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頁表如何支持多任務(wù)并行

冬至配餃子 ? 來源:芯片驗(yàn)證工程師 ? 作者:驗(yàn)證哥布林 ? 2022-07-28 17:45 ? 次閱讀
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在大多數(shù)使用ARM處理器的系統(tǒng)中都會(huì)有很多應(yīng)用或者任務(wù)同時(shí)運(yùn)行,其中每個(gè)任務(wù)都在物理內(nèi)存中擁有自己獨(dú)立的頁表。

每當(dāng)應(yīng)用程序啟動(dòng)時(shí),操作系統(tǒng)都會(huì)為其分配一個(gè)頁表,頁表中的頁表項(xiàng)將應(yīng)用程序即將使用到的指令和數(shù)據(jù)映射到物理內(nèi)存。如果應(yīng)用程序映射到了未分配的物理空間,操作系統(tǒng)會(huì)完成相應(yīng)頁的分配,然后任務(wù)就可以進(jìn)行下去。

多個(gè)任務(wù)可以同時(shí)運(yùn)行,因?yàn)樗鼈兪褂玫氖遣煌腣A-PA映射關(guān)系,而這些映射關(guān)系能夠同時(shí)存在于物理內(nèi)存中。當(dāng)任務(wù)完成并且相應(yīng)的頁表映射不再需要時(shí),該頁表所處的物理空間可以被重新分配,刪除相應(yīng)的頁表項(xiàng)(置成無效)并invalid TLB cache。

Address Space ID

在頁表中有一個(gè)nG(non-global)比特位。如果某個(gè)頁設(shè)置了nG ,那么該頁只與特定的應(yīng)用或者任務(wù)相關(guān)聯(lián)。當(dāng)MMU執(zhí)行VA-PA時(shí),會(huì)同時(shí)用到VA和ASID(操作系統(tǒng)分配給每個(gè)任務(wù)的編號(hào))。

poYBAGLiWjqAE4OOAACyqX34lps621.png

作為頁表內(nèi)容的cache,TLB中的tag除了存儲(chǔ)了VA,還有相應(yīng)的ASID。在做TLB的hit-miss-check時(shí),只有VA和ASID同時(shí)匹配才算hit。

上下文切換

所以,TLB中可能存放著多個(gè)相同VA對(duì)應(yīng)的頁表項(xiàng)。這些頁表項(xiàng)具有不同的ASID,當(dāng)某個(gè)ASID對(duì)應(yīng)的任務(wù)完成或者這個(gè)任務(wù)的頁表發(fā)生更改時(shí)只需要invalid某個(gè)ASID的TLB cache。這種操作叫context switches(上下文切換)。只針對(duì)特定ASID進(jìn)行上下文切換,能夠降低頁表修改帶來的性能開銷,因?yàn)樗苊饬怂⑿氯康腡LB。


審核編輯:劉清

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