本章主要讨论如何加速页码的转换，即如何快速通过虚拟页码找到物理页

TLB的概念

TLB（translation-lookaside buffer）是处理器芯片上内存管理单元memory-management unit的一部分，本质上是一个对于最近转换关系的一个高速缓存，所以从功能来看其实更贴切的名字是address-translation cache，叫TLB是因为历史原因。

通过缓存来加速这个步骤主要是考虑到了时间局部性和空间局部性。

这在我们前面了解CPU高速缓存的时候提到过。比如18章中那个循环1000次每次+1的值，在内存中需要访问的数组可能都在连续的页上，这更符合空间局部性（访问某元素后，马上要访问下一个紧挨着的内存，不过在这里是页）。用于统计的sum和循环计数用的i，在循环执行时会被多次访问，这符合了时间局部性（被访问过的内存、页，在接下来短时间内可能会继续被访问多次）。

TLB元素的结构

TLB元素的结构很简单，VPN | PFN | other bits

另外的那些bit位，就用于保存一些标记位

实际的一个实例：

TLB缓存缺失的处理

CPU高速缓存缺失数据时，由CPU从内存中读取到数据并缓存。那如果在TLB中缺失某页的映射信息，那么该交由谁处理？

CPU的指令集有复杂指令集CISC和简洁指令集RISC。古早的硬件设计者们不太信任OS的开发者，所以他们使用CISC复杂的指令集来让CPU自己去处理。而RISC则是在发现缺失缓存后，由硬件触发一个中断，将事情告知OS，然后由OS自己来去处理这个问题。

由OS处理就会和处理一般中断有一些比较大的区别，比如在某行代码触发一般中断后，实际上就该执行下一行代码了。而由TLB触发的缺失中断，在OS将缺失映射关系写会TLB后（要知道TLB在芯片上），需要再次执行一次触发中断的代码，此时这行代码就可以从TLB中读到数据了。

不过这件事情也没有那么简单，因为如果OS处理完后，TLB出于某种淘汰策略把刚写进去的数据再次淘汰了，那岂不是可能无限循环了？所以OS处理这个问题是要考虑的问题实际要更多。

另外就是，OS也会将一些OS自己的内存页等，永久保持一直在TLB中而不被淘汰，以提升OS自己的性能，这也是OS需要考虑的问题。

TLB与进程切换的难题

因为TLB在芯片上，并且缓存的是某个具体进程的虚拟页转换关系，那么在线程切换时，就会遇到CPU缓存一样的问题。

不过因为现在TLB的写入以及控制，我们交给了OS，所以这个问题通过OS在CPU切换进程的时候，将这个进程的TLB内容保存到进程信息里，在切换回来时flush回去，我们是可以解决的。只是这需要成本，并且这个成本很大。

另一种处理方式是由硬件TLB提供兼容，TLB在存储的时候除了存储虚拟和物理页码之外，另外存储一个id，这里可以是进程id的某种表示，这样对于TLB内的数据，就有了一个字段去区分进程间的数据，这样就不需要flush了。不过这未尝没有代价：TLB的命中率会受到影响。

TLB淘汰策略

TLB中的数据的淘汰策略可以有很多，随机、LRU，但是这个是我们需要考虑的