计算有效访问时间

Question

以下是来自 Silberschatz 等人的 《操作系统概念》第9版 中的一个段落：

在 TLB 中找到所需页号的百分比称为命中率。例如，80% 的命中率意味着我们在 TLB 中 80% 的时间内找到所需的页号。如果访问内存需要 100 纳秒，那么当页号在 TLB 中时，映射内存访问需要 100 纳秒。如果我们在 TLB 中未能找到页号，则必须首先访问页面表和帧号（100 纳秒），然后访问内存中所需的字节（100 纳秒），总共需要 200 纳秒的时间。（我们假设页面表查找只需要一次内存访问，但实际上可能需要更多，如我们将看到的那样。）为了找到有效的内存访问时间，我们按其概率加权：有效访问时间 = 0.80 × 100 + 0.20 × 200 = 120 纳秒

但在同一本书的第8版中

我对

有效访问时间

感到困惑，有人能为我解释一下吗？

- Aysha Almaqtari

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“有效访问时间”本质上是从内存中获取值所需的（加权）平均时间。如果您发出100个读取内存值的请求，其中80个请求将花费100纳秒，另外20个请求将花费200纳秒（使用第9版速度），因此总时间将为12,000纳秒，平均每次访问需要120纳秒。没有单个内存访问将花费120纳秒；每个访问将花费100或200纳秒。（一个平均家庭有2.3个孩子，但任何真实的家庭都有0、1、2或3个孩子——或整数个孩子；你不会看到很多“三分之一的孩子”四处游荡）。 - Jonathan Leffler

问题在于作者试图在第9版中简化事物并犯了一个错误。他试图将TLB的20ns访问时间与内存的80ns时间结合起来，以形成一个漂亮的100ns时间。如果是这样，那么一次缺失将需要20ns + 80ns + 80ns = 180ns，而不是200ns。这是第9版中的一个打字错误。 - kainaw

Answer 1

在TLB中找到页面的情况下（TLB命中），总时间将是在TLB中搜索的时间加上访问内存的时间，因此：

TLB_hit_time := TLB_search_time + memory_access_time

如果在TLB中找不到页面（TLB miss），总时间将包括查找TLB的时间（虽然没有找到，但仍需搜索），访问内存以获取页面表和帧的时间，以及访问内存以获取数据的时间，因此

TLB_miss_time := TLB_search_time + memory_access_time + memory_access_time

但这只是在个别情况下，当您想要知道TLB性能的平均度量时，您会使用有效访问时间，即先前度量的加权平均值。

EAT := TLB_miss_time * (1- hit_ratio) + TLB_hit_time * hit_ratio

或者

EAT := (TLB_search_time + 2*memory_access_time) * (1- hit_ratio) +
       (TLB_search_time + memory_access_time) * hit_ratio

- Santiago

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如果它是一个三级分页系统，那么TLB_hit_time是否等于：TLB_search_time + 3 * memory_access_time，而TLB_miss_time则为TLB_search_time + 3 *（memory_access_time + memory_access_time），并且EAT将保持不变？ - qwerty

@qwerty 是的，EAT 是一样的。在你的例子中，memory_access_time 总是会是 3 倍，因为你总是要经过三级页面，所以 EAT 不受分页系统的影响。 - Santiago

Answer 2

这里的有效时间仅是使用命中或未命中的相对概率的平均时间。因此，如果命中发生80％的时间，未命中发生20％的时间，则在大量的命中/未命中情况下，有效时间（即平均时间）将为0.8 *（命中时间）+ 0.2 *（未命中时间）。

- Paul R

Answer 3

EAT的通用公式

命中率 = a

主存取时间 = m

联想查找（TLB访问）= e

EAT = (m + e) a + (2m + e) (1 - a)

（EAT：平均访问时间；TLB：翻译后备缓存）

    = 2m - ma + e

- emon

Answer 4

在TLB中维护了一个经常访问的页码和帧号的副本，该副本来自存储在内存中的页表。

它首先查找TLB。如果找到，则会进入内存位置，因此总访问时间等于：

20 + 100 = 120 ns

如果TLB缺失，那么你需要先搜索TLB，然后再搜索存储在内存中的页表。因此需要进行一次内存访问加上一次特定页面访问，也就是另外一次内存访问。所以总时间等于：

20 + 100 + 100 = 220 ns

有效的内存访问时间等于：

0.80 * 120 + 0.20* 220 = 140 ns

- Kuntal

Answer 5

有效访问时间是指访问内存所花费的总时间（即主存和缓存访问时间之和）除以内存引用的总数。

- chila

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看起来像是一条评论而不是答案。 - sqluser

Answer 6

平均访问时间是命中时间加上未命中率乘以未命中时间，与@Paul R的答案不一致。

- Edw

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这对于“缺失惩罚”（缺失时间-命中时间）是正确的，但缺失时间是缺失的总时间，因此您不应该在其上计算命中时间以获取缺失次数。 - Peter Cordes