หน่วยความจำที่ใช้ร่วมกันคืออะไร?

คอมพิวเตอร์สมัยใหม่มีหน่วยความจำจำนวนมาก CPU แต่ละตัวมีแคช และแต่ละโปรแกรมที่ทำงานอยู่จะได้รับการจัดสรรส่วนของ RAM ของระบบ มีหลายวิธีที่สามารถใช้และกำหนดหน่วยความจำนี้ได้ หน่วยความจำที่ใช้ร่วมกันเป็นแนวคิดที่ส่งผลต่อแคชของ CPU และการใช้ RAM ของระบบในรูปแบบต่างๆ

หน่วยความจำที่ใช้ร่วมกันในฮาร์ดแวร์

CPU สมัยใหม่ส่วนใหญ่มีแคชสามระดับ ซึ่งเรียกว่า L1, L2 และ L3 L1 เป็นแคชที่เล็กที่สุดและเร็วที่สุด ในขณะที่ L3 เป็นแคชที่ใหญ่ที่สุดและช้าที่สุด อย่างไรก็ตาม ทั้งหมดนี้เร็วกว่าการเข้าถึงหน่วยความจำหลัก ทำให้อัตราการเข้าชมมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อประสิทธิภาพ มีหลายปัจจัยที่ทำให้แคช L1 เร็วกว่า L3 ประการแรก เซลล์หน่วยความจำ L1 มีขนาดใหญ่กว่า นอกจากนี้ยังมีจำนวนน้อยกว่าและอยู่ใกล้กับแกน CPU มาก ซึ่งมักจะอยู่ภายในแกนนั้น

การวางบล็อกแคชภายในพื้นที่ตายของคอร์นั้นมาพร้อมกับความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้นในซีพียูแบบมัลติคอร์ ณ จุดนี้ คุณสามารถเลือกให้มีแคชในแต่ละคอร์หรือนอกคอร์ โดยเจาะจงระหว่างคอร์เหล่านั้น แต่ละคนมีข้อดีและข้อเสีย

การวางแคชในคอร์ช่วยลดเวลาแฝงในการเข้าถึง แต่ก็หมายความว่าแต่ละคอร์ต้องการแคช ซึ่งหมายความว่าคุณอาจจบลงด้วยบรรทัดแคชที่ซ้ำกันในแคช L1 ของคอร์ที่แตกต่างกัน ซึ่งลดประสิทธิภาพพื้นที่แคช สิ่งนี้เรียกว่าแคชในเครื่อง และแม้ว่าจะเหมาะสำหรับเวลาในการเข้าถึง แต่ก็มีประสิทธิภาพน้อยกว่าในการใช้พื้นที่แคชและต้องการโอเวอร์เฮดเพิ่มเติมในแง่ของความสอดคล้องกันของแคช

แคชที่ใช้ร่วมกันคือแคชที่มีให้สำหรับหลายคอร์หรือทั้งหมดใน CPU แบบมัลติคอร์ แคชที่ใช้ร่วมกันหมายความว่าหลายคอร์สามารถเข้าถึงอินสแตนซ์หนึ่งของข้อมูลเฉพาะได้ ซึ่งจำกัดพื้นที่ที่เสียไปเนื่องจากการทำซ้ำ นอกจากนี้ยังหมายความว่าแกนหลักหนึ่งสามารถอ้างสิทธิ์พื้นที่แคชได้มากกว่าส่วนแบ่งที่ยุติธรรมชั่วคราวหากต้องการ ในขณะที่อีกแกนหนึ่งไม่ได้ มันมาพร้อมกับค่าใช้จ่ายในการเข้าถึงที่เพิ่มขึ้น

แคชที่ใช้ร่วมกันในทางปฏิบัติ

ซีพียูสมัยใหม่ใช้ทั้งสองแนวคิด โดยแต่ละคอร์มีแคช L1 ในเครื่อง แคช L3 มีแนวโน้มที่จะใช้ร่วมกันระหว่างหลายคอร์ แต่บางครั้งก็ไม่ใช่ทั้งหมด L2 แตกต่างกันไป แต่สามารถเป็นแบบโลคัลหรือใช้ร่วมกันได้ขึ้นอยู่กับสถาปัตยกรรมการสร้าง CPU เฉพาะ

เคล็ดลับ:สำหรับชิปเล็ต CPU เช่นรุ่น AMD Ryzen ระดับไฮเอนด์ แคชอาจถูกแชร์ระหว่างคอร์ทั้งหมดบนชิปเล็ต แทนที่จะแชร์กับคอร์ทั้งหมดใน CPU ทั้งหมด ไม่สำคัญว่าแคชจะแชร์กันกี่คอร์ แม้ว่าจะเป็นเพียงสองแคช แต่ก็ยังคงเป็นแคชที่ใช้ร่วมกัน แม้ว่าจะเป็นการเน้นว่าแคชนั้นใช้ร่วมกันเพียงบางส่วนก็คุ้มค่า

หมายเหตุ: System RAM ยังสามารถแชร์ระหว่าง CPU หลายตัวบนเมนบอร์ดเดียวหรือระหว่างโหนดในระบบที่มี CPU หลายตัว

หน่วยความจำที่ใช้ร่วมกันในซอฟต์แวร์

ในคอมพิวเตอร์สมัยใหม่ ซอฟต์แวร์ไม่สามารถระบุหน่วยความจำจริงได้โดยตรง แต่จะถูกกำหนดให้เป็นที่อยู่เสมือนแทน และคอมพิวเตอร์จะแปลที่อยู่เสมือนเหล่านี้เป็นที่อยู่จริงตามความจำเป็น สิ่งนี้ช่วยในการแยกหน่วยความจำสำหรับแต่ละกระบวนการ ซึ่งมีประโยชน์สำหรับความปลอดภัย

ในบางกรณี การถ่ายโอนข้อมูลในหน่วยความจำจากกระบวนการหนึ่งไปยังอีกกระบวนการหนึ่งอาจเป็นที่พึงปรารถนา วิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการดำเนินการนี้คืออนุญาตให้ทั้งสองกระบวนการใช้พื้นที่หน่วยความจำร่วมกัน ด้วยวิธีนี้ ทั้งสองกระบวนการสามารถอ่านข้อมูลเดียวกันและสื่อสารกันได้ นอกจากนี้ยังช่วยให้ใช้ RAM ของระบบได้อย่างมีประสิทธิภาพเนื่องจากข้อมูลจะไม่ซ้ำซ้อน

โดยทั่วไปแล้วหน่วยความจำที่ใช้ร่วมกันของซอฟต์แวร์จะทำได้โดยการเก็บสำเนาจริงของข้อมูลไว้หนึ่งชุดและทำแผนที่การเข้าถึงผ่านหน่วยความจำเสมือนสำหรับแต่ละกระบวนการที่ต้องการเข้าถึง

บทสรุป

หน่วยความจำที่ใช้ร่วมกันเป็นแนวคิดของการมีส่วนของหน่วยความจำที่สามารถเข้าถึงได้โดยหลายสิ่ง สามารถทำได้ทั้งฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ แคช CPU อาจใช้ร่วมกันระหว่างแกนประมวลผลหลายตัว โดยเฉพาะอย่างยิ่งกรณีนี้สำหรับแคช CPU ระดับที่สูงขึ้น หน่วยความจำระบบอาจใช้ร่วมกันระหว่าง CPU ทางกายภาพต่างๆ ในระบบที่ใหญ่กว่าเพียงระบบเดียว

ในซอฟต์แวร์ หน่วยความจำที่ใช้ร่วมกันสามารถอนุญาตให้ IPC Inter-Process Communication กระบวนการหนึ่งจัดสรรหน่วยความจำที่ใช้ร่วมกันกับกระบวนการหนึ่งหรือหลายกระบวนการที่เฉพาะเจาะจง กระบวนการอื่นๆ เหล่านั้นสามารถเข้าถึงตำแหน่งหน่วยความจำนั้นผ่านการแมปหน่วยความจำเสมือน หน่วยความจำที่ใช้ร่วมกันช่วยให้มั่นใจได้ถึงการใช้พื้นที่หน่วยความจำอย่างมีประสิทธิภาพโดยหลีกเลี่ยงการทำซ้ำข้อมูลในพื้นที่จำกัด