何炜

(江苏自动化研究所，江苏 连云港 222006)

随着软件规模增大，内存需求越来越大。现代系统提出虚空间的概念，软件运行在独立的虚空间中，被访问时才从物理内存中建立与之对应的空间。TLB(Translate Look-aside Buffer)是加速线性地址向物理地址转换的缓冲器，即缓存最近使用过的页的物理地址。使用线性地址和TLB中的存储项进行比较，如果相同就直接获得目标页的物理地址，不需要访问外存，这样可大大提高地址转换速度。

龙芯2F是中科院计算所自主研发的高性能通用64位处理器[1]，在龙芯 2F的 Linux系统中，最占 TLB替换处理时间的就是访存操作，减少访存操作就可提高TLB使用效率，从而提高龙芯2F的整体系统性能。现有软TLB技术可减少TLB替换处理时间，多页技术的采用更可以减少TLB替换次数，从而进一步提高TLB替换效率，帮助对龙芯2F系统进行优化。

1 龙芯2F TLB重载入异常处理

龙芯2F系统采用Debian Linux，其TLB只负责地址转译，表项维护由操作系统负责，所以表页发生修改时TLB内容必须被及时更新[2]。Linux系统通过flush_tlb_all、flush_tlb_mm、flush_tlb_page、flush_tlb_range 等函数来操作TLB内容。龙芯2F为了提高TLB重载入异常处理效率，提供了两个TLB专用寄存器K0和K1，这样在进入重载入异常处理时就不需要对用户寄存器进行保存，从而减少操作时间。

TLB重载入异常处理流程为：进入重载入异常处理后，首先获取该进程页全局目录首地址，取得页全局目录和页中间目录内容，然后获取两个连续页表项用来进行TLB替换写入，处理完毕后返回异常处理现场。

2 软TLB处理实现

龙芯2F系统为64位，页表为 3级页表，且操作地址不连续，每次访问三级页表内容时，TLB重载入需要5次访存操作，产生3次左右的Cache失效，使得TLB重载入异常处理时间大大加长。……