[发明专利]一种地址转换缓存表项管理方法

说明书

本发明公开一种地址转换缓存表项管理方法，属于处理器领域。根据所请求的虚拟地址，判断该虚拟地址对应的页表项是否在地址转换缓存中，若在地址转换缓存中，则直接将该页表项对应的物理地址返回给处理器；若该页表项不在地址转换缓存中，则首先根据预置的重填方法在物理内存中获取该页表项，再判断地址转换缓存是否存在剩余空间；若地址转换缓存存在剩余空间，将页表项依照顺序写入地址转换缓存后，将页表项对应的物理地址返回给处理器，否则根据预置的替换算法，替换地址转换缓存中的表项后，将页表项对应的物理地址返回给处理器。

技术领域

本发明涉及处理器技术领域，特别涉及一种地址转换缓存表项管理方法。

背景技术

地址转换是指将处理器发出访问内存的虚拟地址转换为实际的物理地址，地址转换允许在多个程序间高效安全地共享内存，地址转换消除小而受限的主存容量对程序设计造成的影响。

使用基于分页的虚拟存储器是当前处理器最通用的方法，用表格存储虚拟地址到物理地址的对应关系，这个表格被称为页表。当处理器发出虚拟地址，地址转换单元需要在物理内存中查找页表项，将虚拟地址转换为物理地址；但由于物理内存的访问速度受存储介质影响较大，而物理内存的运行速度相对于处理器本身来说，有几十倍的差距，借鉴Cache的设计理念，使用速度较快的缓存，将最近使用的地址转换表项缓存下来，缓存地址转换表项的部件称之为TLB。

地址转换缓存表项是在缓存中存放被访问过地址转换的页表项，当需要再次使用该地址转化时，可以直接从缓存中取出该地址转换页表项，使用页表项中的物理地址访问内存空间。目前替换表项的方法主要有基于最近最少使用替换算法LRU、基于FIFO的替换算法以及随机替换算法，它们应用在不同的环境中将有不同的表现，目前并没有在所有环境中都足够好的替换表项办法。

同时处理表项缺失的方法有两种：一旦发生地址转换缓存缺失，硬件把产生缺失的虚拟地址保存到地址缺失缓存寄存器中，同时产生一个地址转换缓存缺失类型的异常。在异常处理程序中，软件使用地址缺失缓存寄存器当中的虚拟地址去寻址物理内存中的页表项，找到对应的地址转换页表项，并写回到地址转换缓存中。当发生地址转换缓存缺失时，硬件自动使用当前的虚拟地址去寻址物理内存中的页表项，如果找到的页表项有效，那就将它写回到地址转换缓存中，整个过程全部都是有硬件自动完成的，软件不需要做任何事情；如果找到的页表项无效，硬件会产生一个页表项缺失类型的异常，在由操作系统来处理当前情况。

软件重填的方式相对灵活，但在发生缓存缺失时，会清空流水线，处理时间相对增加，而硬件重填不需要清空流水线，处理时间相对较短，但在发生页表项缺失时，仍然要由软件进行管理，目前并没有足够好的处理缺失的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种地址转换缓存表项管理方法，以实现多种应对缓存缺失的办法与切换不同替换表项方法进行地址缓存表项管理。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种地址转换缓存表项管理方法，包括：

根据所请求的虚拟地址，判断该虚拟地址对应的页表项是否在地址转换缓存中，若在地址转换缓存中，则直接将该页表项对应的物理地址返回给处理器；

若该页表项不在地址转换缓存中，则首先根据预置的重填方法在物理内存中获取该页表项，再判断地址转换缓存是否存在剩余空间；

若地址转换缓存存在剩余空间，将页表项依照顺序写入地址转换缓存后，将页表项对应的物理地址返回给处理器，否则根据预置的替换算法，替换地址转换缓存中的表项后，将页表项对应的物理地址返回给处理器。

可选的，所述预置的重填方法包括硬件重填：若所述虚拟地址对应的页表项不在地址转换缓存中，即发生地址转换缓存缺失，硬件自动使用当前虚拟地址去寻址物理内存中的页表项，若找到的页表项有效，则将它写回到地址转换缓存中，整个过程均是由硬件自动完成；若找到的页表项无效，硬件会产生一个页表项缺失类型的异常，再由操作系统来处理当前情况。