omejuje izgubljeni prostor zaradi podvajanja. Pomeni tudi, da lahko eno jedro začasno zahteva več kot pravičen delež prostora predpomnilnika, če ga potrebuje, druga jedra pa ne. Gre za ceno podaljšanega dostopnega časa.

Skupni predpomnilniki v praksi

Sodobni procesorji uporabljajo oba koncepta, pri čemer ima vsako jedro lokalni predpomnilnik L1. Predpomnilnik L3 si običajno deli veliko jeder, čeprav včasih ne vsa. L2 se razlikuje, vendar je lahko lokalni ali v skupni rabi, odvisno od specifične arhitekture generacije CPE.

Namig: Za procesorje čippletov, kot so vrhunski modeli AMD Ryzen, si lahko predpomnilnike delijo vsa jedra na čippletu in ne vsa jedra v celotnem procesorju. Ni pomembno, koliko jeder si deli predpomnilnik; tudi če sta le dva, je še vedno skupni predpomnilnik, čeprav je vredno poudariti, da je le delno v skupni rabi.

Opomba: Sistemski RAM se lahko deli tudi med več fizičnimi procesorji na eni matični plošči ali med vozlišči v sistemu z več procesorji.

Skupni pomnilnik v programski opremi

V sodobnih računalnikih programska oprema ne obravnava neposredno fizičnega pomnilnika. Namesto tega mu je dodeljen segment navideznega naslova in računalnik te navidezne naslove po potrebi prevede v fizične naslove. To pomaga izolirati pomnilnik za posamezne procese, kar je koristno za varnost.

V nekaterih primerih je morda zaželeno prenesti podatke v pomnilniku iz enega procesa v drugega. Najučinkovitejši način za to je, da obema procesoma omogočite skupno rabo pomnilniškega prostora. Na ta način lahko oba procesa bereta iste podatke in komunicirata med seboj. To tudi pripomore k učinkoviti uporabi sistemskega RAM-a, saj se podatki ne podvajajo.

Pomnilnik v skupni rabi programske opreme bo običajno dosežen z ohranjanjem ene fizične kopije podatkov in preslikavo dostopa do njih prek navideznega pomnilnika za vsak proces, ki potrebuje dostop do njih.

Zaključek

Skupni pomnilnik je koncept, da je en del pomnilnika dostopen več stvarem. To je mogoče implementirati v strojno in programsko opremo. Predpomnilnik procesorja si lahko deli več procesorskih jeder. To še posebej velja za višje ravni predpomnilnika procesorja. Sistemski pomnilnik se lahko deli tudi med različnimi fizičnimi procesorji v enem samem večjem sistemu.

V programski opremi lahko skupni pomnilnik omogoči medprocesno komunikacijo IPC. En proces dodeli pomnilnik v skupni rabi z enim ali več določenimi procesi. Ti drugi procesi lahko nato dostopajo do te pomnilniške lokacije prek preslikave navideznega pomnilnika. Skupni pomnilnik pomaga zagotoviti učinkovito uporabo pomnilniškega prostora, tako da se izogne ​​podvajanju podatkov v omejenem prostoru.