ARM64中的ASID地址空间标识符

1. 从ARM32到ARM64

从ARM32到ARM64不止将处理器从32位升级到了64位，还有许多性能的技术也得到了极大的提升，光是个头长了可不行啊！能耐也得跟着长啊！哈哈哈

1.1 ARM32的TLB机制

image

如上图所示，上一讲我们讲了TLB的每一条表项都有一个bit用来表示自己是全局的（内核空间）还是本地的（用户空间）。当进程发生切换是，操作系统必须将TLB中缓存用户空间转换关系的表项全部清空，以保证下一个进程不会使用上一个进程的地址转换关系。

这样，在ARM32中每切换一次进程就需要刷一次TLB表中的本地表项，如果进程切换的频繁，处理器损失的性能是比较大的。

1.2 ASID(地址空间标识符)

上一篇文章我们提到了鸡肋的FCSE技术，其实从ARMv6开始，ARM就反对使用任何FCSE机制。到了ARMv7时代，FCSE是可选的，直到ARMv7多处理架构才彻底淘汰了FCSE（起码从白皮书上搜这个关键字是找不到了)，到了ARMv8，处理器迎来了64位的时代，ASID技术已经早已成熟。

ASID这项技术在ARMv7多处理器架构就开始使用了，只不过在ARMv7里，ASID是8位的，也就是256就溢出了，而在ARMv8架构中，ASID可以配置为16位，也就是计到65536才会溢出，ASID位数扩大的好处文章后面会讲。为每一个进程分配一个ASID的话，256个就溢出了，所以在Linux中ASID溢出后就要重新洗牌了。

说到ASID，还要从ARM的TTBR寄存器开始说起，前面文章我们讲过了MMU的TTBR寄存器，但是并没有给出TTBR寄存器的bit描述，这里列出ARM32和ARM64的TTBR寄存器格式描述

1.2.1 ARM32的TTBR0寄存器格式

image

1.2.2 ARM64的TTBR0寄存器格式

image

可以看出在ARM32的TTBR寄存器里是没有ASID这个属性的，粗暴点的说，操作系统切换进程其实就是切页表，切页表就是改写TTBR寄存器的值，那么很容易知道Linux会为每一个进程分配一个独用的ASID码，Linux为每个为进程分配的ASID值都不相同。

这么一来，MMU再做页表转换时也会把当前的ASID值缓存到TLB快表里，

ARM64的TLB机制

有了ASID后，TLB跟以前也不一样了，在进程切换的时候，操作系统也不需要去刷TLB了，因为MMU在做地址转换时会将TLB表项里的ASID和当前进程的ASID值做比较，只有ASID值相等，MMU才认为这条表项是我需要的。

所以和没有ASID技术的ARM32相比，ARM64在进程切换上提升了较大的性能。