مشکل در عدم شناخت درست سرعت رم

[SajjadKhati]

خب اینکه توی لود درگیر بشه که نشان بدی نیست، اتفاقا نشون میده داره از بیشترین مقداری که میتونه داره استفاده میکنه،
برای مثال خود من هم سر بعضی بازی ها هم بعضی نرم افزارها به حالت مشابه ی برخوردم حتی سر استفاده از قطعات دیگه.

سلام آقا امیر حسین .
چند مورد را خواستم بگم که البته قبلا هم حدودا گفته بودم .

پروسه های نرم افزار ، در هر لحظه ممکنه از یک منابع سخت افزاری (cpu ، کش ، رم ، پردازنده و حافظه ی گرافیک و ...) استفاده کنند و در لحظه ی دیگه اون منابع را آزاد کنند یا نکنند .

مثلا یک پروسه ، در لحظه ی 0.01 ثانیه ، 100 مگابایت از رم ، 3 هسته ی cpu ، و 550 مگابایت حافظه ی گرافیکی و 100 هسته ی گرافیکی را استفاده کنه که در لحظه ی 0.02 ثانیه ، مثلا 400 مگابایت رم ، هیچ پردازش از cpu (0 هسته ی cpu) ، 1 مگابایت حافظه ی گرافیکی و هیچ تعداد هسته ی گرافیکی را هم درگیر نکنه .

همچنین همه ی ارتباطاتی که پروسه ها و نرم افزارها دارن با هر نوع سخت افزاری ارتباط برقرار میکنن ، فقط از طریق درایور (که سازنده ی اون سخت افزارها ارائه میکنن) هست . حتی خود سیستم عامل هم نمیتونه بدون درایور با ارتباط برقرار کنه . از رم گرفته تا پردازنده و ... . حالا بعضی از درایورها مثل رم ها و ... ، بصورت plug and play بصورت ذاتی در خود سیستم عامل نصب میشه و بعضی ها را ما باید نصب کنیم .

در اغلب موارد ، هم این طوره که نرم افزارها برای ارتباط با سخت افزار مورد نظر (از رم گرفته و ...) ، توسط یه برنامه یا قطعه کدِ میانی ، به سیستم عامل درخواست میدن و سیستم عامل براشون توسط درایوری که از اون شرکت سازنده روی خودش نصب هست ، دستورات را برای اجرا بهش منتقل میکنه .
اون قطعه کد میانی ، میتونه توابع و api های خود سیستم عامل باشه یا api ثالث (مثل open gl و directx و ... که رابطی برای ارتباط با کارت گرافیک برای برنامه ها هستند) .

یعنی در اغلب موارد ، برنامه ها مستقیما با درایورها برای ارتباط با سخت افزارهاشون در تماس نیستن . مخصوصا اگه سخت افزارهای پایه مثل cpu و رم باشه .
اما در گاهی از موارد اون هم برای کارت گرافیک ، اون هم در بعضی از نرم افزارها شایع هست که مستقیما با درایور کارت گرافیک کار میکنن (مثل افترکت و بعضی از پلاگین هاش و ...) . که حالا داستان های خودش را داره .

برای مثال گیم های خوب بهینه شده از تمام توان قطعات تا جایی که نیاز دارن استفاده میکنن تا بیشترین کارایی رو بدن (مشخصا اینکه چقدر سخت افزارها هم مچ باشن از نظر کارایی با هم و دچار مشکل گلوگاه نشن هم مهمه.

بهینه شدن ، به این معنی نیست که هر مقدار منابع سخت افزاری بود ، اون بازی یا برنامه باید 100 درصدش را پر کنه وگرنه بهینه نیست .

همونطور که توضیح دادم ، برنامه ها در هر لحظه ، فقط یک تعداد خاصی از منابع را استفاده میکنن که در استفاده از منابع ، محدود هستند . البته بجز بحث رندر و کلا کارهایی از این قبیل که محدودیت ندارند (که این نوع کارها هم بسیار کم هست) .

برای نمونه میتونید تست شخصی هم کنید . یه سیستم بدون محدودیت منابع سخت افزاری تهیه یا تست کنید . یه سیستم مثلا با رم 64 گیگ (یا 128 گیگ) ، پردازنده ی i9 نسل جدید و بازی های غیر استراتژیک را مخصوصا در ریزولیشن و تنظیمات بالا تست کنید و نموداری که در طول زمان از این منابع استفاده کرد را بررسی کنید ببینید چطوره .

کلا سازنده ی برنامه ها سعی میکنند که طوری طراحی اش کنند که کمترین منابع (مخصوصا رم ، cpu و ...) را استفاده کنند .

اما مثلا گیم هایی بودن که با وجود در اختیار داشتن پردازنده و رم و گرافیک بیشتر از نیازشون و اینکه خود بازی ها هم محدودیت فریم ریت نداشتن (مثل الدن رینگ که روی 60 قفل هست) و تا هرچقدر بشه بالا میتونن فریم ریت بدن.

اما توی مقدار مثلا 90 فریم یا 100 میموند (تمام تنظیمات هم سخت افزاری هم مربوط به کنترل پنل گرافیک هم بازی هم مانیتور درست ست شده بودن و توی بازی های به مراتب سنگین تر فریم ریت خیلی بیشتری میشد گرفت
و مقدار استفاده اش از پردازنده و رم و گرافیک اصلا به 100 درصد حتی میشه گفت نزدیک هم نمیشد.

اینکه چرا به 100 درصد نزدیک نمیشد ، باید نمودار استفاده از منابع سخت افزاری توسط بازی و همچنین تنظیمات بازی و سیستم عامل را بررسی کنید . همچنین به روز بودن سیستم عامل و درایور ها .
نوع بازی و نسخه ی بازی هم مهم هست .

اگر همه ی این موارد (و مواردی که شاید فعلا به ذهنم نرسه) درست بود ، بخاطر طراحی بازی ممکنه باشه .
یعنی در بازی ها ، اول cpu یک فریم ای را تولید میکنه . بعد برای پردازش به گرافیک برای رندر میفرسته .

چون استفاده از هسته های cpu محدود هست ، مخصوصا در بازی ها سنگین ای که نیاز به پردازش منطقی و cpu ی سنگین تری دارند ، یعنی محاسبات فیزیک یا تکسچر و این موارد سنگین باشه ، نیاز به عملکرد تک هسته ای سریعتری دارند تا فریم ، سریعتر تولید بشه تا دیر به دست گرافیک برای رندر نرسه اما چون عملکرد تک هسته ای ، خیلی نمیتونه فرق کنه (اختلاف تک هسته ای پردازنده ها ، خیلی نیستند) ، بنابراین فریم ریت محدود میشه (در واقع همون گلوگاه میشه) . کما اینکه توی همه ی بازی ها هم تقریبا همینطوره . حالا محاسبات یک بازی ، سنگین تر هست و روی 80 تا 90 فریم میمونه و یکی از 150 فریم بیشتر نمیره و یکی هم از فرضا 300 فریم (که یک عاملش همینه) .

این در حالیه که روی سیستم با هر کدوم از قطعات یک رده پایین تر به فریم ریت بالاتری مثل 140-150 میرسید.
و باز روی یک رده پایین تر حتی تا 200! و مقدار سی پی لود و گرافیکش روی 100 درصد میبود.
حواسمم بود که روی مدل بالارده مثلا فرکانس تک هسته و چند هسته هم بالا باشه (تازه خیلی بالاتر از اون یکی ها، برای مثال سیستم های اند تمام هسته ها 5 گیگاهرتز و سیستم مدل پایین تر تک هسته 4.6 و باقی 4.2 و سومی تک 4.4 و باقی 3.6

متوجه نشدم .
یعنی همه ی قطعات سخت افزارتون بهتر و هم نسلِ اون یکی سخت افزارتون بوده و بازی و سیستم عامل و درایورهاتون هم به روز بوده اما در همه ی شرایط مساوی ، نتیجه ی عکس گرفتید؟
یکی از دلایل این مورد مثلا ممکنه بخاطر اختلاف مولفه هایی مثل texture rate و pixel rate و ... باشه که ولو ممکنه در مدل بالاتر ، بیشتر و سریعتر نباشن .
همچنین مدل های مختلف از مثلا amd و nvidia هم حتی در مدل های بالا هم ممکنه این طور باشه که یک عاملش بخاطر طراحی متفاوت و همچنین درایورهای متفاوت شون باشه .

اما در کل نیاز به جزئیات و نمودار نتایج تون هست .

مقدار کشش هم بیشتر از مدلهای پایین تر بود (چون کش پردازنده تاثیر زیادی توی کارایی توی گیم داره، برای همین پردازنده های ای ام دی اکس تری دی با کش سه بعدی معرفی شدن و حتی مدل های ضعیف تر اما با داشتن کش خیلی زیاد اندازه پرچمدار با کش پایین تر کارایی توی تولید اف پی اس برابری میکردن.

برابری میکردن یا اینکه (با وجود سخت افزار بهتر) ، فریم ریت پایین تری داشت؟
این دو با هم متفاوت هستند .

کلا نیاز به آمار دقیق از جزئی ترین موارد داره . از اطلاعات دقیق سخت افزاری و نرم افزاری و نسخه های درایور و سیستم عامل و بازی گرفته ، تا نمودار مصرف منابع در بازی ها در بازه ی زمانی ای که بازی انجام گرفت و ... .

یا تو گرافیک ها سیستم گرون تر گرافیک سری 30 بالارده، دومی سری 20 و سومی سری 10 داشت که همه از دایرکت اکس 12 هم پشتیبانی میکنن (خود بازی اما با دایرکت اکس 9 هست هر چند که قدیمی نیست و بازی روز هست)
در کل ولی همچین چیزی اونم نه توی صرفا یک مورد بلکه چندین مورد برای من عجیب بود. چون هیچ دلیلی برای اینکه هر چی سخت افزار قوی تر میشد فریم ریت پایین تر میومد (با سیستم عامل و سایر چیزها مثل مانیتور یکسان 240 هرتز 2ک 10 بیت جی سینک (چه با اچ دی آر چه بدون اون)
یعنی برای شبیه سازی دقیق تر تفاوت تا جای ممکن تمام سایر قطعات رو حتی یکسان میذاشتم (با مقدار و مدل رم یکسان روی هر سه پلتفرم هم تست کردم تا تعویض گرافیک روی سیستم ها)
با اینحال با اینکه توی اکثر گیم ها و نرم افزارها کاراییشون طبق چیزی که انتظار میره یعنی سخت افزار بهتر کارایی بیشتر، توی بعضی ها کاملا متفاوت میبود و حتی برعکس میشد.

directx 9 ، چه بازی ای تحت اش هست که جدید باشه برای مشاهده این لینک/عکس می بایست عضو شوید ! برای عضویت اینجا کلیک کنید
یکی از عوامل این اختلاف و کاهش کارایی در نسل جدید ، استفاده از بازی های قدیمی میتونه باشه .

خواستم بگم خودمم به این داستان برخوردم که با رم سریعتر و حتی مقدار بیشتر مقدار استفاده هم بیشتر شده توی بعضی چیزا (در حالیکه شاید توقع میرفته با رم کمتر باز سعی کنه نهایت استفاده رو ببره) مثلا اگه با رم 8 صد درصد مصرف داشت با رم 16 میشد 80 درصد (توی یک کار یکسان) مشخصا یعنی رم کم میومده. اما وقتی با رم 8 مثلا 80 درصد باشه لود اما با رم 16 بشه 100 درصد یه مقدار عجیب میشه. (از لحاظ فهم سخت افزاری)

رم ، تنها چیزی هست که بخاطر وجود page file در سیستم عامل ، طراحی اش متفاوت هست .
اگه رم 8 گیگ دارین و page file فعال باشه و مثلا 12 گیگ رم نیاز داشته باشه ، این طور نیست که سیستم عامل بگه 8 گیگ رو از رم بگیره و 4 گیگ دیگه را از هارد که بشه 12 گیگ .
بلکه حدودا میشه گفت که درصدی عمل میکنه . یعنی بصورت پیش فرض فرضا 500 مگ از page file را استفاده میکنه ، حالا که میزان رم از فرضا 50 درصد بیشتر بشه ، میزان استفاده از page file را هم به شدتِ خیلی بیشتر از قبل ، افزایش میده . هر چی درصد استفاده از رم بالاتر بره ، باز بر شدتش افزوده میشه .

مثلا وقتی 3 گیگ از 8 گیگ از رم که استفاده میشه ، از 500 مگ از page file استفاده کنه ، وقتی از 5 گیگ از رم استفاده کنه ، این میزان فرضا به 8 گیگ میرسه و وقتی به 6 گیگ میرسه ممکنه page file ، فرضا از بیست گیگ هم رد کنه .
اینها مثال و فرضیات بود برای درک بهتر . اینکه چقدر در واقع استفاده میشه ، کاملا بستگی به نیاز اون برنامه و تشخیص موارد داده های با ضرورت کمتر توسط سیستم عامل داره .

باید این جاها نگاه کرد به بخش نرم افزاریش ، یعنی توی کدنویسیش الگوریتمش ، میزان بهینه سازیش (حتی زبان برنامه نویسی که باهاش شده ، برای مثال نحوه استفاده از سخت افزار برنامه های نوشته با زبان جاوا با زبان های سی و ویژوال بیسیک کلا فرق میکنه.)

بله .
زبان c و c++ ، قابلیت های سطح پایین بهتری دارند و برای کار کردنِ مستقیم با درایورها ، خیلی بهتر از زبان های دیگه هستند . همچنین زبان های سریعتری نسبت به بقیه هستند .

اما از اونجایی که کار کردن مستقیم با درایورها و همچنین مدیریت آزادسازی منابع رم در این دو زبان با برنامه نویس هست ، کار را برای برنامه نویس ها سخت تر و کدنویسی را بیشتر و طولانی تر میکنه ، در خیلی از موارد ، زبان های دیگه هم مورد استفاده قرار میگیره .

البته باید اضافه کرد اگه برای سخت افزار یکسانی قرار باشه نرم افزاری تولید بشه قضیه خیلی راحت تر میشه، چون پلتفرم و منابع سخت افزاری همه مشخص و ثابت هستن و میشه بیشترین حالت بهینه سازی رو براش انجام داد.

منظورتون را از سخت افزارهای یکسان متوجه نشدم .
اگه منظورتون ایجاد نرم افزار برای سخت افزار خاص هست ، اتفاقا این کار را وابسته به اون سخت افزار و معمولا هم جزء کارهای پیچده میکنه .

فرض کنید که یک نرم افزار فقط برای کارت گرافیک انویدیا و درایور اون نوشته شده باشه .
اولا وابسته به اون میشه . یعنی سیستمی که میخواد با اون نرم افزار کار کنه ، باید اون نسخه از درایور انویدیا را داشته باشه . و درایور هم که بدون سخت افزار کار نمیکنه . یعنی برای استفاده از اون نرم افزار ، باید و حتما اون مدل از انویدیا را داشت (یا فرضا برای استفاده ی بهینه ترش) .

و چون اون برنامه مستقیما داره با درایور انویدیا کار میکنه ، پیچیدگی کدنویسی اون برنامه را بسیار بالاتر نسبت به زمانی میبره که توسط یک api و واسط ای مثل directx بخواد با کارت گرافیک ارتباط برقرار کنه .
اما خوب مزیت هاش اینه که ممکنه توابع و قابلیتی در یک درایور باشه که در اون api (مثل directx) نباشه (که این موارد ، شایع هست) و به همین دلیل اون برنامه نیاز به ارتباط برقرار کردن مستقیم با اون درایور و یا اون نسخه از درایور داشته باشه تا از قابلیت خاص از گرافیک و سخت افزار استفاده کنه .
همچنین سرعت اجرای کد را هم بالاتر میبره .

اما دیگه نمیتونه با همون کد ، با گرافیک های دیگه ارتباط برقرار کنه . یعنی مثلا برای اینکه همون عملیات را در کارت amd انجام بده ، مجددا از اول باید کدهای مربوط به اون را این بار برای درایور amd بنویسه و ... .

یکی از دلایل اینکه کنسول های بازی میتونن با سخت افزار بسیار ضعیف تر کارایی مشابه سیستم های کامپیوتری قوی تر بدن همین بهینه سازی شدن زیاد هست (هر چند تا قبل اینکه تولید کننده های کنسول بیان سمت استفاده از سخت افزارهای مشابه کامیپوترهای عادی یعنی برا اساس معماری x86 میشد این تفاوت رو بیشتر قابل قبول دونست، چون کلا از معماری های کاملا متفاوتی بهره میبردن (که بعضا ضرر هایی هم میزد برای مثال نینتندو 64 به دلیل معرفی زودهنگام پردازنده 64 بیتی تو دهه نود و همچنین استفاده از کارتریج به جای دیسک نوری کار ساخت گیم رو برای بازی سازها خیلی پیچیده کرد و یکی از دلایل شکستش از سونی بود، در حالیکه سونی اولین تجربه کنسولش رو داشت ولی نینتندو بسیار با تجربه تر بود. یا توی پلی استین 3 هم به دلیل استفاده از پردازنده چند هسته ای عجیب محصول مشترک چند شرکت از جمله سونی و آی بی ام با معماری متفاوت باز کار کد نویسی و ساخت گیم رو پیچیده کرده بود برای سازنده ها، خوشبختانه اما بعد از اون دیگه دو کنسول اصلی سونی و مایکروسافت سراع همون معماری اکس 86 رفتن و الان سخت افزارهاشون مشابه سیستم های معمولی هست (حتی امکان خرید سیستمشون برای سیستم عادی هم هست (هرچند که باید گرافیکشون غیر فعال شده باشه وگرنه اجازه ندارن، برای همین شما بردهایی رو میتونید پیدا کنید با همون پردازنده و رم های لحیم شده سریع جی دی دی آر 5 (که تازه اون موقع حتی رم های دی دی آر 5 برای پی سی اصلا معرفی نشده بود، جی دی دی آر هم که مختص گرافیک بوده همیشه) که البته مشخصا اسلات اکس 16 جدا تعبیه شده چون گرافیکش که غیر فعال هست باید از کارت استفاده کرد. با اینحال کنسول های جدید بدون داشتن کارت گرافیک جدا و با همون مدل مجتمع بازی هایی رو اجرا میکنن توی فریم ریتی که بعضی سیستم ها با کارت گرافیک جدا و پردازنده سریعتر نمیتونن.)

هر سازنده ای سعی میکنه بهترین بهینه سازی را در زمان انتشارش بده .
اینکه سرعت بالاتر در اثر چه مواردی هست ، باید صرفا کدها مشخص بشن تا تصمیم بشه گرفت .
مثلا ممکنه تعداد کاراکترهای این بازی های ویندوز و کنسول های بازی که میگید ، یا فیزیک شون یا کلا محاسبات و منطق شون (مثلا تعداد نقاط در هر شی در بازی که اون شکل را تشکیل میده که الان اسمش را فراموش کردم که چی بهش میگن) فرق کنه که باعث سرعت کمتر بشه .

اما اگه شما اون نقاط را برای یک شی ، از یک حدی بالاتر ببرید (مثلا 1 میلیون نقطه ای که یک شی از یک آدم را تشکیل میده را به 2 میلیون برسونید) ، ممکنه هیچ فرقی در نظرتون نکنه اما از نظر پردازش ، کاملا متفاوت هست و در این مورد ، دقیقا 2 برابر پردازش بیشتری میطلبه .

کلا جزئیات و مسائل نرم افزاری خیلی جزئیات زیادی داره و باید با علت و دقیق بهش پرداخت .