认识ASID


注：以下讨论的前提是针对于ARM V7中Cache属性为PIPT的情况。

ASID是ARM提供的Context ID register寄存器的低8位。它的全称是Address Space Identifier 也叫 Application Space Identifier. 这两个名称在ARM Reference中都提到了。

为什么要引入ASID呢？
To reduce the software overhead of TLB maintenance, the VMSA distinguishes between Global pages and Process specific pages. The Address Space Identifier (ASID) identifies pages associated with a specific process and provides a mechanism for changing process specific tables without having to perform maintenance on the TLB structures.[1]

在Kernel中，对ASID的注释写的言简意赅：
The ASID is used to tag entries in the CPU caches and TLBs.[2]

所以：由于每一个进程对应一个ASID，并且TLB的每一个Entry使用ASID来进行tag，那么就不必在每一次在做进程切换的时候，都需要刷新TLB。

不过，这只是一个粗浅的理解。对于ASID的理解，需要和Pagetable中的nG位放在一起讨论。下图是ARM V7的mapping entry format的first-level descriptor formats[3]和second-level descriptor formats[4]。

红色标注的地方是nG位。nG位的作用：
nG == 0  The translation is global.
nG == 1  The translation is process specific, meaning it relates to the current ASID, as defined by the CONTEXTIDR.

Each non-global region has an associated Address Space Identifier (ASID). These identifiers enable different translation table mappings to co-exist in a caching structure such as a TLB. This means that a new mapping of a non-global memory region can be created without removing previous mappings.[5]

从mapping entry的format中，可以看出，ASID是否tag TLB中的entry，是需要看mapping entry中的nG是否置位。如果不置位，则是全局的，没有ASID去tag；否则，TLB的entry由ASID tag，这样，CPU发出的Virtual Address在TLB中去寻址entry的时候，还需要比对ASID是否和TLB中的tag一致。

在Linux Kernel中，通常的虚拟地址的配置是3:1的方案，即User space占0～3GB，Kernel space占3GB~4GB。每一个User space的0~3GB的Space是独立的，而3GB~4GB的地址空间则是共享的。当用户进程在内核态的时候，其地址空间是3GB～4GB，所有的进程地址空间都是相同的（严格意义上，VMALLOC_START~VMALLOC_END的部分可能是不同的，但实际寻址上，会采用page fault的机制使其相同）。因此，对于3GB~4GB之间的空间是Global的(IOW,在TLB中，不应该由ASID去tag)。在http://hfli0.blogspot.com/2012/06/mmu-addressing.html中，对mapping的初始化进行过总结。在对3GB~4GB的内存进行映射初始化的时候，其mapping entry的属性为：
PMD_TYPE_SECT|PMD_SECT_AP_WRITE| PMD_SECT_WBWA | ecc_mask|0<<5，其中：

PMD_TYPE_SECT:2<<0
PMD_SECT_AP_WRITE:1<<10
PMD_SECT_WBWA:1<<3 | 1<<2 |  1<<12

0～19对应的二进制：
0 0 0 1 0 001 01 0 0000 0 1 1 10

即：
nG S AP[2] Tex[2:0]   AP[1:0] Domain  C B
0    1      0        01              01         0           1 1

由于对于3GB~4GB的TLB entry是没有ASID做tag的，因此，对于内核线程是没有ASID的。这体现内核Kernel code的两个地方，在fork的时候，如果是用户进程，初始化context id为0（代码片段1）；在context_switch的时候，需要对context id赋上真正意义上的asid的value（代码片段2）。
Asid是在init_new_context中分配：

dup_mm->init_new_context:

69 #define init_new_context(tsk,mm)        (__init_new_context(tsk,mm),0)

40 /*
 41  * We fork()ed a process, and we need a new context for the child
 42  * to run in.  We reserve version 0 for initial tasks so we will
 43  * always allocate an ASID. The ASID 0 is reserved for the TTBR
 44  * register changing sequence.
 45  */
 46 void __init_new_context(struct task_struct *tsk, struct mm_struct *mm)
 47 {
 48         mm->context.id = 0;
 49         raw_spin_lock_init(&mm->context.id_lock);
 50 }
 51
dup_mm被copy_mm调用：
827 static int copy_mm(unsigned long clone_flags, struct task_struct *tsk)
 828 {
…
 837
 838         tsk->mm = NULL;
 839         tsk->active_mm = NULL;
 840
 841         /*
 842          * Are we cloning a kernel thread?
 843          *
 844          * We need to steal a active VM for that..
 845          */
 846         oldmm = current->mm;
 847         if (!oldmm)
 848                 return 0;
 849
 850         if (clone_flags & CLONE_VM) {
 851                 atomic_inc(&oldmm->mm_users);
 852                 mm = oldmm;
 853                 goto good_mm;
 854         }
 855
 856         retval = -ENOMEM;
 857         mm = dup_mm(tsk);
 858         if (!mm)
 859                 goto fail_nomem;
…
}
如果新fork的进程是fork一个kernel thread，那么该进程是没有context id的。即，不会运行到857行。

另外，在__new_context中，有对asid进行赋值（152行和170行）。

context_switch ->switch_mm->check_context ->__new_context

131 void __new_context(struct mm_struct *mm)
132 {
133         unsigned int asid;
134
135         raw_spin_lock(&cpu_asid_lock);
136 #ifdef CONFIG_SMP
137         /*
138          * Check the ASID again, in case the change was broadcast from
139          * another CPU before we acquired the lock.
140          */
141         if (unlikely(((mm->context.id ^ cpu_last_asid) >> ASID_BITS) == 0)) {
142                 cpumask_set_cpu(smp_processor_id(), mm_cpumask(mm));
143                 raw_spin_unlock(&cpu_asid_lock);
144                 return;
145         }
146 #endif
147         /*
148          * At this point, it is guaranteed that the current mm (with
149          * an old ASID) isn't active on any other CPU since the ASIDs
150          * are changed simultaneously via IPI.
151          */
152         asid = ++cpu_last_asid;
153         if (asid == 0)
154                 asid = cpu_last_asid = ASID_FIRST_VERSION;
155
156         /*
157          * If we've used up all our ASIDs, we need
158          * to start a new version and flush the TLB.
159          */
160         if (unlikely((asid & ~ASID_MASK) == 0)) {
161                 asid = cpu_last_asid + smp_processor_id() + 1;
162                 flush_context();
163 #ifdef CONFIG_SMP
164                 smp_wmb();
165                 smp_call_function(reset_context, NULL, 1);
166 #endif
167                 cpu_last_asid += NR_CPUS;
168         }
169
170         set_mm_context(mm, asid);
171         raw_spin_unlock(&cpu_asid_lock);
172 }
但是，对于context_switch，如果将要调度到CPU上运行的是内核线程，则不会运行switch_mm的。

以上的两个代码片段是Kernel code中两个对asid赋值的地方。从以上分析来看，对于内核线程，确实是没有asid的。另外，从ASID的名字Application Space Identifier来看，ASID是与用户进程有关系，和内核线程是没有关系的。

[1]. Page B3-3, ARM ® Architecture Reference Manual-ARM ® v7-A and ARM ® v7-R edition(ARM DDI 0406B)
[2]. Line 36, arch/arm/include/asm/mmu_context.h, Linux Kernel v3.3
[3]. Page B3-8, ARM ® Architecture Reference Manual-ARM ® v7-A and ARM ® v7-R edition(ARM DDI 0406B)
[4]. Page B3-10, ARM ® Architecture Reference Manual-ARM ® v7-A and ARM ® v7-R edition(ARM DDI 0406B)
[5].Page B3-54, ARM ® Architecture Reference Manual-ARM ® v7-A and ARM ® v7-R edition(ARM DDI 0406B)


评论

发表评论

此博客中的热门博文

Linux/ARM Page Table Entry 属性设置分析

图片
注：该博文写的比较凌乱，需要以后再修改。 Linux 的页表项总体可以划分为两部分，一部分是物理映射地址，另一部分是对物理地址对应的访问属性。在Linux/ARM的Kernel中，为各式各样的内存属性与定义了一下条目 ：   198 static struct mem_type mem_types[] = {  199         [MT_DEVICE] = {           /* Strongly ordered / ARMv6 shared device */  200                 .prot_pte       = PROT_PTE_DEVICE | L_PTE_MT_DEV_SHARED |  201                                   L_PTE_SHARED,  202                 .prot_l1        = PMD_TYPE_TABLE,  203                 .prot_sect      = PROT_SECT_DEVICE | PMD_SECT_S,  204                 .domain         = DOMAIN_IO,  205         },  206         [MT_DEVICE_NONSHARED] = { /* ARMv6 non-shared device */  207                 .prot_pte       = PROT_PTE_DEVICE | L_PTE_MT_DEV_NONSHARED,  208                 .prot_l1        = PMD_TYPE_TABLE,  209                 .prot_sect      = PROT_SECT_DEVICE,  210                 .domain         = DOMAIN_IO,  211         },  212         [MT_DEVICE_CACHED] = {    /* iorem
阅读全文

提交了30次才AC －－－【附】POJ 2488解题报告

NND,这道题目，竟然提交了30次，搞的我晕过去了都！花费了将近12个小时！！ 感一下，叹一声！如今的ACM，不仅锻炼编程，还锻炼了心理承受能力！！ 1、注意格式，后面有一个空行 2、注意输出的时候的字典序－－什么叫字典序，要弄清楚 3、注意国际象棋的棋盘－－ 横的是字母，竖的是数字－－ 一定要按照这个格式，否则即使是答案对，也WA 有26次，全部栽在第3点上 3次栽在第二点上 1次栽在第一点上 PS:因为是字典序，所以，可以肯定只需要从（1，1）开始即可。不需要注意那句话：start at any position of the chessboard. Source Code Problem: 2488 User: omycle Memory: 192K Time: 360MS Language: C++ Result: Accepted Source Code #include <iostream> #include <string> using namespace std ; bool ok = false ; int col = 0 ; int row = 0 ; int zoufa [ 8 ][ 2 ]= {{ - 2 ,- 1 } , { - 2 , 1 } , { - 1 ,- 2 } , { - 1 , 2 } , { 1 ,- 2 } , { 1 , 2 } , { 2 ,- 1 } , { 2 , 1 }} ; // int flag [ 50 ][ 50 ]; //第0行的，第零列的全不要 typedef struct { int x ; int y ; } Step ; Step step [ 100 ]; //记录路径呀 Step step_c [ 100 ]; int Count = 0 ; void print ( int n ); //数组比较函数 bool cmpint () { int i = 0 ; while ( i < col * row ) { if ( step_c [ i ]. x < step [ i ]. x ) return false ; //不用 if ( step_c [ i ]. y < step [ i ]
阅读全文

笔记

TUN/TAP:是操作系统内核中的虚拟网络设备。不同于普通靠硬件网路板卡实现的设备，这些虚拟的网络设备全部用软件实现，并向运行与操作系统上的软件提供与硬件的网络设备完全相同的功能。 TUN:等同于一个以太网设备，它操作第二层数据包如以太网数据帧 TAP:模拟了网络层设备，操作第三层数据包比如IP数据封包 操作系统 通过TUN/TAP设备向 绑定该设备的用户空间的程序 发送数据，反之， 用户空间的程序 也可以像操作硬件网络设备那样，通过TNU/TAP设备发送数据。在后种情况下，TUN/TAP设备向 操作系统的网络栈 投递（或“注入”）数据包，从而模拟从外部接受数据的过程。   ------ 基于优先级抢占式调度 ：系统中每个任务都有一个优先级，内核总是将CPU分配给处于就绪态的优先级最高的任务运行。如果系统发现就绪队列中有比当前运行任务更高的优先级任务，就把当前运行任务置于就绪队列中，调入高优先级任务运行。系统采用优先级抢占方式进行调度，可以保证重要的突发事件及时得到处理。
阅读全文