操作系统系列学习——多级页表与快表
文章目录
- 前言
- 多级页表与快表
前言
一个本硕双非的小菜鸡，备战24年秋招，计划学习操作系统并完成6.0S81，加油！
本文总结自B站【哈工大】操作系统 李治军（全32讲）
老师课程讲的非常好，感谢
【哈工大】操作系统 李治军（全32讲）
多级页表与快表
多级页表和块表，以及前面的分页机制合起来成为一套比较完善的内存访问机制
为了提高内存利用率，页应该小，页小了，页表项就多了，页表就大了；（页是4K，每个段最多浪费4K）
CPU执行指令关键花的时间就在于通过总线访问内存，这个速度是慢的
页号必须要连续，这样才可以立即定位到页表项
用多级页表既实现连续，又让页表占的内存变少
页目录表（章）+页表（节）
多级页表优点：
多级页表既保证了页表表项的连续性，使得查找起来非常快（时间复杂度O(1)）；
又保证了内存中存储的页表少了，减少了内存浪费，提高了内存使用率；
多级页表缺点
多级页表增加了访存速度，特别64位系统（因为64位系统的多级页表有5,6级）；
多级页表，每增加一级，访存次数就会加1； 所以 64位系统的多级页表访存次数约为5,6次；
多级页表的级数越多，访存越多，效率越低（级数越多，类比书的多层目录），这会造成指令执行效率低；
快表：
- 也叫TLB，TLB是一组相联快速存储，是寄存器；
- TLB，即Translation lookaside buffer，又称为翻译后备缓冲区寄存器；
- 通过TLB可以快速找到最近使用的逻辑页映射的物理页号；
基于快表的地址翻译步骤
步骤1： 根据逻辑地址的页号，查询一次TLB寄存器就可以得到页框号（物理页号）；
步骤2： 若快表TLB不存在页框号（未命中），则查询多级页表，并把查询结果送入TLB存储作为缓冲用于后续地址翻译；
小结：快表+多级页表合在一起形成的结构，保证了查询（翻译物理地址）时间快，页表项连续，减少了内存资源浪费；
这也充分体现了操作系统折中思想；通过把一些技术组合在一起，使得访问时间不错，空间利用也不错；具体是：
多级页表是减少了空间浪费，降低了空间复杂度，访问时间还可以，但还想提高页表查询速度；
TLB是提高了页表查询速度，降低了时间复杂度；
TLB可以弥补多级页表（特别64位系统）访存耗时，慢的缺点；
TLB越大越好， 但TLB很贵，折中处理是 TLB可以存储的页表项数量范围是 [64,1024]；
原因：
- 程序的地址访问存在局部性；
- 因为访问局部性，所以程序用的是固定的那几个逻辑页号；
- 最近访问的逻辑页与物理页映射关系会送入TLB存储，所以TLB的命中率会很高；
- 补充：程序多体现在循环，顺序结构；