從內(nèi)存中讀取translation tables的邏輯介紹

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table walk unit：包含從內(nèi)存中讀取translation tables的邏輯

一個(gè)完整的頁表翻譯和查找的過程叫作頁表查詢（Translation Table Walk），頁表查詢的過程由硬件自動(dòng)完成，但是頁表的維護(hù)需要軟件來完成。

頁表查詢是一個(gè)相對(duì)耗時(shí)的過程，理想的狀態(tài)是TLB里緩存有頁表轉(zhuǎn)換的相關(guān)信息。當(dāng)TLB未命中時(shí)，才會(huì)去查詢頁表，并且開始讀入頁表的內(nèi)容。

page table

page table是每個(gè)進(jìn)程獨(dú)有的，是軟件實(shí)現(xiàn)的，是存儲(chǔ)在main memory（比如DDR）中的

Address Translation

因?yàn)樵L問內(nèi)存中的頁表相對(duì)耗時(shí)，尤其是在現(xiàn)在普遍使用多級(jí)頁表的情況下，需要多次的內(nèi)存訪問，為了加快訪問速度，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員為page table設(shè)計(jì)了一個(gè)硬件緩存 - TLB，CPU會(huì)首先在TLB中查找，因?yàn)樵赥LB中找起來很快。TLB之所以快，一是因?yàn)樗械膃ntries的數(shù)目較少，二是TLB是集成進(jìn)CPU的，它幾乎可以按照CPU的速度運(yùn)行。

如果在TLB中找到了含有該虛擬地址的entry（TLB hit），則可從該entry中直接獲取對(duì)應(yīng)的物理地址，否則就不幸地TLB miss了，就得去查找當(dāng)前進(jìn)程的page table。這個(gè)時(shí)候，組成MMU的另一個(gè)部分table walk unit就被召喚出來了，這里面的table就是page table。

使用table walk unit硬件單元來查找page table的方式被稱為hardware TLB miss handling，通常被CISC架構(gòu)的處理器（比如IA-32）所采用。它要在page table中查找不到，出現(xiàn)page fault的時(shí)候才會(huì)交由軟件（操作系統(tǒng)）處理。

與之相對(duì)的通常被RISC架構(gòu)的處理器（比如Alpha）采用的software TLB miss handling，TLB miss后CPU就不再參與了，由操作系統(tǒng)通過軟件的方式來查找page table。使用硬件的方式更快，而使用軟件的方式靈活性更強(qiáng)。IA-64提供了一種混合模式，可以兼顧兩者的優(yōu)點(diǎn)。

如果在page table中找到了該虛擬地址對(duì)應(yīng)的entry的p（present）位是1，說明該虛擬地址對(duì)應(yīng)的物理頁面當(dāng)前駐留在內(nèi)存中，也就是page table hit。找到了還沒完，接下來還有兩件事要做：

? 既然是因?yàn)樵赥LB里找不到才找到這兒來的，自然要更新TLB。

? 進(jìn)行權(quán)限檢測(cè)，包括可讀/可寫/可執(zhí)行權(quán)限，user/supervisor模式權(quán)限等。如果沒有正確的權(quán)限，將觸發(fā)SIGSEGV（Segmantation Fault）。

如果該虛擬地址對(duì)應(yīng)的entry的p位是0，就會(huì)觸發(fā)page fault，可能有這幾種情況：

? 這個(gè)虛擬地址被分配后還從來沒有被access過（比如malloc之后還沒有操作分配到的空間，則不會(huì)真正分配物理內(nèi)存）。觸發(fā)page fault后分配物理內(nèi)存，也就是demand paging，有了確定的demand了之后才分，然后將p位置1。

? 對(duì)應(yīng)的這個(gè)物理頁面的內(nèi)容被換出到外部的disk/flash了，這個(gè)時(shí)候page table entry里存的是換出頁面在外部swap area里暫存的位置，可以將其換回物理內(nèi)存，再次建立映射，然后將p位置1。

后面再進(jìn)一步就是看看這個(gè)TLB中具體是怎么找的，在page table中又是怎么“walk”，這部分就是具體的地址是怎么轉(zhuǎn)換的，翻譯的。