TLB

dev_butler·2023년 11월 22일

운영체제에서 살아남기

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Paging

시간적 오버헤드가 크다
Address translation이 너무 느림
목표 : address translation을 빠르게 하는 것

TLB (Translation Lookaside Buffer)

CPU -> Logical Address -(TLB Lookup)-> MMU -> TLB Miss시 Page Table, TLB Hit시 Physical Address -> Physical Memory
logical address에서 page number은 process마다 있음

TLB Performance

Effective Access Time With TLB
- TLB Lookup time : e
- Memory Access time : 1
- Hit ratio : a (TLB에서의 Percentage)
= (1+e)a + (2+3)(1-a)
= 2+e-a

TLB Basic Algorithm

VPN = (VirtualAddress & VPN_MASK ) >> SHIFT 
(Success , TlbEntry) = TLB_Lookup(VPN)
if(Success == Ture){  // TLB Hit (TLB에 변환 정보 존재할 시)
    if(CanAccess(TlbEntry.ProtectBit) == True ){  // 접근 가능한지 확인 후 TLB 정보로 주소 변환
        offset = VirtualAddress & OFFSET_MASK 
        PhysAddr = (TlbEntry.PFN << SHIFT) | Offset 
        AccessMemory( PhysAddr )
    } else
        RaiseExceotion(PROTECTION_ERROR)
else  //  TLB에 변환 정보 없을 때
        PTEAddr = PTBR + (VPN * sizeof(PTE)
        PTE = AccessMemory(PTEAddr)
        (--)
        
        TLB_Insert( VPN , PTE.PFN , PTE.ProtectBits)  //TLB에 변환 정보 저장
        RetryInstruction()
    }
}

Accessing An Array

: 첫번째 array[0]에 접근 시 TLB에 아무런 address가 cache 되어있지 않음. 그런데 a[1]에 접근하면 같은 page가 TLB에 cache 되어있어 빠르게 찾기 가능
-> a[0], a[3], a[7]모두 같은 현상이고 나머지 7번의 접근, 즉 70%에서 TLB Hit 발생 (배열이 연속된 주소공간에 있어 Spatial Locality라 함)