虚拟索引物理标记缓存同义词

Question

我无法完全掌握 VIPT 缓存中同义词或别名的概念。

考虑地址拆分为：-

在这里，假设我们有 2 个具有不同 VA 的页面映射到相同的物理地址（或帧号）。

VA 的 pageno 部分（第 13-39 位）是不同的，它们被转换为 PA 的 PFN（第 12-35 位），并且两者的 PFN 保持相同VA 映射到相同的物理帧。

现在两个 VA 的 pageoffset 部分（位 0-13）与他们想要从特定帧访问的数据相同。

由于两个 VA 的 pageoffset 部分相同，位 (5-13) 也将相同，因此 index 或 set no 相同，因此存在应该无别名，因为只有单个集合或索引号映射到物理帧号。

如图所示，第 12 位如何负责混叠？我无法理解。

如果有人可以在地址的帮助下举个例子，那就太好了。

谢谢。

Answer 1

页偏移是位 0-11，而不是 0-13。看看你的底部图：页面偏移量是低 12 位，所以你有 4k 个页面（如 x86 和其他常见架构）。

如果任何索引位来自页面偏移量以上，VIPT 不再是behaves like a PIPT with free translation for the index bits。这里就是这样。

一个进程可以将相同的物理页面（帧）映射到 2 个不同的虚拟页面。

您声称​​不同的 VA 的 pageno 部分（第 13-39 位）被转换为 PA 的 PFN（第 12-35 位）并且两个 VA 的 PFN 保持相同完全虚假。翻译可以更改第 12 位。 所以其中一个索引位确实是虚拟的，而不是物理的，因此同一物理行的两个条目可以放在不同的集合中。

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我认为我的主要困惑是关于页面偏移范围。 PA和VA是否相同（即0-11）还是VA为0-12而PA为0-11？它们会永远一样吗？

PA 和 VA 始终相同。页面偏移量未标记在图表的 VA 部分，仅标记用作索引的位范围。

它没有任何不同是没有意义的：虚拟和物理内存都是字节可寻址（或字可寻址）的。当然，页框（物理页）与虚拟页的大小相同。在从虚拟到物理的转换过程中，左右移动地址是没有意义的。

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如 cmets 中所述：

我最终找到了http://www.cse.unsw.edu.au/~cs9242/02/lectures/03-cache/node8.html（包括问题中的图表！）。它说的是同一件事：物理标记确实解决了缓存同音异义问题，作为上下文切换刷新的替代方案。

但不是同义词问题。为此，您可以让操作系统确保每个 VA 的第 12 位 = 每个 PA 的第 12 位。 这称为页面着色。

页面着色也可以解决同音异义问题，而硬件不会重叠标记位，因为它会在物理地址和虚拟地址之间多提供 1 个位。物理 idx = virt idx。 （但是如果硬件想要依赖这个不变量，那么它就会依赖于软件是正确的。）

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标签与索引重叠的另一个原因是在驱逐期间写回：

外部缓存几乎总是 PIPT，而内存本身显然需要物理地址。因此，当您将行发送到内存层次结构时，您需要该行的物理地址。

回写式缓存需要能够在 TLB 检查存储完成后很长时间才能驱逐脏行（将它们发送到 L2 或物理 RAM）。与负载不同，除非您将 TLB 结果存储在某个地方，否则您仍然不会让 TLB 结果四处浮动。 How does the VIPT to PIPT conversion work on L1->L2 eviction

让标签包含页面偏移之上的所有物理地址位解决了这个问题：给定页面偏移索引位和标签，您可以构建完整的物理地址。

（另一种解决方案是直写式缓存，因此您确实始终拥有来自 TLB 的物理地址以与数据一起发送，即使它无法从缓存标签+索引中重建。或者对于只读缓存，例如指令缓存，没有回写；驱逐=丢弃。）