tlb

什么是tlb

• cache是对内存数据的缓存；
• tlb是对mmu地址转换结果的缓存；

tlb基础知识

• tlb entry主要包含：vpn->pfn,一些属性
• 采用组相连；
• tlb也分l1 tlb，l2 tlb；
  • l1 tlb分指令tlb和数据tlb；
  • l2 tlb是统一的tlb；

tlb重名同名问题；

tlb只能使用VIVT；

重名：

重名同一个物理地址映射到了不同的虚拟地址；
但是由于tlb存放的是vpn和pfn的转化关系，所以就算在不同的tlb，都存放的是相同的结果；
所以不存在重名问题；

同名：

就是同一个虚拟地址映射到了不同的物理地址；存在同名问题；
解决办法就是：进程切换时，使旧进程遗留下来的tlb失效；
但是这种方法性能不太好，增加ASID区分；

ASID

问题背景

TLB分为两种：
第一种：全局tlb，内核空间是进程共享的地址空间，物理地址与虚拟地址都是一一对应的，相当于操作系统保证了不会存在同名和重名问题；
第二种：局部tlb，针对于用户空间，每个用户空间都有自己的一套页表；存在同名问题；

解决局部TLB的同名问题

arm体系架构提供了一种硬件方案，叫做进程地址空间，在原来以虚拟地址为判断条件的基础上，给tlb命中的查询标准加上了ASID

硬件实现：

• ASID存储在TTBR0_EL1或者TTBR_EL1中，通过TCR的AI域来设置和选择其中一个TTBR来存储ASID；
• tlb中也增加ASID域；
• 进行查询时，增加TTBR中和tlb中的ASID匹配；

软件实现

• ASID是怎么产生的呢？这是操作相同分配的；但注意这并不等同于进程PID；
• Linux中的具体管理如下：ASID有8位宽，和16位宽；以8为宽来说，最多支持256个id，操作系统使用256位的位图来进行对其管理；当ASID分配完之后，那么操作系统需要冲刷TLB，并且重新分配ASID；
• 操作系统需要将ASID写入TTBR中；

具体判断过程：

第一步：通过虚拟地址（tag，index）找到对应的TLB entry；
第二步：TLB中的ASID和ttbr中的ASID进行对比；若匹配则命中；（所以进程切换时要更新ttbr中的asid）（TLB中的ASID怎么更新的呢？）

在页表项中，有一位和TLB相关，就是nG位；

• 当ng位为1时，这个页表对应的tlb是进程独有的，需要ASID来识别；
• 当ng位位0时，这个页表对应的tlb项是全局的，所以不需要ASID来识别；

tlb管理指令:TLBI

• 使所有的tlb表项失效；
• 使ASID对应的某一个tlb项失效；
• 使ASID对应的所有TLB失效；
• 使虚拟地址对应的所有TLB失效；