Linux x86_64 的TLB管理

出处：http://yuanbor.blog.163.com/blog/static/5667462020091116213352/

1. TLB介绍
• TLB是位于内存中的页表的cache，如果没有TLB，则每次取数据都需要两次访存（查页表获得物理地址+取数据），下图是TLB在整个系统中的示意图。

2. x86_64上的TLB

•  普通模式

• Global Pages

• 当CR3寄存器被修改时，TLB就被flush掉；

• 然而有些经常使用的或则比较关键的pages不想被flush，则可以通过标识为global pages来实现；

• 更改CR3寄存器只flush非global的pages；

• TLB管理

• INVLPG用来无效掉某个TLB项，包括标识为gobal的项；

• 修改CR3可以flush除global外的所有项；

• 虚拟机模式（暂不讨论）

3. Linux x86_64的TLB管理

• flush_tlb() flushes the current mm struct TLBs

• flush和正在运行的进程相关的TLB的所有项（除了global的），包括本cpu的，和其他可能运行此进程的cpu的TLB

• 本cpu通过IPI通知其他cpu

• flush_tlb_all() flushes all processes TLBs

• flush系统内所有cpu的TLB（包括global项）

• flush_tlb_mm(mm) flushes the specified mm context TLB's

• flush所有与mm相关的TLB

• flush_tlb_page(vma, vmaddr) flushes one page

• flush所有包含此page的TLB的那个项

• flush_tlb_range(vma, start, end) flushes a range of pages

• flush一段范围的pages

• 但是目前做不到，只能将全部vma相关的pages flush掉

• flush_tlb_kernel_range(start, end) flushes a range of kernel pages

• flush一段范围的kernel pages

• 目前等价于flush_tlb_all()

• flush_tlb_others(cpumask, mm, va) flushes TLBs on other cpus

• flush其他cpu上的tlb

4. context switch

• 如果切换前后的两个进程地址空间不一样，则需要加载新进程的页表物理首地址到CR3寄存器，从而导致本cpu的TLB flush（除global pages）

• 如果地址空间一样（比如同一个进程的两个线程），则分两种情况

• next->cpu_vm_mask的当前cpu位为0，那么需要重新加载CR3寄存器；

• 否则不用；

• （cpu_vm_mask表示此进程正在哪些cpu上运行，如果为0则表示已放弃此cpu，而如果其他cpu发关于此进程的TLB flush IPI，这个cpu都是收不到的，所以需要加载CR3，以确保TLB没有脏项）