实际上索引物理标记的缓存同义词

Question

我无法完全掌握VIPT缓存中的同义词或别名的概念。

考虑将地址拆分为： -

在这里，假设我们有2个页面，不同的VA映射到相同的物理地址（或帧号）。

不同的VA（比特13-39）的页面部分被转换为PA的PFN（比特12-35），并且PFN保持相同，因为它们被映射到相同的物理帧。

现在，两个VA的页面偏移部分（位0-13）与它们想要从特定帧访问的数据相同，不相同。

由于两个VA的页面偏移部分相同，所以位（5-13）也是相同的，因此索引或集合no是相同的，因此不应该存在别名，因为只有单个集合或索引no被映射到物理帧没有。

第12位如图所示，负责别名？我无法理解这一点。

如果有人可以借助地址给出一个例子，那就太好了。

谢谢。

Answer 1

页面偏移是位0-11，而不是0-13。查看底部图表：页面偏移量是低12位，因此您有4k页面（如x86和其他常见架构）。

如果任何索引位来自页面偏移量之上，则VIPT不再像具有索引位的自由转换的PIPT那样。就是这种情况。

进程可以将相同的物理页面（帧）映射到2个不同的虚拟页面。

您声称不同的VA（第13-39位）的页面部分被转换为PA的PFN（位12-35）并且PFN的PFN保持相同是完全虚假的。翻译可以改变第12位。因此，其中一个索引位实际上是虚拟的而不是物理的，因此同一物理线路的两个条目可以位于不同的集合中。

我认为我的主要困惑在于页面偏移范围。 PA和VA（即0-11）是相同的还是VA为0-12，PA为0-11？他们会一直相同吗？

PA和VA总是一样的。页面偏移量未在图表的VA部分标记，仅标记为用作索引的位数范围。

它与任何不同都没有意义：虚拟和物理内存都是字节可寻址的（或字可寻址的）。当然，页面框架（物理页面）与虚拟页面的大小相同。在从虚拟到物理的翻译过程中向右或向左移动地址是没有意义的。

正如评论中所讨论的：

我最终找到了http://www.cse.unsw.edu.au/~cs9242/02/lectures/03-cache/node8.html（其中包括问题中的图表！）。它说同样的事情：物理标记确实解决了缓存同音词问题，作为在上下文切换上刷新的替代方法。

但不是同义词问题。为此，您可以让操作系统确保每个VA的第12位=每个PA的第12位。这称为页面着色。

页面着色也可以解决同音词问题，而硬件不会重叠标记位，因为它在物理和虚拟地址之间提供了1个相同的位。 phys idx = virt idx。（但是，如果它想要依赖于这个不变量，硬件将依赖软件是正确的。）

在标记期间，标记与索引重叠的另一个原因是回写：

外部缓存几乎总是PIPT，内存本身显然需要物理地址。因此，当您将其发送到内存层次结构时，您需要一行的物理地址。

在完成对存储的TLB检查之后，回写高速缓存需要能够驱逐脏线（将它们发送到L2或物理RAM）。与加载不同，除非将其存储在某处，否则您仍然没有浮动TLB结果。 How does the VIPT to PIPT conversion work on L1->L2 eviction

使标记包括页面偏移之上的所有物理地址位解决了这个问题：给定页面偏移索引位和标记，您可以构造完整的物理地址。

（另一个解决方案是直写缓存，所以你总是有TLB的物理地址与数据一起发送，即使它不能从缓存标记+索引重构。或者只读缓存，例如指令缓存，没有回写; eviction = drop。）