MMU和TLB

1. MMU是硬件。

2. TLB:Translate lookside buffer, 是MMU的一部分,也是硬件。

3. TLB 里面存放的是页表的缓存。页表本来是放在内存里的。但是对于常用的或刚刚用到的页,会被放进TLB暂存, 这样MMU拿到虚拟地址,可以直接在TLB里匹配到物理地址,不用去访问内存里的页表,速度快。

4. 其实TLB也就是一些寄存器,比如32个等,每个TLB寄存器里面存放一个内存页面信息(page),包含:有效位,虚页面号,修改位,保护码,和页面所在的物理页面号。它们和页面表中的表项一一对应。

5. 当一个虚地址被送到MMU翻译时,硬件首先把它和TLB中的所有条目同时(并行地)进行比较,如果它的虚页号在TLB中,并且访问没有违反保护位,它的页面会直接从TLB中取出而不去访问页表,如虚页面号在TLB但当前指令试图写一个只读的页面,这时将产生一个缺页异常,与直接访问页表时相同。如MMU发现在TLB中没有命中,它将随即进行一次常规的页表查找,然后从TLB中淘汰一个条目并把它替换为刚刚找到的页表项。因此如果这个页面很快再被用到的话,第二次访问时它就能在TLB中直接找到。在一个TLB 条目被淘汰时,被修改的位被复制回在内存中的页表项,其它的值则已经在那里了。当TLB从页表装入时,所有的域都从内存中取得。必须明确在分页机制中,TLB中的数据和页表中的数据的相关性,不是由处理器进行维护,而是必须由操作系统来维护,高速缓存的刷新是通过装入处理器(80386)中的寄存器CR3来完成的。(见刷新机制flush_tlb())这里要还提到命中率,即一个页面在TLB中找到的概率。一般来说TLB的尺寸大可增加命中率,但会增加成本和软件的管理。所以一般都采用8--64个条目的数量。假如命中率是0.85,访问内存时间是120纳秒,访TLB时间是15纳秒。那么访问时间是:0.85*(15)+(1-0.85)*(15+120)=136.35纳秒。

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