18、非均匀内存对软件的影响

非均匀内存对软件的影响

1. 引言

在软件开发中，算法复杂度分析所假定的内存模型与实际情况相差甚远。主要问题在于虚拟内存管理（VMM），它大量依赖磁盘，同时现代计算系统中普遍使用的缓存也是一个重要因素。我们需要深入了解现代计算机的内存层次结构，以及这些对开发核心外程序的影响，从而避免因数据结构无法完全容纳在可用内存中而导致程序性能不佳。

2. 虚拟内存管理的影响

• 内存映射与程序性能 ：一个看似简单的矩阵加法示例，凸显了内存映射、VMM 和程序指令之间的相互作用对程序性能的巨大影响。大多数程序员对内存映射和相关系统方面了解不足，对于核心内程序（仅使用主内存进行所有存储，仅在数据输入和输出时访问外部内存）来说，这种无知可能不会影响性能，因为主内存的随机访问特性使得数据结构的映射方式对性能影响不大。但一旦程序变为核心外程序，使用外部内存（通常是磁盘）结合 VMM 或直接的核心外编程方法时，这种无知可能是致命的。
• VMM 与核心外编程的对比
  • 核心外编程 ：程序员必须明确指定哪些数据块在磁盘和主内存之间传输，以及在程序执行的哪个时刻进行传输。这增加了程序员的工作量，也容易引入错误，但能让程序员对程序的行为有很大的控制权。
  • VMM ：创建了一个比主内存大得多的虚拟内存空间，对于大多数实际应用来说几乎是无限的。程序员可以像使用实际内存一样使用虚拟内存，无需显式操作数据块的传输，但会失去对程序行为的很多控制。