今天来学习一下TLB的一些细节

TLB简介

TLB（Translation Lookaside Buffer，转换后援缓冲器），是一个硬件单元，它用于保存每个进程虚拟地址到物理地址的映射，这里做的对进程的区分大概是使用 CR3 区分的，这个点看很多文章都没有提到，但是仅仅保存线性地址到物理地址的映射是必然不够的，因为不同的进程的同一线性地址不一定对应相同的物理页，但是猜测大概是这样的。

TLB 做了指令和数据的区分，ITLB专门存放指令页（可执行页），DTLB专门存放数据页（不可执行）

而根据大页与小页的区别，又可分为大页 TLB 和小页 TLB。将线性地址右移一定位数（页内偏移的位数，小页12，2-9-9-12大页为 21，10-10-12 大页为 22）

这里就可以分为四种了。

  1. 第一组：缓存一般页表（4K字节页面）的指令页表缓存（Instruction-TLB）；
  2. 第二组：缓存一般页表（4K字节页面）的数据页表缓存（Data-TLB）；
  3. 第三组：缓存大尺寸页表（2M/4M字节页面）的指令页表缓存（Instruction-TLB）；
  4. 第四组：缓存大尺寸页表（2M/4M字节页面）的数据页表缓存（Data-TLB）

TLB 的结构可以视为一张表格

虚拟页帧 物理页帧 属性 命中次数
0x1234 0x1010 r-x 5
0x1111 0x1000 r-x 3

上表为例，假设是 ITLB，小页，那么这里有两个条目，分别是：

  • 线性地址 0x1234000 对应了物理地址 0x1010000。
  • 线性地址 0x111000 对应了物理地址 0x1000000。

这里的属性不一定只有读写属性，可能还有一系列的其它属性。

这里有以下注意的点

  1. 不同的CPU，TLB大小不同。
  2. 只要 CR3 发生变化，TLB立即刷新，一核一套TLB。
  3. G位只对大页 PDE 和 PTE 有效，当 G 位为 1 时，刷新 TLB 将不会刷新 PTE。
  4. G位为1的页，当TLB写满时，根据命中次数的字段计算访问频率，将最近一段时间内未被访问的条目驱逐。

TLB探测

其实很简单，尝试分配两个页，一个写 a，一个写 b，先将 a 的物理页挂到 0 地址，读取；再将 b 的物理页挂到 0 地址，再次读取，如果读取得到的值一样，就证明了缓存是存在的。

参考文献