Computer science 计算虚拟内存页表和转换查找缓冲区

我正在回答一些与虚拟内存相关的问题，并希望得到一些帮助，以澄清或确认我对如何使用虚拟内存的理解

问题如下:

给定一个32位字的字节可寻址系统，4 GB的虚拟地址空间，1 GB的物理地址空间，4 KB的页面大小。假设页表条目四舍五入到4字节

a） 页面表的大小（以字节为单位）是多少

b） 现在假设实现了一个4路集合关联转换查找缓冲区，总共有256个地址转换。计算其标记和索引字段的大小

我的答覆如下：

A:

页表的大小等于页表中的条目数乘以条目数

页表中的条目数等于内存大小除以页大小：2^32/2^12=2^20

条目的大小等于字大小减去页表中用于条目数的位：32-20=12

因此，页表大小为：（2^20）*12位=12582912位=1572864字节

然而，我发现（在“页面表大小”标题下），它使用基本相同的数字

页表大小=（（虚拟地址空间大小）/（页大小））*（页表条目大小） =（4 GB/4 KB）*4 B=4 MB

哪个答案是正确的

接下来，B：

我不确定如何计算B部分。我相信标签是通过添加块数、偏移量和索引来计算的。这是一个4向关联集，因此每个集合中有4个块。索引为8位，因为基本索引大小为10位，减少了2位，还因为它是一个4路关联集。但是，我不知道如何计算偏移量，这是帮助计算标记所必需的

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任何帮助都将不胜感激。

对于a部分，您犯了两个错误。首先，问题明确指出“页表条目四舍五入到4字节”。第二，PTE包含根据页面对齐的地址确定物理地址所需的位。在所描述的系统中，物理地址仅为30位（1gib）。由于该系统使用4KB页面，PTE中物理地址的最低有效12位将全部为零，因此可以是隐式的。因此，对于物理地址，需要18位（30-12）

除了四舍五入到两个字节数的幂之外，大多数PTE还包括附加数据，例如有效位、修改位、访问位以及用户和主管模式的权限位；因此，即使有512MIB物理地址空间和8KIB页面（需要16位来指示物理地址），也不能使用2字节PTE

（需要注意的是，没有32位处理器会使用平面页表。对于32位地址，通常使用分层或线性页表。这会为完全占用引入一些额外的空间开销，并且可能需要多次内存访问才能找到转换，但在部分占用和密集分配的常见情况下，它们可能会被忽略。）使用更少的内存。这一点尤其重要，因为大多数处理器设计用于多地址空间操作系统，其中每个进程都有自己的页表。使用页表中几乎一半的物理内存[400 MiB]仅支持100个进程是不可理解的。）

对于b部分，您是正确的，4路集合关联意味着每个集合中有4个块，因此根据条目数从索引所需的位数中减去2位。但是，log2（256）是8而不是10，因此只有6位用于索引TLB

在数据缓存中，标记大小等于地址位数减去索引位数，再减去偏移位数（缓存块内）

对于TLB，虚拟地址与页面大小对齐（页面中的最低有效位未翻译）。对于4 KiB页面，这意味着忽略12个最低有效位。对于32位虚拟地址，这将保留20位

其中6位用于索引已经确定，因此剩下14位

对于非集群TLB，每个标记与一个转换相关联。这将相当于1字节（即0个偏移位）的数据缓存块大小。因此，标记（不包括任何地址空间ID）将为14位

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（在集群TLB中[类似于扇区缓存块]，为每个“条目”提供两个或多个翻译——条目变得不那么清晰，因为它可能指翻译条目或标签与该标签相关联的多个翻译的组合。[我想你应该明白这些问题并非如此复杂。]

非常感谢您的评论。我现在完全理解了b部分。但是，您对我在a部分中的错误的解释让我有点困惑。我是否在计算页面表中的条目数？basil否，您关于所需PTE的数量是正确的（对于假定的平面页面表），但从问题中所述的假设和表示页的物理地址所需的位数来看，每个PTE的位数都是错误的。（我确实提到了平面页面表格是极不可能的；从这个意义上说，页面表格的大小是不正确的，但这是问题假设的问题，而不是您的理解。）我想我明白了。那么你是说，根据你对上述物理地址的解释，条目大小将为18位？这将影响我对页表的计算（我的计算方法正确吗？）。关于页表条目四舍五入的部分仍然让我很反感，呵呵