x86 - L1 缓冲区处理

Question

L1 指令高速缓存包含......指令。对于什么类型的指令，CPU 会从 icache 中获取指令，然后需要使用 L1 指令转换后备缓冲区 (iTLB) 查找虚拟地址？我可以看到为什么会提取一条指令，然后使用 L1 数据 TLB 来查找虚拟地址，但我不明白为什么要使用 iTLB？什么类型的 x86 指令会导致这种情况？

Answer 1

你在这里交换了订单。

如果 L1 指令缓存被物理标记（如在绝大多数 CPU 中），那么您首先访问 iTLB 以将指令指针/程序计数器从虚拟地址转换为物理地址，然后才能访问 L1。

因此，由于在 x86 中，所有指令都是通过指令指针（LIP，或 64 位模式下的 RIP）中的虚拟地址访问的，除了实模式或不可缓存代码的某些极端情况之外，所有代码提取都必须进行这个过程并在访问指令缓存（或任何进一步的缓存/内存级别，以防丢失）之前从 iTLB 开始。

如果缓存也是虚拟索引的（VIPT，这也很常见），那么您可以并行访问它们并读取整个集合，同时您还可以访问 iTLB 进行翻译。在某些情况下，它甚至可能导致更早地访问 L1 缓存（如果 iTLB 受到其他请求的压力，或者您错过并不得不进行页面遍历），但您最终仍需要翻译以识别正确的行通过它的物理标签，在您可以通过将其发送到管道中实际开始使用该指令之前。

请注意，在某些 CPU 中，您可能有其他形式的代码缓存（例如 Intel 的 uop 缓存），这可能会提供替代路径。我不认为实际的细节是可用的，但是当你已经知道代码是什么时，可能会有一些形式的“宽松”TLB检查，只需要检查TLB属性以确保没有发生任何不好的事情（比如一些其他线程更改您脚下的页面地图）。