1.5 Memoria virtual  (Page 2/3)

Todas las máquinas modernas con memoria virtual tienen una cache especial llamada buffer de traducción de direcciones (TLB por sus siglas en inglés) para la conversión de direcciones de memoria virtuales a físicas. Las dos entradas a la TLB son enteros que identifican tanto al programa que hace la solicitud a memoria, como la página virtual solicitada. Desde la salida surge un apuntador al número de página física. Ingresan direcciones virtuales, salen direcciones físicas. Las búsquedas en la tabla ocurren en paralelo con la ejecución de la instrucción, así que si la dirección de los datos está en la TLB, las referencias a la memoria ocurrirán de forma muy rápida.

Como otros tipos de caches, la TLB tiene un tamaño limitado. No contiene entradas suficientes para manejar todas las posibles traducciones de direcciones virtuales a físicas para todos los programas que pueda usted ejecutar en su computadora. Los depósitos más grandes de traducciones de direcciones se mantienen fuera en memoria, en las tablas de páginas. Si su programa solicita una traducción de dirección virtual a física, y no existe una entrada en la TLB, sufrirá usted una falla TLB . Puede que la información requerida deba generarse (es decir, crearse una nueva página), o puede que deba recuperarse de la tabla de páginas.

La TLB es buena por la misma razón que lo son otros tipos de cahes: reducen el costo de hacer referencias a memoria. Pero como las otras caches, existen casos patológicos en los cuales la TLB puede fallar en la entrega de un valor. El caso más sencillo de construir es uno donde cada referencia a memoria que haga su programa cause una falla TLB:

Asumamos que el tamaño de página de la TLB de su computadora es menor a 40 KB. Cada vez que se recorre el ciclo interno en el código de ejemplo anterior, el programa solicita datos que están alejadas 4 bytes*10,000 = 40,000 bytes respecto a la última referencia. Esto es, cada referencia cae en una página de memoria diferente. Ello causa 1000 fallas TBL en el ciclo interior, repetido 1001 veces, para un total de cuando menos un millón de fallas TLB. Para hacer todavía más grave el problema, está garantizado que cada referencia cause también una falla del cache de datos. Es claro que nada debe comenzar con un ciclo como el de arriba. Pero suponiendo que el ciclo era del todo bueno para usted, la versión reestructurada del código siguiente atraviesa la memoria como un cuchillo caliente la mantequilla:

El ciclo revisado tiene saltos unitarios, y las fallas TLB ocurren sólo de modo muy ocasional. Usualmente no es necesario afinar explícitamente los programas para que hagan un buen uso de la TLB. Una vez que el programa se modifica para ser "amigable con la cache", muy probablemente se haya afinado también para ser amigable con la TLB.

Dado que hay beneficios de rendimiento derivados de mantener muy pequeña la TLB, a menudo cada una de sus entradas contiene un campo de longitud. Una sola entrada en la TLB puede tener cerca de un megabyte de longitud, y puede usarse para traducir direcciones almacenados en múltiples páginas de memoria virtual.