[发明专利]层级转换表控制

说明书

技术领域

本发明涉及数据处理系统的领域。更具体而言，本发明涉及用于在数据处理系统中将虚拟内存(memory)地址转换为物理内存地址的内存地址转换机构。

背景技术

已知提供了具有诸如内存管理单元的内存地址转换电路的数据处理系统，该内存地址转换电路用以将由处理器产生的虚拟地址转换为物理地址以便访问内存系统。执行该所需转换的一种方法为使用转换表。这些转换表可被配置为转换表层级，该层级的每一级将虚拟地址的一部分编入对表的索引中，以寻找至表的另一级的指针，或提供目标物理地址的描述符。由上而下页表移走操作被执行，在该操作中，执行了对页表的不同级之一系列索引化查找，直至全部有虚拟地址已完全转换为目标物理地址为止。“由上而下”的意义为表的第一级将虚拟地址的最高有效位编入对该表的索引。

在许多系统中，通常将地址空间分成4kB页并以此页大小的粒度(granularity)执行地址转换。此外，页表(转换表)也被配置为具有4kB大小，以便有效适合被分配以储存这些页表的内存的页中。

存在相当数量的软件，这些软件显式或隐式地依赖于分成4kB页的内存地址空间。若页大小变化，则此类软件可能不可正确地操作。

发明内容

本发明的一方面提供一种用于处理数据的装置，其包含：

内存地址转换电路，其被配置为使用储存在转换表层级结构中的转换数据，执行由上而下页表移走操作，以将虚拟内存地址转换为物理内存地址；其中

转换数据指定虚拟内存地址的2^N个连续字节的页与相应物理内存地址的2^N个连续字节的页之间的转换，其中N为正整数；

转换表层级结构包含大小为2^N个连续字节的转换表，以使得完整转换表被储存在物理内存的一页中；并且

内存地址转换电路响应于指定N的当前值的页大小变量，控制内存址转换电路以使用选定大小的物理内存地址、虚拟内存地址及转换表的页来进行操作。

本技术认识到，利用现提供的内存空间大小的显著增加(例如，更大的内存容量及从32位地址至64位地址的变化)，利用4kB内存页对内存控制提供了在实践中并非经常需要的粒度等级。此外，本技术认识到，为了使用具有更大物理地址的4kB页，在支持由上而下页表移走操作的页表层级结构中需要更多页表级。举例而言，若每一级页表能够将虚拟地址的九位转换为物理地址的九位，则将64位虚拟地址转换为64位实体地址可能占用多达六级之页表移走。此引入了不希望的延迟增加。本技术认识到这些问题，并通过假定物理内存及虚拟内存的页大小与转换表(页表)大小可在不同的值之间切换，并且内存地址转换电路适合以当前选定的内存页及转换表大小执行所需由上而下页表移走操作，来解决这些问题。这些转换表仍可在内存页中有效适合并且更大的转换表允许增加每一页表级将虚拟地址的位转换为物理地址的位的位数。这减少了在转换中需要访问的页表级数，因此减少了相关的延迟。

本技术可在具有运行提供多个虚拟机运行环境的程序指令的处理器的系统中使用。这些虚拟机运行环境可具有独立设定的页大小变量，以使得在相同硬件上操作并使用相同内存地址转换电路的不同虚拟机运行环境可具有不同页大小。

当使用提供虚拟机运行环境的系统时，虚拟机将其自身的转换数据储存在虚拟机转换表层级结构中，并且内存地址转换电路对虚拟机转换表的每一访问需要内存地址转换电路进行另一地址转换来识别基础物理地址。因此，若通过虚拟机转换表的页表移走为四级移走，则通过虚拟机转换表层级结构的每一级移走自身将需要执行多个页表移走来识别物理地址(例如，执行其它四级页表移走来识别下一虚拟机转换表的物理地址)，由此快速增加了每当激活由上而下页表移走时所需的页表转换的总级数。因此，准许使用更大的页表并因此即使对于大内存地址空间而言也能减少需要执行的页表移走级数的本技术在被应用于提供虚拟机运行环境的系统时具有显著优势。

用于另一地址转换的页大小变量(其与对虚拟机转换表的每一访问相关)可使用独立于多个个虚拟机运行环境的页大小变量而设定的页大小变量。