地址转换--TLB缓存一致性

TLB缓存的一致性由软件(内核)提供保证，不是硬件。

TLB缓存是对页表项的缓存

如何保证页表项跟TLB缓存之间的一致性？

对页表项的修改情形分类

• 整个页表项失效
  比如，当发生进程间切换时，对于新进程来说，旧进程的所有虚拟地址都失效了，即相应的页表项和TLB缓存条目都失效，如果不做相应的清理工作，则新进程就可以读取就进程的数据结构，要么导致旧进程崩溃，要么窃取旧进程的敏感信息。
  系统一般的做法是：
  首先，修改页表寄存器使其指向新的进程；
  其次，要么清空所有TLB条目，要么在原TLB条目中添加进程id信息

tagged TLB entry = { 
    process ID,     
    virtual page number,
    physical page frame number, 
    access permissions
}

注意：(1)这里不需要修改硬件多级页表里存储的旧进程的页表项；
(2)新进程和老进程可能使用了相同的虚拟地址

• 权限修改
  -- 权限增强
  当内核增强需要增强一个页的权限时，首先中断相应进程，保证TLB中没有旧的地址转换的结果。如果这个页是共享的，则要保证TLB中没有任何一个引用该页的进程id的拷贝。比如，将一块内存区域标记为copy-on-write，系统需要将这块内存区域从可读可写降级为只读，需要移除所有引用该内存区域的进程id的拷贝，因为引用该内存区域的旧TLB条目可能还是可读可写权限。
  -- 权限降级
  什么都不用做，比如：页表项由invalid变成valid(动态增长堆栈时，需要分配物理内存和修改invalid页表项指向新的物理内存)，页表项从只读变成可读可写等

多处理器情形下的TLB一致性

对于多处理器来说，每个处理器上的TLB里都可能存在同一个进程的地址转换结果拷贝。只要有页表项发生修改，则在修改生效前，每个处理器上的TLB里相应的拷贝都要被丢弃。具体地讲，当前处理器可以立即使其TLB失效，移除其他处理器上的条目需要操作系统中断其他处理器，请求移除该拷贝。