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  • 快表和多级页表

    千次阅读 2020-09-20 17:19:20
    快表:为了解决虚拟地址到物理地址的转换速度,操作系统在页表方案基础上引入快表来加速虚拟地址到物理地址的转换。我们可以把快表理解成一种高速缓冲存储器(cache),其中的内容是页表的一部分或者全部内容。...

    页表管理机制中有两个非常重要的概念,快表和多级页表,在分页内存管理中,很重要的两点是:1. 虚拟地址到物理地址的转换要快。2. 解决虚拟地址空间大,页表也会有很大的问题。

    快表:为了解决虚拟地址到物理地址的转换速度,操作系统在页表方案基础上引入了快表来加速虚拟地址到物理地址的转换。我们可以把快表理解成一种高速缓冲存储器(cache),其中的内容是页表的一部分或者全部内容。作为页表的cache,它的作用与页表相似,但是为了提高了访问速率。由于采用页表做地址转换,读写内存数据时要访问两次主存,有了快表,有时只要访问一次高速缓存,一次主存,这样加速查找并提高了访问速率。使用快表之后的地址转换流程是这样的:1. 根据虚拟地址中的页号查快表;2. 如果该页在快表中,直接从快表中读取相应的物理地址;3. 如果该页不在快表中,访问内存中的页表,再从页表中得到相应的物理地址,同时将页表中的该映射项添加到快表中;4. 当快表填满后,又要登记新页时,就按照一定的淘汰策略淘汰其中一页。

    多级页表:引入多级页表的主要目的是为了避免把全部页表一直放在内存中占用过多空间,特别是那些根本不需要的页表不需要保留在内存中。

    总结:为了提高内存你的空间性能,提出了多级页表的概念,提升空间性能是以浪费时间性能为基础的,所以为了补充浪费的时间性能,提出了快表的概念。

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  • 快表

    千次阅读 2021-02-13 20:38:14
    二、引入快表后地址的变化过程 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(存放页号与页框号)在快表中有副本, 则...

    一、快表

    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化过程

    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(存放页号与页框号)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(页框号)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。

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  • 王道的说法 页式存储,2次: ...第一次:访问内存中的段查到页表的起始地址 第二次:访问内存中的页表找到页帧号,形成物理地址 第三次:得到物理地址后,再一次访问内存,存取指令或者数...

    王道的说法

    页式存储2次

    第一次,访问内存中的页表,利用逻辑地址中的页号查找到页帧号,与逻辑地址中的页内偏移拼接形成物理地址;

    第二次:得到物理地址后,再一次访问内存,存取指令或者数据。

    段式存储2次(同上)

    段页式存储3次

    第一次:访问内存中的段表查到页表的起始地址

    第二次:访问内存中的页表找到页帧号,形成物理地址

    第三次:得到物理地址后,再一次访问内存,存取指令或者数据

    多级页表若页表划分为N级,则需要访问内存N+1次。若系统有快表,则在快表命中时,只需访问1次内存即可

     

    引入快表

    因为把页表放在内存中,至少需要访问两次内存才能存取一条指令或者数据(一次得到物理地址地址,一次存取),比较慢;

    为此在地址变换机构中增设了一个具有并行查找能力的高速缓冲寄存器-快表(全局只有一个,不在内存中!!!)

    用来存放当前访问的若干页表项(比较小,只能存放部分页表项)

    • 若快表命中,则可直接得到页帧号,与页内偏移拼接成物理地址后访问内存,进行指令或者数据的存取。(只需访问一次内存)
    • 若快表不命中,则需去内存中访问页表,形成物理地址后,再一次访问内存进行指令或者数据的存取。(需要访问两次内存)

    注:1.读出页表项后,应将其存入快表,以便下次使用,快表已满则需用算法置换;

          2.有些处理机是先查快表,快表不命中再去查内存,有些则是快表和内存同时查找,快表

    命中就终止内存查找。

         3.在内存中查找页表时,对比页表项的状态位,看该页是否调入了内存,若没有调入内存则产生一个缺

    页中断,请求外存把该页调入内存。

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  • 浅谈快表

    千次阅读 2018-12-29 20:16:14
    访问快表比访问内存要快得多。

    一、快表是什么

    快表是一种高速缓冲存储器,是用来存放页表项。

    在没有快表的情况下,一个虚拟地址要转成一个物理地址至少需要两次访问物理内存,第一次是查询内存中的页表,第二次是访问物理页框。如果有暂存着目标页表项的快表,则通过快表访问页表会比在内存中访问页表快很多,有利于缩短从一个虚拟地址转换成一个物理地址的过程的时间。


    二、快表参与下的虚拟地址转换成物理地址的流程

    • 第一步,根据虚拟地址推算出目标页表项的索引,查询快表。
    • 若目标页表项在快表里,则结合虚拟地址的低若干位推算出最终物理地址。
    • 若目标页表项不在快表里,则访问内存中的目标页表项,结合虚拟地址的低若干位推算出最终物理地址,并把该页表项写进快表。
    • 当快表被写满又有新的页表项要写进来时,则按照一定的策略擦除快表中的一个旧页表项。

    三、快表与页表的映射方式

    那问题就来了,CPU 如何知道目标页表项在不在快表里?在的话,是快表里的第几项?这就涉及到页表项与快表项的映射关系了。

    页表项和快表项有三种映射方法,一是全相连,二是直接匹配,三是组相连。

    • 全相连:一个快表项可以存放任意虚拟地址对应的页表项。优点是快表空间利用率高,缺点是每次查询页表项都要遍历快表每一项。

    • 直接匹配:通过对每一个虚拟页号进行模运算得到其在快表中的索引号,但冲突率较高。

    • 组相连:将快表划分为若干个组,给每个组按顺序编号。通过对每一个虚拟页号进行模运算得到其在快表中的组号,然后在组内进行遍历查得目的页表项。如果每一组中有 n 个页表项,则称该方法为 n 路组相连。


    四、汇编指令 invlpg

    • 用法:invlpg <虚拟地址 vm>

    • 作用:让快表中 vm 对应的页表项失效。


    五、参考资料

    《TLB的作用及工作原理》 博客园用户 AlanTu 著

    《快表(页表缓冲)》 百度百科

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  • 在页式存储管理方式中,如果没有引入快表,则每取一次数据,要访问()次内存 ; 段页式存储管理方式中,如果没有引入快表,则每取一次数据,要访问()次内存?
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为什么引入快表