ARM64中的ASID地址空间标识符

1. 从ARM32到ARM64

  从ARM32到ARM64不止将处理器从32位升级到了64位,还有许多性能的技术也得到了极大的提升,光是个头长了可不行啊!能耐也得跟着长啊!哈哈哈

1.1 ARM32的TLB机制

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  如上图所示,上一讲我们讲了TLB的每一条表项都有一个bit用来表示自己是全局的(内核空间)还是本地的(用户空间)。当进程发生切换是,操作系统必须将TLB中缓存用户空间转换关系的表项全部清空,以保证下一个进程不会使用上一个进程的地址转换关系。
  这样,在ARM32中每切换一次进程就需要刷一次TLB表中的本地表项,如果进程切换的频繁,处理器损失的性能是比较大的。

1.2 ASID(地址空间标识符)

  上一篇文章我们提到了鸡肋的FCSE技术,其实从ARMv6开始,ARM就反对使用任何FCSE机制。到了ARMv7时代,FCSE是可选的,直到ARMv7多处理架构才彻底淘汰了FCSE(起码从白皮书上搜这个关键字是找不到了),到了ARMv8,处理器迎来了64位的时代,ASID技术已经早已成熟。
  ASID这项技术在ARMv7多处理器架构就开始使用了,只不过在ARMv7里,ASID是8位的,也就是256就溢出了,而在ARMv8架构中,ASID可以配置为16位,也就是计到65536才会溢出,ASID位数扩大的好处文章后面会讲。为每一个进程分配一个ASID的话,256个就溢出了,所以在Linux中ASID溢出后就要重新洗牌了。
  说到ASID,还要从ARM的TTBR寄存器开始说起,前面文章我们讲过了MMU的TTBR寄存器,但是并没有给出TTBR寄存器的bit描述,这里列出ARM32和ARM64的TTBR寄存器格式描述。

1.2.1 ARM32的TTBR0寄存器格式

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1.2.2 ARM64的TTBR0寄存器格式

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  可以看出在ARM32的TTBR寄存器里是没有ASID这个属性的,粗暴点的说,操作系统切换进程其实就是切页表,切页表就是改写TTBR寄存器的值,那么很容易知道Linux会为每一个进程分配一个独用的ASID码,Linux为每个为进程分配的ASID值都不相同。
  这么一来,MMU再做页表转换时也会把当前的ASID值缓存到TLB快表里,

ARM64的TLB机制

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  有了ASID后,TLB跟以前也不一样了,在进程切换的时候,操作系统也不需要去刷TLB了,因为MMU在做地址转换时会将TLB表项里的ASID和当前进程的ASID值做比较,只有ASID值相等,MMU才认为这条表项是我需要的。
  所以和没有ASID技术的ARM32相比,ARM64在进程切换上提升了较大的性能。

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