TLB(Translation Lookaside Buffer)

TLB를 사용하는 이유

지금까지 알아본 내용으로는 페이지 테이블은 프로세스가 메모리 위에 불연속적으로 배치되어 있는 걸 페이지 테이블을 사용해서 연속적으로 실행할 수 있게 하는 것이 페이지 테이블입니다. 그런데 하나의 문제점이 발생할 수 있는데 바로 실제 메모리 위에 페이지 테이블을 올려 두면 메모리 접근 시간이 두 배로 늘어나는 단점이 존재합니다.

• 메모리에 있는 페이지 테이블을 보기 위해 한 번
• 페이지 테이블을 통해 알게 된 프레임에 접근하기 위해 한 번

이와 같은 문제를 해결하기 위해 CPU주변 또는 MMU 내에 TLB를 페이지 테이블의 캐시 메모리를 둡니다.

 

TLB는 페이지 테이블의 캐시이기 때문에 페이지 테이블의 일부 내용을 저장합니다. *참조 지역성에 근거해 주로 최근에 사용된 페이지 위주로 가져와 저장합니다. 

TLB

 

 

참조 지역성이란? 캐시 메모리는 한 가지 원칙에 따라 메모리로부터 가져올 데이터를 결정
CPU가 메모리에 접근할 때의 주된 경향을 바탕으로 만들어진 원리
1. CPU는 최근에 접근했던 메모리 공간에 다시 접근하려는 경향이 있다.
2. CPU는 접근한 메모리 공간 근처를 접근하려는 경향이 있다.

자세히 설명하자면, 1번의 의미는 'CPU는 변수가 저장된 메모리 공간을 언제든지 참초할 수 있다.'
라고 할 수 있습니다.

2번의 의미는 메모리 내에 워드 프로세서 프로그램, 웹 브라우저 프로그램, 게임 프로그램이 있다고 가정해 봅시다. 이 세 프로그램은 서로 관련이 있는 데이터끼리 모여서 저장됩니다. 워드 프로세서 프로그램은 워드 프로세서 관련 데이터들이 모여 저장되고, 웹 브라우저 프로그램은 웹 브라우저 관련 데이터들이 모여 저장되고, 게임 프로그램은 게임 관련 데이터들이 모여 저장됨. 그리고 하나의 프로그램 내에서도 관련 있는 데이터들은 모여서 저장됩니다. 가령 워드 프로세서 프로그램에 자동 저장 기능, 입력 기능, 출력 기능이 있다고 했을 때 각각의 기능과 관련한 데이터는 모여 저장됩니다.

CPU가 워드 프로세서 프로그램을 실행할 적에는 워드 프로세서 프로그램이 모여 있는 공간 근처를 집중적으로 접근할 것이고, 사용자가 입력을 할 적에는 입력 기능이 모여 있는 공간 근처를 집중적으로 접근하려는 경향을 공간 지역성이라고 합니다.

 

공간 지역성 설명 그림

 

 

 

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TLB 히트 & TLB 미스

 

TLB히트란?

CPU가 발생한 논리 주소에 대한 페이지 번호가 TLB에 있을 경우를 말합니다.

이 경우에는 페이지가 적재된 프레임을 알기 위해 메모리에 접근할 필요가 없습니다. 그렇기에 메모리 접근을 한 번만 하면 됩니다.

 

TLB 미스란?

만일 페이지 번호가 TLB에 없을 경우 어쩔 수 없이 페이지가 적재된 프레임을 알기 위해 메모리 내의 페이지 테이블에 접근할 수밖에 없는 것을 말합니다.

 

TLB 히트&미스 그림

 

 

 

 

 

 

다음 게시물에서 TLB에 대해 자세한 내용을 살펴 보겠습니다.