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TLB和MMU的区别

MMU是Memory Management Unit的缩写,中文名是内存管理单元,它是中央处理器(CPU)中用来管理虚拟存储器、物理存储器的控制线路,同时也负责虚拟地址映射为物理地址,以及提供硬件机制的内存访问授权,多用户多进程操作系统。
TLB(Translation Lookaside Buffer)传输后备缓冲器是一个内存管理单元用于改进虚拟地址到物理地址转换速度的缓存。TLB是一个小的,虚拟寻址的缓存,其中每一行都保存着一个由单个PTE组成的块。如果没有TLB,则每次取数据都需要两次访问内存,即查页表获得物理地址和取数据。

 

多进程间频繁切换对TLB有什么影响?现代的处理器是如何面对这个问题的?

 在现代处理器中,软件使用虚拟地址访问内存,而处理器的MMU单元负责把虚拟地址转换成物理地址,为了完成这个映射过程,软件和硬件共同来维护一个多级映射的页表。当处理器发现页表中无法映射到对应的物理地址时,会触发一个缺页异常,挂起出错的进程,操作系统软件需要处理这个缺页异常。我们之前有提到过二级页表的查询过程,为了完成虚拟地址到物理地址的转换,查询页表需要两次访问内存,即一级页表和二级页表都是存放在内存中的。 

TLB( Translation Look- aside buffer)专门用于缓存内存中的页表项,一般在MMU单元内部。TLB是一个很小的 cache,TLB表项( TLB entry)数量比较少,每个TLB表项包含一个页面的相关信息,例如有效位、虚拟页号、修改位、物理页帧号等。当处理器要访问一个虚拟地址时,首先会在TLB中查询。如果TLB表项中没有相应的表项,称为TLB Miss,那么就需要访问页表来计算出相应的物理地址。如果TLB表项中有相应的表项,那么直接从TLB表项中获取物理地址,称为TLB命中。
TLB内部存放的基本单位是TLB表项,TLB容量越大,所能存放的TLB表项就越多,TLB命中率就越高,但是TLB的容量是有限的。目前 Linux内核默认采用4KB大小的小页面,如果一个程序使用512个小页面,即2MB大小,那么至少需要512个TLB表项才能保证不会出现 TLB Miss的情况。但是如果使用2MB大小的大页,那么只需要一个TLB表项就可以保证不会出现 TLB Miss的情况。对于消耗内存以GB为单位的大型应用程序,还可以使用以1GB为单位的大页,从而减少 TLB Miss的情况。

 

posted @ 2017-11-02 11:41 yooooooo 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏