محاكاة الذاكرة

في علوم الحاسوب ، تعمل تقنية المحاكاة الافتراضية للذاكرة على فصل موارد ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) المتطايرة عن الأنظمة الفردية في مركز البيانات، ثم تجميع هذه الموارد في مجمع ذاكرة افتراضي متاح لأي جهاز حاسوب في المجموعة. ويتم الوصول إلى مجمع الذاكرة هذا بواسطة نظام التشغيل أو التطبيقات التي تعمل فوقه. ويمكن بعد ذلك استخدام مجمع الذاكرة الموزع كذاكرة تخزين مؤقت عالية السرعة، أو طبقة مراسلة، أو مورد ذاكرة مشترك كبير لتطبيق وحدة المعالجة المركزية (CPU) أو وحدة معالجة الرسومات (GPU).

تتيح تقنية المحاكاة الافتراضية للذاكرة للخوادم المتصلة بالشبكة، وبالتالي الموزعة، مشاركة مجموعة من الذاكرة للتغلب على قيود الذاكرة الفعلية، والتي تُعدّ عائقًا شائعًا في أداء البرامج. بفضل دمج هذه الإمكانية في الشبكة، يمكن للتطبيقات الاستفادة من كمية كبيرة جدًا من الذاكرة لتحسين الأداء العام، واستخدام النظام، وزيادة كفاءة استخدام الذاكرة، وتمكين حالات استخدام جديدة. يسمح البرنامج الموجود على عُقد مجموعة الذاكرة (الخوادم) للعُقد بالاتصال بمجموعة الذاكرة للمساهمة في الذاكرة، وتخزين البيانات واسترجاعها. تتولى برامج الإدارة وتقنيات تخصيص الذاكرة الزائد إدارة الذاكرة المشتركة، وسياسات إدخال البيانات وإزالتها وتوفيرها، وتخصيص البيانات للعُقد المساهمة، ومعالجة الطلبات من عُقد العميل. يمكن الوصول إلى مجموعة الذاكرة على مستوى التطبيق أو على مستوى نظام التشغيل. على مستوى التطبيق، يتم الوصول إلى المجموعة من خلال واجهة برمجة التطبيقات (API) أو كنظام ملفات شبكي لإنشاء ذاكرة تخزين مؤقتة مشتركة عالية السرعة. على مستوى نظام التشغيل، يمكن لذاكرة التخزين المؤقتة للصفحات استخدام المجموعة كمورد ذاكرة كبير جدًا أسرع بكثير من التخزين المحلي أو الشبكي.

تختلف تطبيقات محاكاة الذاكرة عن أنظمة الذاكرة المشتركة . فأنظمة الذاكرة المشتركة لا تسمح بتجريد موارد الذاكرة، مما يتطلب تنفيذها باستخدام نسخة واحدة من نظام التشغيل (أي ليس ضمن بيئة تطبيقات مجمعة).

تختلف تقنية المحاكاة الافتراضية للذاكرة أيضًا عن التخزين القائم على ذاكرة الفلاش مثل محركات الأقراص الصلبة (SSDs) - حيث تحل محركات الأقراص الصلبة (SSDs) وغيرها من التقنيات المماثلة محل محركات الأقراص الصلبة (المتصلة بالشبكة أو غير ذلك)، بينما تحل تقنية المحاكاة الافتراضية للذاكرة محل ذاكرة الوصول العشوائي التقليدية أو تكملها.

• منصة محاكاة الذاكرة لشبكات الحمض النووي الريبي - مجموعة ذاكرة منخفضة زمن الوصول، يتم تنفيذها كذاكرة تخزين مؤقت مشتركة وحل مراسلة منخفض زمن الوصول .
• ScaleMP - منصة لدمج الموارد من أجهزة كمبيوتر متعددة لغرض إنشاء مثيل حوسبة واحد.
• نسيج بيانات وومبات – نسيج مراسلة قائم على الذاكرة لتوصيل بيانات السوق في الخدمات المالية.
• أوراكل كوهيرنس هو منتج شبكة بيانات في الذاكرة قائم على لغة جافا من إنتاج شركة أوراكل
• خدمة التخزين المؤقت AppFabric هي منصة تخزين مؤقت موزعة لذاكرة التخزين المؤقت المنتشرة عبر أنظمة متعددة، تم تطويرها بواسطة مايكروسوفت .
• IBM Websphere extremeScale عبارة عن ذاكرة تخزين مؤقت موزعة تعتمد على Java، وهي تشبه إلى حد كبير Oracle Coherence.
• GigaSpaces XAP عبارة عن منصة برمجية للحوسبة في الذاكرة تعتمد على لغة جافا، مثل Oracle Coherence وVMware Gemfire

تنبثق تقنية محاكاة الذاكرة من بنى إدارة الذاكرة وتقنيات الذاكرة الافتراضية . وفي كلا المجالين، انتقل مسار الابتكار من العلاقات الوثيقة بين الموارد المنطقية والمادية إلى علاقات أكثر مرونة وتجريدًا، حيث تُخصص الموارد المادية حسب الحاجة.

تُجرّد أنظمة الذاكرة الافتراضية العلاقة بين ذاكرة الوصول العشوائي الفعلية والعناوين الافتراضية، حيث تُخصّص عناوين الذاكرة الافتراضية لكلٍّ من ذاكرة الوصول العشوائي الفعلية ووحدات التخزين القائمة على الأقراص، مما يُوسّع نطاق الذاكرة القابلة للعنونة، ولكن على حساب السرعة. تعمل بنيتا NUMA و SMP على تحسين تخصيص الذاكرة داخل أنظمة المعالجات المتعددة. وبينما تُدير هذه التقنيات الذاكرة ديناميكيًا داخل أجهزة الكمبيوتر الفردية، تُدير تقنية افتراضية الذاكرة الذاكرة المُجمّعة لأجهزة كمبيوتر متعددة متصلة بشبكة واحدة كمجمع ذاكرة واحد.

بالتزامن مع ابتكارات إدارة الذاكرة ، ظهرت العديد من تقنيات المحاكاة الافتراضية لتحقيق الاستخدام الأمثل لموارد الأجهزة المتاحة. وقد تم تطبيق محاكاة التطبيقات الافتراضية أولاً في أنظمة الحواسيب المركزية. ثم تلتها محاكاة التخزين الافتراضية ، حيث تم ربط الخوادم بأنظمة تخزين مثل NAS أو SAN بالإضافة إلى محركات الأقراص الصلبة المدمجة أو بدلاً منها. أما محاكاة الخوادم الافتراضية، أو المحاكاة الافتراضية الكاملة ، فتقسم خادمًا فعليًا واحدًا إلى عدة أجهزة افتراضية ، مما يدمج نسخًا متعددة من أنظمة التشغيل على نفس الجهاز لتحقيق الكفاءة والمرونة. في كلتا الحالتين، لا تدرك التطبيقات أن الموارد التي تستخدمها افتراضية وليست فعلية، وبالتالي تتحقق الكفاءة والمرونة دون الحاجة إلى تغييرات في التطبيقات. وبالمثل، تقوم محاكاة الذاكرة الافتراضية بتوزيع ذاكرة مجموعة كاملة من الخوادم المتصلة بالشبكة بين أجهزة الكمبيوتر في تلك المجموعة.

• الذاكرة الافتراضية - تقنية افتراضية تقليدية للذاكرة على جهاز كمبيوتر واحد، وتستخدم عادةً وحدة إدارة الذاكرة (MMU) للترجمة بين عناوين الذاكرة الافتراضية والحقيقية.
• قاعدة البيانات في الذاكرة - توفر أداءً أسرع وأكثر قابلية للتنبؤ من قواعد البيانات القائمة على القرص
• محاكاة الإدخال/الإخراج - تنشئ نقاط نهاية افتراضية للشبكة والتخزين تسمح لبيانات الشبكة والتخزين بالانتقال عبر نفس البنية التحتية (XSigo I/O Director).
• محاكاة التخزين - تجريد التخزين المنطقي من التخزين الفعلي (NAS، SAN، أنظمة الملفات (NFS، نظام الملفات العنقودي)، إدارة وحدات التخزين، RAID)
• قرص RAM - جهاز تخزين افتراضي داخل جهاز كمبيوتر واحد، محدود بسعة ذاكرة الوصول العشوائي المحلية.
• إنفيني باند
• إيثرنت بسرعة 10 جيجابت
• الذاكرة المشتركة الموزعة
• الوصول المباشر للذاكرة عن بعد (RDMA)
• موقع مرجعي
• صورة نظام واحد
• ذاكرة تخزين مؤقتة موزعة