[发明专利]用于执行具有最低表查询优先级的硬件预取表查询的系统和方法

说明书

一种用于微处理器的硬件预取表查询系统，包括配置为在不阻碍基于软件的表查询操作的情况下执行硬件预取表查询操作的表查询引擎。表查询请求包括优先级值，其中表查询引擎配置为比较请求的优先级，其中较高优先级的请求可以终止当前的表查询操作。硬件预取表查询请求具有最低可能的优先级，使得它们不会排挤较高优先级的表查询操作并且被较高优先级的表查询请求排挤。优先级值可以采用指示正在执行的操作的相对年龄的年龄值的形式。微处理器可以包括硬件预取引擎，用于执行不受页面边界限制的无界的硬件预取模式检测以提供硬件预取表查询请求。

技术领域

本发明一般涉及在微处理器中执行表查询(tablewalk)，尤其涉及执行具有最低表查询优先级的硬件预取表查询操作以便改进性能。

背景技术

现代处理器支持虚拟存储器能力。虚拟存储器系统把由程序使用的虚拟地址映射或翻译为由硬件使用的物理地址以便对存储器进行寻址。虚拟存储器的优点在于对程序隐藏物理存储器的存储碎片，便于程序重定位，以及使程序能够寻找比其可用的实际物理存储器更大且适合它的存储器地址空间以供使用。这些优点在支持由多个程序或进程对处理器进行分时共享的现代系统中是特别有益的。

微处理器所支持的常见虚拟存储器方案是分页式存储系统。分页式存储系统采用分页机制来把虚拟地址翻译或映射为物理地址。物理地址空间被划分为固定大小的物理页面。通常的页面大小是4千字节(KB)。虚拟地址包括虚拟页面地址部分和页面偏移部分。虚拟页面地址指定了虚拟地址空间中的虚拟页面。微处理器的分页机制把虚拟页面地址翻译为物理页面地址。此过程被称为页面翻译。页面偏移指定了物理页面中的物理偏移，即相对于物理页面地址的物理偏移。

操作系统判定存储器中的哪些物理页面将被映射到每个虚拟页面，并且维持用于指定该映射的页面映射信息。当微处理器遇到用于指定虚拟地址以访问存储器中的一位置的指令(诸如加载或存储指令)时，所述微处理器通过使用操作系统的页面映射信息把虚拟地址翻译为适当的物理地址。操作系统在系统存储器中维持页面映射信息。从而，微处理器从存储器中读取适当的页面映射信息以便把虚拟地址翻译为物理地址。页面映射信息一般按层级结构布置以便减小其大小，这要求微处理器通过在所述层级结构的多个分级上执行读取操作以便遍历该层级结构。由于此原因，并且因为页面映射信息的至少一部分通常被称为页表，所以微处理器遍历所述页面映射信息以便把虚拟地址翻译为物理地址的过程通常被称为页表查询(page table walk)，或简称为表查询(tablewalk)。从而，表查询操作把虚拟地址等翻译为物理地址或物理地址翻译，更一般地说，称为翻译地址。

举例来说，常用的层级页面映射信息方案包括第一级页面目录和第二级页表。页面目录中的每个条目指向不同的页表，并且每个页表中的每个条目包括被映射到该条目的页面的物理地址或翻译地址以及特性。页面目录的基地址被存储在微处理器的寄存器中。在英特尔公司于2006年6月公开的、文档号为253668-020US的IA-32英特尔体系结构软件开发者手册第3A卷：系统编程指南的第一部分的第3-23页的图3-12中图示了这种方案，这里为了各种目的通过引用而并入此文献以供参考。在此例子中，微处理器通过在由虚拟地址的上部中的页面目录条目位元(bit)所指定的页面目录内的索引处读取页面目录条目，来执行表查询。页面目录条目指定了相关页表的基地址。然后微处理器在由虚拟地址的中间的页表位元所指定的页表内的索引处读取页表条目。页表条目指定了相关页面的翻译地址。页表条目还包括每个页面的特性。例如，页面特性可以包括以下指示：页面是否已经被访问；页面是否已经被写入；高速缓存特性，诸如页面是否是可高速缓存的，并且如果是的话，回写高速缓存的策略；为所述页面分配了哪种特权等级；页面的写入特权；以及物理存储器中是否存在所述页面。