党倩+杨婷

摘 要： 提出了一种基于连续页面合并以及PTE基址缓存的硬件载入技术。对硬件载入改进有两种方法，分别是：合并Main TLB中物理页号、虚拟页号均连续的两个表项，扩大了Main TLB容量，降低TLB缺失率，减少硬件载入次数；缓存硬件载入过程中第一次查询页表得到的PTE基址，有相同PTE基址的虚拟页号将不需要进行第一次页表查询，节省了一半时间。

关键词： 旁路缓冲器； 连续页面归并； 页面回收； 硬件载入； PTE基址缓存

中图分类号： TN711?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）15?0150?03

Hardware loading technology based on consecutive page merging and caching

DANG Qian1， YANG Ting2

（1. Shaanxi Vocational Technical Institute， Xian 710100， China； 2. Institute of Super?large?scale Integrated Circuit design， Hangzhou 310027， China）

Abstract： A hardware loading technology based on consecutive page merging and PTE base address caching is proposed in this paper. The improvement of hardware loading has two methods： Merge two table iterms whose VPN and PPN are both consecutive in Main TLB during hardware loading， which can expand the Main TLBs capacity， reduce TLB missing rate and decrease hardware loading times； Cache the page table entry （PTE） base address getting from the first query to the page table. The VPNs whose PTE base addresses are the same will not need to access page table to get PTE base address， which can save half of the hardware loading time.

Keywords： TLB； consecutive page merging； page recycling； hardware refill； PTE base address caching

1 旁路转换单元载入技术概述

曾有研究表明TLB控制时间占普通系统运行时间的5%～10%，然而最显著的开销是在处理TLB缺失上。显示TLB缺失程序是最常见的执行原语，表明TLB确实处理可以占到总运行时间的40%。因此对处理TLB缺失的问题的研究具有重要意义。

当TLB出现缺失时，有两种处理方式，分别是硬件载入TLB和软件载入TLB。硬件载入TLB不需要清空流水线，它对流水线的干扰是相当小的。硬件载入TLB由硬件实现页表的查询、表项填入TLB操作，在进行这一系列过程时，处理器并不需要清空流水线，只需要冻结流水线，暂时不执行下一条指令即可。本文主要研究硬件载入TLB技术。

TLB prefetching技术通过硬件上的预测以及预载入翻译的方式来隐藏TLB缺失造成的时间开销。其主要思想是一个基于时效性的TLB缺失预测算法。时效性的概念是利用一个基于LRU替换算法计算出特定应用中每个被使用到的TLB表项的历史使用频繁度。

SpecTLB 针对TLB缺失的情况提供了投机的地址翻译，而不通过跟踪部分填充的大页面保留页表。……