TLB與內存尋址,內存讀取,虛擬內存的相關原理

TLB(Translation Lookaside Buffer)轉換檢測緩衝區是一個內存管理單元,用於改進虛擬地址到物理地址轉換速度的緩存。

TLB是一個小的，虛擬尋址的緩存，其中每一行都保存着一個由單個PTE(Page Table Entry,頁表項)組成的塊。若是沒有TLB，則每次取數據都須要兩次訪問內存，即查頁表得到物理地址和取數據。

關於TLB與cache-CPU緩存的關係，TLB介於CPU與cache之間，是內存的管理單元，用於程序從邏輯地址訪問實際內存地址的頁表緩存。

當程序或cpu要讀取數據，CPU會根據程序提供的邏輯地址的前20位映射碼到TLB中查詢，TLB中保存全部已運行程序的前20位邏輯地址的映射碼，查到（命中）根據前20位映射碼直接訪問實際內存地址。查不到（不命中）CPU會到CPU緩存（cache）中查詢，沒有CPU會從新加載（實際內存）全部邏輯地址的映射碼（一些程序中止響應後過一會又響應），後直接讀取硬盤上數據，同時將邏輯地址映射信息保存回TLB（刷新TLB）。TLB歸系統（OS）在內存中建立、管理，也算是一種緩存，軟緩存。CPU cache是加快CPU與內存之間數據交換的緩存，歸CPU管理，是一種硬件緩存。

當CPU訪問程序時，內存讀取速度很快，將CPU須要的數據塊（實際內存地址）讀取保存在內存中，內存空間有限，符合軟件編寫規則的程序都只能保存很小的數據塊在內存中，而且內存中這些數據塊只有被CPU所有處理完，內存纔會加載下一個數據塊。CPU要一點一點的處理這些內存中的數據塊，當CPU處理完這個數據塊需等待內存加載下一個數據塊。（也能夠說內存中止慢慢等CPU處理完。）這就形成了數據處理的停頓（雖然這點時間可能就是幾毫秒），爲了保持數據處理的連貫性、持續性，CPU cache應運而生。內存中要處理或優先處理的數據塊先被CPU cache加載，再也不影響內存的運做，CPU優先從CPU cache中加載處理數據。CPU cache起了緩衝、緩存做用。（這只是CPU運行的大方向的理論，實際IU與AU對緩存還有不一樣的處理，而且像IU酷睿與新的I系列CPU在緩存、內置內存控制器等多有改進，但不管怎樣這大方向的理論沒變！同頻率不一樣價的CPU可能是砍CPU cache大小或指令來區分，資金不是太緊張的同窗仍是選同頻大緩存的CPU爲好。同類型相比I3與I3,別拿I3與I5比。。。。）

如上，CPU、CPU cache或內存都會分優先級來加載處理數據，一些暫時不用的數據，內存會自動卸載數據到虛擬內存中，同時映射地址供之後直接調用。沒有啓用虛擬內存，內存會直接卸載暫時不用的數據，用時再從硬盤上讀取。你們注意到，直接之後從硬盤上讀取仍是卸載數據到虛擬內存中，好像都同樣，都要從硬盤上讀取。實際使用時是不同的，調用虛擬內存，實際內存只要經過映射碼直接讀取。調用硬盤上數據有一個加載、選擇須要數據塊的時間（雖然這點時間可能仍是幾毫秒）。到此其實虛擬內存更像實際內存的緩存（但不是必須的），虛擬內存的做用更像TLB。因此偶一直建議你們啓用虛擬內存。對於一些大容量內存的同窗，也要儘可能啓用虛擬內存。不是關閉虛擬內存，系統就會運行更快。這是一個網路上流傳甚廣的歧義解讀。

關閉虛擬內存讓程序在實際內存中運行，須要幾個前提條件，須要x64系統，只有x64系統才能更有效的管理、分配更多的內存地址。像一些x86系統開啓或支持4G以上內存都是障眼法的過眼癮，x86系統自己的內核出於穩定性的要求已經屏蔽了內存地址的擴展。（不管微軟仍是Linux都同樣，不要聽一些神人的通靈神釋，若是Linux等x86內核自己支持Linux還出什麼x64系統。）x86伺服器系統也是如此，只能看到更多的內存存在，（針對x86伺服器系統之前有幾個專門優化的程序可使用3g內存，如今基本已經絕種了）如咱們都知道銀行有許多毛爺爺，但你能把銀行的錢拿來就用嗎！第二個先決條件就是軟件自己要支持、啓用內存地址擴展，也就是x64位程序並編譯到了能夠啓用更多的內存地址擴展，有些程序（偶就不說軟件名了）只是包了x64皮的x86程序。。。。。
x86程序以Windows系統下爲例爲了最大兼容性先天就限制了內存地址的調用（「符合軟件編寫規則的程序都只能保存很小的數據塊在內存中」），如xxx不能讀、xxx不能寫的報錯就是內存地址不能供軟件調用，x64程序內存地址仍是有限制但經過內存地址擴展可以使用更多內存，如PS x64版軟件可使用128G以上內存容量。

內存不管有多大，都會在開機時被系統初始化，分配好數據空間（實際內存地址）。內存像一棟樓，樓中有許多房間，x86程序不管怎樣只能住小房間，x64程序能夠住大房間，像PS等x64程序能夠包下整個單元。不管x86仍是x64程序房間住滿了能夠將一些暫時不用的放到下房（或叫小倉房）虛擬內存中，如沒有多出的只能先丟掉了