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处理器 x86/x86_64 中使用哪种寻址来缓存 L1、L2 和 L3(LLC) - 物理或虚拟（使用 PT/PTE 和TLB ）， PAT（页面属性表）会以某种方式影响它？

在这种情况下，驱动程序（内核空间）和应用程序（用户空间）之间有区别吗？

简短的回答 - 英特尔使用虚拟索引、物理标记(VIPT) L1 缓存：在一个具有 HT 的核心上执行线程之间的数据交换将使用什么？

  • L1 -虚拟寻址（在8-way缓存中定义Set需要低12 bits，这在 virt & phys 中是相同的）
  • L2 -物理寻址（需要访问 TLB 以获得 Virt-2-Phys）
  • L3 -物理寻址（需要访问 TLB 以获得 Virt-2-Phys）
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你的问题的答案是 - 这取决于。这严格来说是一个 CPU 设计决策，需要在性能和复杂性之间进行权衡。

以最近的英特尔酷睿处理器为例 - 它们被物理标记并虚拟索引（至少根据http://www.realworldtech.com/sandy-bridge/7/）。这意味着缓存只能在纯物理地址空间中完成查找，以确定该行是否存在。但是，由于 L1 是 32k，8 路关联，这意味着它使用 64 个集合，因此您只需要地址位 6 到 11 即可找到正确的集合。碰巧的是，虚拟地址和物理地址在此范围内是相同的，因此您可以在读取缓存集的同时查找 DTLB - 一个已知的技巧（参见 - http://en.wikipedia.org/wiki/CPU_cache一个很好的解释）。

从理论上讲，可以构建一个虚拟索引+虚拟标记缓存，这将消除通过地址转换的要求（TLB 查找，以及在 TLB 未命中的情况下进行页面遍历）。然而，这会导致很多问题，尤其是内存别名——两个虚拟地址映射到同一个物理地址的情况。

假设 core1 在这样一个完全虚拟的缓存中具有虚拟地址 A 缓存（它映射到 phys 地址 C，但我们还没有进行此检查）。core2 写入映射到相同物理地址 C 的虚拟地址 B - 这意味着我们需要一些机制（通常是“窥探”，由 Jim Goodman 创造的术语）使 core1 中的该行无效，管理数据合并和一致性管理如果需要的话。但是，core1 无法响应该窥探，因为它不知道虚拟地址 B，并且不将物理地址 C 存储在虚拟缓存中。所以你可以看到我们有一个问题，虽然这主要与严格的 x86 系统相关，但其他架构可能更宽松，并且允许更简单地管理此类缓存。

关于其他问题——我能想到的与 PAT 没有真正的联系，缓存已经设计好了，不能针对不同的内存类型进行更改。另一个问题的答案相同 - 硬件主要位于用户/内核模式之间的区别之下（除了它提供的安全检查机制，主要是各种环）。

于 2013-09-27T20:58:35.953 回答