x86 - 脏位和访问位如何影响 TLB？

Question

我知道如果一个页面已被访问，它将设置访问位，如果已被写入，则脏位也将被设置。但我不清楚这些位如何影响 TLB/TLB 缓存？另外OSDEV有以下段落

When changing the accessed or dirty bits from 1 to 0 while an entry is marked as present, it's recommended to invalidate the associated page. Otherwise, the processor may not set those bits upon subsequent read/writes due to TLB caching.

在什么情况下您会将脏位和访问位从 1 更改为 0？

Answer 1

In what cases would you change the dirty and access bits from 1 to 0?

如果操作系统内存不足，它会想要释放一些页面(例如，将页面的数据发送到交换空间，以便它可以将物理内存用于其他用途)。通常，这将基于“最近最少使用”，但 CPU 每个页面只有 1 个“已访问”标志，因此要解决此问题，操作系统会定期检查已访问标志并将其清除回零，以便它(大致)知道页面被访问了多久，而不仅仅是它是否被访问/未被访问。它有点像“if(page->accessFlag == 1) { page->accessFlag = 0; page->time_since_access = 0; } else { page->time_since_access++; }”。

对于脏标志，请考虑读/写内存映射文件或回写磁盘缓存。程序修改内存中的数据(导致设置脏标志)；然后，当磁盘驱动器无事可做时，操作系统可能会找到设置了脏标志的页面，将它们写入磁盘，并将脏标志清除为零(因此同一页面不会再次写入磁盘)下次就没有理由了)。

How does the Dirty and Access bits affect the TLB?

情况恰恰相反 - TLB 影响标志(并且标志不影响 TLB)。

当CPU设置脏或访问标志时，它会对内存进行原子更新以防止竞争条件(例如其他CPU同时修改或检查相同的页表条目)，并且原子更新有点昂贵。为了减少/避免这些原子写入，CPU 可以(并且很可能会)将页面的已访问标志和脏标志缓存在 TLB 条目中，以便在 CPU 想要设置标志但 TLB 条目显示时可以跳过原子写入无论如何，它们已经设置好了。如果 TLB 条目错误(例如，因为操作系统更改了内存中的已访问或脏标志，但没有使 TLB 条目无效)，则 CPU 可以跳过操作系统所需的原子写入。这可能会导致数据损坏(例如，操作系统假设内存中页面的内容不需要写入磁盘，因为未设置脏标志)。