浅谈快表

一、快表是什么

快表是一种高速缓冲存储器，是用来存放页表项。

在没有快表的情况下，一个虚拟地址要转成一个物理地址至少需要两次访问物理内存，第一次是查询内存中的页表，第二次是访问物理页框。如果有暂存着目标页表项的快表，则通过快表访问页表会比在内存中访问页表快很多，有利于缩短从一个虚拟地址转换成一个物理地址的过程的时间。

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二、快表参与下的虚拟地址转换成物理地址的流程

• 第一步，根据虚拟地址推算出目标页表项的索引，查询快表。
• 若目标页表项在快表里，则结合虚拟地址的低若干位推算出最终物理地址。
• 若目标页表项不在快表里，则访问内存中的目标页表项，结合虚拟地址的低若干位推算出最终物理地址，并把该页表项写进快表。
• 当快表被写满又有新的页表项要写进来时，则按照一定的策略擦除快表中的一个旧页表项。

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三、快表与页表的映射方式

那问题就来了，CPU 如何知道目标页表项在不在快表里？在的话，是快表里的第几项？这就涉及到页表项与快表项的映射关系了。

页表项和快表项有三种映射方法，一是全相连，二是直接匹配，三是组相连。

• 全相连：一个快表项可以存放任意虚拟地址对应的页表项。优点是快表空间利用率高，缺点是每次查询页表项都要遍历快表每一项。

• 直接匹配：通过对每一个虚拟页号进行模运算得到其在快表中的索引号，但冲突率较高。

• 组相连：将快表划分为若干个组，给每个组按顺序编号。通过对每一个虚拟页号进行模运算得到其在快表中的组号，然后在组内进行遍历查得目的页表项。如果每一组中有 n 个页表项，则称该方法为 n 路组相连。

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四、汇编指令 invlpg

• 用法：invlpg <虚拟地址 vm>

• 作用：让快表中 vm 对应的页表项失效。

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五、参考资料

《TLB的作用及工作原理》 博客园用户 AlanTu 著

《快表（页表缓冲）》 百度百科