七、TLB，虚拟化性能

除了改变缓存架构，Nehalem还改变了TLB等级架构。TLB是用来缓存虚拟地址和物理地址映射关系的。Core 2有着非常有趣的TLB安排，L1 DTLBINTEL有时也叫做micro-TLB）非常的小，并且只用来读取。它有16项小页表4KB page）和16项大页表2M/4M pages），每一个都是4路联合。L2 DTLB更大一些，可以读取和存储当在L1 DTLB中读取失败时，就到L2 DTLB中来读取，并且L2 DTLB负责所有的存储），它有256项小页表和32项大页表，也都是4路联合。

Nehalem则建立起了真正意义上的两级TLB体系，可以动态分配给SMT的活跃线程状态thread context）。Nehalem的L1 DTLB可以做所有的存储访问可以读取和存储），它有64项小页表和32项大页表，也都是4路联合。而新的L2 TLB是通用型的可以用于指令和数据），它只有512项小页表，也是4路联合。

Nehalem和Core 2的TLB的一个明显的差异是它们覆盖缓存的深度不同。Core 2Penryn）有6MB L2，通过使用小页表绝大多数的应用都不使用大页表），TLB可以转换2176KB的内存地址），这样就覆盖了1/3的L2。而Nehalem的一个核心有576项小页表，整个CPU总共则是2304项，这样TLB就可以转换9216KB的内存，这已经超过8MB L3的容量了。

Nehalem的TLB项还通过使用虚拟处理器IDVirtual Processor ID，VPID）而有所变化。每一个TLB项都缓存一个内存页的虚拟地址到物理地址的转换。而这个转换是特定于一个给定的进程或虚拟机virtual machine，VM）。当处理器在虚拟客户端和主机之间切换时，INTEL过去的CPU都要往TLB里填写，以确保进程只能够访问到它们被允许访问的内存。而VPID则跟踪是哪一个VM的TLB项，这样在该VM退出后又重新进入时，TLB就不用填写也能够确保安全。如果一个进程试图访问不是它自己的地址转换，则就会直接在TLB中命中失败，而不会是到页表中去做非法访问。VPID通过降低虚拟机地址转换的开销overhead）而有助于提升虚拟化性能。INTEL估计，Nehalem的一个来回的VM地址转换的延迟约是Conroe的40%，约比Penryn低1/3即约是Penryn的66%）。

Nehalem另一个虚拟化方面的改变是扩展页表Extended Page Tables，EPT），用来消除许多VM地址转换，即减少转换次数而VPID的作用是降低VM地址转换的延迟）。通常的页表是用来匹配客户机的虚拟地址和客户机的物理地址，然而在一个虚拟化系统中，也有从客户机的物理地址到主机的物理地址的转换。INTEL早期的CPU和AMD在Barcelona之前的CPU）将需要系统管理程序hypervisor）来处理页面错误，而Nehalem则通过EPT，来消除了许多不必要的虚拟机退出。


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