一个故事看懂CPU的TLB，程序员必须要了解的知识点

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我思考了一下，开始算了起来。从页目录表中读取一次，从页表中再读取一次，最后访问页面内数据再读取一次，总共就是三次。

“需要访问三次内存！”，我回答到。

小黑点了点头说道：“没错，你知道的，内存那家伙本来就慢，这每读写一个数据，都要访问内存三次，这谁顶得住啊？”

说的是啊，内存那家伙慢我是知道的，但读写一次就要折腾三回，我倒是没想过。

“就这还是32位地址的情况，我还没算64位下变成了4级页表呢，那访问内存的次数就更多了！”

“好在咱们马上就要建设缓存设施了，也不用每次都从内存读取数据，要是缓存能找到，就不用读取内存了嘛！”

“可是查页目录和页表还是得要两次啊”，小黑说到。

“要是能把地址翻译的结果也缓存起来就好，就不用每次都从内存查了”，我陷入了思考。

“你看，你跟我想到一会儿去了，所以我才向领导申请，咱们MMU部门也加上缓存，这样地址翻译变快了，咱们整个车间工作效率才高嘛！”

这时，领导站了起来，说道：“唉～格局要打开，光你们一号车间提高不行，得发动全厂八个车间一起。小黑，经费的问题不用担心，这事由你牵头，把其他几个车间的MMU部门负责人召集起来开个会，把你说的方案落地下去”

“没问题！”，领导这么一说，小黑高兴坏了。

地址翻译缓存

回去的路上，我又忍不住好奇，向小黑打听起来：“你们这翻译地址用的缓存，准备怎么个弄法？”

“我还没想的很成熟，只有个大概的方案”

“快给我透露一下”

“好吧，告诉你也无妨！我举个例子吧，假设要翻译的虚拟地址是0x12345678，这是一个32位的地址，前面的20位是0x12345000，经过两次查表后，定位到真实的物理页面0x00abc000，最后再加上页内偏移，翻译结果就是0x00abc678”

“地址翻译完成后，将虚拟页编号0x12345和物理页编号0x00abc的映射关系记录起来放到缓存中”

“在进行地址翻译的时候，先去这个缓存里瞅一瞅，看看有没有记录过，如果有就直接用之前记录的，找不到再去内存页表中找。跟局部性原理类似，翻译过的地址，在接下来一段时间内再次用到的可能性很大，所以这个缓存是很有必要的！”，小黑非常自信的说到。

“听上去很不错，期待早点上马啊！”

TLB

过了几天，我打算去MMU部门转转，想看看他们的缓存搞的咋样了。

一进门，只见小黑和其他几个车间的MMU部门负责人正在紧张的讨论着，一旁的画板上画了不少条条框框的图。

“小黑老哥，你们这是在做什么呢？”

“我们正在研究这个翻译记录缓存项的存储方式呢！你来的正好，我们讨论了半天也没什么好的思路，快来帮我出出主意”

我有些好奇，问道：“什么问题把你们都难倒了？”

“就是虚拟地址翻译的结果，我们不知道怎么存了！”

“这有什么好纠结的，缓存空间就那么大，一个翻译结果就是一条记录，一条一条的存呗”

二号车间MMU负责人连连挥手，“没你想的这么简单，按照你这种存法，那在翻译地址的时候，怎么查找？难道要全部扫描一遍？”

我愣了一下，“啊这，我倒是没想这么多···不过缓存空间也不大，存不了太多翻译结果，全部扫描也还好吧？”

“那可不行，咱们CPU的目标就是要把性能优化到极致，这种方案上了，领导还不得骂死我”，小黑说到。

我想了想，“有了，给虚拟页编号取模，每个虚拟页的翻译记录只能存在缓存中固定的位置，这样不用全部扫描，一次就能定位，是不是很赞？”

小黑摇了摇头：“这个方案我们刚才也讨论过了，缓存空间有限，会导致大量的虚拟页取模后映射到同一个存储位置，就会经常冲突，也不是个好办法！”

“看来

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还真有点麻烦啊”，我也不自觉的皱起了眉头，陷入了思考之中。

“可不是嘛，所以我们才头疼啊”

空气突然安静，所有人都在低头沉思。

“哎，有了！”，一个念头在我脑中闪现。

“什么办法？快说说看”

“分组连接！”

“分组连接？”，众人问到。

“没错！把前面这两种方案结合一下。可以把缓存存储空间划分很多个组，全部遍历太慢，直接取模映射又容易冲突，那如果映射的结果不是一个固定的位置，而是一个分组呢？”

“听上去不错唉，这样既降低了冲突，遍历也只需在分组区间里进行了，工作量大大降低了，真是个好办法”

小黑和大家都一致同意了我的想法。

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