如何根据 TLB 大小和平均内存访问时间计算进程大小答案

【问题标题】：How To Calculate Process Size from TLB size and mean memory access time如何根据 TLB 大小和平均内存访问时间计算进程大小
【发布时间】：2017-08-06 23:39:24
【问题描述】：

在整个进程加载到内存中的分页内存系统中（不是请求分页），您有一个 35 条目的 TLB。假设任何一页内存访问的概率是相同的（与正常情况不同）。如果TLB搜索时间是5nsec，内存访问时间是50nsec，如果有效访问时间是70nsec，那么page中的进程有多大？

如何计算进程的大小？？

【问题讨论】：

“有效访问时间”是如何定义的？什么是TLB（这里使用ostep.org book），为什么需要它？使用什么样的MMU和page walk（是一级、二级还是多级page table）？
@osgx 我假设是一级。这是一个家庭作业问题，这就是我提供的全部内容。
不，你没有。在这个作业之前还有半学期的 CS 课程。您是如何定义“有效访问时间”的？您是否了解 TLB 是什么？
@osgx 我不知道“有效”访问时间是什么意思，而不是前面提到的访问时间。而且我知道 TLB 是什么以及它的作用（实际上将页面映射到地址并减少从所述地址位置访问信息的时间）
添加了一些想法作为答案；这里没有完整的解决方案。还要检查stackoverflow.com/a/14193216 和stackoverflow.com/questions/18550370/… 以了解有效访问时间的可能定义。

标签： memory tlb page-tables

【解决方案1】：

本系统在进程中使用虚拟内存，为了访问内存，需要将虚拟地址转换为物理地址。此翻译使用“页表”的某种变体 (https://en.wikipedia.org/wiki/Page_table) 存储在同一物理内存中。

在没有 TLB（大小为零的 TLB 条目）的变体中，每次程序访问都需要从页表中读取转换条目，然后才能进行真正的访问。因此，有效（平均）内存访问时间将等于 2 * 主内存访问时间。

eff_time(TLB_size_0) = 2 * main_memory_access_time

TLB 是一种优化（查看http://ostep.org book 了解更多details of real world TLB），它缓存了几个最近使用的翻译（并且每个翻译条目描述一页）。在理想情况下，程序使用的所有虚拟地址都会命中 TLB，并且只有 TLB 的延迟会增加内存访问时间。对于 35 个条目的 TLB，这对于访问不超过 35 个页面的程序（或时间段）来说是正确的。

但是当程序进行统一的内存访问并使用比 TLB 存储更多的页面（页数中的大小更大）时，一些访问将需要执行“页表遍历”（在 1 级页表的情况下 - 1额外的内存访问）来重新填充一些 TLB 条目。如果 1/5 的程序内存访问未命中 TLB（而 4/5 没有），则平均有效访问时间将如下所示

eff_time (TLB_miss_rate_of_1_over_5) = (1-1/5) * full_access_time_with_TLB_hit + 1/5 * full_access_time_with_TLB_miss

其中 full_access_time_with_TLB_hit 是在 TLB 中进行成功搜索并进行 1 次主存访问的时间，而 full_access_time_with_TLB_miss 是进行不成功的 TLB 搜索、访问页表（通过读取主存）的时间，（可能重新填充 TLB 和重做搜索，如果你MMU 未优化），然后访问应用程序所需的内存。

【讨论】：