MMU随笔-------《超标量处理器设计》

MMU是内存管理单元，完成VA--->PA的转换

现在程序渐渐变大，物理内存无法满足，所以需要虚拟内存。

嵌入式设备程序小，不需要MMU，可以直接使用物理内存，而对于智能手机、PC等，就需要物理内存了

操作系统，调度负责将物理存储器动态分配给每个程序。

方便实现程序物理地址的共享和虚拟地址的共享   保护和共享

将虚拟内存看做一本书，虚拟地址空间大小是4G，也就是书的大小是4G，每一页就是一个地址空间，大小为4KB

历史原因，物理空间不叫页，叫frame，它和页的大小必须相等

页的大小是4KB，pa和va的页都是4kb，所以，VA[11:0]  和PA[11:0]  相等。

va和pa剩余的bit分别叫做  VPN   virtual page number      PFN  physical frame number

PA和VA的映射都是以页的大小为粒度进行映射的，VA剩余的部分会被映射到disk，VA和PA页内的偏移不会变

有一些页没有映射，就会产生paga fault的异常送给处理器，进行page table walking 

为了减少page fault发生的概率，可以将物理内存中经常没有使用的page进行替换，类似cache满的时候，扔掉不经常使用的某一行。

PT    page table存放va和pa的映射关系   表项entry    存放在物理内存中

PTR page table register  页表寄存器   存放当前程序的页表在物理内存中的起始位置

实际页表每个entry都是32bit，也会存放read  write等

需要2  cycle

step1：VA访问物理内存中的页表，获取PA

step2：PA访问物理内存，获取data

例子：32位处理器中，页大小是4KB，页表中每个entry是4 byte，表项个数为 4G/4kb = 2^20，所以页表大小是4 byte x (2 ^20) =4MB

意味着每一个进程，都需要4MB的连续的空间来存储页表，进程多了，这个空间就很大了。

多级页表 hierarchical page table                   

将4MB的线性页表划分为若干个更小的页表，根据实际需要，渐渐地放入这些子页表。

两个相邻的子页表可以放在物理内存中不连续的位置

操作系统穿件进程-----> 在物理内存中找到4KB空间（存放第一级页表）-----> PTR特殊寄存器（第一级页表中的物理内存起始地址）----->  第一级页表----->  第二级页表

page table walk  当tlb缺失时，需要从页表中找到对应的映射关系并将其写回到tlb的过程。

多级页表需要多次访问内存，二级页表，需要三次访问物理内存。时间较久

tlb只具有时间相关性，现在被访问的页，后面还会被访问到，不具有空间相关性。

页的大小其实是可变的

页内的碎片：页变大，会导致一个页内的很多空间被浪费了，会降低页的利用效率，发送page fault，意味着每次搬移更多的数据，导致paga fault处理时间变长。

tlb容量远远小于页表。