TLB未命中缓存未命中？

Question

有人可以解释TLB（翻译后备缓冲区）未命中和缓存未命中之间的区别吗？

我相信我发现TLB指的是某种虚拟内存地址，但我并不清楚这究竟是什么意思？

我理解当一块内存（缓存行的大小）被加载到（L3？）缓存中并且如果当前缓存行中没有保存所需的地址时，会导致缓存未命中 - 这是缓存未命中。

Answer 1

嗯，今天的所有现代操作系统都使用虚拟内存。 CPU生成的每个地址都是虚拟的。有一些页表将这些虚拟地址映射到物理地址。 TLB只是页表条目的缓存。

另一方面，L1，L2，L3缓存高速缓存主存储器内容。

当CPU请求的虚拟地址的virtual memory address => physical memory address映射不在TLB中时，会发生TLB未命中。然后必须从页表中将该条目提取到TLB中。

当CPU需要不在缓存中的内容时，会发生缓存未命中。然后在主存储器（RAM）中查找数据。如果不存在，则必须从辅助存储器（硬盘）获取数据。

Answer 2

在PC中加载第一个指令地址（即虚拟地址）之后的以下序列使得TLB未命中和高速缓存未命中的概念非常清楚。

第一条指令 •访问第一条指令

• 拿起PC
• 使用从PC中提取的VPN访问iTLB：iTLBmiss
• 调用iTLBmiss处理程序
• 计算PTE地址
• 如果PTEs缓存在L1数据和L2缓存中，请使用PTE地址查找它们：您也会错过
• 主内存中的访问页表：PTE无效：页面错误
• 调用页面错误处理程序

• 分配页面框架，从磁盘读取页面，更新PTE，在iTLB中加载PTE，重新启动提取 •现在您拥有物理地址

• 访问Icache：小姐

• 将补充请求发送到更高级别：您无处不在
• 向内存控制器（北桥）发送请求
• 访问主内存
• 读取缓存行
• 在缓存行返回处理器时重新填充所有级别的缓存
• 使用块偏移量从缓存行中提取适当的指令 •这是指令/数据访问中可能的最长延迟

来源https://software.intel.com/en-us/articles/recap-virtual-memory-and-cache

Answer 3

正如两个过程的提到的那样。在性能上，高速缓存未命中并不一定会使CPU停顿。使用算法预取技术可以容忍少量的高速缓存未命中。然而，TLB未命中导致CPU停止，直到用新地址更新TLB。换句话说，预取可以屏蔽高速缓存未命中但不能屏蔽TLB未命中。