頁表如何支持多任務(wù)并行

在大多數(shù)使用ARM處理器的系統(tǒng)中都會有很多應(yīng)用或者任務(wù)同時運(yùn)行，其中每個任務(wù)都在物理內(nèi)存中擁有自己獨(dú)立的頁表。

每當(dāng)應(yīng)用程序啟動時，操作系統(tǒng)都會為其分配一個頁表，頁表中的頁表項(xiàng)將應(yīng)用程序即將使用到的指令和數(shù)據(jù)映射到物理內(nèi)存。如果應(yīng)用程序映射到了未分配的物理空間，操作系統(tǒng)會完成相應(yīng)頁的分配，然后任務(wù)就可以進(jìn)行下去。

多個任務(wù)可以同時運(yùn)行，因?yàn)樗鼈兪褂玫氖遣煌腣A-PA映射關(guān)系，而這些映射關(guān)系能夠同時存在于物理內(nèi)存中。當(dāng)任務(wù)完成并且相應(yīng)的頁表映射不再需要時，該頁表所處的物理空間可以被重新分配，刪除相應(yīng)的頁表項(xiàng)（置成無效）并invalid TLB cache。

Address Space ID

在頁表中有一個nG（non-global）比特位。如果某個頁設(shè)置了nG ，那么該頁只與特定的應(yīng)用或者任務(wù)相關(guān)聯(lián)。當(dāng)MMU執(zhí)行VA-PA時，會同時用到VA和ASID（操作系統(tǒng)分配給每個任務(wù)的編號）。

作為頁表內(nèi)容的cache，TLB中的tag除了存儲了VA，還有相應(yīng)的ASID。在做TLB的hit-miss-check時，只有VA和ASID同時匹配才算hit。

上下文切換

所以，TLB中可能存放著多個相同VA對應(yīng)的頁表項(xiàng)。這些頁表項(xiàng)具有不同的ASID，當(dāng)某個ASID對應(yīng)的任務(wù)完成或者這個任務(wù)的頁表發(fā)生更改時只需要invalid某個ASID的TLB cache。這種操作叫context switches（上下文切換）。只針對特定ASID進(jìn)行上下文切換，能夠降低頁表修改帶來的性能開銷，因?yàn)樗苊饬怂⑿氯康腡LB。


審核編輯：劉清