虚拟内存的作用是什么虚拟内存有什么用( 三 ) _知识百科

地址翻译：MAP: V → P U {}
MAP(a) = a’：若虚拟地址a中的数据在P中的物理地址a ‘上
MAP(a) = {}：若虚拟地址a中的数据不在物理内存中（无效或存储在磁盘）
开始之前先来了解以下参数：
N=2^n：虚拟地址空间中的地址数量
M=2^m：物理地址空间中的地址数量
P=2^p：页的大小（字节）
虚拟地址(VA, Virtual Address)中的元素：
TLBI：TLB索引
TLBT：TLB标记(tag)
VPO：虚拟页偏移量
VPN：虚拟页号
物理地址(PA, physical address)中的元素：
PPO：物理页偏移（与 VPO 的值相同）
PPN：物理页号
CO：缓存偏移字节
CI：缓存索引
CT：缓存标签

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5.2 用页表进行地址翻译

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具体的访问过程为：
通过虚拟地址找到页表(page table)中对应的条目
检查有效位(valid bit) ，是否需要触发页错误(page fault)
根据页表中的物理页编号(physical page number)找到内存中对应地址
把实际地址和虚拟页偏移(virtual page offset)拼接即为最终的物理地址
这里又分两种情况：Page Hit 和 Page Fault
5.2.1 page hit

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处理器生成一个虚拟地址，并把它传给MMU
MMU生成PTE地址，并从高速缓存/主存请求得到它
高速缓存/主存向MMU返回PTE
MMU构造物理地址并把它传送给高速缓存/内存
高速缓存/内存返回所请求的数据字给处理器
5.2.2 page fault

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处理器生成一个虚拟地址，并把它传给MMU
MMU生成PTE地址，并从高速缓存/主存请求得到它
高速缓存/主存向MMU返回PTE
有效位为零，所以MMU触发页故障异常，传递CPU控制到系统内核中缺页异常处理程序
处理程序寻找被置换页(如果页脏，则将其换出到磁盘)
处理程序从磁盘找到对应页并载入内存/缓存并更新内存中的PTE
处理程序返回到原始进程，重启出错指令， CPU将引起缺页的虚拟地址重新发给MMU ，由于已缓存在主存故会命中
5.3 结合虚拟内存和高速缓存在既有虚拟内存又有SRAM高速缓存的系统中，是使用虚拟地址还是物理地址访问SRAM高速缓存的讨论有很多，但大多数系统用物理寻址，这样多个进程共享虚拟页和存储的值，无需处理保护问题，因为访问权限的检查是地址翻译过程的一部分。虽然缓存已经很快了，但还能更快，主要思路是地址翻译发生在高速缓存查找之前，直接在 MMU和内存之间加上L1缓存，于是就有了另外一种设计，如图：

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页表条目(PTE)像任何其他内存中的数据一样缓存在L1中， PTE可能被其他数据驱逐；PTE命中仍然需要一个小的L1延迟，解决办法是使用Translation Lookaside Buffer(TLB) 。 TLB可以认为是页表在处理芯片上的缓存，是MMU中的小型集关联硬件缓存，将虚拟页号映射到物理页号，大多数页表条目位于L1高速缓存，但被称为TLB的页表条目的片上高速缓存，包含少量页的完整页表条目，通常回消除访问L1上的页表条目的开销。 MMU使用虚拟地址的VPN部分位访问TLB：

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如图是TLB命中和不命中的两种情况：

虚拟内存的作用是什么 虚拟内存有什么用( 三 )

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