架构式 TLB 与架构式页表答案

【问题标题】：Architected TLB vs. Architected Page Table架构式 TLB 与架构式页表
【发布时间】：2012-08-29 03:41:10
【问题描述】：

架构式 TLB 和架构式页表有什么区别？

【问题讨论】：

标签： memory-management paging computer-architecture tlb

【解决方案1】：

TLB 是一种硬件结构，与缓存或寄存器文件不同。它位于处理器内部。 page table 是主内存中的一个结构。 Wikipedia 将架构 TLB 称为“软件管理的 TLB”，将架构页表称为“硬件管理的 TLB”。

架构上的区别只对虚拟内存的实现很重要。在架构 TLB 的情况下，操作系统必须直接操作 TLB。由于 TLB 的容量是有限的，操作系统可能会有一个类似于每个进程的页表的内部结构。架构 TLB 的一个缺点是通过软件引入新条目的成本很高。另一个是 TLB 条目的数量在不同的处理器代中是固定的。这种方法的一个例子是MIPS。

具有架构页表的处理器也可能具有 TLB。但它对只看到页表的软件是透明的。这使得 TLB 重新填充更便宜，并允许为每一代处理器使用不同的 TLB（例如更大的、多级的）。缺点是额外的复杂性，因为处理器必须透明地检测页表的更新，并且需要逻辑来执行页表遍历。这种方法的一个例子是x86。

【讨论】：

软件加载的 TLB 不一定需要固定数量的 TLB 条目。显然，可以牺牲系统级别的兼容性；但也可以通过软件页表搜索来选择硬件受害者。（诚然，这消除了软件管理的 TLB 的优势之一。）顺便说一下，最近的 MIPS 5 版现在支持/允许硬件管理的 TLB。此外，Itanium 为两种类型的页表提供硬件 TLB 加载加速。此外，大多数硬件管理的 TLB 不连贯，因此软件必须显式地使条目无效
... 在内存中发生了变化；同样，当一个 ASID 被重用时，匹配的条目必须失效。（安腾在架构上还允许硬件 TLB 加载任意失败，因此需要软件处理程序。）