CN114546897A - 内存访问方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种内存访问方法和装置，应用于运行Linux操作系统的电子设备，所述方法包括：初始化TLB，并在所述TLB中设置预留空间，所述预留空间用于保存目标程序的页表项，且所述预留空间中保存的页表项在目标程序的运行过程中不被置换；在当前程序触发缺页异常的情况下，通过查询页表获取所述当前程序待访问的目标页表项，所述目标页表项包含所述当前程序待访问内存的物理地址与虚拟地址之间的映射关系；若当前程序是目标程序，则将所述目标页表项写入所述TLB中的预留空间。本发明实施例能够优化目标程序访问内存所需的时间，提高目标程序的响应速度。

Description

内存访问方法、装置、电子设备及存储介质

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种内存访问方法、一种内存访问装置、一种电子设备以及一种存储介质。

背景技术

随着计算机市场的发展，Linux操作系统得到广泛的应用。Linux操作系统是从一个比较成熟的Unix操作系统发展而来的，是一个一体化内核(monolithic kernel)系统，所述内核(kernel)是指一个提供硬件抽象层、磁盘及文件系统控制、多任务等功能的系统软件。其中，Linux操作系统内核使用页式内存管理，在设计内存管理时会用到MMU(MemoryManagement Unit，内存管理单元)机制，以及TLB(Translation Lookaside Buffer，转译后备缓冲器)。所述MMU用于完成虚拟地址到物理地址的转换，所述TLB是MMU内部的缓存，缓存最近查找过的虚拟地址对应的页表项，用于改进虚拟地址到物理地址的转换速度。

通常情况下，应用程序给出的内存地址是虚拟地址，虚拟地址被送到MMU，MMU先访问TLB，如果在TLB中查找到转换这个虚拟地址的页表项，则可直接得到虚拟地址对应的物理地址，当所述TLB中没有查找到转换这个虚拟地址的页表项时，MMU会触发TLB Miss异常(缺页异常)，此时，需要多次在物理内存中查找页表，直到在所述页表中查找到这个虚拟地址对应的页表项，将所述页表项更新到TLB表项中。

但是，由于TLB中能够缓存的页表项数具有一定的限制，因此，当大量程序运行的情况下，MMU会将查找到的新运行程序的页表项替换掉TLB中已运行程序的页表项，导致MMU频繁触发缺页异常，需要频繁在内存页表中查找TLB中缺失的页表项，进而导致程序访问内存的时间延迟变大，尤其是对于Linux操作系统中某些实时性要求较高的程序，造成这些实时性要求较高的程序不能及时响应，影响程序的运行效率。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明实施例以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种内存访问方法，以优化实时性要求较高的目标程序访问内存的时间，进而提高目标程序的运行效率。

相应的，本发明实施例还提供了一种内存访问装置、一种电子设备以及一种存储介质，用以保证上述方法的实现及应用。

为了解决上述问题，本发明实施例公开了一种内存访问方法，应用于运行Linux操作系统的电子设备，所述方法包括：

初始化转译后备缓冲器TLB，并在所述TLB中设置预留空间，所述预留空间用于保存目标程序的页表项，且所述预留空间中保存的页表项在目标程序的运行过程中不被置换；

在当前程序触发缺页异常的情况下，通过查询页表获取所述当前程序待访问的目标页表项，所述目标页表项包含所述当前程序待访问内存的物理地址与虚拟地址之间的映射关系；

若当前程序是目标程序，则将所述目标页表项写入所述TLB中的预留空间。

本发明实施例还公开了一种内存访问的装置，应用于运行Linux操作系统的电子设备，包括：

初始化模块，用于初始化转译后备缓冲器TLB，并在所述TLB中设置预留空间，所述预留空间用于保存目标程序的页表项，且所述预留空间中保存的页表项在目标程序的运行过程中不被置换；

页表项查询模块，用于在当前程序触发缺页异常的情况下，通过查询页表获取所述当前程序待访问的目标页表项，所述目标页表项包含所述当前程序待访问内存的物理地址与虚拟地址之间的映射关系；

页表项写入模块，用于若当前程序是目标程序，则将所述目标页表项写入所述TLB中的预留空间。

本发明实施例还公开了一种电子设备，所述电子设备运行有运行Linux操作系统，所述电子设备包括有存储器，以及一个或者一个以上的程序，其中一个或者一个以上程序存储于存储器中，且经配置以由一个或者一个以上处理器执行所述一个或者一个以上程序包含用于进行以下操作的指令：

初始化转译后备缓冲器TLB，并在所述TLB中设置预留空间，所述预留空间用于保存目标程序的页表项，且所述预留空间中保存的页表项在目标程序的运行过程中不被置换；

在当前程序触发缺页异常的情况下，通过查询页表获取所述当前程序待访问的目标页表项，所述目标页表项包含所述当前程序待访问内存的物理地址与虚拟地址之间的映射关系；

若当前程序是目标程序，则将所述目标页表项写入所述TLB中的预留空间。

本发明实施例还公开了一种可读存储介质，当所述存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行本发明实施例中一个或多个所述的内存访问方法。

本发明实施例包括以下优点：

本发明实施例在TLB中设置预留空间，所述预留空间用于保存目标程序的页表项，且所述预留空间中保存的页表项在目标程序的运行过程中不被置换。而现有技术中，目标程序在运行过程中，其TLB中的页表项仍可能会被新运行程序的页表项所置换，导致目标程序访问内存的时间延迟变大，尤其对于实时性要求较高的目标程序，将严重影响目标程序的运行效率。本发明实施例通过在TLB中为目标程序设置预留空间，使得目标程序在首次触发缺页异常之后，目标程序待访问的目标页表项会被写入TLB中的预留空间，并且在目标程序的运行过程中，其待访问的目标页表项不会被置换出TLB，可以尽可能地减少目标程序发生缺页异常的情况，减少目标程序再次或者重复地在内存页表中进行查找页表项的过程，提高目标程序获取目标页表项的速度，以优化目标程序访问内存所需的时间，提高内存访问的运行效率。

附图说明

图1是本发明的一种内存访问方法实施例的步骤流程图；

图2是本发明的另一种内存访问方法实施例的步骤流程图；

图3是本发明的一种内存访问装置实施例的结构框图；

图4是根据一示例性实施例示出的一种用于内存访问的电子设备的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

方法实施例一

参照图1，示出了本发明的一种内存访问方法实施例的步骤流程图，应用于运行Linux操作系统的电子设备，所述方法具体可以包括如下步骤：

步骤101，初始化TLB，并在所述TLB中设置预留空间，所述预留空间用于保存目标程序的页表项，且所述预留空间中保存的页表项在目标程序的运行过程中不被置换。

本发明实施例可用于运行Linux操作系统的电子设备。所述电子设备包括但不限于：服务器、智能手机、录音笔、平板电脑、电子书阅读器、MP3(动态影像专家压缩标准音频层面3，Moving Picture Experts Group Audio Layer III)播放器、MP4(动态影像专家压缩标准音频层面4，Moving Picture Experts Group Audio Layer IV)播放器、膝上型便携计算机、车载电脑、台式计算机、机顶盒、智能电视机、可穿戴设备等等。

在本发明实施例的一个示例中，所述电子设备可以为配置有龙芯处理器的龙芯平台，优选的，所述处理器可以是龙芯系列处理器，如：龙芯1号、龙芯2号或者龙芯3号等，本发明实施例对所述处理器的类型不加以限制。

在Linux操作系统中，处理器在执行某一个程序的时候，会访问为该程序分配的内存，但处理器不是直接访问物理内存地址(物理地址)，而是通过虚拟空间地址(虚拟地址)来间接访问物理地址，所述虚拟地址是Linux操作系统为每一个正在执行的程序分配的一个逻辑地址，Linux操作系统通过将虚拟地址和物理地址之间建立映射关系，使得处理器可以通过该映射关系间接访问物理地址。

通常，虚拟地址以512Byte～8K为一个单位，称为页。从0开始依次对每一个页编号，这个大小通常被称为页面，将物理地址按照同样的大小，作为一个单位，对于物理地址中的一个页通常称为页框或者块，也从0开始依次对应一个页框的编号。虚拟地址的所述页以及物理地址的所述页框，记录在一张页表中，每一个程序都有一个自己的页表，页表的每一项存储一个逻辑页和一个页框的映射，所述一个项称为页表项，所述页表项即可表示虚拟地址与物理地址的映射关系，所述页表存储在内存中。

所述内存，用于地址映射(虚拟地址和物理地址的映射)、页表维护、页框分配、空闲内存管理、页表替换(将页表从内存中交换到辅存中)、越界检查和保护检查等。

所述Linux操作系统可以是多进程多用户的操作系统，因此，在Linux操作系统中使用MMU机制以及TLB进行内存访问。所述MMU称为内存管理单元，是处理器用来管理虚拟存储器和物理存储器的控制路线，同时也负责将虚拟地址映射为物理地址，以及提供内存访问授权。所述MMU可以通过查找页表来确定一个虚拟地址应该映射到哪一个物理地址，以进行内存访问。TLB是按照一定的结构保存虚拟地址到物理地址的映射关系的一段存储空间，所述TLB称为转换检测缓冲区，它是一个内存管理单元，用于改进虚拟地址到物理地址转换速度的缓存，TLB中每一行都保存着一个由单个页表项组成的块。

在Linux操作系统中，使用MMU机制进行内存访问的具体过程可以包括：当程序需要访问内存时，会向MMU发送内存访问请求，所述内存访问请求中携带有程序的标识，所述MMU会根据所述标识从TLB中查找该程序虚拟地址对应的页表项。若TLB中没有该虚拟地址对应的页表项，则MMU会触发缺页异常，响应于所述缺页异常，内存(Memory)会为所述虚拟地址分配对应的页表项，并将此页表项填入页表中供MMU查找使用，MMU会将查找到的页表项写入TLB，从而程序可以根据页表项中虚拟地址与物理地址的映射关系，进行内存访问。

但是，由于TLB中能够缓存的页表项数具有一定的限制，因此，当大量程序运行的情况下，新运行程序的页表项会替换掉TLB中已运行程序的页表项，也即，已运行程序(包括已运行完毕或者正在运行的程序)对应的页表项会被置换出TLB，对于实时性要求较高的程序，将导致频繁触发缺页异常，需要重复地在内存页表中查找页表项，将极大影响该程序的运行效率。

为了保证这些实时性要求较高的程序能够得到及时响应，本发明实施例在Linux操作系统开始运行之前(Linux操作系统初始化阶段)，初始化所述TLB，即清空所述TLB中保存的页表项，并在所述TLB中设置预留空间，所述预留空间用于保存目标程序的页表项，且所述预留空间中保存的页表项在目标程序的运行过程中不被置换。所述目标程序可以为预先设置的所述Linux操作系统中实时性要求较高的特定程序。其中，所述初始化所述TLB可以是通过初始化处理器内部的wired寄存器来实现。

本发明实施例通过为目标程序预留TLB中的存储空间，尽可能减少目标程序因频繁在内存页表中查找缺失的页表项而导致响应延迟的情况，可以优先保证所述目标程序在运行中能够及时响应。在本发明的一个示例中，所述目标程序可以包括：负责控制管理功能的应急响应程序、用于测试功能的实时监测程序等。

在本发明实施例中，所述TLB中可以包含预留空间和非预留空间。，所述预留空间可以供目标程序所独享，以缓存所述目标程序的页表项，通过设置一定比例的预留空间能够优先保障目标程序的内存访问需求。非预留空间为所有程序所共享。

所述TLB中的预留空间的大小可以是本领域技术人员根据具体情况进行设置的，本发明实施例对此不作限制。

步骤102，在当前程序触发缺页异常的情况下，通过查询页表获取所述当前程序待访问的目标页表项，所述目标页表项包含所述当前程序待访问内存的物理地址与虚拟地址之间的映射关系。

在当前程序进行内存访问并通过MMU在TLB中查询其待访问的目标页表项时，若在TLB中没有查询到所述目标页表项时，则MMU会触发缺页异常。所述当前程序可以是首次启动的程序，也可以是启动过的程序。

在本发明的一个应用示例中，首先初始化TLB，也即清空TLB中保存的页表项，并且在所述TLB中设置预留空间。假设当前Linux操作系统中运行的程序包括程序A和程序B，其中程序A是目标程序，程序B是非目标程序。在实际应用中，假设程序A和程序B首次访问内存，则程序A和程序B均会触发缺页异常，响应于所述缺页异常，处理器可以启动内核缺页异常处理程序，所述内核缺页异常处理程序可以在内存的页表中分别获取程序A待访问的目标页表项和程序B待访问的目标页表项。

步骤103，若当前程序是目标程序，则将所述目标页表项写入所述TLB中的预留空间。

本发明实施例可以预先设置目标程序，并且记录目标程序的标识，在当前程序触发缺页异常的情况下，可以根据当前程序的标识判断当前程序是否为预设的目标程序。例如，在上述示例中，程序A访问内存时，向MMU发送内存访问请求，所述内存访问请求中携带有程序A的标识，当MMU触发缺页异常响应后，启动内核缺页异常处理程序，所述内核缺页异常处理程序根据所述程序A的标识以及程序A对应的虚拟地址，在内存中所述程序A对应的页表中获取所述当前程序待访问的目标页表项，所述内核缺页异常处理程序可以根据程序A的标识查询程序A是否为目标程序。假设根据程序A的标识查询到程序A为目标程序，则将程序A待访问的目标页表项写入TLB中的预留空间。

在本发明的一种可选实施例中，所述方法还包括：

若当前程序不是目标程序，则将所述当前程序待访问的目标页表项写入所述TLB中的非预留空间。

在上述示例中，当程序B访问内存时，向MMU发送内存访问请求，所述内存访问请求中携带有程序B的标识，当MMU触发缺页异常响应后，启动内核缺页异常处理程序，所述内核缺页异常处理程序根据所述程序B的标识以及程序B对应的虚拟地址，在内存中所述程序B对应的页表中获取所述当前程序待访问的目标页表项，所述内核缺页异常处理程序可以根据程序B的标识查询程序B是否为目标程序。假设根据程序B的标识查询到程序B不是目标程序，则将程序B待访问的目标页表项写入TLB中的非预留空间。

需要说明的是，本发明实施例对目标程序的数目不加以限制，可以设置一个或多个目标程序。一般地，目标程序的数量通常远小于非目标程序的数量，以优先保证目标程序的内存访问请求可以得到及时响应。

可选地，在目标程序的目标页表项写入TLB的预留空间之后，所述目标程序的目标页表项可以常驻TLB中，以保证所述目标程序每次访问内存时，能够直接在所述TLB中查找到所述目标程序虚拟地址对应的物理地址，以快速根据所述物理地址访问内存，优化目标程序访问内存的时间。

此外，预设的一定大小的预留空间可以只缓存目标程序对应的页表项，目标程序不需要与大量的其他非目标程序轮流占用TLB的存储空间，因此，本发明能够优先保证目标程序对应的页表项的稳定缓存，从而可以提高目标程序在以后的每次内存访问过程中的TLB命中率。所述TLB命中指在TLB中能够直接查找到相应的页表项数据。

进一步地，由于TLB的预留空间有限，因此，为了避免TLB预留空间的资源浪费，在当前的目标程序运行结束之后，可以释放其所占用的TLB的预留空间，以供其他目标程序使用。

综上，本发明实施例通过在TLB中为目标程序设置预留空间的方式，使得目标程序在首次触发缺页异常之后，目标程序待访问的目标页表项会被写入TLB中的预留空间，并且在目标程序的运行过程中，其待访问的目标页表项不会被置换出TLB，可以尽可能地减少目标程序发生缺页异常的情况，减少目标程序再次或者重复地在内存页表中进行查找页表项的过程，提高目标程序获取目标页表项的速度，以优化目标程序访问内存所需的时间，提高内存访问的运行效率。

方法实施例二

参照图2，示出了本发明的另一种内存访问方法实施例的步骤流程图，应用于运行Linux操作系统的电子设备，所述方法具体可以包括如下步骤：

步骤201，初始化TLB，并在所述TLB中设置预留空间，所述预留空间用于保存目标程序的页表项，且所述预留空间中保存的页表项在目标程序的运行过程中不被置换。

可选地，所述在所述TLB中设置预留空间，可以包括：

步骤2011，根据预设的目标程序的个数和类型，确定预留比例；

步骤2012，将所述TLB中所述预留比例的存储空间设置为预留空间。

在本发明实施例中，所述TLB中可以包括预留空间和非预留空间。，所述预留空间可以供目标程序所独享，以缓存所述目标程序的页表项，通过设置一定比例的预留空间能够优先保障目标程序的内存访问需求。非预留空间为所有程序所共享。

其中，所述TLB中预留空间的大小是本领域技术人员根据具体情况进行设置的。例如，可以根据预设的目标程序的个数和类型确定预留比例，根据预留比例确定预留空间的大小。一个示例中，TLB的容量为64KB，可以保存16项页表项。假设目标程序包括跳转程序，由于跳转程序的内存访问需求较大，因此在TLB中设置预留比例为1/8的预留空间，也即设置TLB中的预留空间为8KB，8KB的预留空间可以保存2项目标程序的目标页表项。进一步地，在本发明实施例中，在TLB中设置预留比例的预留空间，可以是在处理器的寄存器中进行设置。

步骤202，在当前程序触发缺页异常的情况下，通过查询页表获取所述当前程序待访问的目标页表项，所述目标页表项包含所述当前程序待访问内存的物理地址与虚拟地址之间的映射关系。

在系统内存中，页表的每一项用于存储一个页和一个页框的映射，所述一个项称为页表项，表示虚拟地址与物理地址的映射关系，通过查询页表可以获取所述当前程序待访问的目标页表项。因此，通过查询页表可以获取当前程序待访问的目标页表项，所述目标页表项包含所述当前程序待访问内存的物理地址与虚拟地址之间的映射关系。

当MMU在TLB中没有查询到当前程序对应的所述目标页表项时，则MMU会触发缺页异常。响应于所述缺页异常，处理器启动内核缺页异常处理程序并在内存中查询页表，以从所述页表中获取所述当前程序待访问的目标页表项。所述当前程序可以是首次启动的程序，也可以是启动过的程序。

可选的，步骤202所述在所述当前程序是目标程序的情况下，所述通过查询页表获取所述当前程序待访问的目标页表项之前，所述方法还包括：

步骤A1，接收所述目标程序基于巨页机制的内存访问请求；

需要说明的是，通常情况下，在内存中所述页表是通过多级页表的方式进行存放，如将页表分为多个部分，分别存放。当内存很大时，所述页表将会非常多，从而影响查找页表项的效率，为了减少页表数量，需要用到巨页。所述巨页指将多个连续的页表模拟成一个整体，能够节约页表所占的内存数量，提高内存访问性能。

在目标程序进行内存访问，并触发缺页异常的情况下，所述目标程序通过巨页机制申请访问内存，可以提高在多级页表中查询目标页表项的速度，从而提高程序访问内存的速度。

在Linux操作系统中，对于每一个程序，内核维护一个将虚拟地址映射到物理地址的表(页表)，对于每个页面操作，内核都需要加载虚拟地址到物理地址的映射关系。通常，最小页面大小或标准页面大小是4KB，由于页面尺寸较小，因此内核需要加载大量的页面，导致内核需要加载大量的映射关系，进而影响系统的性能。

巨页的尺寸大于所述最小页面或者标准页面的尺寸，例如，巨页的页面可以是4k至1G之间的任意尺寸，如8KB、64KB、256KB、1MB、2MB、4MB、16MB、256MB、512MB或1GB，或其间的任何尺寸。例如，巨页可以是4KB的整数倍n，即n*4KB。

在本发明实施例中，目标程序可以通过巨页机制申请访问内存，也即，在内核页面大小一定的情况下，可以为目标程序分配物理地址连续的多个页框，进而模拟出一个大页面供目标程序访问，从而减少内核所需加载目标程序的页表项的数量，进而减少目标程序缺页异常的情况，提高目标程序的运行效率，以及提高系统性能。

步骤A2，响应于所述目标程序的内存访问申请，为所述目标程序分配物理地址连续的页框和所述页框对应的虚拟地址，并将所述页框和虚拟地址的对应关系作为页表项写入所述目标程序对应的页表中。

所述通过查询页表获取所述当前程序待访问的目标页表项，包括：

通过查询所述目标程序对应的页表，获取包含所述页框和虚拟地址的对应关系的目标页表项。

在本发明实施例中，目标程序可以通过巨页机制申请访问内存，当所述目标程序触发缺页异常，且所述目标程序为首次访问内存时，所述内存页表中没有所述目标程序的页表项，因此所述内存会为所述目标程序分配物理地址连续的页框和所述页框对应的虚拟地址，并将所述页框和虚拟地址的对应关系作为页表项写入所述目标程序对应的页表中。

可选的，所述目标程序中可以包含预置参数，所述预置参数用于指示所述目标程序启动时调用所述Linux操作系统的预置内核函数，所述预置内核函数用于在所述目标程序的运行过程中将所述目标程序对应的页表常驻在内存中。

每一个程序在内存中分配有独有的页表，在系统的内存不够用时，会将一部分程序对应的页表从内存中交换到辅存中，此过程称为换出。当某程序的页表被换出后，程序再次访问内存并查找其目标页表项时，由于内存中已不存在存储有该程序的目标页表项的页表，因此需要重新为该程序分配目标页表项，此过程会耗费大量的时间。

为了进一步减少目标程序访问内存的时间，本发明实施例通过调用预置内核函数，使所述目标程序对应的页表能够在目标程序运行过程中常驻在内存中不被换出，即，保证所述目标程序每次访问内存时，均可以直接在内存的页表中查到目标程序的目标页表项。具体地，可以在启动所述目标程序之前，在所述目标程序中设置预置参数，所述预置参数用于在目标程序启动时调用Linux操作系统的预置内核函数，如mprotect()函数，以通过调用mprotect()函数实现将所述目标程序对应的页表常驻在内存中。可以理解的是，本发明实施例对所述预置参数的具体类型不做限制。例如，所述预置参数可以为一个预设的标识信息，在系统启动目标程序时，如果检测到该标识信息，则确定需要调用mprotect()函数将该目标程序对应的页表常驻在内存中。

Mprotect()函数可用于修改页表项属性，在linux操作系统中，页表项的格式包括32位，其中，第31～12的高20位为基地址，用于定位物理地址。第11～第0的低12位为页表项属性信息。其中，第0位为Present标志，用于表示页表是否在内存中。Present标志为1，表示页表在内存中，Present标志为0，表示页表不在内存中。本发明实施例通过调用mprotect()函数，修改目标程序的页表项属性，将Present标志置为1，以使所述目标程序对应的页表常驻在内存中，不会从内存交换到辅存中，从而进一步减少目标程序的内存访问时间，优先保证目标程序可以及时得到响应。

步骤203，若当前程序是目标程序，则将所述目标页表项写入所述TLB中的预留空间，若当前程序不是目标程序，则将所述当前程序待访问的目标页表项写入所述TLB中的非预留空间。。

可选的，所述若当前程序是目标程序，则将所述目标页表项写入所述TLB中的预留空间，包括：

步骤B1、若当前程序是目标程序，则查询所述TLB的预留空间中是否存在空闲的存储空间；

步骤B2、若所述TLB的预留空间中存在空闲的存储空间，则将所述目标程序待访问的目标页表项写入所述预留空间。

当内核缺页异常处理程序判断当前程序是目标程序时，会优先将目标程序待访问的目标页表项写入TLB中的预留空间。但是TLB中的预留空间有限。因此，在确定当前程序是目标程序的情况下，查询所述TLB的预留空间中是否存在空闲的存储空间，若所述TLB的预留空间中存在空闲的存储空间，则将所述目标程序待访问的目标页表项写入所述预留空间。

可选地，所述查询所述TLB的预留空间中是否存在空闲的存储空间之后，所述方法还可以包括：

若所述TLB的预留空间中不存在空闲的存储空间，则将所述目标程序待访问的目标页表项写入所述TLB中的非预留空间。

进一步地，在预设的目标程序的数量较多时，还可以设置不同类型的目标程序对应不同的优先级。在TLB的预留空间中存在空闲的存储空间的情况下，可以按照优先级进行排序，优先将优先级较高的目标程序对应的目标页表项写入预留空间。或者，在TLB的预留空间中不存在空闲的存储空间的情况下，可以将TLB的预留空间中优先级低的目标程序对应的目标页表项置换为优先级高的目标程序对应的目标页表项。

综上，本发明实施例通过接收所述目标程序基于巨页机制的内存访问请求以提高访问内存性能，以及将所述目标程序对应的页表常驻在内存中以减少内存重新分配页表项的时间的基础上，还能够通过预先在TLB中为目标程序设置预留空间的方式，优先保证目标程序对应的页表项的稳定缓存，从而可以提高目标程序在以后的每次内存访问过程中的TLB命中率，减少目标程序发生缺页异常的情况，减少目标程序再次或者重复地在内存页表中进行查找页表项的过程，提高目标程序获取目标页表项的速度，以进一步优化目标程序访问内存所需的时间，提高内存访问的运行效率。

需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。

装置实施例

参照图3，示出了本发明的一种内存访问装置实施例的结构框图，应用于运行Linux操作系统的电子设备，所述装置具体可以包括如下模块：

初始化模块301，用于初始化转译后备缓冲器TLB，并在所述TLB中设置预留空间，所述预留空间用于保存目标程序的页表项，且所述预留空间中保存的页表项在目标程序的运行过程中不被置换。

页表项查询模块302，用于在当前程序触发缺页异常的情况下，通过查询页表获取所述当前程序待访问的目标页表项，所述目标页表项包含所述当前程序待访问内存的物理地址与虚拟地址之间的映射关系。

页表项写入模块303，用于若当前程序是目标程序，则将所述目标页表项写入所述TLB中的预留空间。

可选地，所述初始化模块，包括：

比例确定子模块，用于根据预设的目标程序的个数和类型，确定预留比例；

空间设置子模块，用于将所述TLB中所述预留比例的存储空间设置为预留空间。

可选地，所述页表项写入模块，还用于若当前程序不是目标程序，则将所述当前程序待访问的目标页表项写入所述TLB中的非预留空间。

可选地，所述装置还包括：

请求接收模块，用于接收所述目标程序基于巨页机制的内存访问请求；

请求响应模块，用于响应于所述目标程序的内存访问请求，为所述目标程序分配物理地址连续的页框和所述页框对应的虚拟地址，并将所述页框和虚拟地址的对应关系作为页表项写入所述目标程序对应的页表中；

所述页表项查询模块，具体用于通过查询所述目标程序对应的页表，获取包含所述页框和虚拟地址的对应关系的目标页表项。

可选地，所述页表项写入模块，包括：

空间查询子模块，用于若当前程序是目标程序，则查询所述TLB的预留空间中是否存在空闲的存储空间；

页表项写入子模块，若所述TLB的预留空间中存在空闲的存储空间，则将所述目标程序待访问的目标页表项写入所述预留空间。

可选地，所述页表项写入子模块，还用于若所述TLB的预留空间中不存在空闲的存储空间，则将所述目标程序待访问的目标页表项写入所述TLB中的非预留空间。

可选地，所述目标程序中包含预置参数，所述预置参数用于指示所述目标程序启动时调用所述Linux操作系统的预置内核函数，所述预置内核函数用于在所述目标程序的运行过程中将所述目标程序对应的页表常驻在内存中。

综上，本发明实施例通过在TLB中为目标程序设置预留空间，使得目标程序在首次触发缺页异常之后，目标程序待访问的目标页表项会被写入TLB中的预留空间，并且在目标程序的运行过程中，其待访问的目标页表项不会被置换出TLB，可以尽可能地减少目标程序发生缺页异常的情况，减少目标程序再次或者重复地在内存页表中进行查找页表项的过程，提高目标程序获取目标页表项的速度，以优化目标程序访问内存所需的时间，提高内存访问的运行效率。

对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本发明实施例提供了一种电子设备，所述电子设备运行有运行Linux操作系统，所述电子设备包括有存储器，以及一个或者一个以上的程序，其中一个或者一个以上程序存储于存储器中，且经配置以由一个或者一个以上处理器执行所述一个或者一个以上程序包含用于进行以下操作的指令：初始化转译后备缓冲器TLB，并在所述TLB中设置预留空间，所述预留空间用于保存目标程序的页表项，且所述预留空间中保存的页表项在目标程序的运行过程中不被置换；在当前程序触发缺页异常的情况下，通过查询页表获取所述当前程序待访问的目标页表项，所述目标页表项包含所述当前程序待访问内存的物理地址与虚拟地址之间的映射关系；若当前程序是目标程序，则将所述目标页表项写入所述TLB中的预留空间。

图4是根据一示例性实施例示出的一种用于内存访问的电子设备400的结构框图。例如，电子设备400可以是移动电话，计算机，数字广播终端，消息收发设备，游戏控制台，平板设备，医疗设备，健身设备，个人数字助理等。

参照图4，电子设备400可以包括以下一个或多个组件：处理组件402，存储器404，电源组件406，多媒体组件408，音频组件410，输入/输出(I/O)的接口412，传感器组件414，以及通信组件416。

处理组件402通常控制电子设备400的整体操作，诸如与显示，电话呼叫，数据通信，相机操作和记录操作相关联的操作。处理元件402可以包括一个或多个处理器420来执行指令，以完成上述的方法的全部或部分步骤。此外，处理组件402可以包括一个或多个模块，便于处理组件402和其他组件之间的交互。例如，处理部件402可以包括多媒体模块，以方便多媒体组件408和处理组件402之间的交互。

存储器404被配置为存储各种类型的数据以支持在设备400的操作。这些数据的示例包括用于在电子设备400上操作的任何应用程序或方法的指令，联系人数据，电话簿数据，消息，图片，视频等。存储器404可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

电力组件404为电子设备400的各种组件提供电力。电力组件404可以包括电源管理系统，一个或多个电源，及其他与为电子设备400生成、管理和分配电力相关联的组件。

多媒体组件408包括在所述电子设备400和用户之间的提供一个输出接口的屏幕。在一些实施例中，屏幕可以包括液晶显示器(LCD)和触摸面板(TP)。如果屏幕包括触摸面板，屏幕可以被实现为触摸屏，以接收来自用户的输入信号。触摸面板包括一个或多个触摸传感器以感测触摸、滑动和触摸面板上的手势。所述触摸传感器可以不仅感测触摸或滑动动作的边界，而且还检测与所述触摸或滑动操作相关的持续时间和压力。在一些实施例中，多媒体组件408包括一个前置摄像头和/或后置摄像头。当电子设备400处于操作模式，如拍摄模式或视频模式时，前置摄像头和/或后置摄像头可以接收外部的多媒体数据。每个前置摄像头和后置摄像头可以是一个固定的光学透镜系统或具有焦距和光学变焦能力。

音频组件410被配置为输出和/或输入音频信号。例如，音频组件410包括一个麦克风(MIC)，当电子设备400处于操作模式，如呼叫模式、记录模式和语音识别模式时，麦克风被配置为接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器404或经由通信组件416发送。在一些实施例中，音频组件410还包括一个扬声器，用于输出音频信号。

I/O接口412为处理组件402和外围接口模块之间提供接口，上述外围接口模块可以是键盘，点击轮，按钮等。这些按钮可包括但不限于：主页按钮、音量按钮、启动按钮和锁定按钮。

传感器组件414包括一个或多个传感器，用于为电子设备400提供各个方面的状态评估。例如，传感器组件414可以检测到设备400的打开/关闭状态，组件的相对定位，例如所述组件为电子设备400的显示器和小键盘，传感器组件414还可以检测电子设备400或电子设备400一个组件的位置改变，用户与电子设备400接触的存在或不存在，电子设备400方位或加速/减速和电子设备400的温度变化。传感器组件414可以包括接近传感器，被配置用来在没有任何的物理接触时检测附近物体的存在。传感器组件414还可以包括光传感器，如CMOS或CCD图像传感器，用于在成像应用中使用。在一些实施例中，该传感器组件414还可以包括加速度传感器，陀螺仪传感器，磁传感器，压力传感器或温度传感器。

通信组件416被配置为便于电子设备400和其他设备之间有线或无线方式的通信。电子设备400可以接入基于通信标准的无线网络，如WiFi，2G或3G，或它们的组合。在一个示例性实施例中，通信部件414经由广播信道接收来自外部广播管理系统的广播信号或广播相关信息。在一个示例性实施例中，所述通信部件414还包括近场通信(NFC)模块，以促进短程通信。例如，在NFC模块可基于射频识别(RFID)技术，红外数据协会(IrDA)技术，超宽带(UWB)技术，蓝牙(BT)技术和其他技术来实现。

在示例性实施例中，电子设备400可以被一个或多个应用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述方法。

在示例性实施例中，还提供了一种包括指令的非临时性计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器404，上述指令可由电子设备400的处理器420执行以完成上述方法。例如，所述非临时性计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。

一种非临时性计算机可读存储介质，当所述存储介质中的指令由终端的处理器执行时，使得终端能够执行一种内存访问的方法，所述方法包括：

初始化转译后备缓冲器TLB，并在所述TLB中设置预留空间，所述预留空间用于保存目标程序的页表项，且所述预留空间中保存的页表项在目标程序的运行过程中不被置换；

在当前程序触发缺页异常的情况下，通过查询页表获取所述当前程序待访问的目标页表项，所述目标页表项包含所述当前程序待访问内存的物理地址与虚拟地址之间的映射关系；

若当前程序是目标程序，则将所述目标页表项写入所述TLB中的预留空间。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以预测方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种内存访问方法和装置、一种电子设备以及一种存储介质，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种内存访问方法，其特征在于，应用于运行Linux操作系统的电子设备，所述方法包括：

初始化转译后备缓冲器TLB，并在所述TLB中设置预留空间，所述预留空间用于保存目标程序的页表项，且所述预留空间中保存的页表项在目标程序的运行过程中不被置换；

在当前程序触发缺页异常的情况下，通过查询页表获取所述当前程序待访问的目标页表项，所述目标页表项包含所述当前程序待访问内存的物理地址与虚拟地址之间的映射关系；

若当前程序是目标程序，则将所述目标页表项写入所述TLB中的预留空间。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述TLB中设置预留空间，包括：

根据预设的目标程序的个数和类型，确定预留比例；

将所述TLB中所述预留比例的存储空间设置为预留空间。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

若当前程序不是目标程序，则将所述当前程序待访问的目标页表项写入所述TLB中的非预留空间。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，在所述当前程序是目标程序的情况下，所述通过查询页表获取所述当前程序待访问的目标页表项之前，所述方法还包括：

接收所述目标程序基于巨页机制的内存访问请求；

响应于所述目标程序的内存访问请求，为所述目标程序分配物理地址连续的页框和所述页框对应的虚拟地址，并将所述页框和虚拟地址的对应关系作为页表项写入所述目标程序对应的页表中；

所述通过查询页表获取所述当前程序待访问的目标页表项，包括：

通过查询所述目标程序对应的页表，获取包含所述页框和虚拟地址的对应关系的目标页表项。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述若当前程序是目标程序，则将所述目标页表项写入所述TLB中的预留空间，包括：

若当前程序是目标程序，则查询所述TLB的预留空间中是否存在空闲的存储空间；

若所述TLB的预留空间中存在空闲的存储空间，则将所述目标程序待访问的目标页表项写入所述预留空间。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述查询所述TLB的预留空间中是否存在空闲的存储空间之后，所述方法还包括：

若所述TLB的预留空间中不存在空闲的存储空间，则将所述目标程序待访问的目标页表项写入所述TLB中的非预留空间。

7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述目标程序中包含预置参数，所述预置参数用于指示所述目标程序启动时调用所述Linux操作系统的预置内核函数，所述预置内核函数用于在所述目标程序的运行过程中将所述目标程序对应的页表常驻在内存中。

8.一种内存访问装置，其特征在于，应用于运行Linux操作系统的电子设备，所述装置包括：

初始化模块，用于初始化转译后备缓冲器TLB，并在所述TLB中设置预留空间，所述预留空间用于保存目标程序的页表项，且所述预留空间中保存的页表项在目标程序的运行过程中不被置换；

页表项查询模块，用于在当前程序触发缺页异常的情况下，通过查询页表获取所述当前程序待访问的目标页表项，所述目标页表项包含所述当前程序待访问内存的物理地址与虚拟地址之间的映射关系；

页表项写入模块，用于若当前程序是目标程序，则将所述目标页表项写入所述TLB中的预留空间。

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备运行有运行Linux操作系统，所述电子设备包括有存储器，以及一个或者一个以上的程序，其中一个或者一个以上程序存储于存储器中，且经配置以由一个或者一个以上处理器执行所述一个或者一个以上程序包含用于进行以下操作的指令：

初始化转译后备缓冲器TLB，并在所述TLB中设置预留空间，所述预留空间用于保存目标程序的页表项，且所述预留空间中保存的页表项在目标程序的运行过程中不被置换；

在当前程序触发缺页异常的情况下，通过查询页表获取所述当前程序待访问的目标页表项，所述目标页表项包含所述当前程序待访问内存的物理地址与虚拟地址之间的映射关系；

若当前程序是目标程序，则将所述目标页表项写入所述TLB中的预留空间。

10.一种可读存储介质，其特征在于，当所述存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行如方法权利要求1-7中一个或多个所述的内存访问方法。

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