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处理器x86 / x86_64中使用物理或虚拟寻址在L1，L2和L3中进行缓存？

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处理器x86 / x86_64中使用哪种寻址在L1，L2和L3（LLC）中进行缓存 - 物理或虚拟（使用PT / PTE和TLB）以及某种方式对它有影响吗？

在这种情况下，驱动程序（内核空间）和应用程序（用户空间）之间是否存在差异？

简短回答 - 英特尔使用 virtually indexed, physically tagged （VIPT）L1缓存：What will be used for data exchange between threads are executing on one Core with HT?

  • L1 - Virtual 寻址（在 8-way cache中定义 Set 需要低 12 bits ，这与virt＆phys相同）

  • L2 - Physical 寻址（需要访问Virt-2-Phys的TLB）

  • L3 - Physical 寻址（需要访问Virt-2-Phys的TLB）

caching x86 virtual-memory tlb virtual-address-space

1 回答

  • 34

    你的问题的答案是 - 这取决于 . 这完全是CPU设计决策，它 balancer 了性能和复杂性之间的权衡 .

    以最近的英特尔酷睿处理器为例 - 它们被物理标记并虚拟索引（至少根据http://www.realworldtech.com/sandy-bridge/7/） . 这意味着缓存只能在纯物理地址空间中完成查找，以确定该行是否存在 . 但是，由于L1是32k，8路关联，这意味着它使用64个集合，因此您只需要地址位6到11才能找到正确的集合 . 碰巧的是，虚拟和物理地址在此范围内是相同的，因此您可以通过读取缓存集并行查找DTLB - 一个已知的技巧（请参阅 - http://en.wikipedia.org/wiki/CPU_cache以获得更好的解释） .

    从理论上讲，可以构建一个虚拟索引虚拟标记高速缓存，这将消除通过地址转换的要求（TLB查找，以及TLB未命中时的页面遍历） . 但是，这会导致许多问题，特别是对于内存别名 - 两个虚拟地址映射到同一物理地址的情况 .

    假设core1在这样一个全虚拟缓存中有虚拟地址缓存（它映射到phys addr C，但我们还没有完成此检查） . core2写入映射到相同的phys addr C的虚拟地址B - 这意味着我们需要一些机制（通常是“窥探”，由Jim Goodman创造的术语），使core1中的那条线路无效，管理数据合并和一致性管理如果需要的话 . 但是，core1无法回答该监听，因为它不了解虚拟地址B，也不会将物理地址C存储在虚拟缓存中 . 所以你可以看到我们有一个问题，虽然这与严格的x86系统有关，但其他架构可能更宽松，并允许更简单地管理这些缓存 .

    关于其他问题 - 我可以想到与PAT没有真正的联系，缓存已经设计好了，并且不能针对不同的内存类型进行更改 . 另一个问题的答案相同 - 硬件主要是在用户/内核模式之间的区别（除了它为安全检查提供的机制，主要是各种环） .

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