TLB与MMU 有大用

1.MMU介绍

MMU，全称内存管理单元，一般是CPU里的硬件电路，也可单独集成电路，主要功能是把虚拟地址转换为物理地址。通过段机制和页机制完成转换.

至此，MMU可以完成地址转换，通过建立页表，把虚拟地址通过页表查找，得到最终的物理地址。例如，当需要访问内存中的一个数据，通过这个数据的虚拟地址查找页表，一旦在页表中找到（hit），就通过找到的物理地址寻址到内存中的数据。如果页表中没有找到（miss），表示页表中没有建立这个数据虚拟地址到物理地址的映射，通过缺页异常，建立这个页表映射项。

但是有个问题，当我们经常使用一些不变的数据，时间浪费在查找页表上了，尽管我们上次已经找过这个数据和它的页表项了 。
于是为了加快速度，减少不必要的重复，TLB出现了。

2.TLB介绍

TLB,俗称快表，因为它确实快。TLB是MMU的一部分，实质是cache，它所缓存的是最近使用的数据的页表项（虚拟地址到物理地址的映射）。他的出现是为了加快访问数据（内存）的速度，减少重复的页表查找。当然它不是必须要有的，但有它，速度就更快。

TLB很小，因此，缓存的东西也不多。主要缓存最近使用的数据的数据映射。TLB结构如下图：

如果一个需要访问内存中的一个数据，给定这个数据的虚拟地址，查询TLB，发现有（hit），直接得到物理地址，在内存根据物理地址取数据。如果TLB没有这个虚拟地址（miss），那么就只能费力的通过页表来查找了。

关于cpu如何读取内存中的一个数据，下面流程图说明：

3.TLB刷新与上下文切换

当进程地址空间进行了切换，比如现在是进程1运行，TLB中放的是进程1的相关数据的地址;突然切换到进程2,TLB中原有的数据不是进程2相关的，此时TLB需要刷新数据。怎么刷新数据？
目前两种方法：一，全部刷新。二，部分刷新。
全部刷新很简单，但花销大，很多不必刷新的数据也进行刷新，增加了无畏的花销。
部分刷新是根据标志位，刷新需要刷新的数据，保留不需要刷新的数据。

4.参考

[1] Translation lookaside buffer
[2] Memory management unit
[3] Frank Uyeda (2009). “Lecture 7: Memory Management ” (PDF). CSE 120: Principles of Operating Systems. UC San Diego. Retrieved 2013-12-04.

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