Day 19 MMU 与 TLB

前言

前面几天提到了虚拟记忆体，以及一些关於实体记忆体与虚拟记忆体的映射方式，今天来讲讲两个重要的设计，MMU与 TLB，这两个部分都是属於硬体设计的部分，以下是实际上MMU与TLB做的事情。

MMU

在前面已经讲过，现代的作业系统大多是使用虚拟记忆体管理的方式，这需要处理器里的MMU（memory management unit) 进行支持，才能够进行查找。MMU将虚拟位址(virtual address)映射到实体位址(physical address)的方式，是利用cr3 register 又称为 page table base register拿到分页表的起始位置，再利用 page index(上图的p)，对分页表查找。 cr3 是负责记录该行程的分页表在记忆体中的起始位置的暂存器，因为每个行程都有各自的分页表，所以当行程转换的时候也需要同时修改cr3

TLB(Translation Lookaside Buffers)

上面MMU的转换方法，会需要存取实体记忆体，也因为CPU的速度远远大於实体记忆体，所以虚拟位址转成实体位址的过程，很容易变成效能的瓶颈，因此TLB就产生了，处理器会将最近使用的分页目录与分页资料放在名叫TLB的快取中，藉此加速虚拟位址跟实体位址转换的速度。另外要注意的是，当cr3 快取记忆体更新的时候，TLB也要全部刷新，避免转换错误。