具有快表的地址变换机构以及两级页表的存储结构

Posted 2022-12-28 bfhonor

一、具有快表的地址变换机构

（一）什么是快表（TLB）

• 快表，又称联想寄存器（TLB， translation lookaside buffer ），是一种访问速度比内存快很多的高速缓存（ TLB不是内存！ ），用来存放最近访问的页表项的副本，可以加速地址变换的速度。
• 与此对应，内存中的页表常称为慢表。
  
  

（二）引入快表后，地址的变换过程

• ① CPU给出逻辑地址，由某个硬件算得页号、页内偏移量，将页号与快表中的所有页号进行比较。
• ② 如果找到匹配的页号，说明要访问的页表项在快表中有副本，则直接从中取出该页对应的内存块号，再将内存块号与页内偏移量拼接形成物理地址，最后，访问该物理地址对应的内存单元。因此，若快表命中，则访问某个逻辑地址仅需一次访存即可。
• ③ 如果没有找到匹配的页号，则需要访问内存中的页表，找到对应页表项，得到页面存放的内存块号，再将内存块号与页内偏移量拼接形成物理地址，最后，访问该物理地址对应的内存单元。因此，若快表未命中，则访问某个逻辑地址需要两次访存（注意：在找到页表项后，应同时将其存入快表，以便后面可能的再次访问。但若快表已满，则必须按照一定的算法对旧的页表项进行替换）
• 由于查询快表的速度比查询页表的速度快很多，因此只要快表命中，就可以节省很多时间。因为局部性原理，一般来说快表的命中率可以达到 90% 以上。
  

（三）局部性原理

• TLB 和 普通 Cache 的区别——TLB 中只有页表项的副本，而普通 Cache 中可能会有其他各种数据的副本

二、两级页表

（一）单级页表存在的问题

• 根据局部性原理可知，很多时候，进程在一段时间内只需要访问某几个页面就可以正常运行了。因此没有必要让整个页表都常驻内存。

（二）如何解决单级页表的问题？

• 问题一：页表必须连续存放，因此当页表很大时，需要占用很多个连续的页框。
  
• 把页表再分页并离散存储，然后再建立一张页表记录页表各个部分的存放位置，称为 页目录表，或称 外层页表，或称 顶层页表

1. 两级页表的原理、地址结构

2. 如何实现地址变换

（三）如何解决单级页表的问题？

• 问题二：没有必要让整个页表常驻内存，因为进程在一段时间内可能只需要访问某几个特定的页面。
  

1. 需要注意的几个细节