Паразиты в шасси Омонимы в VIVT-кэше

В чем же, собственно, проблема? Самое время рассмотреть еще один пример. Возьмем все те же два процесса А и Б:

1. Предположим, что сначала выполняется Процесс А. В процессе выполнения в кэш-память одна за другой загружаются строки с командами или данными для этого процесса (Строки 0-4).

2. Операционная система останавливает Процесс А и передает управление Процессу Б.

3. По идее, в этот момент процессор должен загрузить в кэш первую строку из первой страницы Процесса Б и начать выполнять оттуда команды. На самом деле, процессор подает на вход кэша виртуальный адрес 0x0, после чего кэш отвечает, что ничего загружать не надо, ибо нужная строка уже закэширована.

4. Процесс Б начинает весело выполнять код Процесса А.

Подождите, скажете вы, мы же только что решили эту проблему, добавив ASID в TLB? А кэш-то у нас стоит до MMU — когда промаха кэша нет, то мы в MMU и не смотрим, и какой там ASID — знать не знаем.

Это первая проблема c VIVT-кэшем — так называемые омонимы (homonyms), когда один и тот же виртуальный адрес может отображаться на разные физические адреса (в нашем случае виртуальный адрес 0x00000000 отображается на физический адрес 0x40000500 для Процесса А и 0x40000000 для Процесса Б).

Вариантов решения проблемы омонимов множество:

1. «Флашить» кэш (cache flush, т.е. записывать измененное содержимое кэша обратно в память) и инвалидировать кэш (то есть отмечать строки как недействительные) при переключении контекста. Если у нас раздельный кэш команд и данных, то кэш команд достаточно просто инвалидировать (то есть отметить все строки как пустые), потому что кэш команд доступен процессору только для чтения и флашить его нет смысла

2. Добавить ASID в тэг кэша

3. Обращаться в MMU каждый раз, когда мы обращаемся в кэш, а не только тогда, когда случился промах — тогда можем воспользоваться уже имеющейся логикой сравнения PID с ASID. Прощайте, энергосбережение и быстродействие!

Какой вариант вам нравится? Я бы, наверное, думал насчет второго. В ARM9 и некоторых других процессорах с VIVT-кэшами реализован третий.