Modelo de memoria (programación)

En informática, un modelo de memoria describe las interacciones de los hilos a través de la memoria y su uso compartido de los datos .

Un modelo de memoria permite al compilador realizar optimizaciones importantes, como la fusión de bucles y la modificación de instrucciones de movimiento en el programa, lo que puede influir en el orden de lectura y escritura de variables potencialmente compartidas . Los cambios en el orden de lectura y escritura pueden provocar condiciones de carrera . Sin un modelo de memoria, el compilador podría no aplicar dichas optimizaciones a programas multihilo o aplicar optimizaciones incompatibles con la multihilo, lo que generaría errores.

Los lenguajes de programación modernos como Java implementan un modelo de memoria. Este modelo especifica barreras de sincronización que se establecen mediante operaciones de sincronización especiales y bien definidas, como la adquisición de un bloqueo al entrar en un bloque o método sincronizado. El modelo estipula que los cambios en los valores de las variables compartidas solo deben hacerse visibles para otros hilos cuando se alcanza dicha barrera de sincronización. Además, el concepto de condición de carrera se define en función del orden de las operaciones con respecto a estas barreras de memoria. ^{[ 1 ]}

Esta semántica otorga a los compiladores optimizadores un mayor grado de libertad al aplicar optimizaciones: el compilador solo necesita asegurarse de que los valores de las variables (potencialmente compartidas) en las barreras de sincronización sean los mismos tanto en el código optimizado como en el no optimizado. En particular, el compilador asume que la reordenación de instrucciones en un bloque de código que no contiene barreras de sincronización es segura.

La mayor parte de la investigación en el área de los modelos de memoria gira en torno a:

• Diseñar un modelo de memoria que permita el máximo grado de libertad para las optimizaciones del compilador, al tiempo que ofrece garantías suficientes sobre programas libres de condiciones de carrera y (quizás más importante) programas que sí las contienen.
• Demostrar que las optimizaciones del programa son correctas con respecto a dicho modelo de memoria.

El modelo de memoria de Java fue el primer intento de proporcionar un modelo de memoria de subprocesos completo para un lenguaje de programación popular. ^{[ 2 ]} Después de que se estableció que los subprocesos no podían implementarse de forma segura como una biblioteca sin imponer ciertas restricciones a la implementación y, en particular, que los estándares C y C++ ( C99 y C++03 ) carecían de las restricciones necesarias, ^{[ 3 ] [ 4 ]} el subcomité de subprocesos de C++ se puso a trabajar en un modelo de memoria adecuado; en 2005, presentaron el documento de trabajo C n1131 ^{[ 5 ]} para que el Comité C respaldara sus esfuerzos. La revisión final del modelo de memoria propuesto, C++ n2429, ^{[ 6 ]} fue aceptada en el borrador del estándar C++ en la reunión de octubre de 2007 en Kona. ^{[ 7 ]} El modelo de memoria se incluyó luego en los siguientes estándares C++ y C, C++11 y C11 . ^{[ 8 ] [ 9 ]} El lenguaje de programación Rust heredó la mayor parte del modelo de memoria de C/C++. ^{[ 10 ]}

• Ordenación de la memoria
• Barrera de la memoria
• Modelo de consistencia
• Memoria compartida (comunicación entre procesos)