CN115061955B 处理器、电子设备、地址翻译方法以及缓存页表项方法 （海光信息技术股份有限公司）

US2018150406A1,2018.05.31置为缓存用于翻译后备缓冲器且与对象虚拟页缓冲器配置为创建并缓存对象页表项在预设缓象虚拟页号的至少部分地址信息查询翻译后备引用于访问缓存在预设缓存空间中的对象页表2所述预设缓存空间包括所述处理器的多级缓存中的任一级缓存，所所述翻译后备缓冲器配置为创建并缓存所述对象页表项在所述预设缓存空间中的对其中，所述对象地址索引用于访问缓存在所述预设缓存空间其中，所述预设缓存空间以缓存行为单位进行缓存，每个所述翻译后备缓冲器进一步配置为，对于所述预设缓存空间中用所述预设缓存空间进一步配置为，允许使用通过查询所述翻译后据项包括查询键值以及包括与所述查询键值对应的缓存行在所述预设缓存空间中的地址所述翻译后备缓冲器进一步配置为使用所述对象虚拟页号中至少部分地址信息得到所述第一子地址信息用于得到所述对象页表项的查询键值，所述第二子4.根据权利要求3的处理器，其中，所述对象缓存行可用于存储所述偏移值表示所述对象页表项在所述对象缓存行中所述有效位为有效值时表示相应的数据项为有效项，所述有效位6.根据权利要求2或5的处理器，其中，所述翻译所述翻译位为有效值时表示相应的数据项用于在虚拟机模式下提供从宾客物理地址所述翻译位为无效值时表示所述相应的数据项用于在所述虚拟机模式下提供从宾客3所述翻译后备缓冲器包括P个可用的数据项，所述预设缓存空间进一步配置为选择固过用于缓存所述系统页表项的缓存行或跳过用于缓存所述系统述预设缓存空间中缓存的所述对象页表项。所述处理器核包括所述预设缓存空间，或者所述至少一级缓存空间包所述最后级缓存空间距离系统内存最近且距离所述处理所述第二级缓存空间至所述最后级缓存空间中的任一级缓存空间之一作为所述预设其中，所述页表遍历器配置为查询所述翻译后备缓冲器，以使用要进行地址翻译的目标虚拟地址的目标虚拟页号的至少部4使用所述目标地址索引访问缓存在所述预设缓存空间中与所述目标虚拟页号对应的使用所述目标页表项获得与所述目标虚拟地址对应其中，所述预设缓存空间以缓存行为单位进行缓存，每个所述翻译后备缓冲器进一步配置为，对于所述预设缓存空间中用所述预设缓存空间进一步配置为，允许使用通过查询所述翻译后所述使用要进行地址翻译的目标虚拟地址的目标虚拟页号的至少部分使用所述第一子地址信息在所述翻译后备缓冲器中查询所述翻译后备缓冲器的数据所述使用所述目标地址索引访问缓存在所述预设缓存空间中与所述目标虚拟页号对使用所述目标地址索引得到所述目标页表项所使用所述第二子地址信息作为偏移值，在所述目标缓存行中得根据所述对象页表项对应的对象虚拟页号中的至少部分地址信息在所述翻译后备缓基于所述对象地址索引，在预设缓存空间中存其中，所述预设缓存空间以缓存行为单位进行缓存，每个所述翻译后备缓冲器进一步配置为，对于所述预设缓存空间中用所述预设缓存空间进一步配置为，允许使用通过查询所述翻译后所述根据所述对象页表项对应的对象虚拟页号中的至少部分地址信息在所述翻译后响应于使用所述第一子地址信息在所述翻译后备缓冲器中查询并命中所述翻译后备5响应于使用所述第一子地址信息在所述翻译后备缓冲器中查询并未命中所述翻译后所述基于所述对象地址索引，所述在预设缓存空间中存储所述对象页表项使用所述对象地址索引得到所述对象页表项所使用所述第二子地址信息作为偏移值，在所述对象缓存行中定位用于所在所述预设缓存空间选择用于所述对象数据项的对使用所述多路中专门用于缓存系统页表项的至少一路来选择用于所述对象数据项的设缓存空间设置有固定的P个缓存行分别用于所述翻译后备缓冲器的P个可用的数据项，P在所述固定的P个缓存行中选择用于对应于所述对象数据项根据所述对象地址索引在所述预设缓存空间中删除所述对象页表6作系统给进程分配内存时，需要把使用到的虚拟地址映射到物理地址(Physical[0006]本公开的至少一实施例提供了一种处理器，该处理器包括翻译后备缓冲器(TLB)配置为缓存用于所述翻译后备缓冲器且与对象虚拟页号对应的对象页表项(PTE)的至少部7目标虚拟地址(VA)的目标虚拟页号(PageVA)的至少部分地址信息，查询翻译后备缓冲器，预设缓存空间中的对象地址索引，所述预设缓存空间用于缓存所述对象页表项(PTE)的至用所述目标地址索引访问缓存在所述预设缓存空间中与所述目标虚拟页号对应的目标页[0019]图6示出了本公开至少一个实施例提供的处理器中的缓存的架构的示例性示意[0020]图7示出了本公开至少一实施例中的第一级页表项缓冲器中一个数据项的内容的[0021]图8示出了采用本公开至少一实施例提供的处理器进行数据读请求处理的示意性[0023]图10示出了根据本公开至少一实施例的翻译后备缓冲器(TLB)中的TLB项的内容8[0024]图11示出了在本公开至少一实施例中一项对象PTE与对应的TLB项与缓存行之间含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者系也可能相应地改变。[0030]在计算机操作系统处理任务时，需要将应用程序使用的虚拟地址转换为物理地[0031]图1为一种计算机系统中使用页表进行地址翻译流程的示意图，图中示出了使用放的是相应内存页的物理地址的高位，它与一项虚拟地址的虚拟地址偏移(OFFSET_pg)合9器核通过多级缓存与内存的数据缓存机制实现指令传递中，使用最近访问的数据以填充缓存的多个项时所采用的替换策略也可以包括最近使用[0038]通常的缓存空间(例如第二级缓存等)包括控制逻辑、存储器(例如静态随机存取填充缓冲器则用于在该缓存空间被一项数据读请求查询而未命中时，暂存该数据读请求，续到下级缓存空间/内存中查询和读取，由此获得所请求的数据返回所请求的数据到当前行地址翻译时，首先使用要翻译的虚拟地址的虚拟页号到TLB中查询是否有需要的第一级过要翻译的虚拟地址包括的地址偏移，就可以获得该要翻译的虚拟地址相对应的物理地的过程与读取通常的数据的过程基本一致，也即页表项读取请求与数据读请求基本一致，翻译需要经历宾客虚拟地址到宾客物理地址、宾客物理地址到系统物理地址的转换过程。在4级页表的架构下，一个宾客虚拟地址到系统物理地址的翻译过程最多可能访问内存24[0056]图4示出了根据本公开至少一实施例的处理器的一个示例该处理器具有多个(例如以4个为例)处理器核(CPUCore)，但是本公开的实施例也可以用括针对指令的翻译后备缓冲(ITLB)和针对[0061]在另一个示例中，图4所示的处理器也可以进一步包括对应于第二级缓存设置的[0063]图5示出了根据本公开至少一实施例的处理器的另一个示例的示意图。如图5所并且可以通过该处理器核内的页表遍历器进行在LLC缓存的本地[0064]在另一个示例中，图5所示的处理器也可以进一步包括对应于最后级缓存设置的[0066]为了进行核外TLB管理，在缓存空间中增设了第一级页表项(PTE)缓冲器(或称为静态随机存取存储器)、第一级页表项缓冲器以及填充缓冲器(fillbuffer)。第一级页表项缓冲器用于在查询未命中的情况下缓存第一级页表项读请求，而填充缓冲器则如上所述在查询未命中的情况下缓存通常的数据读请求。[0067]图6示出了本公开至少一个实施例提供的处理器中的缓存的架构的示例性示意存空间为第三级缓存空间(或前述的LLC)。第一翻译后备缓冲器604与当前缓存空间602通控制逻辑605的操作包括在接收到一项数据读请求时，比较数据读请求与当前所缓存的各级页表项读请求携带的信息，第一级页表项缓冲器607将该第一级页表项读请求传递给下遍历器会生成第一级页表项读请求(PTE读请求)，并且将该第一级页表项读请求依次到各[0072]图7示出了本公开至少一实施例中的第一级页表项缓冲器中一个数据项的内容的址需要有足够多位以从读取的缓存行中获得正确的第一级页行地址用于与对应于第一级页表项读请求的返回的数据的地址进行比较以确定数据是否包括第一级页表项数据，缓存行偏移值表示相应的第一级页表项数据在缓存行中的偏移[0077]图8为采用本公开至少一实施例提供的处理器进行数据读请求处理的示意性流程[0080]响应于该数据读请求未命中当前缓存空间602，将数据读请求写入当前缓存空间都需要利用获得的所请求的数据更新当前缓存空间的存储器606中缓存的数据/标签以供不至于对处理器核的性能造成显著影响。将TLB项对应的PTE的至少部分内容缓存在与TLB器102与预设缓存空间101通信连接，预设缓存空间101配置为缓存用于翻译后备缓冲器且址索引指向存储在预设缓存空间中的该对象[0088]图10示出了根据本公开至少一实施例的翻译后备缓冲器(TLB)中的TLB项的内容的示意图，图中所示的缓存具有组相联映射架构，包括多个(S个)组(set)和多个(W个)路如图10所示的TLB中的每一项(TLB数据项)对应于一项之前用过的第一页表项(PTE)，可以号SIZEva的高位地址部分，所选择的高位部分的大小则可以根据每个缓存行可以存储的[0095]每个TLB项的缓存行索引(IDXcl)用于指示该TLB项所对应的一个或多个PTE(的至少部分内容)保存在预设缓存空间中的哪个缓存行，其大小可以根据预设缓存空间中缓存bit指令集的处理器核有4级页表，每级需要9bit来做偏移，用来缓存PTE的缓存的大小为号(M位的二进制数)作为缓存行索引(IDXcl)写入该TTLB中每个TLB项都有固定的IDXcl，而这些预留的缓存行也不会被释放或分配给缓存其他类型的数据使用。PTE的至少部分内容的多个缓存行之间进行替换，在存储常规的数据的多个缓存行之间进[0104]图11示出了在本公开的至少一实施例中一项对象PTE与对应的TLB项与缓存行之个(W个)路(way)。在如图4或图5所示的示例中，一项对象页表项(PTE)本身包括：有效位拆分为包括高位地址部分的第一子地址信息(即PageVAcl)和包括低位地址部分的第二子存储位置(序号或偏移值)则由第二子地址信息CLpte确定。第二子地址信息CLpte为整数，缓存行索引(IDXcl)则可以通过如上所述任一可行个连续的PTE，也即多个具有相同的虚拟页号的高位地址部分PageVAcl的PTE共享同一个以直接获得该TLB项中的缓存行索引(IDXcl)，再使用缓存中找到相应的缓存行，并且可以使用虚拟页号(PageVA)中的低位地址部分CLpte作为高位地址部分PageVAcl作为查询键值的TLB项，那么TLB创建一个新的TLB项用于该目标PTE，并且将该新的TLB项中的查询键值设置为虚拟页号(PageVA)中的该高位地址部分(IDXcl)到缓存中找到相应的缓存行，并且可以使用虚拟页号(PageVA)中的低查询键值的高位地址部分PageVAcl和作为缓存行内的偏移值的低位地址部分CLpte。使用高位地址部分PageVAcl查询TLB是否已经存在使用该高位地址部分PageVAcl作为查询键值[0110]如果TLB并不存在使用该高位地址部分PageVAcl作为查询键值的TLB项，则TLB查[0114]例如，在本公开上述实施例的处理器示例中，翻译后备缓冲器包括多个TLB数据存空间中的地址索引(IDXcl)，翻译后备缓第二子地址信息用于表示对象页表项在对象数据项为无效项。跳过用于缓存系统页表项的缓存行或跳过用于缓存系统页缓存空间至最后级缓存空间中的任一级缓存空间之一作为[0129]对应于上述实施例的处理器，本公开的至少一实施例还提供了一种地址翻译方[0130]使用要进行地址翻译的目标虚拟地址(VA)的目标虚拟页号(PageVA)的至少部分[0132]使用目标地址索引访问缓存在预设缓存空间中与目标虚拟页号对应的目标页表息(PageVAcl)和第二子地址信息(CLpte)。相应地，使用要进行地址翻译的目标虚拟地址[0138]根据对象页表项对应的对象虚拟页号中的至少部分地址信息在翻译后备缓冲器地址信息在翻译后备缓冲器中查询并命中翻译后备缓冲器的数据项，获得对象地址索引，或者响应于使用第一子地址信息在翻译后备缓冲器中查询并未命中翻译后备缓冲器的数路中专门用于缓存系统页表项的至少一路来选择用于对象数据理器可以执行上文所述的数据处理方法中的一个或多处理能力和/或程序执行能力的其它形式的处理单元。例如，中央处理单元(CPU)可以为储在只读存储器(ROM)1402中的程序或者从存储装置1408加载到随机访问存储器(RAM)[0157](1)本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考[0158](2)在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到