- PTBR : 页表基址寄存器,指向当前页表
- N = 2 ^ n : 虚拟内存大小
- M = 2 ^ m : 物理内存大小
- P = 2 ^ p : 页大小
- VA : 虚拟地址
- VPO : 虚拟页面偏移量(字节)
- VPN : 虚拟页号,(
VPN = TLBI + TLBT分割为两部分用来检索TLB缓存- TLBI : TLB 索引
- TLBT : TLB 标记
- PA : 物理地址(
PA = PPO + PPN用来访问物理内存,PA = CO + CI + CT用来检索高速缓存中是否缓存了对应的内存块)- PPO : 物理页面偏移量(字节),等于 VPO
- PPN : 物理页号
- CO : 高速缓存块内偏移量(字节)
- CI : 高速缓存索引
- CT : 高速缓存标记
通过VA访问内存的过程如下 :
从上图中可以看出: 每次通过VA访问内存都要查询一次 PTE,如果情况比较糟糕,恰好每次访问的PTE 都没有缓存在L1中,那就会多一次内存访问,这样的开销是很大的.因此MMU中集成了 TLB (翻译后备缓冲器),用来专门缓存PTE.
TLB 每个行都缓存了一个PTE.通过VA中 VPN 即 TLBI + TLBT 检索TLB.由于TLB较小,相联度一般都比较高,甚至可以全相联(TLBI位数为0) .
如果将 VPN 分为多个部分,每个部分都用来确定一级页表.可以实现多级页表的设计.这样可以节省部分空间,尤其是64位情况下.
Core i7 支持32/48/52/64 位虚拟地址空间.
L1 L2 L3 是物理寻址缓存.
TLB是虚拟寻址缓存.
下面是i7地址翻译情况(48位虚拟地址)
多级页表中的1-3级页表项格式
多级页表中的4级页表项格式
MMU翻译VA时,将 VPN 发送到TLB获取PPN,同时将 VPO发送到L1检索对应的缓存项目.L1被设计为8路相联,有64个组合64字节大小的缓存块,因此使用VPO前六位刚好作为 L1的 CI,当 PPN返回时,刚好使用PPN 作为 CT判断是否缓存.这样就可以节省了部分时间了.
进程任务信息 :task_struct 中维护了进程的PID PC等信息,以及 内存分配情况 mm_struct,这个结构中有两个关键的字段 : vm_area_struct 是一个链表,描述了当前虚拟地址的区域情况,而另一个指针 pgd 指向第一级页表.