دعم البنية الهندسية وأنظمة التشغيل للذاكرة الافتراضية - (Synthesis Lectures on Computer Architecture) (غلاف ورقي)

ملخص الكتاب يقدم هذا الكتاب لمهندسي الكمبيوتر، والباحثين الأكاديميين، وطلاب الدراسات العليا الجدد، والممارسين المتمرسين نظرة شاملة ومتكاملة عن الذاكرة الافتراضية. نبدأ بمراجعة للمفاهيم الأساسية، ولا نناقش فقط أحدث تقنيات دعم الأجهزة والبرمجيات للذاكرة الافتراضية المتاحة اليوم، بل نتطرق أيضاً إلى اتجاهات الأبحاث الناشئة في هذا المجال. وتغطي المواضيع نطاقاً واسعاً يشمل البنية الدقيقة للمعالج، وأنظمة الذاكرة، وتصميم أنظمة التشغيل، وتخصيص الذاكرة. نوضح في هذا الكتاب كيف تعتمد التطبيقات الفعالة للذاكرة الافتراضية على التعاون الدقيق بين الأجهزة والبرمجيات، كما نناقش توجهات بحثية جديدة تهدف إلى معالجة المشكلات الناشئة في هذا المجال. تُعد الذاكرة الافتراضية تجريداً كلاسيكياً في علوم الحاسوب وأحد ركائز ثورة الحوسبة؛ حيث ساهمت لفترة طويلة في توفير مرونة الأجهزة، وقابلية نقل البرمجيات، وتعزيز الأمن بشكل عام، ناهيك عن فوائدها القوية الأخرى. تعتبر جميع البرامج المخصصة للمستخدمين اليوم، تقريباً، أن عبء إدارة الذاكرة الفعلية قد أُزيح عن كاهلها بفضل الأجهزة، ونظام التشغيل، وبرامج تشغيل الأجهزة، ومكتبات النظام. ومع ذلك، وعلى الرغم من انتشار الذاكرة الافتراضية في الأنظمة التي تتراوح من مراكز البيانات الضخمة إلى أجهزة إنترنت الأشياء (IoT) المدمجة، إلا أن الأعباء الإضافية للذاكرة الافتراضية بدأت تصبح عائقاً حرجاً أمام الأداء في الوقت الراهن. تواجه بنيات الذاكرة الافتراضية المصممة لوحدات المعالجة المركزية المنفردة أو حتى النوى المنفردة، في كثير من الحالات، صعوبة في التوسع الرأسي والأفقي لتتوافق مع أنظمة اليوم، والتي باتت تشمل بشكل متزايد مسرعات أجهزة غير تقليدية (مثل GPUs أو FPGAs أو DSPs) وتقنيات ذاكرة ناشئة (مثل الذاكرة غير المتطايرة)، كما أنها تشغل أعباء عمل مكثفة بشكل متزايد (مثل التطبيقات الافتراضية و/أو تطبيقات البيانات الضخمة). وبناءً على ذلك، يجري حالياً تعزيز العديد من التجريدات الأساسية وأساليب التنفيذ الخاصة بالذاكرة الافتراضية، أو توسيعها، أو إعادة بنائها بالكامل؛ وذلك لضمان بقاء الذاكرة الافتراضية فعالة وذات أداء عالٍ في السنوات القادمة.

نبذة عن المؤلف

أبهيشيك بهاتاشارج هو أستاذ مشارك في علوم الحاسوب بجامعة Rutgers. تتركز اهتماماته البحثية في أنظمة الحاسوب، لا سيما في الواجهة بين الأجهزة والبرمجيات. وفي الآونة الأخيرة، عمل أيضاً على تصميم الرقائق لزراعات الدماغ والآلات والأنظمة الخاصة بنمذجة الدماغ واسعة النطاق. حصل أبهيشيك على درجة الدكتوراه من جامعة Princeton في عام 2010. دانيال لوستيغ هو باحث علمي أول في NVIDIA. يركز عمل دان بشكل عام على بنيات أنظمة الذاكرة، وتتركز اهتماماته البحثية الخاصة في نماذج اتساق الذاكرة، وبروتوكولات تماسك الذاكرة المخبئية، والذاكرة الافتراضية، والتحقق الرسمي من كل ما سبق. حصل دان على درجة الدكتوراه في الهندسة الكهربائية من Princeton في عام 2015.