نموذج الذاكرة (البرمجة)

في مجال الحوسبة، يصف نموذج الذاكرة تفاعلات الخيوط عبر الذاكرة واستخدامها المشترك للبيانات .

يُمكّن نموذج الذاكرة المُصرّف من إجراء العديد من التحسينات الهامة. تشمل هذه التحسينات دمج الحلقات، ونقل التعليمات البرمجية في البرنامج، مما قد يؤثر على ترتيب عمليات القراءة والكتابة للمتغيرات المشتركة . قد تُؤدي التغييرات في ترتيب عمليات القراءة والكتابة إلى حدوث تضارب في البيانات . بدون نموذج الذاكرة، قد لا يُطبّق المُصرّف هذه التحسينات على البرامج متعددة الخيوط، أو قد يُطبّق تحسينات غير متوافقة مع تعدد الخيوط، مما يُؤدي إلى ظهور أخطاء برمجية.

لذا، تُطبّق لغات البرمجة الحديثة مثل جافا نموذجًا للذاكرة. يُحدّد هذا النموذج حواجز التزامن التي تُنشأ عبر عمليات تزامن خاصة ومُحدّدة بدقة، مثل الحصول على قفل بالدخول إلى كتلة أو دالة متزامنة. وينص النموذج على أن التغييرات التي تطرأ على قيم المتغيرات المشتركة لا يلزم أن تكون مرئية للخيوط الأخرى إلا عند الوصول إلى حاجز التزامن هذا. علاوة على ذلك، يُحدّد مفهوم حالة التنافس بالكامل بناءً على ترتيب العمليات بالنسبة إلى حواجز الذاكرة هذه. ^{[ 1 ]}

تمنح هذه الدلالات المترجمات المُحسِّنة درجةً أكبر من الحرية عند تطبيق التحسينات: إذ يكفي أن يضمن المترجم أن تكون قيم المتغيرات (التي قد تكون مشتركة) عند حواجز التزامن متطابقةً في كلٍّ من الكود المُحسَّن وغير المُحسَّن. وعلى وجه الخصوص، يفترض المترجم أن إعادة ترتيب العبارات في كتلة من الكود لا تحتوي على حاجز تزامن أمرٌ آمن.

تتمحور معظم الأبحاث في مجال نماذج الذاكرة حول:

• تصميم نموذج ذاكرة يسمح بأقصى قدر من الحرية لتحسينات المترجم مع الاستمرار في تقديم ضمانات كافية بشأن البرامج الخالية من التزامن (وربما الأهم من ذلك) البرامج التي تحتوي على تزامن.
• إثبات صحة تحسينات البرنامج فيما يتعلق بنموذج الذاكرة هذا.

كان نموذج ذاكرة جافا أول محاولة لتوفير نموذج ذاكرة شامل للخيوط في لغة برمجة شائعة. ^{[ 2 ]} بعد أن تبيّن أنه لا يمكن تنفيذ الخيوط بأمان كمكتبة دون فرض قيود معينة على التنفيذ، ولا سيما أن معايير C و C++ ( C99 و C++03 ) تفتقر إلى القيود اللازمة، ^{[ 3 ] [ 4 ]} شرعت اللجنة الفرعية للخيوط في C++ في العمل على نموذج ذاكرة مناسب؛ وفي عام 2005، قدّمت اللجنة وثيقة عمل C رقم 1131 ^{[ 5 ]} لحثّ لجنة C على دعم جهودها. وقد قُبلت النسخة النهائية من نموذج الذاكرة المقترح، C++ رقم 2429، ^{[ 6 ] في مسودة معيار C++ في اجتماع أكتوبر 2007 في كونا. [ 7 ]} ثم أُدرج نموذج الذاكرة في معايير C++ وC اللاحقة، C++11 و C11 . ^{[ 8 ] [ 9 ]} ورثت لغة البرمجة رست معظم نموذج ذاكرة C/C++. ^{[ 10 ]}

• ترتيب الذاكرة
• حاجز الذاكرة
• نموذج الاتساق
• الذاكرة المشتركة (الاتصال بين العمليات)