TLB 未命中与缓存未命中？答案

【问题标题】：TLB misses vs cache misses?TLB 未命中与缓存未命中？
【发布时间】：2012-05-13 20:22:23
【问题描述】：

有人能解释一下 TLB（翻译后备缓冲区）未命中和缓存未命中之间的区别吗？

我相信我发现 TLB 指的是某种虚拟内存地址，但我并不太清楚这实际上意味着什么？

我了解当内存块（缓存行的大小）加载到（L3？）缓存中并且当前缓存行中未保存所需地址时会导致缓存未命中 - 这是缓存未命中。

【问题讨论】：

【解决方案1】：

嗯，当今所有的现代操作系统都使用一种称为虚拟内存的东西。 CPU生成的每个地址都是虚拟的。存在将这种虚拟地址映射到物理地址的页表。而 TLB 只是页表条目的缓存。

另一方面，L1、L2、L3 缓存缓存主存内容。

当 CPU 请求的虚拟地址的 virtual memory address => physical memory address 映射不在 TLB 中时，会发生 TLB 未命中。然后必须将该条目从页表中提取到 TLB 中。

当 CPU 需要不在缓存中的内容时，就会发生缓存未命中。然后在主存储器 (RAM) 中查找数据。如果不存在，则必须从辅助内存（硬盘）中获取数据。

【讨论】：

虚拟内存地址的用途是什么，它实际上指的是什么，仍然是主内存（RAM）？
嗯，早期的 32 位 CPU 用于生成 32 位地址 ~4GB 的可寻址内存。但 RAM 量通常小于 4GB。现在，如果您有 1GB RAM，则无法运行需要超过 1GB 可寻址内存的程序。那么为什么不让程序相信你有 4GB 内存呢？只有一小部分程序数据位于 RAM 中，其余的位于硬盘驱动器中。这就是虚拟内存的作用。您可以在Wikipedia article 中阅读所有相关信息。当前的 64 位 CPU 也使用虚拟内存。现在只有虚拟地址长度为 48 位。
页表和 TLB 是否也为缓存存储映射？还是只是主内存？
同样，页表驻留在 RAM 中，因此可以被缓存。因此，TLB 未命中也可以访问缓存

【解决方案2】：

在PC中加载第一条指令地址（即虚拟地址）后的以下序列使TLB未命中和缓存未命中的概念非常清晰。

第一条指令 • 访问第一条指令

【讨论】：

【解决方案3】：

提到了这两个过程的方式。就性能而言，缓存未命中不一定会使 CPU 停顿。使用算法预取技术可以容忍少量缓存未命中。然而，TLB 未命中会导致 CPU 停顿，直到 TLB 已用新地址更新。换句话说，预取可以屏蔽缓存未命中，但不能屏蔽 TLB 未命中。

【讨论】：

严格来说这不是真的。对于乱序执行和硬件页表遍历（x86、ARM、某些 MIPS 第 5 版等），TLB 未命中可能不会立即停止处理器。此外，学术论文提出了 TLB 的硬件预取。处理器也可以使用普通的内存预取指令预取 TLB 条目。