TLB 是页表项的物理 cache，用于加速虚拟地址到物理地址的转换。CPU 在访问一个虚拟地址时，首先会在 TLB 中查找，如果找不到对应的表项，那么就称之为 TLB miss，此时就需要去内存里查询页表，如果页表项是合法的，那么就会把它添加到 TLB 中。如果内核修改了页表，那么就需要主动的去清空一下当前的 TLB。
在 ARM64 上，清空 TLB 的指令是 TLBI，在 Linux 中，与 TLB 清空相关的宏都在 arch/arm64/include/asm/tlbflush.h 文件中定义。清空 TLB 的一般流程在文件开头的注视里有说明：
代码语言：javascript复制 * DSB ISHST // Ensure prior page-table updates have completed
* TLBI ... // Invalidate the TLB
* DSB ISH // Ensure the TLB invalidation has completed
* if (invalidated kernel mappings)
* ISB // Discard any instructions fetched from the old mapping在 TLBI 指令执行前后需要几个内存屏障指令的辅助，来防止在 TLB 清空过程中发生的不确定情况。主要的几个宏如下所示：
名称 | 说明 |
|---|---|
flush_tlb_all() | 内核 用户空间的地址在所有的CPU上都清空 |
flush_tlb_mm(mm) | 把用户空间的地址在所有的CPU上都清空 |
flush_tlb_range(vma, start, end) | 用户空间的一段范围地址清空 |
flush_tlb_kernel_range(start, end) | 内核空间的一段范围地址清空 |
flush_tlb_page(vma, adds) | 用户空间的一个 page 地址映射清空 |
flush_tlb_kernel_range使用
以flush_tlb_kernel_range 为例：
flush_tlb_kernel_range 是 Linux 内核中的一个函数，用于使一段范围内的翻译后备缓冲区 (TLB) 条目失效。TLB 是一个缓存，用于存储最近的从虚拟内存地址到物理内存地址的转换，这有助于加快使用虚拟内存系统的内存访问速度。
主要作用：
- 使 TLB 条目失效：
flush_tlb_kernel_range的主要作用是确保指定范围内的 TLB 中任何过时或无效的条目都被移除。当内核修改页表（例如在内存管理操作中）时，需要将这些变化反映到 TLB 中。
使用场景：
- 内核内存管理：该函数特别用于内核内存管理的上下文中。当内核在自己的地址空间（内核虚拟内存）中更改映射时，必须确保 TLB 不包含指向旧映射的陈旧条目。
使用方法：
- 参数：该函数通常接受两个参数，指定要刷新的地址范围的开始和结束。
start：要刷新的范围的起始虚拟地址。end：要刷新的范围的结束虚拟地址。
操作方式：
- 与架构相关：
flush_tlb_kernel_range的实现与具体的 CPU 架构相关，因为不同的 CPU 架构（例如 x86，ARM）的 TLB 结构和操作方式不同。 - 使 TLB 条目失效：该函数使用特定的 CPU 指令使对应地址范围的 TLB 条目失效。
示例使用场景：
当内核更新其页表时，例如重新映射内核内存、添加新页面或更改访问权限时，需要使受影响的 TLB 条目失效，以确保 CPU 不会使用过时的转换。如果不这样做，可能会导致内存访问错误，带来潜在的安全风险或系统不稳定性。
代码示例：
一个函数原型的示例可能如下所示（实际实现细节因架构而异）：
代码语言：javascript复制void flush_tlb_kernel_range(unsigned long start, unsigned long end);总结：
总之，flush_tlb_kernel_range 是维护 TLB 一致性的重要函数，用于内核内存管理的上下文中。它确保内核页表中的变化准确反映到 TLB 中，从而防止陈旧条目导致错误的内存访问。
flush_tlb_kernel_range 实现
flush_tlb_kernel_range 的实现是与具体的 CPU 架构密切相关的。不同的架构有不同的 TLB 管理方式，因此该函数的实现方式也会有所不同。下面我们以 x86 架构为例，简单介绍一下 flush_tlb_kernel_range 的可能实现方式。
x86 架构实现示例
在 x86 架构上，TLB 刷新可以通过重新加载控制寄存器 CR3 来实现，这会导致整个 TLB 被刷新。对于特定范围的 TLB 刷新，可以使用页表条目无效（INVLPG）指令。
示例代码：
以下是一个可能的 flush_tlb_kernel_range 实现，针对 x86 架构：
#include <linux/mm.h>
#include <linux/smp.h>
#include <asm/tlbflush.h>
void flush_tlb_kernel_range(unsigned long start, unsigned long end)
{
unsigned long addr;
// 对于每个地址，使用INVLPG指令
for (addr = start; addr < end; addr = PAGE_SIZE) {
__flush_tlb_one(addr);
}
// 同时在多处理器系统上处理
smp_mb();
smp_call_function(flush_tlb_mm_range, ¤t->mm, 1);
}解释：
- 循环刷新每个页：
- 使用
INVLPG指令刷新指定范围内的每个页。 __flush_tlb_one(addr)是一个内联汇编函数，使用INVLPG指令刷新指定的地址。
- 使用
- 处理多处理器系统：
smp_mb()确保内存屏障，确保前面的 TLB 刷新操作在后续操作之前完成。smp_call_function(flush_tlb_mm_range, ¤t->mm, 1)在多处理器系统上调用，以确保所有 CPU 都执行 TLB 刷新操作。
通用实现框架
对于不同的架构，具体实现方式会有所不同，但总体的实现框架大致如下：
- 识别要刷新的地址范围：确定起始地址和结束地址。
- 使用架构特定的指令：使用特定的指令来刷新对应的 TLB 条目。
- 考虑多核处理器的同步：在多处理器系统上同步 TLB 刷新操作，以确保所有 CPU 的 TLB 都被刷新。
参考资料
可以参考 Linux 内核源代码中的实际实现。例如，可以查看 arch/x86/include/asm/tlbflush.h 文件中的实现细节。不同架构的实现可以在相应的架构目录中找到。
总结
flush_tlb_kernel_range 的具体实现依赖于 CPU 架构，x86 架构通常通过 INVLPG 指令和 CR3 寄存器重新加载来实现 TLB 刷新。上述示例展示了一个基本实现，具体实现应参考 Linux 内核源码，并根据具体需求和架构进行调整。
