快表（TLB）解读

虚拟存储器是一种至关重要的技术，它允许程序使用比物理内存更大的地址空间。然而，虚拟地址到物理地址的转换过程带来了额外的开销。为了减少这种开销并提高系统性能，转址旁路缓存（Translation Lookaside Buffer，TLB）被广泛应用

虚拟存储器与地址翻译 虚拟存储器是一种内存管理技术，它为每个程序提供了一致的地址空间，并允许程序使用比物理内存更大的地址空间。当CPU生成虚拟地址时，需要通过地址翻译将虚拟地址转换为物理地址。这一过程通常涉及到对主存中的页表进行访问。

依据程序执行的局部性原理，当 CPU 在一段时间内总是经常访问某些页时，若把这些页对应的页表项存放在 Cache 中，就可以不访问主存直接进行地址翻译了；这样明显能提高效率。

TLB是一种特殊的缓存，它存储了最近使用的页表项。在地址翻译时，如果能够在TLB中找到对应的页表项，就可以直接进行地址翻译，而不需要访问主存中的页表。这样可以显著减少地址翻译的开销，提高系统性能。

在快表（TLB）的参与下，可以有效地减少地址翻译的时间。以下是详细的步骤：

虚拟地址解析：

• CPU生成一个虚拟地址，该地址由虚拟页号（VPN）和页内偏移（Offset）组成。
• 系统使用虚拟页号来查找快表（TLB），以确定是否存在对应的物理页号（PPN）。

快表查询（TLB查找）：

• 如果快表中存在与虚拟页号匹配的条目（TLB命中），则直接使用该条目中的物理页号。
• 结合虚拟地址的页内偏移，计算出最终的物理地址：物理地址 = PPN + Offset。

快表未命中： 如果快表中没有找到对应的条目（TLB未命中），则需要访问内存中的页表。

• 系统根据虚拟页号在页表中找到对应的物理页号，并将其加载到快表中（如果快表有空间）。
• 结合虚拟地址的页内偏移，计算出最终的物理地址。

快表更新：

• 如果快表已满，且需要加载新的页表项，则根据一定的替换策略（如最近最少使用（LRU））替换掉快表中的一个旧页表项。
• 新的页表项被加载到快表中，以便未来的地址翻译可以更快地进行。

完成地址转换：

• 一旦计算出物理地址，CPU就可以使用该地址访问物理内存中的数据或指令。

TLB的全相联映射 TLB通常采用全相联映射方式，这意味着TLB中的每个条目都可以映射到任何一个虚拟页号。每个TLB条目包含页表项的内容、一个或多个标志位（如有效位、脏位等），以及一个TLB标记字段。TLB标记用于指示该条目对应的虚拟页号。