2022-1-20

分页

在管理内存空间的时候，我们一般对其进行分页处理

对于进程而言，它看到的是一共4页的连续空间，每页16字节，而在真实物理空间里，他们的页是被分开放的，类似于虚拟内存的分段
为了记录地址空间的每个虚拟页放在物理内存中的位置，操作系统通常为每个进程保存一个数据结构，称为页表。页表的主要作用是为地址空间的每个虚拟页面保存地址转换，从而让我们知道每个页在物理内存中的位置。
页表是每一个进程的数据结构，如果操作系统运行另一个进程，就需要为它管理不同的页表

地址转换旁路缓冲存储器（TLB）

TLB是一个在核心附近的缓存器，存了近期访问的虚拟页的映射
硬件算法的大体流程如下：首先从虚拟地址中提取页号（VPN），然后检查 TLB 是否有该 VPN 的转换映射。如果有，我们有了 TLB 命中，这意味着 TLB 有该页的转换映射。成功！接下来我们就可以从相关的 TLB 项中取出页帧号（PFN），与原来虚拟地址中的偏移量组合形成期望的物理地址，并访问内存，假定保护检查没有失败。
保护检查是指该页是否受到保护，能否访问，在页表里会储存一些其他的二进制位，用来标记该页的访问权利，例如读写或是否普通用户可以访问之类的
如果 CPU 没有在 TLB 中找到转换映射（TLB 未命中），我们有一些工作要做。在本例中，硬件访问页表来寻找转换映射，并用该转换映射更新 TLB，假设该虚拟地址有效，而且我们有相关的访问权限。上述系列操作开销较大，主要是因为访问页表需要额外的内存引用。最后，当 TLB 更新成功后，系统会重新尝试该指令，这时 TLB 中有了这个转换映射，内存引用得到很快处理。
为了弄清楚 TLB 的操作，我们来看一个简单虚拟地址追踪，看看 TLB 如何提高它的性能。在本例中，假设有一个由 10 个 4 字节整型数组成的数组，起始虚地址是 100。进一步假定，有一个 8 位的小虚地址空间，页大小为 16B。我们可以把虚地址划分为 4 位的 VPN（有 16 个虚拟内存页）和 4 位的偏移量（每个页中有 16 个字节）。

显然其TLB表现为：未命中、命中、命中、未命中、命中、命中、命中、未命中、命中、命中。命中率有70%，也即提升了70%的访问速度

上下文切换时（切换进程）

由于每个进程都有自己的页表，所以在切换进程的时候，之前进程的页表就无效了，这时候TLB该进行甚么操作呢
最简单的就是在切进程的同时把TLB清空，这样的问题是，如果频繁切换进程，由于一直清空TLB，就会频繁触发TLB未命中，拖慢系统运行速度
第二种方法是在TLB内增加一个表示位，标记这是哪个进程的页表

TLB替换策略

在向TLB中插入新项时，该替换哪一个旧项呢
两个解决方法：1、替换最近使用少的。2、随机替换