TWU

table walk unit：包含從內存中讀取translation tables的邏輯

一個完整的頁表翻譯和查找的過程叫作頁表查詢（Translation Table Walk），頁表查詢的過程由硬件自動完成，但是頁表的維護需要軟件來完成。

頁表查詢是一個相對耗時的過程，理想的狀態是TLB里緩存有頁表轉換的相關信息。當TLB未命中時，才會去查詢頁表，并且開始讀入頁表的內容。

page table

page table是每個進程獨有的，是軟件實現的，是存儲在main memory（比如DDR）中的

Address Translation

因為訪問內存中的頁表相對耗時，尤其是在現在普遍使用多級頁表的情況下，需要多次的內存訪問，為了加快訪問速度，系統設計人員為page table設計了一個硬件緩存 - TLB，CPU會首先在TLB中查找，因為在TLB中找起來很快。TLB之所以快，一是因為它含有的entries的數目較少，二是TLB是集成進CPU的，它幾乎可以按照CPU的速度運行。

如果在TLB中找到了含有該虛擬地址的entry（TLB hit），則可從該entry中直接獲取對應的物理地址，否則就不幸地TLB miss了，就得去查找當前進程的page table。這個時候，組成MMU的另一個部分table walk unit就被召喚出來了，這里面的table就是page table。

使用table walk unit硬件單元來查找page table的方式被稱為hardware TLB miss handling，通常被CISC架構的處理器（比如IA-32）所采用。它要在page table中查找不到，出現page fault的時候才會交由軟件（操作系統）處理。

與之相對的通常被RISC架構的處理器（比如Alpha）采用的software TLB miss handling，TLB miss后CPU就不再參與了，由操作系統通過軟件的方式來查找page table。使用硬件的方式更快，而使用軟件的方式靈活性更強。IA-64提供了一種混合模式，可以兼顧兩者的優點。

如果在page table中找到了該虛擬地址對應的entry的p（present）位是1，說明該虛擬地址對應的物理頁面當前駐留在內存中，也就是page table hit。找到了還沒完，接下來還有兩件事要做：

? 既然是因為在TLB里找不到才找到這兒來的，自然要更新TLB。

? 進行權限檢測，包括可讀/可寫/可執行權限，user/supervisor模式權限等。如果沒有正確的權限，將觸發SIGSEGV（Segmantation Fault）。

如果該虛擬地址對應的entry的p位是0，就會觸發page fault，可能有這幾種情況：

? 這個虛擬地址被分配后還從來沒有被access過（比如malloc之后還沒有操作分配到的空間，則不會真正分配物理內存）。觸發page fault后分配物理內存，也就是demand paging，有了確定的demand了之后才分，然后將p位置1。

? 對應的這個物理頁面的內容被換出到外部的disk/flash了，這個時候page table entry里存的是換出頁面在外部swap area里暫存的位置，可以將其換回物理內存，再次建立映射，然后將p位置1。

后面再進一步就是看看這個TLB中具體是怎么找的，在page table中又是怎么“walk”，這部分就是具體的地址是怎么轉換的，翻譯的。