use of superpages and subblocking in the ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfuse...

193
USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan Talluri A dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy (Computer Science) at the UNIVERSITY OF WISCONSIN - MADISON 1995

Upload: others

Post on 03-Apr-2020

1 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

USE OF SUPERPAGES ANDSUBBLOCKING IN THE ADDRESS

TRANSLATION HIERARCHY

by

Madhusudhan Talluri

A dissertation submitted in partial fulfillment

of the requirements for the degree of

Doctor of Philosophy

(Computer Science)

at the

UNIVERSITY OF WISCONSIN - MADISON

1995

Page 2: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

������������ ������������� ��������� ������ ��!"!"���#%$�&�&�'

( !"!�)*"�+ ��,�-)*./��./�0+./�

Page 3: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

i

�1�����324��56�����,./�#�7�8 ����9�����������#�90:"�#�,����!;5�./5����#�<�,�#������!����8.=0:"�#�,����!;���>���?./�@��./�7�,�A�� ��+��"2B��!C���>D���E./�F��./�G����"���6��HJIK4L�MNOK HQPOR4L6NSR4R4T4K4MPOU�V�WYX[ZOZFVI7\J�>]�^�_C�����`�ba�Kdc:V7HJK@WeNSVYf����56.g����./���;"�h�>]�^i56"���G �����D�*!88�j��kl���;5i��.m�=��no�*]*^p5`q�e�e.m�r�dq5`.m����0>.m�@����.`�*]C^p5i8�e���;.m����!8�d��kl8��8��2s�B.m���eq�j�t�*�;.`�d�u ���#v+!"������w>���24 x"�8./24�8���#��!�w����x�y�8./2B ��x��!"���+"2B��!C�,�./�x�>��fz�> x��7�, x./����7�@�,���>".s�7�>]>^{���2B ���,.s24�,���./�7�8 �����#.s���>2Y.r�q �.r���>5A�:.s�|�+n}��]j^t5h~�4�4.s�b�:��~��2Y�#.s� �4~������]j^t�#.s� 2Y �k��q �.r5h� �z~5A�>5�� �j���.��4���4�>� 2Y.56������./�y���A���>]�^>k������y������.��8����!".=��./��"�����7�, ����%�>./24�d./����.��>]�^y5�"���o��.e�x��!"�,�A���������������#�9��. u�>]�^<���d24 �"�,./24�,���E./� u "�, ������;"��24�d./����"������]>^<56��F�-��.e�x��!"�,� f

� "�#���,wx�, �"�o�, �.e��"�o.e0:��!"�����,./�o� u ���>]�^1���E24 �"�,./24�,���E.e�o"�`24��5656./�E24"��!�����./ktMX�a�VIa�Kdc:VM������1�[R4�o�a N"V/HSVoM[X:WeW/N"RY��TBP�L�cCf��� �����q �.s�4����@�q�>�j~.��g�q �.r�+.���.sn�~�q����n}�4�>�>.s�[�>� �:.s��� �����q �.�~�4�@�>.��g~��0��+!~0�.s��~�56���>"n8��"���A����./�#���,"���A�F�+�F�,./56�7�����y�����+.��,����!"./�o�,�h������������9�F����./�������./��fm����56��!�.e�,.=�F������!"��24v�"�����!"!"� u �����E��24./���F���3�>.e��"�+��.e�#���,�����F.7!����d�+.e��24 �"�A���d./�����,������"!"�<!"���E��.7��]>^�� u "�, �"�624�+24!".7�,"56.724����D���,���"�x�,�sfY�m"56��!"���,"���r�E./�F��!"�,���F x� u �, �����n8���%24��56�����#����!".�24 �"�6���E.e��wm24��5���!"./�,.eD8��������!"��2@v���]>^��� ���0+.n8�����,.e�}��242@./���G�,"5�.e�������i"��24����n,. u ./�}��]>^i56"���F./���, ����A�F"���+!"./D,������./D,��"��.���]>^�� u "�, ������;�E./����"���������./�#���,"�����F�+�F�,./5�24 �������./��f

�m./24������w:�, �"�-�, x.e��"�G���E��������./�-�b�x. u �>]�^`���E24 �"�,./24�,���E.ew:a�K4IYHJPSK4N�MX�WYWYNOR4�[T@POL/c��+�, ����;24��56�����.e�G�, �.�+./�@�3n8./���8���E.s�|��n�2B��5���!�.s�,.��@�����+!���24v+��x�<���x�{�@����./�#�����+./��f��m�5���!����,������E.s����!��8�|�� x� u �, x���3������.s�#D�����+.7�����<��������!"��24vr�>]�^���w�n8����24��5������#����!".724 �"�A���d./��w+"��24����n8. u .e����]�^<5�"�F��./���, ����6��"����!�.eD8�����+.eD��"��.b��]>^���f � ���#�, �./��wx�����#�,"��!"D8�F������!"��24v��>]�^>���E./����"�E.���"5���!"./������./����,"���h�������,.e5���������"�x2@���-n,. u ./�56"����./�-�, �����������.e�#�����+.|��]�^>��f

�> �"�d�>wm������.e�#�����+.������������#�,"��!"D8��������!"��24v���]�^>�����E.�"�x.en�n8./24�,"0+. u "�, ������>����./����,"�x�=�������,.e5��F����D�����[�#f��j x��|�8 x.s����|��j./�x�8�n8�./�|�8 x.��>��!��24�.s�|���x��5�.s2B x���x���5��g�.s�+�>��E.s���8�A�@���������[�3�8 x.s��.��>]>^>��f��q������#�,"24��!"����w��, �"�7�, �./�F"�7���E��������./�o���� �����"24��!;56./56���#�A��!"!"��24���,"���`��!������#"�, �56w�a�Kdc:V-IdVMVI��K HJPSR4L+w��, ����56��v+.e�-������,"��!�D,��������!"��24vr�>]�^��-./n�n8.e24�,"0:.|����./!""56"�����,./�-�����+.|24������"�x�r"�h�F����./�������.|24�E.e���,����Cf

� �����#�, xw��8 x"�|�8 �.s����7�@�����+.s���8�75����>"n8�2B���8����x�|�,�A2B���x0:./�x�8"���x��!C�����+.=�8����!�./�|�,�A�@���������#�3������.s�#D��� �+.�� �x���@���+�+!~��2Bv`�j]>^>�g���x�����E�+�����@.s�g�r��. u �>���+.��8���+!�.��@�8��>2B�8�>�E.swj�[N"X:MeHJV#IEV#U�a�Kc�V�HSKBWeN"V#wj�8 x���������56./���,�o ����F x.e�y������.��,����!"./� u "�, `��������!"��24v�"���jfm�m"56��!����,"���`�E.e����!"�,���� �� u �, ����%24!"���F�,./�E.e�y������.�,����!"./�����d.���56��!"!"./�%�����6 ���0:.��on,�����,./�*��242@./�����,"56.��, �����24����0:.e���,�������!+�����+.G�,����!�.e� u �./������"���=�F"�xD�+!�./Dq�����+.sD8�@���.��>]>^>��f ( 2B!������8./�.s�{�����+.=�8����!�.��5����E��0:.s�7�����8 x./�@.����>0:���x�8���+.s� u x./�1���8���[����`����D��./�#������.|�����`��������!"��24v����>����f

Page 4: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

ii

�o�[���>�>���8.��@�8���j�`�����8 x.��|�x~0:.s�[��~�8�`��n��{��@2B���x�@��xDq�1� �>��@���1 x� �| x.s!~��.s�����#�+0:��j.�5�. u ��8 1�����!""�h./����24���,"����������.����x�h�|���d./���>���,����>"��56��24���E././�fY�j�, �����v��, �.����>56"����"�����}2@��5656"�,�,././wzn8��24��!"�,�4w��./2@�E./�,������!>���,��n�n8w�� ( �����������, �./������*�o��f �%.e����./24"��!"!����� x����v��, �.�n8��24��!"�,�����<�, �.��1"�F24�����F��A�������m������./!����E�e�~./24�������<56���, �./�F"�-24��565�"�,�,./.7n8�����, �./"���+��"������24.ew+�����#vr ="!"!"w+¡o��0+"�`�A�����>w��������m��D �"w+�����#0+"�h�m��!"��56���xw�¢8��56./�-�m56"�, xw������<¢8��56./�-]����E����f

�1���[v` =�!~!�w>5��`���>0�����+�,w>�@���>�����[�8./��5��`�.s��.s���2B 1�����@��@�8���x�8�@ x�� u ��8 1n8�>�x�>�|nq���5£ x��|�>�./�@�D�>./�x�8���!C¤������x�<�q�x0:./���8��+���,�����+�#���x�,w>�1���2B�����@����1������m���x�x./!C����/�~.s24�8w����x�{.s� �8.s�#�x��!*�+�#�����8�|n8���5�m���i�1"24�E���������8./56��fz¡7��0:"�{¡o��,��./!�w��m �����A¥-���x��w�¡o��24v<�1�!"!"���5���w���5�"!;�z���#����w�¢8�� ������x�,./�x56������w¥����#!j¡o������wx¡o���<¢8� u �����v��w�¡o././����v�^> ��������,wx¤:������./n*¥� ���!"���"w�)%����./��*)%��./���F!"./�-���������, �./�#�����*�m�����"24�E���������,.e5�� u ./�d.o"�x�F�,���5�.e�x�,��!�"�6n8�����>"����56���d./��./���d24 6�, ��d������ 60+���#"���������#�����,�}�����A����565�.e�"���,./�#���F x"����f

���, x����v������v= �"!�!+n8���%����"�>"���=�����6�+������"���=56.��, ��E������ r�F"�g��./�������n>n,������n8��!+�E.e��./���E24 CfB��� u .�����-������./��o�� x��� u ./�d.�������!""�� �./�1"�<�, ��E./.b���E./56"./�-24����n8./�d./��24./���,�6 ���������,"./���*���E����"���h�����1����!"D"�� x"���A��n356�A./� 24./���,"������!�!"�A!"�����A����� u ���d���A�>�#��n8�,��fz�m �"�x�A¥����x�A��n3�m���i��"2B�d���������8./56�7���,���#�,./�56.o��n�n>�����, �.������, ���n>������./������+./�sfe¡o��0+"�A�h�����h�������+.e���,./�h�, �.o�,����h�F"5���!"���,"����56./�, ����h�j���F.o"�56�=��"56��!"���,"������fY)*����./�#��¤:���x�=��n��m���r��"24�E���F�+�F�,./56���������+.e���,./��������,"��!"D8��������!"��24v+"���jfY¥���������h]�����nC�8���,./!������i¢8�� ��h������ �./����n;�m"!"�2@���h������� �"24�G./��24�����#����./�`5�.|�,���F�,������24��56��!"./�,./D,��������!"��24v�"���jf¡7�+2Bv`�1�!�!�~��5��g��n��z�>�1�1�2B����@�:���8.s5h�| x.s!~��.s��5�.��@�8���j�`�8 x.�����.s�[���8��x�`�@�:���8.s5£�@�>�����+�#����@�@��.s����x���+���!~� � ���m�8����[f�¦=���[5£¢q���>����*�+n�¡7�j�§�¨)9]� x.s!���.s��5h. u ��8 1�8 �.��j]>^�� 2B2B.s���g�8�5h.�5h���>.s!df© �v���5�¢8���� �"w ( ������������24./�����w������h¤�������./nj¥� ���!""�>���nj�m�������2@�E���������,./56�}���d.o24��D8"��0:.e�x�,����}��nj�, �.24!"�����,./�E.e�1������.b�,����!".�f �����0:.e./�`�m./�F �������wx¢,�� ��<)%./�����4wx^>������v � ��!"����ª�wx�����1����������1�A����!".� �.e!���./�56. u "�, 6�, x. u ���#v�!"�����>���;����./�<n8����56�r�E.e��./���E24 Cf/¢8��56./���m56"�, ������+��./�F�,./�<�, �.|56./�,�"2��;����.|"�65���>]�^y���,����"./��fm¤�������./n9¥- ���!""�>; �./!"��./�y5�.�n,"!".=�����,.e�x�,�o���x�y����"��.=56�A�./��./���E24 u �"!".=���9�m���i���D24�E���F�+�F�,./56��f

�> �.�24��56�����,.e�9���E24 �"�,./24�,���E.ewz��"��24������"����"�����m���x��.e!�wm���x����������+���r���E�e�~./24��56./56��./������>�o��D�y� �j~�4�+�y �.s!~�>.�� u ~�q {�q �.s~�7�4�>���:.s�4�q~�+���4w�2B�F~�q~2Y~�@5h�4w�2Y�+5h5h.����q�@w�� ���t��.s0�~. u � f+�y� ���i�>�#����.�2Y����E�����������%�m���`�1"24�d���������,./56�o �./!"��./�1�� �����.�56�h�E./�F./���E24 `�����1��./0:.e!"��� � ��� �,�d���,k ( �>0+����24./� ( �D2B ���8./24�8���E.=�+�E�����y���3�m����]>�������#���,���#�./�@w��7!��8�#���m� ( )%�«���E2B ���8./24�8���E.=�+�E�����y���3�m�1�}�7¬��m�����d2��m./2B �w¥-.s�#�x.s!�D8�1�����x��¥-.s�#�x.s!�D © �­�:����>���|���3�z���x�z��nq�8w>���x��¡7./�@v+�8���{���x�{�z.s�#0:.s���z��nq� u ���[.��+������>�|����m�����7f

Page 5: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

iii

�1���x�<��./����!�./k¨��n�n��24.s5����8./�@w��E����565����8./��w>���8���>�<����������@w u ��x�{�,�>���x./!C���E�/�~.s24�3�+�E������w����E24 x�D�,./24�,���E.g�+�d������w:���x�¨®����, �./�Y®jn8��.e���>�G�,���656�����6�,��!""���,kt �./!"��./�i5���v�.�56�6���,���6���C�����>"�F���A��0+./������./24"��!>����.�f ( ����./24"��!>�, �����v+�G����.e���,������ x���An,���}����"���6�, �.�������./� u ���v6������ª�!"����656�6�, �./��"��"���"��24������"� u x"!".|� u ���-� u ����"�h����!""n8���#��"��w+���x�<�,�r�m �"0:v��<n8�����,��v�"����24���E.|��nC56����"!"!"�-���x�<5���"!���h56�r5������r"�x�,.e�#���� �"�<0+"��"�,�-�,���m���*f

�y��0�����`�q�<�6nq�+�E.���:�12Y���>���8�[�`~�g�+nq�8.s�y���q�[���>5h���q�2b.��m��.��[�.s��2B.+f�� u �+�>!���!�~v+.r�8�`�8 x� �xvi�8 �.��./����!".b�, ����C56����.��, �.��,�#������"�,"���<��!"./���������#f��� �.b�8���,./������,"������!>�m�,����./���C¯|n~ª�24./w��, �.��A��!"!"��./��n8��56"D!"��kt5��6 ������Cn,��56"!"�6�, ��E�����+ A� � �8�mw�¡o�f�� x��5°�m�����>���})%���������in8��56"!��@w���������w:�� ���,!"���#>�����i¥���D5h�j�j� �{n±� 5A~!~~.��4w;� ���t5h�m�����g� �@�q�j�j.����±��� ���¨nq�m5h~!~�.s� f:�j �.r��� ��2Y.��j.��>� �F�q5h.������m���g�`w;�q �.�7��"0+./���"�,����n>��"��24������"�r^���!"!��d����5�¡o����24. ( �F����24"��������i\J�o�t�1^�¡ ( _>������5������=������24"���=��������"./��,��v�.|24�E./��"��n8����"���,�E������24"����56.|�,������24"��!�������24"���������`����56.|��n;�, �.|��./�����,"56./�-��n;5��r!""n8.�f

�9�, �����vA56�hn8��56"!"�An,���-./� 24./���,"������!������������#�%�����#"���h5��h./����24���,����Cf �1�h�����d./���,�on8���G�F./���>"���5�.=�,�A���+�����{��24 x����!;�����,D8��n8D8�,� u �����x�y�r�+�E./���3���x"0:./�#����,�<"����nq���E./�����24�������,�#�+²�5��A�+�#���x�>�����#D./���,�7n8�������#"�x��"�x�A56.=���1���x�y����"�>"���<56.=�, �������+ i�, �.=��24 x����!;�+./���#��²�56���x�A�������,��w����x24!"./��w������24�����F"����n8���3�, x.e"��������������j��0+./���, �.o�+./�����²������Aª��x��!"!"�4w�5�� u "n,.7�m�#"��./0+xn8���3��!�!x�, �.o �./!"�h�����A������D�����#�����������r�, �.|ª�����!���./����-��n;56�r�� Cf ¡�fs�����`n,���������,�,"������� u "�, �56������!"���,.|����� ��,�-��� u ���#vjf

Page 6: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

iv

Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .i

Acknowledgments. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .ii

TABLE OF CONTENTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .iv

Chapter 1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

1.1 Problem Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

1.2 Summary of thesis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

1.3 Related Work. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8

1.4 My Previous Work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

1.5 Mechanics of a single-page-size TLB. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

1.5.1 Fully-associative TLB. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12

1.5.2 Set-associative TLB. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

1.5.3 TLB miss handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

1.6 Roadmap to rest of thesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15

Chapter 2 Methodology. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

2.1 Trap-Driven Simulation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

2.2 Area Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18

2.3 Access Time Model. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19

2.4 Workloads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21

2.5 TLB Performance Metric . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22

2.6 TLB Replacement Policy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24

2.7 OS Support for superpage and subblock TLBs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26

2.7.1 Description of superpage page-size assignment policy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26

2.7.2 Physical Memory Allocation for Partial-subblock TLBs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27

Chapter 3 Superpage TLBs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28

3.1 Superpage TLB and Operating System taxonomy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30

3.2 Mechanics of a superpage TLB. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31

3.2.1 Fully-associative superpage TLBs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32

3.2.2 Set-associative superpage TLBs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33

3.3 TLB miss handling in a Superpage TLB. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37

3.4 Sample design given area constraint. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38

3.5 Conclusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39

Chapter 4 Complete-subblock TLBs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40

4.1 Mechanics of a Complete-subblock TLB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42

4.1.1 Implementation Issues for complete-subblock TLBs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43

4.1.2 Effect of complete subblocking. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44

4.2 TLB miss handling for complete-subblock TLBs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46

4.2.1 Implementing subblock miss checking. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47

Page 7: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

v

4.2.2 Preloading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47

4.3 Sample design given area constraint. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49

4.4 Comparison with other TLB architectures of same TLB reach . . . . . . . . . . . . . . .51

4.4.1 Complete-subblock vs. single-page-size TLBs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51

4.4.2 Complete-subblock vs. Superpage TLBs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53

4.5 Conclusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55

Chapter 5 Partial-subblock TLBs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56

5.1 Mechanics of a Partial-subblock TLB. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58

5.1.1 Physical Address Generation in a partial-subblock TLB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60

5.1.2 Subblock-valid bits in a partial-subblock TLB. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60

5.1.3 Modified Bits Update . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62

5.2 Effect of Partial subblocking. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63

5.3 TLB miss handling for partial-subblock TLBs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64

5.3.1 Naive TLB miss handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64

5.3.2 TLB miss handling using preloading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .65

5.3.3 TLB miss handler for preloading in a partial-subblock TLB . . . . . . . . . . . . . . . . .65

5.4 Impact of operating system support . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67

5.5 Sample design given area constraint. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68

5.6 Comparison with other TLB architectures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70

5.6.1 Partial-subblock vs. single-page-size TLBs with same TLB reach. . . . . . . . . . . . .70

5.6.2 Partial-subblock vs. Superpage TLBs with same TLB reach . . . . . . . . . . . . . . . . .71

5.6.3 Partial- vs. complete subblock TLBs with same TLB reach. . . . . . . . . . . . . . . . . .73

5.7 Variations of partial-subblock TLBs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75

5.8 Conclusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77

Chapter 6 Operating System Support . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78

6.1 Page-size assignment for superpage TLBs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .79

6.2 New Operating System Mechanisms. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .81

6.2.1 Freelist management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .81

6.2.2 Gather Mechanism. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .82

6.2.3 Page Promotion/Demotion Mechanisms. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .83

6.2.4 Monitoring Reference Patterns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84

6.2.5 Physical Memory Allocation—Page Reservation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84

6.2.6 Multiple-page-size framework . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86

6.3 Interactions with other OS mechanisms and policies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87

6.3.1 Virtual address allocation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87

6.3.2 Shared Objects and Libraries. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .88

6.3.3 Copy-on-write . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .89

6.3.4 File system read-ahead and clustering. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .90

Page 8: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

vi

6.3.5 Page replacement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .90

6.3.6 Page Coloring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .90

6.4 Conclusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91

Chapter 7 Page Table Structures. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .92

7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .92

7.2 Conventional Page Tables for 64-bit Address Spaces. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .93

7.3 Clustered Page Table. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .96

7.4 Adapting Page Tables for Superpage and Subblock PTEs . . . . . . . . . . . . . . . . . . .98

7.4.1 Superpage and Partial-Subblock PTEs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .98

7.4.2 Supporting Superpages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .99

7.4.3 Supporting Partial-Subblocking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .101

7.4.4 Preloading Support for Complete-Subblock TLBs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .102

7.4.5 Partial-Subblock and Superpage PTEs in Clustered Page Tables. . . . . . . . . . . . . .102

7.4.6 Generalized Clustered Page Table. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .104

7.4.7 Two-Level and Software TLB variations of Clustered Page Tables. . . . . . . . . . . .105

7.5 Synonym Table . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .107

7.5.1 Naive Synonym tables for Superpage and Partial-subblock PTEs . . . . . . . . . . . . .108

7.5.2 Alternate ways to store superpage and partial-subblock aliases. . . . . . . . . . . . . . .109

7.5.3 Concurrent access to a page table . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .111

7.6 Performance Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .111

7.6.1 Page Table Access Time: Methodology, Metric & Results . . . . . . . . . . . . . . . . . .112

7.6.2 Page Table Size: Methodology, Metric & Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .115

7.7 Conclusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116

Chapter 8 Conclusion and Future Work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118

8.1 Conclusions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118

8.2 Future Work. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120

Appendix A Sample Memory Cell Designs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .122

Appendix B Implementation of subblock-valid bits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .125

Appendix C Implementation of subblock multiplexor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .130

Appendix D Preventing loading multiple copies in preloading. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132

Appendix E Storing superpage mappings in complete-subblock TLBs . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133

Appendix F Complete-subblocking for superpage TLBs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .135

Appendix G Subblock miss checking in partial-subblock TLBs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .137

Appendix H Storing superpage mappings in partial-subblock TLBs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .139

Appendix I Detailed Speedup Tables. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .141

Appendix J Tables with absolute number of TLB misses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .162

Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .176

Page 9: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

1

������./��0:"��,����!�56./56������>"�F�,"�x����"�� �./�����>���d./����.e�}����./���������E�����#��56�7\J0+"�#�,����!������>�d./����.e��_>n8�E��5�, x.=�d./��!;5�./56���#�A���>�>�d./����./��\J�� ��+��"24��!;���>�>�?.s����./��_[fz¯7��./0+.s��<56./5����#�<��242B./���7�, �.=���+���,./5³�,�#���x��D!"���,./�o��0+"�#������!;�������E.e���o�,�h���� �����"24��!����>���d./����fm�� ���o"����"�E.e24�,"���`��!"!"� u �7��2424.e���o�,�h56���E.�56./56���#��, ����i�� x����"24��!"!"�<���E./��./���,w��,�#���x�������E./�x�9�d./!���24���8"���i��n3���E���+�#��5´�,./� �9�����y�>���,��w����x�y������,./24�,����i��./D� u ./.e�`���E��24./�F��./�=µJ¡o./���C¶�·:¸8f ( a�Kdc�VgHJK4WYNSV-�F�,���d./���, �.b�,�#������!"���,"���`�����1���E���,./24�,"���`"��n8���56���,"���<������<HJIK4L�MNOK HQPOR4LhNOR4R4T4K4MPSU�V-WYX[ZOZFVI[¹�\J�>]�^�_924��24 �./�o�d./24./���,!"�A����./�1�,�#������!"���,"�����o�,����2424./!"./�#���,.��, �.��,�������!"��D�,"���`���E��24./�F��µQ]>.e./º�&�w��m56"�,»�¼�wx���!".e&�·:¸,fm�� �.���]�^1���x��������.b�,����!�.b56��v�.������, �.�K4U�U�IdVMMgHJIK4L�MNSK HJPOR4L½ POVIK@Id� ½�¾ �, �����"�-�, �.gn,��24���-��n;56�����,����� f

�+�5�.��@��./�x�3��1�>]>^�5�����| x���x�>!���x�<��|������0:.s�# x.s���{��n�0:��#�8����!C5�.s5����#�`���x�{��|.s�+����!*�,�<�, x.����56��./�G��n9�>]�^y5�"����.e�7"��24���#�E.e�y�8"56./�7�, �.���0+./�����.=�,"56.=�,�h�,�#��0+./�#�F.=�, �.=�����+.��,����!".h\J�>]�^y5�"�����./����!"�,�+_#f/�8�6�, �.o./���#!"�`$�&�»�·���w��>]�^A56"���} x������!""��� u �����g�F5���!"!xn,�#��24�,"���6��n��� x.o���E��24./���F���z¿À�}24�+24!".e��D��./�ED8"�����,���24�,"���¨\J�����8_�µQ�}!"���#»�'�w��<������»�º:¸8fm������� u ���#v�!"������w��8.e24 x����!"�����Bw������y���E24 �"�,./24�,���E.��,�E./���>� ���0+.724��56��"��./�A�,��"��24�E./����.o�����, 6�, �.o�x��56��./�3��n���]>^A56"���F./�������A�, �.o�>]�^A5�"�F����./����!"�,�Bw�"��24�E.e����D"�����, �.|��56����������n;�,�56.|����./����"���>]�^`56"���- ������>!""���jf

¯|��.|!�������D8���,������"���624��56������./�}�,�d./���i"�-�, ����;���d���+���56��¿m56./56���#���������+.|�>������!"./�G./��24 h��./�������� u �1µJ �./����&�·:¸,f � ���F����������*�, �.b!"���E��./�-���d�������5 u ���v+"������./�*��"��./��µJ¡o./����º�»�¸Qw u ���#v����,���,"����� u "�, 5��+�.��8 ����Á$@· ·��1^���n��� ��+�@�2B� !*5�.s5h���[�`���.��+.s2B��5h��x�i2B��5h5����%f��j x~�|�>!���2Y.s�|�>�E.s�@�@�>�.��+�1�8 x.�>]�^��,�656�������<"��24�d./����"����!���!"���d�+./����56�������*��n%56./56���#� f��8���x��0+���,"0+.b����./����n*0:"��,����!j56./56���#���,��5���!".s5�./�x�3�x. u nq���x24�8�������!���8�Bw>����2B ����|�>����8�#����>�,.s�{�� x���.s�{5�.s56���[�Bw���|���2B�./������x�<�8 x.����>�>�.s���������24.g�, ����;����]�^i�� �����!��`56���9fs���d���+���56�G���24���}�b!"���E��.g����56��./����nC�>]�^i56"����.e�G"nC�, �./"� u ���#v�"�����./�C"��!"���d�+.e�-�, ����A�, x.6ÂzÃ+Ä�I?VK4� ½ kt5���� "56��5Å��5��������*��n*���>���E.e�����F����24.�56������.e�������=��]>^9f��> �"�~�g� �x� !��+�:���>���8�`� �1~�x2Y�.s� �@.�~�y�>~�@vi�>���:~�x�i~n��q x. u �+�[v:����i�@.s�����!�� ��+.��o�8 ����y�q x.r��5h�+�>�x����n��0+���!"����!".��� x����"24��!>5�.e5����� f��> �./�E.����E.����*!"./���F�*� u � u ���+����n%"��24�d./����"������]>^��d./��24 �kt����"��24�E.e����D"�����, �.7����56��./�3��n���]>^h��!"��24v��|\J���3./���,�#"./�F_����3����"��24�E./���F������� x.o�����>�d./���}������24.756������./�A����./��24 �>]�^<��!"��24vjf

�> x.=�x��56�+./����n3�>]>^{��!���24v+�7��7�x���3���2B�E.s���@"�x�<��"�+�x"n,"2B���x�8!"�<���7�>]>^>�7���E.=�x� u �56��!�./5�./�x�,./����6�, �.756"24�E�����E��24./�F������24 �"� u �./�d.724 �"�h���E./��w���2424./���}�,"5�.ew������A24�+2@!�.o�,"5�.o24���x�F�,�#��"���,��!""56"�j�>]�^��"��.�f � "�#�F�,w���2424.e�����,"5�.b24�������,�������,��!""56"�%��]>^1��./�F�����./���n8�E��5Æ����"���h�, �.�!"���d�+.e�-�x��56��./�-��n%�,�#����D������8���#�|���x�{24 x"�y���E./�r��0:��"!����+!".��,���>����µJ�o./!���»�&:¸j�,�A"�x24�E./����.��, x.=�x��56�+./����n3�>]>^{�+!"��24v+��fz]>���d�+./��j]>^j�|� �E.��@!~� u .s���q�<��2B2B.s�@�g��������n,nq.s2B��2B�:2B!�.��8~5�.+f��>]j^���2Y2B.s�@�|�q�5�.���g���1~5��>���[�8�����35h.s�8�[�2b����>]�^��o���d.���n8�,.e�`"�`�, �.�24��24 �./D,��2424./����24�#"�,"24��!������, Cfm����24 �.b24������"���,./��24�h56�������+.e5�.e�x�*���h�, �.�����./�D���,"�����������,.e5Ç ����}24��56��!""24���,./�h./n�n8����,�}�,���d./56��0:.o�, �.o�>]�^hn8�E��5��, �.72@�#"�,"24��!x�����, �����"����0:"��,����!"!"��D�,�����+.e�i24��24 �./�bµJ�t �././&�¼:¸8f��� x����"24��!"!"��D8�,������./�i24��24 �./�G24�����,"�x��.g�,����.g24��565����Cf��m./24������w:�, �.��,�d./����,� u ���E� u "��./���F����./���24��!"�������E��24./���F����"56��!"./56./���,���,"������µJ¢,������»�&:¸:�E.e�+��"�d./�-��]>^��-�,���������������5���!"D�,���!�.=�,�#���x��!"���8"���x�7��./��24�+24!�.=�, ��E������ �56��!"�,�D8�����#�,"�x�A�����d./��!�"2B���,����*fm�>]>^��7�8 ����3�����������#�956��!"�8"��!".�,�#�����F��24�����������.e�92@�+24!".����E.���!"� u ./�%�,����2424./������������2@24�����=!"���E��./�%24 �"�6���E./�:fB�> �"���E./����24.e���, �.��x��56D�:.s�7�+n}�j]j^t�:!~�+2Bv:���q �� ��2Y� �y�:.r~5h�>!~.s5h.����8.��tnq�+�7n~~�z.s�t2Y ����� �.s�6�+�7� 2Y2Y.s�4���8~5h.r2Y�+���@�q�F� ����q� f�j �~��jwj!~� ��:.s�70���[�q�>� !%�������> ��:�@~2B� !%���j�j�[.s�@���@~� .s�@w�V/È c*È w�º�É Dq�:���0�~�[�8�j��!%� �j�j�#.s�4�@.s�4wj~�x2Y�#.s� �@.r�8 �.����56��.e�9��n>��"�,�����,���E.e�h"���7�>]�^�wzn8���#�, �./�9�E.e�>��24"�����, �.�����56��./�9��n>��]>^h��!���24v���n8���9�7ª�� ./���,�#������"��D�,���G24�������#fm�> �����w��, �.e�E.�"�o��././�1n8���-�������0+���,"0:. u ���+�o�,��"��24�d./����.���]>^1�E.e��24 u "�, `!""�,�,!".����G����"��D

1. Also known as Translation Buffer (TB), Directory LookAside Table (DLAT), Address Translation Cache (ATC) orMemory Management Unit (MMU)

Page 10: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

2

24�E.e����.|"�h�, �.|����5���.e����n;�>]�^`��!"��24v���f¯g�x. u � �`�q�<���2B�.s� �@.��8 x.�� �>�j�.s�@�g�@�>��2B.�5h���>��.s���+�`�6�j]>^��+!��+2Bvi��g�8�`��x2Y�.s� �@.��8 x.��>���:.

��"��.�f�¡o������!�"���6�, �.�������.���"��./w�n,����.e� ��56��!"./w:�>������!"./���>]�^��E.e��24 Cf�]>���d�+.�������.���"��./��w� �� u ./0+./��w�"��D24�E.e����.b�� �����"24��!j56./56���#����������.��>��.b�,��"�x��./�#����!jn,�#����5�.e�x�����,"����µQ¡7.e���*¶�·:¸x��./24������.��, �.b������.b��"��.~��!~� �#�:.s�7�q �� � u �� ���q �.r�>�#�+�:�[� 5���.�.s����f+�� �~!~.r�q �.r�45h� !~!~.��4���4�>�>�>�+�F�8.��t�>� �:.r�4~� .��� �� 0�.r~��D24�E.e����./�i56����./�F�,!��6n8�d��5Å':$�¼������,./��"� © (7Ê $4$�¬�¶�»�·=�,��»�¥�^i"� ( !"�� ���w�0+"�#�,����!j�����i�� ��+�F�24��!>56./56D�:�F�1�4~�m.��� ��m0x.����2e�.�� �B.��¨�:�1�:�#�j.��F�b�:n�5A� ����~�±�j��.�w;V/È c%È w;n±�#�:5˺ Ém·m¥G^¨�q��ºmÉ �{^�f:� u ��n±�m2Y�±�+�F��.s�@�8�[�2B���8 x.��>���+.��@�� .�2B x��~2B.+f � ��[�@�8wj5��2B�E�������2B.s�@�@�+�#�g� �E.��>.s�@��:�x.s���8�<�+.����@.s����1��0����[�.s�8�`�+n2B��5h���>�8.s�o�@�+�@�8.s5h�|nq�E�+5£!�����:.sD85h.s5��+�#�i�@.s�#0�.s�[�|�8�`�@5���!~!�Dq5�.s5h���[�`!�� ���8�+����f ( !~���d�+.���� �+.��@�� .u ~!~!%�#.��@�q�F~2B�}�q �.r�>�#�+2Y.s�4�4�+�7�q�`!~� �#�:.�Dq5A.s5h�+�F�i5A� 2B �~��.s� f+�j�z�q�[���>� �:~����~�y�45h� !~!~D±5h.s5h�:�[��5h� D24 �"��./�on8�E��5´����.���n3!"���E��./�G������./�o5���v�./�o�, �.=!"���d�+.������+./�o�������,�,�#��24�,"0+.�fm�8�x24�d./����"���A�, �.�������.���"��.n8�d��5�É�¥�^<�,�rº�É�¥�^�w+n8����.e� ��5���!"./w+��������!�.e�-�, �. u ���#v�"������.e����"��.|n8��������56.|���E�����#��56��µJ� ��!"!"&�¼�¸+�����24���r"��24�d./����.�������"���jfB�m./24�����>wm�, �.������+.���"��.�"���������E24 �"�,./2@�,�����!:n8./���,���E.��, �����24 �������./������!����>���#"���5��@�~�����8�#���x�@"�8����x�|"�����d��24.s�����������E24 x��,.s24�8���E./w��@��24 ����7nq�d��5 © (7Ê µS]>./0:�+»�¼�¸j�,� ( !"�� x�iµJ�m��8./&�Ì:¸j���n8�d��5Í�m� ( )%� © »�µJ�m� ( )*&:$�¸��,���m� ( )*� © &�µJ�m� ( )*&�É:¸,fY¯7�r�, �.����, �./�% ������>wm24��24 �.�!�"��.���"��.�"�����r"5�D��!"./56./���,���,"���������#��56./�,./��56���E.|.e����"!"��24 ������+.e�3f

�>]�^A56"���}��.e����!"�,��"�}��!"����"��24�E.e���F"�x������.7�,��56�������d./����������f � "����,w��������E��24./�F�����#�}��./24��56.7n,���F�,D./�-�d./!"���,"0+.b�,��56��"�<5�./56����h��2424./�F��./�=µJ �./����&�·:¸Jwx�����+.b�,����!".b�,���0+./�#����!"kt�, �.b56��"�`24��56�����x.e���%��n�j]j^�5h��4�g��.��x� !��8�:k��+.s2B�+5h.s�g�.s!�� �8~0:.�!��i�@!�� u .s�[f��z.s2Y�����>wj�>� �+.��q���:!�.��@~��.r x� �g�+.s.��1~�x2B�.s� �@�����j��.��q�<!�� ��+.s�o���j�j�E.s�4�|�4����2Y.s�g������!�� ��+.s�oa�Kc�V=HSKBW/N"V�V#L;HSI ¾ \S�>�j�>_��@~��.swjVeÈ cCÈ wjnq���>�o�+�:�8.s�g�8�`.s��: x������,./��f/�> �"�-"��24�d./����./�-2@��24 �.7����!"!"���,����������<�E./����24./�-�, �.|!""v�./!"" ������<��n;24��56��!"./�,"����������.|�,����!".|�,���D0�.s�#�4��! u ~�8 x~�1�8 �.��}�>�Î2B� 2B x.s��f��j x~�E�jwj5�� �x�i�����2B.��@�@���[�g�@�>���>���[���j]j^�5h��@�g x� �x�j!�~�x�i��1�@�+nq�8Du ���./wjVeÈ cCÈ w>Ï9�zD[$�µS�z5���8»�¶�¸Sw ( �1¡7¼�&�·�·�·�µS¢q�� x�x»�¶�¸Sw>�1�q�>�yµS¥-���x.s&�¼�¸Sw ( !��� x��µS�z��8.s&�Ì�¸Jwj�7!��8�[���z� ( )9�µS¤��>�x�:& 'x¸Swj� ( ¶ $4·�·1µ ( �@�>�[& Ìx¸Swj�q �����~��2B�>�[�� ���: �.s�7��0�.��E �.s� ���q x� �y ����� u ���#.��@�q� �8.r5h��2Y ����.s� f (��56��!�!�n�"0:.�24�+24!".=��0+./�E �./���y�,�h���#����`�, x.����d��24./����������"��./!�"��.=��.en8���d.=�,�������"�x�A�,�h�F��n8� u ���d.= ����7�������������,����"�,�624�����C��n*� u ./���,�6"�����,���24�,"���x�G��A��n8�����ED u ���6������./�#�F24��!"���}���d��24./�������f���./56���#�6�������,./5�j.s�@~�+��.s�[�g� �.�� �>�j�.��@�@����i�8 x.r���2B�#.s���@~�x�i�j]j^�5h~�@�g��.��x� !��q� u ~�8 y5��+�#.r!�.s0�.s!~�g��y�8 �.����j�j�#.s�@��?�@�z�>�B!8�z�?,���¨ >,. ���z��2/ >�������;�B8�>���<�Y. 2/���>�;Dd!,. 0�. !�M�R8ZmH�Ð�K/IFV6Â:Ã�Ä;w9VsÈ c9ÈÑw%� u �;];^Òµ� ���2/vx&zÌ>¸"w%�C�+^µJ¤:������&�É:¸Jw+�m��]>^�µJ^���!"��&�É:¸8f

������ x.e��"��!"����v������C"��24�E.e����"������]>^i�E.e��24 A�, ��d������ A����.���n*0+��������!".���!���24v6��"��.��������F������!"��24v�D"���A�8.e24 x��"�+��./�7�,�h56���15����d.������>�d./���o������24.���.e����]>^y��!"��24v�fm�1�A�, �./��"�o�������d./���F./�7�, �.=�,�d./���y�,��Du ���F�l >8�� >.m���C]C^l5<8�Y�r��.m�>��!,�d,.m���x���;�[���;�x�Y8�>���;�z��.<�?���x!8.A�C. �Y8���>�r�? j�z�����#.<�x. �d�?.m���? j�z�24����0:./���,����x��!;�����+.=�,����!"./�7���G���E��������"�x�A5����>"n��24���8"���x�7�,�h2B����0:./�x�,"������!C������.=�8����!�./�7�,�h�����������#��, �.���. u ��]�^y���E2@ x"�,.e24�,���d./� u "�, ������%���24�d./����"���h�>]�^15�"������./����!"�,� f �95���v�.�n8�����G�F�����"ª�24�����%24����D�,�#"�����,"�����-"�h�, �.|���E./���-��n;��]>^<���x�<������.|�,����!".|��./��"���Cf

Ó ��.s0:��!���� �8.�� u �A�j]>^����2B x~�8./2B�8�>�E.s�g���2B��5h5�.s�2B���!C�>�@.��8���>� �<�8 x� �3 x��0�.���!�����+.s���j]>^��.s��2B �8 x��������x�+!�.sD8�����+.sD8�@���.��>]>^>�|��n�.s�+���0:��!�.s�x�32B x"�{���E.s�r���x�{��2B2B./�@�|�,�5�.sk¨MX:a�V#I#a�Kdc�VFÔ�\S�} x�����,.s�%Ì�_�����`�[R4�oa�NOVYHJV�,MX+WYWYNSR4�[T��>]�^���\J�� ������,.e�*É�_[f

Ó �j���E��������.��|��. u ��]�^h���d24 �"�,./24�,���E./kta�K4IYHQPOK4NO�,MX+WYWYNSR4�[v��>]�^�kt�, ����>"�}56���E.�./n�n,./24�,"0+.o���>�d./����2@�����, �.g�x��56��./�}��n*��]�^i5�"�F��./�G�, ����A��"����!�.eD8�����+.eD8��"��./w:56./�����56D8��"��.g������.e�#�����+.ew������i24��56��!"./�,./D8�F����D��!"��24v���]>^��-��n;24��56���������!".|�56��!"./56./���,���,"���h24��56��!"./� "�,��\Q�} ������,./�C'�_[f

Ó ��"�>./�x�8"n8�<�8 �.�����./�#���,��x�<���+���,.s5´����!"�24�./�|���x�{5�./24 x���x���5��7�#.s�+��"�./�{�,�A�����������#�3������./�#������.�����������#�,"��!"D8��������!"��24v=��]>^���f � ���#�, �./��wm�> ���0+.�"5���!"./56./���,./�6����5�.�����!""24"./��������56./24 �������F5���"���m��D

2. I use the term first suggested by Mogul [Mogu93].

Page 11: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

3

!"���#"�-¼:fQ$�w+��24��565�.e�E24"��!�����./����,"�x�r�������,./5Õ\J�� ������,./�Cº�_[f

Ó �>���d��������.��7��. u ������.��,����!".����,�E��24�,���E.ewm�[NOX�MYHJVIdVUoa�Kdc:VGHQK4WYNOVwm�, ����� ������7!"� u ./�%������.��,����!".���2424./����,"56./w���2424����"./�}!"./���}56./56����4w����x�h���,���E./�}������./�#������.�\Q���x�h������,"��!�D,��������!"��24v�_j56������"������56���E.o./n~ª�D24"./���,!"���, �����24����0:.e�x�,"������!�������.|�,����!"./��\J�� ������,./��¶�_[f

�m./24�,"���<$�f ¼�.e� ��!"��"����w:"�h���#"./n,w:�, x.g��. u ��]>^`�����`������.g�,����!".g���d24 �"�,./24�,���E./�G�����iv�./���E./�F��!"�,�G��n5��<�, x.s�����k¨�� x�����,.s�#�7Ì�D[¶|��x24!����>.=�r�>.s�,���!".s�{�>./��2B�#����,��������x�{./0:��!������8����*f��m./2B�8"���<$�f Ì���x24!����>.s��E.en8./�d./��24./�}�,�=������!""�� �./�h!"��,.e�#���,���E.o��n>���, �./�9�E.e��./���E24 �"���, �"�}���d./�:fe� ./24�,"���<$�f É|���"�x���������>�, �.o�d./!"��D�,"������ �"�`��.e� u ././�h56�6���d./0+"�����G������!"��F �./�i������./��G���x�`56�6�, �.e��"��f��m.e24�,"���A$�f 'b./� ��!"��"���G�b�,�+��"24��! ����E� u ���E.�"56��!"./56./���,���,"������n>24���x0+./���,"������!���"����!"./D8������./D8��"��.��>]�^>�������h�>]�^h56"���} �������!""�x�jfY]�����D.��72Y �� �>�q.��F���4 �� u .��z�q.����4~�+�����[.����>~�#.��t�q�i�@�j�>�>�+�F���q �.���. u ��]j^t� �[2Y �~�q.�2Y�q�>�#.�� f+��� �:!~.�$4D�$b~��D24!"���>./�-����./ª���"�,"���h��n;�,./�56�-�����<����5�"���r24����0+./���,"�����-�, ����;�;���F.|�, ��E������ ��������, �.|�, �./��"��f

Table 1-1: Definition of terms

Term DefinitionAddress An address is virtual unless explicitly identified as a physical address

AlignedA region of contiguous memory of size B is aligned if it starts at a virtual orphysical address that is a multiple of B

PageA page is a contiguous region of address space, virtual or physical, that is power-of-two aligned,e.g., 4KB

Base pageBase page size is the smallest page size supported in a system,e.g., 4KB. A basepage is a page of that size

Page blockA page block is a contiguous region of address space, virtual or physical, that isaligned to a power-of-two multiple of the base page size,e.g., 64KB

Subblock factor Subblock factor is the number of base pages in a page block

SuperpageA superpage is a page block where all the base pages have superpage compatiblemappings (see below)

VPN (PPN)VPN (PPN) is the virtual (physical) page number—the virtual (physical) addressdivided by the base page size

VPBN (PPBN)VPBN (PPBN) is the virtual (physical) page block number—the virtual (physi-cal) address divided by the page block size

Virtual (Physical)block offset

Virtual (Physical) block offset is the virtual (physical) page number mod sub-block factor (mod is the modulus operator)

MappingA mapping stores the translation and protection information for one base page,superpage, or page block

TLB blockA TLB block consists of one or more valid bits and a VPN or VPBN (and pro-cess ID) as tag and one or more mappings as data. Also known as a TLB entry

Subblock-A subblock- prefix identifies a property of a base page within a TLB-block orpage block,e.g., a subblock-valid bit refers to the valid bit corresponding to abase page within a TLB block that maps multiple base pages

Page table entryA page table entry (PTE) consists of one or more mappings, and optionally, aVPN or VPBN (and process ID) as tag

Page block alignedA base page mapping is page block aligned if the virtual and physical block off-sets are equal,i.e., VPN(p) mod s = PPN(p) mod s, where mod is the modulusoperator and s is the subblock factor

Page 12: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

4

( 2B�+�x0�.s���8~������!~wj���o�@~�x�:!~.sDq�>���:.sDq�@~��.swj�j]j^��+!~��2Yv`�@�q���E.s�g���q�[�����@!�� �8~���ynq�+���6n�~�m.s�jDq�@~��.�W/KBM#Va�Kdc:V3���F"���r�, �.70+"�#�,����!x������.7����5���.e�o\ © ��¦�_������<0+��!""�<��"��\ © _�n8���3���,���������<�� �����"24��!x������.7����5�D��./�o\J����¦=_;�����<�����+.|���,�,�"�����,.e��\ ( �>��)%_;���-�����,�:fs���r�, �./��"�-./� ��!"���d./�-�, ��E./. u ���+�-���r"��24�d./����.|��]>^�E.s��2B ��+�<��!�!�� u ��x�<�r����x�+!�.��>]>^{�+!���2Bv<�8�A5����y5���!��8"��!�.��+���@.������+.s��f � ��+���d.�$�DF$|�!"!����@�,�[���,.s�7�8 x.�>]�^���!"��24v=n8���5����,��n8���%�, �.���"n�n8./�d./������]>^����d24 �"�,./24�,���E./� u "�, r!"./�����, r��n>�, �.���"��ª�.e!"�>��"�r��"�,��fB�>��"��D24�������, �.o��./�,��"!"����n�.e��24 6ª�./!"�A"�6�, �.o�������d�����"����.724 ������,./�#�|\J�� ������,./�#�}Ì�D8'�_[fe�> �.oª�����j�������E����24 6��!"D!,� u ��. �z2e ¨�;]C^Á�x!,��2/v��?�y5<�z�Á�<0��z��,�z�x!,.h�Y,�z.��ÒÖY���z�x.x×Yw�PEÈÑV�ÈÀ�%�Y����. �@���z�x. �mf��+�{�x.��>. n±,�Gnd�F��5�@�>��.s�[�����:.s�@w> �� u .s0�.s�,wj�.s�:��~�.s�|�@~�+�x~n,�2B����������.s�[� �8��x�i�@�+�@�8.s5£2B ����x�:.s��f��j x.��@.s2B�+�x��� �����#��� 2B ����./�}�x��"0+.o��������!���24v�"����w�24��56��!"./�,./D8�F������!"��24v�"���+w u �./�d.7./��24 ��>]�^A��!"��24v�5������}��./0+./���!�������.7������D./��������"��24!"����./��"���>"0+"�>����!�56������"������n8����������.|������./��f/�� �.|�, �"�E�<�������E����24 �w+������,"��!"D,��������!���24v�"����w56��������./0+./�#��!�������.�������./�o��./�G��]>^1��!"��24vA�����%"�x2@!�����./�o"�`./��24 i��]�^y��!"��24vA����!"�h�����"0+"�>����!;�F����D��!"��24vr0:��!""�<��"�,��f/^>���, �0+���#"./�,".e�-��n;��������!"��24v�"�x�r�d./�+��"�E.7��"56��!"./������./�#���,"���r�������,./5Ø24 �������./�-�, ����������./�#������./��f

Figure 1-1: Comparison of TLB blocks of different TLB architectures

Properly placed

Base pages x and y are properly placed if they are placed in the same virtual andphysical page blocks,i.e., VPBN(x) = VPBN(y) and PPBN(x) = PPBN(y), andare both page block aligned,i.e., VPN(x) mod s = PPN(x) mod s and VPN(y)mod s = PPN(y) mod s, where s is the subblock factor (see page56)

CompatibleTwo (or more) mappings are compatible to share a TLB block (or PTE) if theirvirtual addresses fall within the same virtual page block,i.e., VPBN(p1) =VPBN(p2), and satisfy a compatibility constraint that depends on the TLB type

Superpagecompatible

Mappings for a virtual page block are superpage compatible if they all are valid,all have the same attributes, and all are properly placed with respect to each other

TLB reachThe maximum amount of address space that a TLB can map,i.e., the number ofTLB blocks times the maximum page block size for each TLB block

Bit orderingI use little-endian notation for numbering bits within a word,i.e., bit0 is in theleast significant bit

Table 1-1: Definition of terms

Term Definition

VPBN PPN0 ATTR0PPN1 ATTR1

PPN3 ATTR3

V1

V3

V2

V0

PPN2 ATTR2

BV

VPN PPN ATTRVSingle-page-size (4KB)

Complete-subblock

Tag Data

VPN VSuperpage TLB MASK

VPBN PPN ATTRPartial-subblock

V3V2V1V0 SB

PPN ATTR SZ

(subblock factor 4)

(subblock factor 4)

64 1

64 2 14KB/16KB

36 9

136 9

62 1

1 36 9

62 4 36 9 1

Page 13: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

5

( !"!C�, ��E./.=�8����./�7��n3�>]>^��7���,�,./5����9�8�h"5����E��0+.=�>]>^y��./�#n8���#5�����2B.=���A���8���#"�x�A��i��������+!".=�>]>^�+!���24v`5���������x�+�|�,�<5���!��8���!".��+���@.������+./�|5����E.�./n,n��2B�./�x�8!��<�8 x�����@./�����[���8.��@��x�+!�./Dq�����+./Dq�����.��>]j^��!"��24v���fY�m�=��.�./n�n,./24�,"0+./w� �� u .e0:./��wz������.�������./����./!"�����+"�����,�=�, �.�����56.o0+"�#�,����!������+.���!"��24v�56��������.��"56��!"�,����./������!"����24���0+.b"�<�, �.b�>]�^9f �> �./�F.b�>]�^>��2@���< ���!"�156������"�������,�65����d.b������.b�����+.e���, ����<�5h�����+!�~�8 �~2b�@~���+!~.sDq�>� �:.sDq�@~� .��+n�2B�+5h��� �[� �+!~.�~5��>!~.s5h.s���8� �8~���y2Y���4�[f��>�E.�nq.s�q2B �����i5h���>�>����:�gnq�+���.�~�� ��:�+�F~�����:�m�@.��>� ��.����:�y���4~���:!~.��j]�^t5h~�4�bn±�>�F�q �.��7�.��j�j2Y.����q �.����j5h�:.��7�:n}��]j^t5A~�4�@.�� f�> �.e��.|�,./24 ���"�+��./�-���E.|./n~n8./24�,"0+. u �./���������,"��!�!"��24��!""�,��µQ¡7.e���*¶�':¸:56��v�./�-"��!"�v�./!"�r�, ����;2@�����F./24���,"0+.������.|������./�-���E.|"�h24�����,./56�����#����./�����-����.�f

�> �.g�, ��E.e.���]>^i���d24 �"�,./24�,���d./�G�>"n�n,./�}"�A�, �.g24������"�,"�����������>.e� u x"24 h5�������"���+�G�,�������F.�������./�u "�, �"�A��������.���!"��24v624���A�� ����E.�����"����!".��>]�^i��!"��24vy\Q�m����!".�$@D,¼�_[f��m����./�������.���]>^i��!"��24v������E.�����./�����!"� u �./����!"!�������.7������./� u "�, �"���, �.|������.|��!"��24vr���d.|0+��!""�>w����E����./�!�����!"��24./�<"���� �����"24��!�56./56��D�#�4wx ���0+.��, �.b����56.����,�,�"�����,.e��wx���x���, x.b����./�#���,"���h��������./5Æ ����o���d��5����,.e�1�, �.�������.���!"��24vh�,���=����D��./�#������.�f ������,���!"D8�F������!"��24vh��]>^1��!"��24v��o24���`�F�,���d.b5�������"���+���,��56��!"�,"��!".�������.b������./��./0+./�`"n��~���F�� u �<����5����.��+����.������+.s�| x��0:.�0:��!�"�jw����#����./�[!��<��!���2B./��5���������x�+� u ��8 ��8 x.�����5�.����8�8�#��+���8./��f (24��56��!".e�,./D8��������!"��24v���]>^h��!���24v=24���r���,���E.�56��!"�,"��!".�0:��!""�h56������"������n8���9������.�������./� u "�, �"���7������.��!"��24v u "�, ������;�����r�E./�����#"24�,"������f

ÙsX:a�V#Ia�KEcxVM� x��0�.��@���.s�|�8 x�������.���� u .s�Dq��nqD8� u �<5��>!��8���!�.s�|��n��8 x.�WeKBM#V�a�KEc�V�M#POÚBV����x��5��>�����+.��!""�+��.e�y"�i�����, `0+"�#�,����!;�����y�� �����"24��!;56./56���#�{\J�� ������,./�CÌ�_[fm�����x�h���E��24./���F���#�o��� u �����������#�%����D��./�#������./��w�VYÈ c;È �����q���hµJ¥�����./&�¼:¸Jw��7!"�,�#���m� ( )*�ÛµQ¤����x��&�':¸Jw ( !"�� x��µQ^>������&�':¸Jw���� u ./�#���§µJ�m"!" �&�Ì:¸Jw� =��D� ( )%�8�m�ÛµJ ������,&�':¸8f ( n8��!�!"��D8���F����24"���,�0+.|��]>^<24����./����"!"�r���24!"����.|�����������#��n,����������.e�#�����+.e��f ( �h.e� D� 5h�>!~.r~�b�8 �.��y�±�>�A)3É · · · w u �~2Y y�4�>�>�>�+�F�q���6É ¥G^t�:� �@.��>� �:.r�4~� .r� ���t�@�j�>.s�F�>� �:.����+n|$4º ¥G^jwº�É�¥�^�wz¼�'�º�¥�^�w�$���^�wzÉ���^�wm���x�y$�º���^ u "�, r�7n,��!"!"��D8�����F��24"���,"0+.���]�^3fB�m./�,D,��������24"���,"0:.��>]�^����,����"24��!"D!"�h���F.��, �.�!"./�����*��"�+��"ª�24�����%����,����n9�, �. © ��¦����o"����./�r��"�,�o�����1���d.������%�,�#"0+"��!��,��./� �,./���1�,��������D�����#�30:���#�����!�.=������./�#������.������./�rµJ�m��!"!�&�¼�¸8fz]>���E�+.=������./�#������.s��w�¼�'�º�¥�^{���x�y!����E�+./�,w����E.=5����@�9����.sn8��!n8���%����������./����!".�56./56���#�=�����h��./0+"24./��wmVYÈ c;È wzv�./��x.e!:�,./� �,wmn8�#��56.�����n�n8./��wm�����������,��������.�����n�n8./�%������!��sf�qn3�8 x./�E.=���E.����x!��<�rn8. u !����d�+.=�@����./�#�����+./�7�������.sw��8 x./���5���������x���|5����`��.���./�3��� u "�8 �!�"5���,.s�24 x�����+./�7�,�A./� "���8"���<����./�#���8"���<�������8./56��f ( �7����"�x�A������./�#�����+./�7�±./����!"�,�7��i!"���d��.s�G5�./56���#�A�������+.���x�{�F¬z¯Î24���@�,�|�>��.��8�A��x�,.s�#�x��!Cn8�#���+5�.s���8���,����xw>���E���+�#��5��|���E.�5����.=!��v+./!��`�,�A���@.�5�./�>���5�D8�@���.������./�#������./�-"���, x.|������+.|��n}$�º�¥�^<�,�rº�É�¥�^9fs �� u ./0:.e�,w+56./��"��56D8�F"��.|������./������+./�������+.e�x.e�#"2����F./���nC!����d�+.e�}������./�������./�G�E.e�+����d.g�������F�,���x�����!�����./����,"���6�������,./5°24 �������./�G"�A56./24 �����"��56���,�r�����������#��, x./5³���x�y����!"�24".s�7n8����2B ������@"�x�A�������E�����#"���,.=������.=�@"��./��fz�� x�����,.s�CÌr./� ��!"���E./�7 x� u �,�h�+��"!��y����D��./�#������.��>]�^>�o�����y �������!�.���]>^y56"���F./�o"�i������./�#������.=��]>^���fm��]>^1��"56��!"���,"���i�E.e����!"�,�o�� �� u �, ����,wu "�, ����r����.e�#���,"�����������,.e5��, ����>����./��������./�#������./��wz56./��"��56D8��"��.�������./�#������.o��]�^>���E./�F��!"����r��"����"n8D"24�����;.e� ./24���,"�����,"56.|����././�����An8�����, �. u ���#v�!"�����>�-��./�F24�#"��./�<"�h�m./2@�,�����¼:f É:f

a. some => two or more valid, properly placed base page mappings with the same attributes

Table 1-2: Summary of when base pages within a page block can share a single TLB block

validmappings

properlyplaced inphysicalmemory

sameattributes

Operatingsystem pagepromotion

SuperpageTLB block

Partial-subblock

TLB block

Complete-subblock

TLB block

all all all YES X X X

all all all NO X X

somea N/A X X

1 or more N/A N/A N/A X

Page 14: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

6

Ù/X+WYWYNSR4�[T4POL/ch���F����24"���,./��5�������"���+��n8����56��!��,"��!".�������.�������./� u "�, A./��24 <��]>^�������w��, �����"��24�E.e����D"������]>^i�E.e��24 �\Q�} ������,./�CÉ�_[f�����, A��MX�WYWYNOR4�[TjZ�K4�/HQR4I}��n*��"� �,././�A������É�¥�^i������.�������./��w�n8���}./� ��56��!"./w./��24 r�,����24��0+./�#���7º�É�¥�^h������.���!"��24vjfY����24 r��������!"��24v�D8��]>^���!"��24v���!"����"�x2@!�����./��56��!"�,"��!".���������!���24v�D0���!~~���:~�8�g�q x� ����!~!�� u ~���j�0���j�>� !%�+� �@.��>���:.r5�� �>��~���+���8�`�+.r!��+� �>.�������8�`�q x.r�j]>^�f��� ����>�8.��%É�� �� u ��������"0+.�"56��!�.e5�.e���,��������<��n%��������!"��24vh�>]�^���wxPqÈ VYÈ �x�[R4�oa�NOVYHJVE�8MX�WYWYNOR4�[T4POL/c:wx�, ����%���,���d./��"�`./��24 �>]�^���!"��24v��, �.bn8��!"!j������.b������.b56������"������n8����������.b������./��"�<�, �.b������./D8��!"��24vjf ����56��!"./�,.b��������!"��24v�>]�^>�o����.=��"5�"!"����"5���!"./5�./���,���,"�����,./24 ��x��!"�����A���o��������!"��24vA24��24 �./��w����h�x���9�?./�+��"�E.=�����<����./�#���8D��x�<���+�@�,.s5³�@���������[�,w>2B�����>��.����./nq./�824 x��x� u "�8 x�����3�>�����!���24��x�<���8 �.s���>��.sn8��!C�8�#���x��!����,����x�|"�1�, x.�>]�^�wx�����1"��24���-n8. u .e�-�>]�^156"����.e���, x���<������./�#������.b�>]�^>� u ��� `�, �.b����56.b�>]�^1�d./��24 Cf ����56��!"./��./D��������!"��24vA�����1��"����!�.eD8�����+.eD8��"��.��>]�^��o�, ����% ���0:.��, �.��F��5�.���]�^y�E.e��24 i ���0+.��, �.�����56.�����5���.e�G��n��"�,��"���, �.7�����,��56./56���#� f/����56��!"./�,./D8��������!"��24vr��]>^���w� �� u .e0:./��w�����.7�,���r56./56���#��5����d.7./n�ª�24".e�x�,!"��, ����i��"�x��!"./D8�����+./D8�F���.��>]�^>��fm�m"5���!"���,"���i�#./�F��!"�,�7"�i�m./24�,"����É:f Ì�24��5������#"���A��!��,./������,.�"5���!"./5�.e�xD�8� �8��+�x�gnq�+���6n�~�m.s��2Y x������.s���@ �� u �8 �����2Y��5h��!~.s�8.sDq�@�>�+�+!~��2Bvi�j]>^j�g�x.s� �[!��`� ! u � �+�g~�x2B�>�onq. u .s��>]�^i56"���F./�G�, ����A��"����!"./D8������./D8��"��.g�>]�^���f ( ��"�����>0+�����,����.���nC24��56��!�.e�,./D8��������!"��24v�"�x��"�G�, x���;./��24 �j]>^��+!~��2Bv;¿Ñ�g�>� �8��� �.s��~�g!�� ��+.swj�+.s2Y���>�@.����2Y�����8��~�x�g5h��!~�8��>!�.�5h���>��~�x�:��f��j �.��x.s�m���j.s�@~�+�y���8D�,./56���,�-�,�r�������E./�F�-�, x"�-"���F��.|���r���F����r�, �.|�>���,��56./56�����56���E.|./n~ª�24"./���,!"����!"���>f

�� �� �>�q.���'6~���q�#�+���>2Y.������q �~�#� u � ���q�i~5h�>�[�+0�.r��]j^t�#.�� 2Y �kÁa KYIeHOP�KYN*M[X:W/W/N�RY��TYP"L�c�k��q �� ���#.�D�+����E.s�7!�./�@�7����./�#���8"�x�<�@���@�,.s5³�����������[�9�8 x����5�./�>���5�D8�@"��.�������./�#�����+./�|���x�{���@./�7!�.s���72B x"�y����./��8 x� �12B��5h��!~.s�8.sDq�@���+�+!~��2Bvi�>]j^>��f��>���[�8���!~Dq�@���+�+!~��2Bv`�j]j^>�g�>�@.�!~.s�@�|� �[.s���8 x���y2B��5h��!�.s�8.sDq�@�>�+�+!��+2Bv�>]�^����������,���#"���6����!"�6����.g��./�;��nC�����+.g���,�,�#"�����,./�G�����i����"���+!".g����¦Î��.e����]�^���!���24vjf��m��56��v�.�./n,Dn8./2@�,�0+.g����.g��nC�b������,"��!"D8��������!"��24v6��]>^`�E.e�+��"�d./�G������.g0+"�#�,����!�������./�G"�h�b������.g��!"��24v6�,�r��.g��!"��24./�"�i����"���+!"./w���!�"����./�y��!���24vA��n3�� ��+�F�24��!;56./56����4w�PqÈ VYÈ w�a�IER4a�VIN ¾ a�NSK4�[VU�fm������./�7�����9���E����./�#!"�A��!���24./����E.���!"!"� u ./�h����������.�56��!��,"��!".��>]�^h��!"��24v���fY�� �����wz"n>�, �.�����.e�#���,"�����������,.e5�24���r�56��!"./56./�����|��������� ��+�F"24��!�56./56���#�r��!"!"��24���,"������!"�����#"�, �56w+�����#�,"��!"D8�F������!"��24vr�>]�^��-24������.|���-./n�n,./24�,"0+.|���-24��56��!".e�,./D��������!"��24vh�>]�^��o�����%����.b��"�+��"ª�24���x�,!"�h�F5���!"!"./�-24 �"�����E./�:f �m����.e�#�����+.e�o�d./�+��"�E.b5����E.b24��56��!""24���,./�����.s�#���8"�x�<���+���8./5��7�, x���i�����#�,���!�D8�����+��!���2Bv<�>]>^��@w���.s24������.=�8 �.� ����±� u ���E.=�E.s�+��"�E.s�7�, x.=����./�#���,�����������,./5´�������#�����,./.=�, ����9������.=������./� u "�, ���`��������.=��!"��24vA���E.�������./�������.=24��56�����,"��!�.�fz^��A���,���#"�x���������!"��24v60:��!""�i��"�,��w������#�,"��!"D8�F������!"��24v6�>]�^����d./�+��"�E.�����!"�6�=��./���,D8.en�n8���#�;�����, �.�����./����,"�x�6�������,.e5yf� �j�F�q �.��8w;�q �.��+�>.��F� �q~���1�@���4�q.�5���.�.��t���+� u � ~�}n±�+�7�m!~!9�:� �4.r�j� �:.�� u ~�q �~�{���>�m�:.��:!~�+2Yv��q�i�:.���E./�F./���%"�<5�.e5�����h�,���� ����d.b�>]�^1��!"��24v+�sf ( �F"�x��!".b�����#�,"��!"D8��������!"��24vh�>]�^1��!"��24vh�F��n~ª�24./��wxn,���-.e� D��56��!".ewx"n%����!"�h��./�<��n*��"� �,././�<������./����n%�=������.b��!"��24v����d.b56./56���#���E.e��"�>.e��� u �./�E.e�������F������=����D�>.s�[�>� �:.��j]j^��:!~��2Yvi�#.s�:�>~�.��g� !~!*�4��z�q.s.s�y�q�`�+.r�.��@~�j.s���[f+�� x� �>�8.��9'6�4�8�>�j~.s����!~�q.s�[��� �8. u � �:�g�q�����"!��`�����#�,"��!"D8��������!"��24v��>]�^>�-�����`�>]�^`5�"�F�G ����x��!""���6�,.e24 ��x"����./�Fw:"��24!"����"���6�F������!"��24v����E./n,./�,24 �D��x��f��z�5���!�� �,~�����.s�@��!��8�g2B��5������[��x�`�@��x�+!�.sDq�����+.sDq�@���.sw>�@����.s�[�����+.sw>���x���+���8 1�8�+�>./�g��n��@���+�+!���2Bv�j]>^j�|�@ �� u �8 x� ��nq���on,��m.s��2B ���{� �E.s�6�����[�8~��!�Dq�@�>�+�+!��+2Bv`�j]>^j�|�#.s�@��!���~�1�8 x.��+.s�@��.s�m.s2B�>�8��+�1�8�5h.����././�������Gn,�����, �. u ���#v�!"�������-�;24�����F"�>./�o\J�m./24�,"����':f '�_#f

�8�i2B��56�����#"�x�A���n�n8./�d./�x�9��]>^y24����n�"�+���#���8"���x��w��>]�^{��2424./���7�,"5�.=�����{24 �"�y���E./�����E.="5������#�,�����56./�,�#"24�sf �9./�F�,"5����,.b��]>^1��242@./�����,"56.������124 �"�i���E./��24���F�%����"���h������!"�+���24��!j56����./!"�����������,.e�1n8�E��5��"56"!"����56���>.e!��}�>.e0:.e!�����./�An8���324��24 x.e��f/�m.e24�,"����¼:f ¼g��./��24����./���, �.7���E.e�g5�����./!x���������,./�An8�d��5Ø����!"D�>./��¿À�756����./!�µJ����!"�>&:$�¸>���x�y�m./24�8"����¼:f Ì��>./��24�#���./�7�, �.=��2424./���7�8"5�.=56����./!C���>�����,./�yn8�#��5´¢8�������������<��"!������C¿ �-56���>.e!%µJ��"!"�,&�Ì:¸8f/�q�6�� x�����,./��-Ìg�,��'�w+�;2@��56�����E.7�>]�^<24����ª���������,"��������n;24��56�����#����!".24 �"�����d./���,�6�� �� u �, x���*�, �.b��. u �>]�^1���E2@ x"�,.e24�,���d./�������*����!"�h"56���E��0+.�.e� ./24���,"���<�,"56.������*��n,�,./��E.e����!"��"���b��]>^ u "�, hn,�����,./����2424./�F�-�,"5�.�Ü�f

�>"!"!"�����,�#���,.��, �.�./n�n8.e24�,"0:.e�x.e������n��, �.���. u �>]�^����E24 �"�,./2@�,���E.e�����=24��5������������, ��E./.���!"�,./�#�����,.�n8��!"D!"�+D8��������24����,�0+.=�>]>^��7�, x���9��2424�����A24��56�����#���+!".=���?./�r�,�h�rº�É�D8�+!"��2BvAn8��!"!���D8��������24����8"0:.=��]>^Ý\J�8 �.=��24D

3. The access times estimates in this thesis for superpage and subblock TLBs are pessimistic and real implementationscan be expected to be faster.

Page 15: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

7

2B./�@�|�8"5h./�|���.���!����<24��5������[����!�.s_8k¨��º�¼�Dq�+!���2Bv`������.s�#�����+.��j]>^{�8 x���3�@���������#�8�|�rÉ�¥-^{�+����.������+.�/q�+.����;�«�yÌ+¼�¥|^«�/�*�C.z�B�*���>.��/q�+. u q�E p�E �.��*���>.��/q�+.��*.z2�q�/q������5����%.������%.z�/2��Bq�>.z�«±��m./24�8"����¼:fQ¶�fQ$@w���':¶@D8��!"��24v<�����#�8"��!�D8��������!"��24v<��]>^ u "�, ������+��!"��24vAn8��24�,����$�º������{���d./!�����������<"�i�8 �.�>]>^y5�"�@�7 ������>!�./�����7�>./��2B�#"��.s�y��i�z./24�8"���r':f Ì�f Ì�w������{��Ì�'�Dq��!"��24v<24��56��!�./�,./D8�@���+��!���2BvA�>]>^ u "�8 ��������!"��24vhn8��24�,���-n8����� u ��, ������%���d./!"������"���jfm�� �.��F����./�������.b�����1��������!���24v��>]�^>�� ���0+.�n8. u ./�-�>]�^�+!~��2Bv:�g�8 ����1�8 �.��@����+!~.sDq��� �+.sDq�@~��.��j]j^��+�>�� ���0�.���!�� ��+.s�o�j]j^��.s��2Y 1�������:.s�8�8.s�o��.��#nq�+�[5�� �x2B.+f�m���+!�.b$�DqÌ Þg�� x� u �7�8 �.������#5���!�"��./�{.s� ./2B���,������,�5�.=����./.s�>���Ý\J�>.sn~���.s�{"���m./2B�,�����¼�f '�_��E./!����8"0:.��,�����"������º�É�D,��!"��24v�n8��!"!"�+D,��������24"���,"0:.|�F�����!"./D8������./D8�F"��.r\QÉ�¥�^>_;��]>^9f

�� �.��5A�j�:�F�±�m���-2Y����2Y!����4��:��n?��:5ß���m��!�.r$BD?Ìh����± ��m�-�q �.��#.6�m�[.6�m!��±.��F���m�±.6��];^¨�;.��B��������±�1�56���x��!""�, �"2��F�����!"./D8������./D8�F���.��>]�^��, ��������E.���n>24��56�����#����!".��56��!"./56./���,���,"���r24��5���!"./����,�=��������./!""0+D./���������y./� ./24���,"���i�,"5�.�����././��������fz�> �.=����././�>�����o���E.=�����9�+"�+�����,�2�\JÉ�àØ�,�A¼:$�à�_3./0+./� u ��, i56���0:./�./5��� x������|��� u ���#v+!������>�7�8 x���3����./�x������+�x"n,�2B�����3�8�5�.�"�1�>]>^{5�����| x�����>!���x��\S�m.s24�8�����¼�f É�_Ff� ���,���E. u ���#v�!"�����>�Fw�º�É�D,��"�j�����A���/�~./24�,D8���"./���,./��w��� x���>����./���A56���E.o�,"5�.o"�6��]>^A56"���} ������>!""����24����+./�9 ���� x./�G.s� ./24���,"���i�,�56.=����././�>������fz���A�E./��!�"��.=�8 �./��.=����././�>������w� �� u ./0+./��w��E./�+��"�E./�7!"� u D8��0:./�#D �./���h����./�#���,"�����������,./5��F���������#�>n,���9������./�#������.o�����h������,"��!"D8��������!"��24v��>]�^>�Fw������h�����+.��,����!".o������D�����#���,�rv�./.e�<�, �.|�>]�^`56"���-��./����!"�,"./�-24��56���������!".|������56��!�!".e�#f

¯|��./����,"���6�������,./5������������#�;n8���}�����+.e�i0+���,����!�56./56���� u "�, h����"����!".�ª�� ./�i������.��F���.g"�G������D�B�?�z���?,�m!��x��� u .�!,!,D?���>�;.����Y�±�����á\

e.g.w%��¦r� Ê µ��; >�:5�¶YÉmw%^;�z2e >»mºzw%]�. n8nd&m·�¸"w © ���¨µ�]�. 0��x»m¼�¸"w%¦r�

µJ�������,&�Ì:¸Jw�� ( �} Øµ ( 2424.e»�º�wz)%���� �»�»:¸Jwz¯|��¬z¼rµQ¥�������»�»:¸J_[fY�����F�>n8��24./�,�}��nj������./�A0+"��,����!�56./56���������D./�[���8����<�@���@�,.s5³����!��24�./�|������56.s24 x�������5��|�?.s�+����E.=5����>�n�"2B���,������|�,�A�@���������#�3������.s�#�����+.s�7.sn~n8./2BD�±,0�.�!,��f ( ��. u ���:!,,2e�xkÁazK#c�VF�dMFP~Ú/VgKeM�MFPâc�Lx��VFL*H"kÝ�m�>�Á�����±�y�B,�`�>. u 5<.�2/ >�m�>��Y5A��5A�z�{�m!,�B�y��.�E.s�+����E.s�3f ( �����+./Dq�����.����@����+�x5�./�x�3����!�"2B�<�>.s24��>.s� u x./�1�,�A���@.�������.s�#�����+./�@w u ����3�@"��.��@����./�#D������.s��w����x�{n8��� u x"2B ����>�>�#./���|������24.��./�+����x��f��� x�����,.s�%ºr�>./��2B�#���.s�7�8 �.�����./�#���,��x�<���+���8./5³�@����D�����#�%�E.e�+��"�d./��w��>"�F24���F��./�o��!"�,./��x���,.�������./D8�F���.����F��"�+��56./���%����!"�24".e��w��, �.�56./24 �����"��56�o�E./����"�E.e�y�,�������������9�, �.�����!""24"./��w������y"���,./���24�,"��� u "�, `���, �./�G����./�#���,"���A�F�+�F�,./5´����!""24"./��fm¯7��./�#���,"���A�F�+�F�,./5������������%n,���-�����#�,"��!"D8�F������!"��24vh��]�^>������./���x���*"��24!"����.b������./D8�F"��.b�����F�����56./���,wx�����%�E./����"�d./������"n8Dn8./�d./���9�� �����"24��!;56./56���#�A��!"!"��24���,���G�,�h�����,�56"��.��>]�^y���F���+.�fz� ./24�,"����º:f¼:f '��>./�F24�#"��./�oa�Kdc:VGIdVEMVI��K4�HJPOR4L+w�����. u �� ��+��"2B��!;5�./56���#�A��!"!"��24���,"���i��!������#"�, x56w��, x���92B��5�56����!"�<��!�!"��24���,.s�o���E����./�#!��A��!���2B./��� ��+�F"24��!>�����+.e��n,���}������,���!"D,��������!"��24v�"���jf�������.��E.e��./�0:���,"���A��!"���r �./!"���G"�h./n�ª�24"./���;24�E./���,"���A��nC����D�>.s�[��� �:.s��f��z.s2Y�8��+�r¼xfJ¶g�j.s�@2Y�[��:.s�g�8 �.��@�>.s2B~n�~2b�>�+!�~2B�i���>�@.�~�1�@�>�>.s�[�>���:.���������� �[�8~��!~Dq�@�>�+�+!~��2Yv�>]�^<��"5���!"���,"���x�sf

)%.s�>�>2B��x�<�8 x.��x�>5��+./����n��j]>^�5���@��.s�|���>�>�#.s�@��.s�|���x!��`�����#����n��8 x.��8�5�.��@��.s�x�3��1�>]>^�5���@� ������>!""���jfY)*./����24"���=��]>^�56"������./����!"�,�=���./������!"!"�="56������,���x�#fB��]>^�56"������./����!��,�������./��./���>.e��������, �.�������.��,����!".����,���24�,���d.�f��8�<�� ������,./��¶�w��%���E��������.��=��. u ������.��,����!�.��F�,���24�,���E.ewx�#NOX�MYHJVIdVU�a�Kdc:VgHQK4�WYNOVw+�, ����;./� �,.e���>�-�b ����� �./�`�����+.|�,����!". u "�, h��������!"��24v�"�x��kt�b24!"�����,./�d./�`������.g�,����!".g"�-�b24��5���!"./�,.eD�@�>�:�+!~��2Yvi x� �@ �.s���>���:.��q���:!�.:f��y�`�E.��@�>!��q�g�+�y���4����:!�.sD±��� �:.sDq�4�� .��@�:�@�q.s5Õ2B�+5h��� �[~�x�i2Y!��>�@�q.s�d.�������+.=�,����!�./� u ��, �24����0:./���8"������!;�����+.=�8���+!"./�7�� x� u �, x���324!"�����8./�d./�{�����+.=�,����!�./�7����.=!�./���75�./5����#������{���d.=n8�����,./�G�,�h��2424./����fm�}!"�����,./�E./�y�����+.��,����!"./�o x��0+.=�����>"�,"���x��!;����0:�����,���+./� u �./�i�����������#�,"�x�������./�#������.|������������!���24vr�>]�^���f

4. Section5.5 includes a comparison with more alternate TLBs and chip areas.

Table 1-3: Key TLB performance results—normalized execution time speedup relative to using 64-block fully-associative single-page-size (4KB) TLB

64-blockSingle-page-size

(4KB) TLB

62-blockSuperpage

(4KB/32KB) TLB

57-block partial-subblock TLB

(subblock factor 16)

35-block complete-subblock TLB

(subblock factor 4)

1.00 1.18 1.21 1.04

Page 16: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

8

�8n>�����+.��,����!"./���>�������>���E����./�!"���������������������./������+.e�����x����������!"��24v+"����wz"��24�E./����.e��"����]>^�56"�����.s�x��!��8�`24���1��n,n8�@./������5�.�������!�!C��n��8 �.��+����x�|nq�d��5£�E.s�>��2B�8"���1����8 x.��x��5��+./����n��>]>^�5�����@./��f��q��m./24�,"���x�oÌ:f Ì������y'�f Ì�w��3�� �� u �, ����9������./�������.=�����y�����#�,"��!"D8��������!���24vA�>]�^y5�"���o �������!"����A"�756�����./n~ª�24"./�����n;�, �.|����./�#���,"�����F�+�F�,./5�24����24���x�F�,���24�������`���,���d.g"���, �.|������.|�,����!".g�F����./�������.|�����`�����#D�,"��!"D8��������!"��24v����>�����, ����C24����!"./��24.g5���!"�,"��!".�������.�������.������>�G"�x�,������"����!".����>�9f��� ������,./��¶��� �� u � �� u ��������!"���%������.��,����!"./��24���r��.�./���,./���>.e���,����������������F����./�������.������������#�,"��!"D8��������!"��24v=��������fB�8������#�,"24��!"����w������d./��!""24���,����6�, �./5Å���*.e0:.e�#�������F.b������.b���>���F"�,.b�, �.���]>^�56"������./����!"�,��"����� u ���#�F.�, �����"���g��"����!"./D8�����+.eD8��"��.7�������,./5Ø�����j����"���r�� x.7��. u �����>���d./����24./���, �.|����56��./����n;��]�^<56��F��./��f�8�*"����n8�,./�<��./��"�����!".bn8���-����./����,"�x���������,.e5����,�6���,���E.b�=��"����!".b24�����h��n*���F����./�������.b���>��wxVYÈ c;È w�n8���./n�n�"24�./���9���������,.="�i56��!"�8"D8�, ��./����./�{����./����,"���<�������,./5���fm��!������,./�./�y������.=�,����!"./�7���,���E.=������./�#������.� �x�t��� �[�q�� !~Dq�4�>�+�:!��+2Yvi�>�j�j� u ~�8 ��+�>���[.s�>!~~2B� �8~�+�y�>�@~���i�8 �.r�@� 5�.r�@�>�>.��[�>���:.r�������>� �[�8~� !~Dq�@�>�:D��!"��24vr�,./24 ���"�+��./�-����./�<"����]>^���f/�8�����>��"�,"����w+24!"�����,./�d./�<������.|�,����!"./�������������#���, �.7��. u ��]>^<���d24 �"D�,./24�,���d./�7����"�x�A!"./���o56./5����#�4w����x�y���E.���n,�,./�in8�����,./�G�,�h��2424./�F�7�, ����i���, �./�G������.=�,����!"./��fm�m./24�,"���<¶�f '�j~�42Y�>�4�@.��� �� u �q�i�4�8�+�.r�4�>�>.��[�j� �:.r� ���t�>� �[�q~� !~D±�@�j�+�:!~�+2Yv��>���j��~�{� �y�+�>.��[� �q~�����4�:�@�q.�5��j� �q����,�E��24�,���E.|�, �����56��"���,��"���-��!""���F./�-�,�r�� �����"24��!�������./��w��bM ¾ L�R4L ¾ �ÍHJK4WYNOVYf

�y�1�q �.��4~�b�4 �� u ���± �� �}�4�j�>.��F�>�m�:.��b� ���¨�4�>�:��!~�+2Yv�~���1� �.�.�n8n±.�2Y�q~0x. u � �:�b�q�i���2Y�#.s�m�4.��j]�^�E.e��24 xw���"��24������./���, �.7 ����d� u ���E.7"5���!"./56./���,���,"����"���F��./�Fw+�����<����./����,"���r�F�+�F�,./5Ø��������������d./�+��"�E./��8�A56��v+.=�8 x.=�x. u �>]>^>�|./n~nq./24�8�0:./w����x�{���d��������./�|�r�����+.��,����!�.��, x���9���+��"�����@./�|������./�#�����+./�|���x���������!"��24v�����r�,�r�d./����24.|������.g������!".|56./56���#�r���F���+.|�����`��]>^<56"���-��./����!��,� f

�8���, �"�}��.e24�,"����wz�j�E.e0:". u �E.e!����,.e� u ���v�������./��56./���,��wz�>]�^���w�24��24 �.e��w��F����./�������./�Fw������h�����+.��,��D��!"./��fs�� �.g��./� ����./24�,"���h�d./0+". u �-56�����d./0+"����� u ���#vjfs�t ��!".|n8. u ������!""�� �.e�`!"��,.e�#���,���E.|./� "�������h�, �.����.|��n;������./������+./�-�����<��������!���24v�"����"���>]�^���w+�, �.|������"2�"�>.e���-��n;������./�#������./�-�����`24��56��!"./�,.|������D��!"��24v�����r������.e�������./���!�".e���������,./56��f

�����E.b��./��5�.e���,./�y�F�+�F�,./56�o��!�!"� u ��!"!"��24���,"���`��n9���#��"�,����#�h��"��./�y�d./��"�����o��n956./56���#�h����� u ./�d.��������!"���}"�h./���!���24��56�����,./���������,./56��w+VYÈ c;È w:����!"�,"24�bµJ¯7�E���:¶�¼:¸������i^����#�E������ ��G^>'�·�·�·�µJ^����#º:$�¸8fs�m./��D5�./���8�7����.=��� u ��D8���5�./�����������!;�����>�./���7������24./w�5����<��.=���#����,�#���#�!"�<!����x��w������{5����<���,���#�9���9����+"D�,�#����h�� �����"24��!j�������E./�F��./��f��m���������#�,"����������./������+./�����.e����"./�-�, ����<�����������#�,"������./��56./���,����./24������.�@�j��.��[�>� �:.s�� �� 0�.�� !~~�:��5h.s�����.s�4�8�F~2B�q~�+�x���q ������ !~!~� u �� �� u ���#.��q�`�>�4.r�+~���4�8.�.s�[~���i~���@�q.����t��n�����>./����, ����*��.e�+56./���,���E.e�+��"�d.�f � ����, �./�,w��F�56��!"./��0+./�#�F"��������n*�, �.b��!"�����#"�, �56������.e��"�<��./��56./���,./�����./�#���,"�����������,./56��5�������.�������!""24����!".o"���F����./�������.o����./����,"�x���F�+�F�,./56��wzVYÈ c;È wz56./56�������!"!"��24���,"���µJ¥������,º�»��:¸Jwx��.e�+56./���,D8�F"��.b������"����5�.e�x�-µQ)%./���9¶�'�¸Qwx�����10+���#"����!"./D,��"��./����./��56./���*�����������+.b�d./��!"��2@./D5�.s���oµS���[�.+¶4º�w � �[���*¶4É�wj�z���[�x»x$�¸qf��z5���8 y2B��5h���!~.s�����+��:!���+�+�[���� ��`��n�.s���[!��i0:��[�8�>��!*5h.s5��+�#�i�.sD�@.s���2B 1�8 ��������2B!��>�>.s�g�E.s�@.s� �E2B y���1�@.s�+5h.s�x�8.s���@�+�@�8.s5h�rµS�z5h��[¶@» 2m¸qf�¯g�>.s�#� �8��x�i�@�+�@�8.s5h�|�@�8~!�!*�>�@.��./��56./���,���,���d./���E.e��./���*���/��./24�,��"�`�����>�d./����������24./�Fwx�����*56�����%24���#�d./���*����./����,"���h�������,./56���,�d./���%��!"!�� x����"24��!;56./5����#�A���on~���./�>D8�F���.�n8�#��56./�7���G������./��w���!"!"� u ����A�����#�,"�����o��n9��./��5�.e�x�,�o�,�h��.=���±./��./���~�{5h.�5A�+�F�zf+�� �����4.��:5A.s���q� �q~�+�{2Y�m�y��.r.�~�q �.��|~��0x~�4~�:!~.��q�i �� �F� u �m�.��j�@�������!~~��.�� �|� �j���#.��4�������24.�5�����.s!�w�VYÈ c;È w © (7Ê µS]>./����»�¼�¸>���x�{�1�8�>�1µS¥����x./»�&:¸Sw�����0:������!�.��,�A x���E� u ���E.=�>������<�r�����+./�>D��./��56./���,���,"���`56����./!?f �8�<��������./��D8��./��56./���,���,"���`56����./!"wx���E�����#��56����./��./�#���,.b�Aãz�F./�+56./���*"��./���,"Dn8~.��8w;�@.���5h.����}�+n8nq�4.��Fä`�q�>�j!~.r�± �� �}n,~�F�@�}�q�F� ���4!~�m�q.����q�i���:!��+�:� !9.�n,n±.s2Y�±~0�.�0�~�F�q�>�m!9� �j���.s�4�b�:.�n±�+�.�,�#�����F!����,"���r�,���b�� �����"24��!����>���E.e����µJ¥���"��»:$�w+¡o��!"!�&�¼:¸8f/�>����56��!"./�-"��24!"���>.| �����./� u ./!"!�º�É�'6µJ��!"����º�':¸Jw�m���7)*w9µJ ="!"!�»�º:¸Jw� =��D8� ( )%�8�m�åµQ]>././»�&��j¸Jw��q^��æ)%��¬zº�·�·�·`µJ�� x����&�·:¸Jw������y��� u ./�#���çµJ������&�É�¸8fm�>]�^>�� �����>� �:.��q� �+!~.����8�[� ���@!~� �q.r�8 �.r0�~�[�8�j��!9���j�j�[.s�4���8�`�> ��:�4�2Y� !%� �j�j�#.s�4�@w��������4�>�>.s�F�>���:.������7�@�j�+D�+!���2Bv+~�x�<� �E.�.s�:����!~!��<� ����!��2B���+!�.����|�>.s�@2B�#~�+./����1�8 x��g�8 x./�@���f��qn���.s�:5�.s�x�8���8����1��|0:��@��+!�.��8�A�8 �. ����E� u ���E.ewz�����F.o������.����d���,./24�,"���������h���,�,�#"�����,./��56������.�./�� ����x24.e�h�, ��E�����+ r�����������#��n8���9��./��56./����j�#�:�±.�2e�±~�:���4wC�j�[�+�±.�2Y�±��+��!~�:�:v��m�4���.6���jnqn±.��F�hµO¥��+!���&m¼�¸OwC�j�m��.�D±���[�:�j�j�hµO�{�!�v�& ¼�¸"w;�:�g2Y�m�j�m�:�!���±~.��

Page 17: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

9

µ � �����e¶�É:¸,f© ���#"�������d./��./���E2@ x.e�#�� ���0:.��F�,����"./�h��]>^��>.e��"�+�r�����h./� �,.e����"���x���,��"5����E��0+.��>]�^h��./�n8���#56����24.

�, �����56����2@��56��!"./56./��������.���n>�F����./�������./�����9��������!"��24v�����jfB�>!�"�F������56.�!""�,./�#���,���E.��E./!"���,"���=�,���>]�^���, ����j5�������.7����.en8��!�n8����n,���,���E.7�E.en8./�E.e�x2@.�f ( �����#0+./��������./�����624��24 �.75�.e5����"./�����r�m56"�, 6��!��F����./D��24�#���./�|�>]�^>�7�����{�E./!"���,./�{�>./������������#��5�./�8./�#��µJ�m5�"�8»�¼�¸8fz�> �.���]>^{"���, x. © (7Ê $B$�¬�¶@»�·r���+���,./5³���, �.�n8��24������n>����56.o�F�,����"./�7µJ�m���,��»:$�wz�}!"���»�'�w ( !"./� »�'�w ( !"./� »�º:¸8fY�� �./"�9���,����"./���� �� u �, ������,"56.o�F��.e���"�6��]>^A56"���} ������>!""����"�}!"./���}�, ����6'�à�w�n8���3�, �. u ���#v�!"�������|\J"��24!"����"����56��!"�,"���E���+���565�./�jè u ���#v�D!"�����>�F_%����./��"�<./���#!"�y$�&�»�·���f �A���v+!"������24 ����x��./�� ���0:.�5�����.b��]>^���5����d.b"5�������,�����,w������� �� u �<"�!~���8.��o�@�8�>�j�.s��µO�} �.s�x& ¼�wj�z� !�!~&�¼x¸qf��z�+5�.�~���x�+0:� �8~0:.��j.s�@~�:�x�g�q x� ��� �8�8.s5h�>���8�`�.��>�>2B.r�j]>^�� 2B2B.s�4��8"5�.�"�x2B!"���>.��, x.��>]>^>D8��!��24.<µJ�����+!�&�·:¸Sw�5��24���D8�>]>^lµJ�} x./�x&�¼:¸Sw�!������<���>�>�./�@�7�8�#�����@!����8�����µS�� x���&�¼�¸Jw�z�>�Ánd�z�B�G�z�;�C�#. �Y��2e�z!,2/��!,�z�?,���«µ ( ���Y�±&z'�¸df��;];^Á5<,�Y�B. ���z�#.h��n?�?. �t >�z�>�;!,.��Ý���� >�z�#� u �z�[.h�? >�z��,�#��0+./���./�������+.��,����!"./��fB�m��56.����d��24./����������F���������#���>]�^�56��F�� �������!"������������n8� u ���d.�������¦����+!".�VYHzK4N��"��24���F�o"�F����.e�o"�<����n8� u ���E.b��]>^�5�"���� �������!�"���h����"���h���8���r���E��24./�F�����#������./� ��56��!"./�=µJ¦�����!"&�É��j¸,f�8�h56��!"�,"D,���d��24./���������������,.e5��-�>]�^`24�� �./�d./��24.g��.e24��5�.e�G���h"�F����.�f�� ./!"!"./����./��24����.e�G56���������,����,./��"./�n±�+�|5h�m~���q�m~���������]j^¨2Y�+ �.��#.���2Y.�µO�z.�!�!~& ·�¸±f+�{� �����:�>.��F� �q������4���4�q.�5h�b�j�4.r��2e�+���4.��F0��m�q~0x.r��]�^�� ������,��� u �`��!"�����"�, �5�wxVBÈ c;È �*µQ^>!"��24»�&:¸8f �� �.��m���7)§µQ�A������»�º:¸������ � ������µJ����24v�&�É:¸�5���24 �"��./��24��56D��"��.���]>^i24�� �./�E.e�x2@. u "�, A./� "���,"���624��24 �.�24�� �./�d./��24.�56./24 �������F5��sf��m�����,.e5��G�, x���C�F���������#�C������./��D��./��56./���,���,"���i�,����"24��!"!"�A"��24!"���>.�� u �h�,�������!"���,"���i����n,n,./�#�Fw����>]�^y�����y���m]�^Ý\J�F./��5�.e�x�%!"����v�����"��.����n�n8./�_8w��, ����j���d.|��2424./�F��./�<����.|��n8�,./���������� x.e�#f/¡7��!"!"�r�� �� u �-���F24 �./56.|�, �����24��56�����.e�-�, �.|��.e�+56./��������`������.|�,�#������!"���,"���{µJ¡o��!"!"&�¼:¸8f

�>]�^��o ���0+.��,�#����"�,"������!"!"�h��././�`����./24������D8���E��./�G��./�n8���#56����24.�24����24./��xwx���o���E�����#��56�o��n8�,./�`"��D24������ ���� x./����0:./�E x./���{"��24��24 x.=56����7 ������>!""�x�jfz�y"�8 i�, x.=����.=��n3!"���E�+.=56��!��,"D85�./�������+�,.=24��2B �./�µJ¥�.e����&:$�¸+�����A"���x��0+���,"0+.7���F./����nj0:"��,����!x�����>�d./���}������24./�gµ ( ����./&:$���w�^�!"��56&�É:¸Jw��F��5�.o������!""24���,"�������� u ���24���-56���E.b��]>^�5�"�F��./���, ����`24��24 �.b56"����.e��f � ���#�,���x���,.e!"�4wx�, �./�E.b"���=!"���E��.b�����>����n%�E./��.e���E24 ~�12B� 2B �.��j.s�@��:�ݵSVeÈ cCÈ wj��5�~�8» º�wj�z5h~�8&�$ ¸��8 �������g!~����:.s!��i� ���>!�~2B� �+!~.��8�`�j]>^j�g� !��@�+k¨�j]j^j�g x� 0�.�����,�E��24�,���E.|��"56"!"�����,��24��24 x.e��\J�m./24�,"���<$�f '�_[f

�8�i�����#�,"24��!"���,w�56�A�, �./�F��o������!""./�7���h�>]�^��7�����y������.��,����!�.e�7�� x�d./.��,./24 ���"�+��./�o������E� u .e�yn8�E��524��24 �.���./��"����kt0:���"����!".���!"��24v��F���.�µJ¡o������&�¼:¸Jwm��������!���24v�"���AµJ]�����,º�»�wm^>./!"!?¶�É�wz��������»�Ì�wz ="!"!"»�É:¸Jwz�������������!"��24vA���E./n8./�,24 �"����µQ�m5�"�#¶�»���w� ="!"!"»:¶�¸8fm�m����./�#������.=��]>^��o"5���!"./56./���%��0+���#"����!".=��!"��24vA�F���.���./D��"��� u "�8 `�8 �.�����!""24�A�>./24"��"�����7��� u �./�i�,�h����.�������./�������./�756���>.����A�, x.�����./����8"���A�������,./51f (��������!"��2Bv�D824��2B �.=��������24����,./� u "�, �./��24 i���>���./���7�,���<��./0+./�#��!;�>���,����������!"��24v��7�, x���9./��24 i x��0+.=�, x./"�� u �`0+��!""�1��"�,�o�����, ����%�, �./�A2@���`��.�!"������./�1�����./��./����./���,!"� f ( 24��56��!"./�,./D,��������!"��24vh�>]�^1����.e�o�, �.����56.��,./24 ���"�+��./��������������!"��24v�D82@��24 �.e��fB�> �.������#�,"��!"D8�F������!"��24v��>./�F"�+�������,�56"��./���o��������!"��24v=��./��"�������"��������./24"ª�2�v���� u !"./����.g�����������, x.|�F�,���2@�,���d.|�����<24���x��./���;��n;�, �.|�����,�b�������d./�`"���b��]�^3f

( v�.s�A5����,�0+���,"���in8���G5��A�8 �./��"� u ���7�, x.="���8����>��24�,����i��n3������./�#�����+.=�����������#�9"��56���x�A5�"D2Y��+�>��+2Y.��@�4�+�o��]j^j�4wjV/È c*È w��y�±�>��µS¥G� ��.s& ¼x¸Owj�g!~�8�F� �z� ( )9�͵O¤x�>���:& 'x¸Ow ( !~�> ��1µO^j� ���x& 'x¸Ow��>� u .s�[�j�µJ�z"!� x&�Ì:¸Sw� =��Dq� ( )%�q�z�åµJ =���x�,&�'�¸8f�����5�5�./�E2B"��!C����./�#���,��x�<���+���8./5��|����5³� u ���E.���n8w> �� u .s0:./�,w��>����+���@�>�>�>�+�[���:.��x.��[� !%�>�4.��+n}�@�j��.��[�>� �:.r5h���>�>~���:��f+�y���������>.��[� �q����i�4�:�@�q.s5h��~��2B!~�>�j.r�4��.�2Y�� !56./24 �����"��56�7���h����.�!����d��.�������./������+./�on,���G���������+.e����!�.�56./56���#�h���x�1�>.e0:"24.e��fm�t ��!".�����56.� ���0:.�4�j���:.��B�q.��¨�j�4.��bn±�:�|�4�j�>.��F�>�m�:.��hµO�� �.���&m¼ w;�{�:�:�j&mÌx¸Ow;�-�:.�!�~.�0�.�5A�1�q �.��4~��\"� ���t5A�1�>��.�0���+�j�u ���#v+_3��7�8 �.�n�"�#�@�9�8�h�@�,���>�<�, x.=�������.s�7���0:��!"0:./�{��i�+��"!��>"�x�<������./�#�����+./�|�>]>^��|���x�{�����������#�8"�x��, �./51fm���A�E./����!"�,�7�F x� u �, ����9������./�#������.=��]�^>�o���.=!"���E��./!"�A"��./n�n8.e24�,"0:.������y� u ���F�,.=��n9 ����E� u ���E.�E.e�������d24./�-"n;����.e�#���,"������������./56�G�����<������.|�,����!"./�-���r�����������������#���, �./51f

5. By multiprogramming, I mean execution of multiple concurrently active processes.

Page 18: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

10

¯|��./����,"���A�������,./5´�F���������#�%n8���G������./�������./�o"��0+��!"0+./�o"56��!".e5�.e�x�,"���A�F��56.�56./24 �������F5���\J��./D�@2B�[��+.s����1�z.s2B�8�����º�f ¼ _8wjVeÈ cCÈ w>0:� �#�� �+!�.sDq��~��.�5h.s5����[�`��!�!~��2B���8��+��µS¥-�����8º�» ��¸Sw>���x���r�>���+.sDq�@���.����@D��"����56./���>����!""24�<\Q�>.e��24�#"��.e�h"�r�m./24�,"����º:fé$@_#fY)%��56./�9VBH�K4N±ÈzµJ)*��56./&�':¸����,�����=�, �.�����.���n>24��56��./�,"�,"0+.�m!~���:�F��q �5A��n±�:�|�j� ��.�D±�4��m.��m�4�B~����5A.������ 5A�:���15A�j!~�±��>!�.6�4�j�j.����>�m��.��B�� .�� f:�-�j�B. u �+��v:�����D±�4.��������./�<�����+./D,��"��.|������"����5�.e�x��\Q�>./�F24�#"��./�<"�h�m.e24�,"���=º:fQ$�_;"�h56� u ���v�µQ�m��!"!"&�¼�w+�m��!"!"&�É��:¸8f

�j x�.�.��@�8�:!�.��g��n��>� �+.��q���:!�.s�g� �E.��>�+���>!~����ê4k�!�~�x.�����\SVeÈ c*È w © (|Ê µS]j.s0��:»�¼x¸S_qwjnq�+� u ����>D±5�� ���>.s�\"V�È c9ÈÀw%��� ( )���µ���� ( )�&�$z¸"_?w%�z�>�Á >�z�B >.��}¬:,��0�. ���?.��Ò\OV�È c9ÈÀw%��� u .����;��µ"���z�x&zÉ�¸�w*�d^;� �+�x�B�?. 5�¬:Ìz»µ"�?^;�p¶B»�¸"_@fx���m�>�yn?�:� u �z�[�;D?5A�z�j��.������m�x.��±�m�x!�.��5<�j!,.�5A. ���±�z�±������=�m�>���x���m�[�;.��Á�j�z��.��±�z��!�.��µJ]�"./��&�':¸x������������C24./��,��"�A������./�#������.���"��./�G���C�, �./"�}"���,./�#56./��"���,.�������./��f� =���F x.e�i������.g�,����!�.e�����d.��.s"�x�A���2B�d./��������+!"�<����./�{�,�A�����������#�3�������#��.=º�É�D8�+"�3���>�>�?./����µJ =�����>º�»�w ( ���#��»�$�w��> x��v+»�º�w�)%����./&�¼�w =��24v�&�Ì�w�������&�É:¸������%������.��F���������#�%������./�������.�56�������������f ������.��,����!".�56��������./56./���%��!"�+���"�, x56�"�<�=5���!"�,"D8�, ��d./���>.e�156��!��,"���d��2@./������������./����,"���h�F�+�F�,./5ßµJ^���!"��&�¼�wx¥� ���!"&�É:¸���!"���6��n�n,./24�*�������,./5Å��./�Dn8���5�����24./w+ �� u .e0:.e�,w+�, �./�r./� ./24���,.|"��n8�E.e�+��.e�x��!��r24��56�����d./�`�,���>]�^`56"���F./��f

( ������./�%�,"�,!"./�yÖ�Â�IK4U�VR�ZOZFM%POLAÙ/X�a�a�R4IBHJPOL/c`Â4Ð�R}ë>Kdc:V-ÙsPSÚ4VMYì����=� ��!"!����:VYH�K4NqfzµJ� ��!"!"&�¼:¸�ª�������������E./�F��D./���, �.�24�����,�������h��./��./ª��,����n>����"����!"���E��.�������.���"��./��fY�o��"����!"���E��./�9������.o�F���.e�}"��24�d./����./���, �. u ���#v�D"���6��./�C�F"��.g�����C�E./����2@./���, �.g�x��56��./�}��n*�>]�^i56"����./�sf��� �.�������./���F������./���,�G�, �.���"56��!��,����./����������.��n;� u �r������.|��"��./� u "�, h��������.e�#���,"�����������,.e5������+.eD8��"��.|������"����5�.e�x������!""24���,�r��./24"��.|�, �.g�������E��D���[����,.������+.��@���.�nq����./0:.s�[�<0:��[�8����!*���>�>�E./�@��f��q�3��!��@�A�@ x� u �| x� u �8�<���>�!��{nq��!�!��:D8���@���+24����8�0:.����x���.s�,D8��������24����,�0+.��>]>^��|�,�A�����������#�3� u �h�����+.=�����.s��fz�7����x�<�#./����!��,�|n8�E��5³�,�#��24.sD8�>�#"0:./�����5���!"���,�������, �.g������./���� �� u �-�, x�������F������ u �r������.|��"��./�G2@�����E.e�>��24.|�, x.|����56��./����n;�>]�^`56��F��./� u "�, h����!"�����56��!"!>"�x24�d./����.�"�A�, �. u ���v+"���6��./�C��"��.�f��� x�����,./�CÌ���"0+./�����A���������,./�����d./��./���,���,"���A��n*�, �"��56���,.eD�#"��!�����"�����d./����!��,�-n8�d��5�!"���E��./� u ���#v�!"��������w+�b�d./��!�����./�#���,"�����������,.e5�"5���!"./56./���,���,"����w:��24 ���A���d./�56���>.e!�w������<���h��2424./�F�-�,"5�.|56����./!?f

( �>� �>.s�7�8~�8!~.s�«Ö�Ù�X:I#a KYM#M[P"L�cÁH ½ V=Â�Ã:Ä�a V#IJZ@RYI#�gKBL:�FVoR�Z�Ù�X:a V#I[a�Kc�V[MoÐ-P?H ½ Ã:V[M#M�í}a V#I[KmHOP"L�cÁÙ ¾ M/HSV[�ÙsX+a�a�R4IeH8ì7�+�<�m��!�!����#C�����{ =�!�!}µS�m��!�!�&�É��:¸j����5�56���#���./�|�, x.=�x. u �>]�^{���E2B ���,.s24�,���./�7�8 ����95��<�, x./�@"��>�.s�@.s���8��f��±���>�E�+���+�@.s�g�>���[�q�� !�Dq�4���:�+!~��2Bvi�j]j^>�4wj2B��5h�>���E.s�g�q x.��j]j^���.s�[n±���[5h����2B.��+n��@�>��.��[��� �+.�w24��56��!".e�,./D8��������!"��24v�wm������������,"��!"D,��������!���24v���]>^���w ���x�6�, �.�����./�#���,"�����������,./5Î��������������E./����"�d./�6n8����q x.��@.r�j]j^j� f��� �� �>�8.��[��Ì Dq'6�j.��@2Y�[~�:.�~�y�j.��8� ~!%�q �.���. u �j]j^�� �F2B �~�q.s2Y�8�j�.��@w� �� u �q�`�:�>~!��t�@�>2Y �>]�^���w+ �� u �,�r �������!".|�>]�^`56"����./�Fw+�����`"��24!"����.|��./�,��"!"./�`��./�n8���#56����24.|���,���>"./�sf

�> �"���, �./��"��"��24!"���>./��� u ����"����"ª�24�����>24 �������./��n8�d��5Í�, �.�������0+.�������.e�9�, �������n�n8�F./��./��24 ����, �./�9�,�!"./��0+.��� x.g24����24!"���F"�����G���x2@ x������./�9f � "����,w:"�A����"���6�, �.���]�^i��"56��!"���,"�����Gn8���}�, x"�G�, �./�F��Fw:�*����24��0+D./�d./�i�������6�, ����C��0+./�E.e���,"5����,.e�i�, �.�����5���./�}��nC��]>^i56"���F./��n,�����F����./�������.g�>]�^����E./�����#��./�i"�A�, �.������.s�fz�m./2B���x��w�"����./������x"�x�A�����#�,���!"D8�������+!"��2BvA�>]>^��7��i�� x�����,./�9'������{������.=�,����!".s�7n8�����, �.s5´"��� x�����,./�-¶�w��3n8�������{����"56��!".=./� �,./�x�F����i�,�A�����#�,"��!"D8��������!"��24vA�>]�^>��w����E./!������>"���+w��, ����9�E./����!"�,�7"�i���"5���!"./�� ����d� u ���E.��56��!�./56./���8���,"����w���56��!�!"./����]>^y56����o��./����!��,�An8���G56�����A�����+.��,����!"./��w������{��"��D��"n�"24�����,!"�A�E./����24./�o�, �.=����56��./�G��n9�>]�^y5�"����.e��fz�� x.���./�9./n�n8./24�9��n3�, �./��.�� u �h24 �������./�7"�o�, x���9�, �.2B�+�x2Y!��>�@~�����g�+n��8 �.���� ��.��o�.s5h��~�1�q x.��4��5h.sk¨�>���[�q�� !�Dq�4���:�+!~��2Bvi�j]j^>�����2B�>�onq. u .����j]j^�5�~�@�@.s��, ����i������./�#�����+.=��]>^��7���x�y�E./�+��"�E.=!"./���7����./����,"���<�������,./5´�����������#�#f � ���G�, x. u ���v+!"�������7����./�y"��, �.=������./�,w�������./�#�����+.=��]>^��7"�x24���Gn8. u ./����]>^y5�"����./�7�, ����i�����#�,"��!"D8�����+��!"��2BvA�>]�^>� u ��, ������9���[./D!"�����>"���r������56���E.|�>]�^`56"���F./�-�, ����h�����#�,"��!"D8�F������!"��24v���]�^>� u "�, ����E./!"����������jf

( ������./�-�,"�,!"./��Ö�î�PSIYHJX�K4N>ï�V�7R4I ¾ Ù/X�a�a�R@IYHBZ�R4I�ï�X�N±HJPSa�NOV�ë�Kdc�VgÙ/POÚ@VMYì����h¥� ���!""�>jVYH�K4NqfxµJ¥� ���!"&�Ì��j¸./� ��!"��"�����, �.�"56������,����24.���n*����./�#���,"���6�������,./5°������������Cn8�����F����./�������.���]>^��������i!""���,���, �.�"���F��.e�

6. For lack of a standard page table terminology in literature, I use the same terminology as Huck and Hays [Huck93]

Page 19: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

11

�8 ����3�x.s./�{�8�A�+.����>�>�./���@./��"�1����.s�#���8"�x�<�@�+���8./5£"5���!�.s5�./�x�8���8����������>.s����+���8�A�����������#�3�@����./�#D�����+.g��]>^���f��� ������,./�Cº�"��./���,"ª�./�G�, �.g56./24 ����x"�F5��G�����i����!""24�.e���, ����;��././�i�,�r��.�"56��!"./56./���,./�i"����1����.s�[���8��x�`���:���8.s5£�8�<���>�������[�����>��.s�#�>���+.����o�����#�8�� !�D8�@�>�+��!~��2Bv`�>]>^j��f��¨ x�!�.����@���:�+.s�����@��5�.��� �+.sDq��~��.�� ���@~�+�x5�.s���3�>��!��2B~./�g���x��� !��+�+�#��8 �5��gn8�+���8 x.�0:���[��+���g5�.s2B x���x~�@5��@w>�8 x~�|���±.s��5�.s�#~�8�n8���#�, �./������./����,"�����������,.e5��E.e��./���E24 Cf

( ������./������,!".e�tÖ�ðÁñ7VÐÝë�Kdc:VoÂ�K4WYNOV�Z�R4Ioò�ó��8WYP±H+ð�U�U�IdVMMoÙ/a�K4�[VMYì-���r� ��!�!"���#�VYH+K4N±È�µJ�m��!"!"&�':¸:�d./0:". u ��8 �.�������8���+"!���,�<��n�24���x0:./�x�,����x��!C������.��8���+!�./��k¨!�"�x.s���,w�nq��� u ���E�>D85�������.s�{���x�{ x���� x./�>k¨n8����º�É�D8�������>�>�.s���|�@����2B.s�|���x�������>./�[�����+.�5������>��x�+��f��j x.�������.s���8 x./�1����������@.s�|�r�x. u �����:.��8����!�.sw>2B!����@D�,./�d./�A������.o�,����!"./w��, ����j.e� �,./������ ����� �./�A�����+.o�,����!"./������"�����, �.7�F��5�.o��������!"��24v�"�����,./24 ���"�+��./���, �����, x"�|�, �.s��"�7����.s�7�,�A56��v�.��>]�^>�75����d.=.sn�n8./24�8"0:.�fz��!������,./�E./�{�����+.=�,����!�./�724���i x��0:.=�rn8�����8./����2B24./����,�56.sw���2B24�����<!�./���75�./56���#�@w����x�y���d.�56���E.=./n�n��24".s���9���9���8���#����<������./�#������.����x�y������8"��!"D8�@���+��!���2Bv���>���7�, x����24���x0+./�x�,"������!;�����+.=�,����!�./��fz�� x�����8./��¶|"�7����./� �������>./�y0:./�#��"���i��n3�, ���7������./�fz�m��!"���#"�¼:f '�wm�o24��5656./�E2@���!+����.e�#���,"���=�������,./56wm"56��!"./5�.e���,��24!"�����,./�d./�������+.��,����!"./������./� ��!"�����.e�����=¥� ���!""�>VYH:K4N±È�µJ¥� ���!�&�'��:¸:�����`"��������./���;������!""24���,"������µJ� ��!"!"&�Ì�w�¥� ���!"&�Ì��:¸8f

( �q.s2B ����2Y��!%�#.s�>���[���8~�8!~.s�ôÖ4õq�ga�IRB� P"L�c�H ½ Voð-U�U IV#M[M=Â4I#KYL+M[N"KmHOP"RBLiëjV#IJZ@RBI[�|KBL:��V�R~Z6ö�P"U V#N ¾ Ù ½ KYIEV[Uë>Kdc:VMeì7���<¥� ���!""�>;�����{� ��!"!����#}µJ¥- ���!"&�'���w�� ��!"!"&�É��j¸>�����>�E./����./�7�>]�^{��.s�n8���#56����24.=�����{������.=�,����!".��"��.o"�6�, �.o���d./��./��24.o��nj!"���E��.o����56��./�3��nj��!""����./�}n8���3�� �����"24��!x������./��w�VBÈ c;È w��F ����d./�h!�"������#"./�sfe�q�>������D��./���,�}�|�[R4�o�7R4L��8�7K4MT-M� ½ VE�7V9n8���3��]>^��}�����A ����� �./�h�����+.o�,����!".e� u �./�d.�Ö@24����E./24��!���D8��!"��24./�9×}��!�"����.e��� ����E.��=�F"�x��!".��>]�^���!"��24v�����������.��,����!".b./���,�� f��> �"���������d����24 <"��24�E./����.e����]�^��E./��24 A���x�i�E./����2@./������+.��,����!".���"��.�"�r���r���#�, �����������! u ���=�,�=�, �.�����.���n>������./������+./�����9�F������!"��24v�"���������h�, �.�� u ������D���E����24 �./�-24������.|24��56��"��./�9fs�;�>�������;��./��2@�#"��.|�, �"� u ���#vrn8����, �./�#f

( �>]�^�wx��./"���h�=24��24 �.b��n%0:"��,����!"D8�,��D,�� �����"24��!j���>���E./�F���,�#������!"���,"������wx"��24�������,���24�,./�1�F"5�"!"���-�,��=�����Ò�����,�=���-"�����,�E��24�,"���<24��24 �.�µQ�m56"�,»�¼�¸,f ( ���E��24./���F���-�����, �.b56./56���#���������,.e5Å��242@./����./���=�>]�^u ��, ���0:"�#�8����!;���>���E./���r\ © ( _��,�A�,�#���x��!����,.�"�9�8�h�r�� x�+��"2B��!C���>�>�d./���r\J� ( _qkt�,�+��"2B��!�!"�<��./n8���E.=�����������#��!�!".s!C�8�A��242B./�@����x�<�r�� x�+���2B��!"!��+Dq�,���+�+./��24��2B x.=����5���"�156.s5����#��fz�qn��, x.��>]>^� ����|�r5����,2B x��x��,�#�����F!����,"����kt����]>^y �"�,kt"�9�����,�����,�o�, �.��� �����"24��!;�������#./�F�7�����y56./56���#�A��2424.e���o���,���#"������./��fm�8n3�, �.�>]�^��>��./�������� ���0+.��756���,2@ x"���=�,�#������!"���,"����k¨�7��]>^�5�"�F��kt����./24"��!� ����d� u ���E.����9����n8� u ���E.�n8./��24 x.e��, �.g56"���F"�x���,�������!"���,"���h�����,�#��0+./���"�����b�����+.|�,����!"./kt�>]�^`56"���G �������!""�x��kt�����`!"�����>�-"�;"���,�r�, �.�>]�^9f

( �>]>^����8���E.s�|�,�[�����@!����8"���x�|��1�>]>^{�+!���2Bv+��w>.s��24 12B���x�8����x��x�<�r�8���`���x���r�>���8�r�����[�#f��> x.��8���24�����,��"�x���, x.�0+"��,����!�������.�����5���./�b\ © ��¦�_9��n9�, �.��,�#������!"���,"���i�����1��0+��!""�y��"�G\ © _[fm�� �.��>���,�������#����,���E./�7�8 �.=2B���#�E.s���������>����<�� x�+��"2B��!C������.�����5���./��\J����¦=_3����,�7�����{�����+.=���,�,�#������,./�r\ ( ���>)%_8w>VYÈ c;È w���E���,.s24�8����xw�2B��24 x./���+"!���,�Bw>�E./nq./�E.s��2B./�3¬�56���>�n��./������,��f � ����>�E.�$�Dq¼r�� x� u �7�r�@��5���!�.=�>]>^{�+!���2Bv<n8���º�É�D8��"�90+���8����!;�����>�E./����./� u "�, ��, �.=!"./���+�, i��n9�, x.=n��./!"���7"����"�,��kt�8 �. © ��¦Ø"��24!����>./�7�`$�¼�D8����9�����D24./�F��"�>.e�x���ª�./��\Q���8¡o_3µJ¡o./v�v�»:¶�¸8fY¦����,.��, ������, �.��>]�^��,���� �����56���d.���"�,���, ����r�, �.������,�:fY�� x"������7��"�+D��"n�"24�����9��"n�n8./�d./��24.�n8�E��5´24��24 �.���./��"���x� u �./�E.��,������w�VYÈ c;È ��n,�����G�,�h./"�� ��9�����,./�Fw����d.=56��2@ i��56��!"!"./��, ����h��24��24 �.|��!"��24v���"��./w+VBÈ c;È w+Ì�¼�D8¼�'�º������,./��f

Figure 1-2: Structure of a single-page-size (4KB) TLB block

VPN PPN ATTRV

Tag Data

936164

Page 20: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

12

�y� �x���@�>2Y y�j]j^t�+!~�+2Yv:�g2Y� �y�+.r2Y�+5h�+~��.s�t~�y.s~�q x.��o��nq�>!~!~�:Dq� �@�4�+2B~� �q�0�.r�+�7�@.s�qD±���4�@�+2Y~���q~0�.n8���5�����./� ��!"��"�x.e�`"���m.e24�,"�����g$�f ':fQ$-������$�f ':f ¼:f/�8��./"�, �./��2@���F./w+���,���r����#���r���,���d./�-��!"!��, �.|�,�����-�����"��24!"����./��24��56�����#���,���#���,��24��56�����d.��, �./5 u "�, <�, �.�"������� © ( f ( ������>��56D8��2424./�F��D856./56���#�1\J) ( ��_���,���d./�-�, �.|�>���,�������#�,�-��n;�, �.|�>]�^`��!"��24v���f

Figure 1-3: Structure of a conventional TLB

¡o���#"���A���>]�^y!"����v�����w��, x.�"�x����� © ( "�7�F��!""�9"���,�h� u �h�����#�,�o������./�y���i�, x.�������.=��"��./k © ��¦���x��¯|n,nq�@.s�[f��j x.�¯|n8nq�@./��n,�.s!~�>w u ��q x���>�3�����`�8�#� �x�@!����8��+�xw>� ����.s�x�j�|�8�<�8 x.��>��¦°�����q������nq�[�+5£�8 x.�>]�^9f��� �.g������.g��"��.g ����G�,�r��.g�b��� u ./�}��nC� u ���,�r����.g�, �"�G��"�;���,./.e�#"���6�������E����24 Cf��> �.g��]�^i24��56D�����E./�7�, x. © ��¦Ø���,���E./�y��i�, x.=�,���+� u "�8 i�, x.="������� © ��¦hfz¯|��!��A�>]>^y��!���2Bv��7�, x���92B�����8����i��0:��!"���8�#���x��!����,����������#�8�24������,.�"���8 x.=2B��5������#������Cf��> x.=0:��!�"�{�+��9�>�n~nq./�E./�x�8"���8./�|��.s� u ././��0:��!�"�{���x�{���D0+��!"����,�#������!"���,"������fY�> �.��E.e����!"����nj�,���=24��56�����#"�F���r��./!"./24�,������. u ���E�hn8�d��5��, �.�) ( �Æ���}�, �.�56���,24 �D~�����±�[�m���4!�� �q��+��� ���¨�+�j�q�j�j�q�b�q �.�2e�+�F�[.�2Y�}�j�j¦Å�m��� ( �q�q�F��:�j�q.���\ ( �q�q�F_�f:�±n����i��]�^t�:!��+2Yv1 ��m�b�56���,24 �"�x�r�,���+w+�, �.|�>]�^`��./��./����,./�-�b�>]�^`56"���-��"������!?fs�m./�����#���,.|24���x�,�d��!�!"���+"2��+.e��./�#���,./�-�����d���,.e24D�,"���h0+"��!"���,"������"������!�"n;�, �.|���,�,�#"�����,./�-���r������56����24 h�, �.|"���,./����./�`56���>.|��n;��2424./�F��f

÷jø~ùjø~÷|úoûoü[üqý�þ/ÿ����������[ÿ������� �����q�i�rn8��!"!��A��������24"���,�0+.��>]�^l\ � "�+���E.b$�D8É�_8w��, x.=�,���A���#�#���<����./�7�r24�����8./���8D8���>�>�d.s�������+!"./Dq56./5�����

\J� ( ��_3�����y�, �.=�����,������#���A����./�o���#��������56!"�+D,�����>�?./��������!"./D856./56�����\J) ( ��_[fm����24 u ���d��w����G�,���+w"�i�, �.�� ( �ß"��24!�����./�o��24��56�����#���,���fm�> �.��,�����724��56�����E.��, �./"�G24�����,./���,��w���!"!�"�i�����#��!"!"./!"w u "�, `�, x."������� © ��¦Ò���x����"������!:�75����,24 r���=������.e�#�,"���=�75����,24 r!""��.�24���#�d./����������"�x�=�,���, �.�56���,24 �"��� u ���d�9f�> �.75����,24 �!""��./w+��56��!""ª�./�<���r�, �. u ���E��!""��.|���#"0+./�,w���./!"./2@�,�-����.|�>���,� u ���d�`"���, �.|) ( ��fs�� �.|��"�,D!""��./��wz��./����.���5�����wz�����h�����,�����>�>�"0+./�#�������,�����>�, �.o��.e!�.e24�,./� u ���E�h�,�=�� x.��� x����"24��!��������E.e���}��./��./�D���,"���h�����i���d���,./24�,"���h24 �./24v�24"�E24��"�,��fs�qn;������.g��nC�, �.|�,���+�-5����,24 �w+�, �.g� ( �Õ�+.e�x.e�#���,./�-�b�>]�^`56��F���"������!������, �.b!"����"24��!�D,¦=¯7)¨��n%��!"!��, �.b56���,24 <!"���.e��f ( ����./����"� ( �� �� u ������56��!". © ]��m�%24"�E24����,��n8�������56.|24��5�������./���,��f

 =���E� u ���E.���������nq� u ���E.=5����@�3�+�����#���x�,.s.��, x���3����!��`�r����x�+!".��8���<2B���156���82B ��r�+�0:./� © �>¦Afz�qn56��!"�,"��!".o�,���+�}56���,24 �w�56���d.o�, ����6����.o) ( � u ���E� u "!"!x��.o./������!"./�h�����,�=�, �.7����,!""��./�Fw���0+./�!"�����>"����, �.b24"�E24��"�,��f ( !"����"24��! ( ¦=¡ ��n%�, �.b5����,24 <��"������!j�����1�, �.�0+��!""�1��"�*��<./��24 `��]�^1��!"��24vh���d./0+./���,�"��0+��!""�`��]�^`��!"��24v+�-n8�d��5���./��./����,"�������������"�����-56���,24 Cfs�> �./�d.g���d.|����!"./�������, ��E./. u �����-�,�r"56��!�.eD56./����0:��!""�<��"�,�-���-./� ��!"�����.e�`"� ( ����./���>"� ( fs�� x.|ª��#�F�;����./�-������./2@���!�0+��!"���D8��"��� ( �£24./!"!��,��./� D�,./���h�, �.�� ( �´����#��� fY�> �.����, x.e�3� u �=���,���d.o�, �.�0:��!""�h��"����r��./�����#���,.����,���#����.������h24��5���"��.�"� u "�, �, �.|56���,24 h��"������!�����"����.e"�, �./��!"���+"2������������-�����,./��f

������������� ��� ��!#"%$

&('�)

��*�+,$-"%.#$0/-+,1 2�$0$-* ���3� ��� ��!#"%$

�42

�52�6/0+,7-8%$-/0+,1&('3):9;/0!#!

2�.#.#"%!#!<9;+,=3"

Page 21: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

13

Figure 1-4: Structure of a fully-associative TLB.

÷jø~ùjø?>�@����sþ/ÿ����������Fÿ������� �����8�i����./�,D8��������24"���,�0+.=��]>^�w����o"�i����./�,D8��������24"���,�0+.=24��24 �.AµQ�m5�"�#¶�»���¸Qw������, i�,���A�����y�����,������#���+�

����.7) ( ���gµQ�1"!"�,&�Ì:¸8f/�8�6���,����"24��!�"56��!"./56./���,���,"������n�����K4D u ���r��.e�,D8��������24"���,"0+.7�>]�^>w�����"����!".7�E� u��nj�, �.������,�7) ( �Æ���,���E./��K-�����,� u ���d�>�������h�|��"����!�.��d� u ��nj�, �.��,����) ( �Æ���,���E./��K-�,��� u ���d�>�sfe�� �.!"� u D8���E��./�%��"�,����n>�, �. © ��¦Ò�,�+��"24��!"!"�BA}"���>.e�g�����, r�, �.�) ( �����,���d./��������������.��d� u n8�d��5Í./��24 CfB�m���24��56��������,���#��24��5������E.��, �.bKo�,���+���E.e��������� u "�, <�, �.� �"�+ �D,���d�>.e�-����,����n%�, �. © ��¦Af��> �.������,�����*��n�, �.7�,���r24��5���������,�����w���56��!""ª�./�<���r�, �.756��!"�,"��!"./� �������#"0+./�#�Fw�./������!�.e�-����.7��n�KG�����,���������#"0+./�#��������>]�^` �"�#f

Figure 1-5: Structure of a set-associative TLB

7. TLBs often use a hash function that includes bits from the PID or VPN Tag. Logic not shown in Figure1-5 combinesthese bits with the VPN Index bits before being input to the decoder.

DATA OUTPUT

OUTPUT DRIVERS

WORDLINES

BITLINESVPN TAG

. . .

. . .

. . .

. . .

SENSE AMPS

WORDLINE

TLB HIT

DRIVERS

CAM ARRA YRAM ARRA Y

DE

CO

DE

R

COLUMN MUXES

SENSE AMPS

MUX DRIVERS

COMPARATORSDATA OUTPUT

OUTPUT DRIVERS

WORDLINES

BITLINES

. . .

. . .

. . .

. . .

. . .

�����C&,8%D ��� �E!#"%$ �F2��������1�=�"%G

Page 22: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

14

( �-����bn,��!"!"��D8��������24"���,"0+.g��]�^>w+�, �.|0+��!""�`��"�,�-24���h��.g�����#����n;�, x.|�����F��2@����,"0+.|24��5������d.g����24���2B��5��+��x. u ��8 ��8 x.�2B��5������[���8���������8���������|�����#����n��8 x.�5��>!��,��>!�./�m�����>�[�0:.s��!��+�+�26\ ( ����.s�x�>�� ( _[f¡o"�E./24�,D,5�������./�A��]>^������������j�E.e�+��"�d.7�, �.o5���!"�,"��!".e� ���#�gµQ ="!"!"»�»:¸+�����A�, �.7�����,�g24���6��.7����./�A��.en8���E.�, �.|�,���r����#���r��2424./�F�-"��24��5���!"./�,.�f/�8n��,���r24��56�����#"�F���6n8��"!�����������./����./���,!"�4w��, �.|���d��24./��������24���������>��8 �.�����@�,�#��24�8����*\J�@_3���x�{24������.��r���./2B���.�"�x�8./�#�#������µS�m5���,»�»�w��<���x��&�Ì�¸8f � ��+���.b$@Dq'��@ �� u �72B��!"��5��56��!"�,"��!"./� ���#����������24"���,./� u "�, `�, �.�) ( �1�sfm����!"��56�`56��!"�,"��!"./� ���#�����E.b�E./����"�E.e�y"�`��.e�,D8��������24"���,"0+.��./��"����������!"��"n%�, �.b) ( �Ë!"���������* �����5����E.��, ����<K u ���E������./���E� u kt) ( �Ë��./��"����./�#����n8�,./�<�����,"D56"��.b�, x.���242@./�����,"56.b���h24 �������"���h�, �.b!"���������*��n%�, �.b���#������,�6��.b�E������ �!"�h�F�+�����d.�f ^�"�,��n8�E��5Å�, �.© ��¦=�8����./��ª�./!"�<24�����,�E��!��, �.|24��!"��5���56��!"�,"��!"./� ���#�sf

÷jø~ùjø?HI ����KJL�����NM3ÿ�O�PoüQ�ROTS�j]>^�5���@�g x� �x�>!~��x�:w>nq�+!�!�� u Dq���{� 2B�8��+�1���1���j]j^�5�~�@�@w>2B�+�x�@��@�8�g��n��8 ��[.s.��j�n,nq.s�.s���3� 2B�8��+�x��f

� ��[�4�8wj!~�+2B� �8.��q �.��>�j��2B�+�[�#.s�4���+���>~���i�8�`�8 �.�nq� �>!~�8~�x�i� �j�>�[.s�@�@w����+�@�@~�+!~�i�@.s�q�8~���`�#.�nq.s�#.s�x2Y.�� �x�5����>"n�"./�{��"�8��fm�z./24���x��w�24 x������.=��0:"24�8"5´�>]>^y�+!"��2BvA�,�A���,���±.=�, x.=���>�3fz�> �"�E��w�!"�����{�, �.=���>�{"���8��, �.|24 �����./���>]�^`��!"��24vjf ( �,�����24��!��>]�^`56"���- �������!"./��"�-���-n8��!"!"� u �VU

W�X3Y[Z[\V]?^�_�`badcbe�e�]f^�gihfjkW�l�mfn oQp�qr^�sutfv�_�wbx<yrwbzrwbyrwb^�suw�oQad{V_�]f|�wb_[}�]?~�xRwb~f~f]f^�g�p�otf{icb_�`bX3����h?W�X3Y��i}�tf{isu��]?mfn oQp<}�t?{VsR��]�]?x<yrwbe�t?cbsuwbadwb^�~��i]fsR~f]fa�p�o�> x.�24�+������n�!���2B���,~�x�<�8 x.��>�>��!����d�:./!��`�>.s�8./�[5���x.s�|�8 x.��>]j^{5���@�|��.s�x��!��8�<�����{��x0:��!�0�./�|�8�[��D

0+./�#�F"�x�r�b������.|�,����!�.|�������24�,���d.�fs�> �.|�,�#��0+./�����!�24������.|�>����.|���� ����d� u ���E./w+VYÈ c;È w+�m� ( )*�Á)%.en8./�d./��24.�1�1�ŵJ�z� ( )%&�$�¸Sw��@��5�.���� u ./�[���«�5���!�.s5�./�x�8���8����x�rµJ�1���+&�É�w>]>./0:�&�'�w>^>.s24v+&�Ì�¸Sw������+�<�@��n8� u ���#.swVeÈ c*È wj�1�±�>�h)9É �m·�·1µS¥-� �x.�&�¼x¸Swj�|!��q�[���z� ( )9�εS¤������:&�'x¸Sw ( !��> x�1µS�z~�8.s& ¼�¸qf��y~�8 y�@��n±� u � �.��j]j^�5h��4� ������>!""����w+�, �./�d.|"�-�,�+��"24��!"!"���F��56.| ����d� u ���d.|������"�����,������././�<���A�����+.|������!".|�,���0+./�#����!?fs� ��56.|���d��D24./�F�����#����./��./����,.7����./24"��!""��./�<��]�^<./� 2@./���,������������A ����E� u ���E.7��./��./����,./�<������.7�,����!".7 �"���j����"���,./�����-"�h���8���=)*É�� ·�·�µQ¥�����.e&�¼:¸Qw+�7!"�,�#���m� ( )*�áµQ¤������+&�':¸Jw+�����<��� u ./����ÛµJ¯7�+��./&�':¸8f � ���#�, �./��w+����n8� u ���d.�>]>^{56����| ����x��!�./�#�|"�x24�����8�#���y.s���8�#�j¬�./� ��324�����,�|�����3�� �� u �� x./�.�f��� x�����8./�-¶|�>./��2B�#"�+./�7��������!���������+.|�,����!".|�����,�b�F�,���24�,���d./�-�����`�, �./"����2424./�F�-�,�56./�sf

�������A����./�#���,"���h�������,./56�o�d./�+��"�E.��, �.��>]�^15�"�F�o x������!"./�G�,����./�%�d./n8.e�E./��24.������15�����"ª�./�1��"�,�"�h�, �.|������.g�,����!".�fs)*./n8.e�E./��24.|��"�,�-���E.|��./�����h��]�^`56"����./�-n8����!"�������G�����<���,���E./�-�,���b������.g�� x���� �����, �.��d./n8./�d./��24.b��"�%24!"./���#f �������ª�./�1��"�,�����d.��F./�%����!"�h���`�>]�^156"����./��n8���-���,���E./���,����������.��, ����% �����, �.=5����>"n�"./�y����924!"./���f ( ����./24"��!;�>]�^y5�"���7 ����x��!�./�G�,�+��"2B��!"!��A ����x��!�./�o�, x.=�F��,�����,"��� u �./�?.=�, �.�>]�^1 x���o��0+��!�"�1�,�#������!"���,"���i�����1����!"�h�, �.=56����"ª�./�1��"�9"�`�, �.�������.��,����!".���././���o�,�h��.��F./�#fm�> �"�56���>D,��"�C�����>���,.g����./�G�x���;�E.e�+��"�d.g�>]�^i�E.e��!���24.e5�.e�x�;�����C����!"�6�����>���,./�G�, �.g������.��,����!".V��f�������D8��"����������,./�o��2424���Gn8�d./�+��./���,!"�A���o���E�����#��56�o��n8�,./�`�E.e���y��������n8�d��5´�������+.���./n,���E. u ���,"���h�,�h"�#fm�m��n,�,Du ���E.7��]>^<56"���� ������>!"./�����!"!"� u ����./����,"���r�������,./56���,��"56��!".e5�./���j�����,"56"�����,"���x��"���F./�,�,"���r�, �./��.��"�,��µJ¡o./����»�º:¸8f

( ��]j^��.s�>!~��2Y.s5h.��x���>�+!�~2Y�Bw�!�~v:.��62Y� 2B �.��#.s�>!~��2Y.s5h.s�����>��!~~2B�¨µO�>�>� ��» 'x¸Swj�j.�2B~�j.s� u �.s�#.��q���!"��24.7����. u �,�������!"���,"���6����24 ������F"�x���g0:"24�,"5Ç�>]�^A��!���24vjf/�8�6�g�>"�E.e24�,D856������./�A�>]�^A�E./��!"��24./56./���"�G�,�#"0+"��!"kt�, �./�d.�"�G����!"�6����"����!".���]>^`��!���24v��, x���;24���A���,���d.��, �.g��. u �,�#������!"���,"���Cf � ���}��./�,D,���F����24"��D�,"0+.����x�1n8��!"!"�+D,���F����24"���,"0:.���]�^>�Fw� ����d� u ���E.����G�F��n8� u ���E.�56�����%"56��!"./56./���%���E.e��!"��24./56./���%����!""24� f�> �.��>]�^��E.e��!"��24./56./���C����!""24��"56����24�,����]>^���./�n8���#56����24.b��./24�����F.b������D8�����,�56��!j�d./��!���24.e5�.e���*��./D24"��"����� u ����!���24������.������>"�,"������!���]�^h56"����.e��fY�8��"��"56�����F��"��!".��,���56��!"./56./�����, �.������,�56��!:�d./��!"��2@./D56./���9����!""24��\J¯7����_�µJ^>.e!"��º�º�w������,�#¶�·�w����".�¶�º:¸Jw����x�1"�9"�o"5������24�,"24��!��,�h56��"���,��"�i"��n8���#56���,"���in8���

8. Alternatively, the modified bit can be updated in the TLB, postponing the page table update till the next TLB replace-ment and leaves the page table in a stale state. The operating system often consults page table modified bits to flushdirty pages to disk and must instead use TLB probes to get the correct state.

Page 23: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

15

�,���.7]�)%�å\J!"./�����j�E.e24./���,!"������.e�>_j�E./��!"��24./56./���j����!�"24��n8���3!"���E��.7��./�j�F"��.e��f/����./���>��D,]>)*�§��!"�����"�, �5��Fw�, ����%�������d�����56���,.�]�)%� u "�, i!""56"�,./�1"��n8���#56���,"���¨µQ¥�./����»�&�w�� ��»�»�wx¡7.e0:"&�¼:¸Jwx���E.b��n,�,./�`���F./�3f ����!""D24"./���, ������>�b����������.��d./n8./�d./��24.�"��n8���#56���,"����wmVYÈ c;È wm) ( ¦=¡o¯|�ßµJ¥�����./»�&:¸Jwm���d.�24 �./����.e�%�,��"56��!"./56./���������"��24����5����d.|��]�^<56��F��./��f/�m.e24�,"����¼:f ºg�>.e��24�#"��./���, �.7����./���>��D8]�)*�Û�d./��!"��24./56./��������!""24�r������.7"�56����]>^<��"56��!"���,"������f

� "�x��!�!"�Bw��, �.���. u �,�#���x��!"���,������>"�E./24�,!��<��0:./� u �#��,./�7�8 �.=0:�24�,�5´�>]>^{��!���24v<��� u �#��,����<"�x�,�A�, x.�,���=���x�������,�7���#�#������fB�>]�^������=�������E.e�+��"�d. u �"�,./D8����24v���wz����"� u �#"�,./D8����24v=24��24 �./�Fwz�����, �.���]>^�56"��� ������>!"./����n,�,./� u �"�,./��D8�, ��d������ h�d./n8./�d./��24.|�����`56����"ª�./�<��"�,�G�,���, �.g������.|�,����!�.�fs�qn;�, �.|�����`n8���5������"n�n8./���n8�d��5Å�, �.b�>]�^���!"��24v�n8���5����,wx�F��5�.b�,�������n8���#56���,"���������E.b�d./�+��"�E.e�>wxVBÈ c;È w��, x.b�F"��.bª�./!"�1"�<��@�>��.s�[�����:.����j��5h���`�:.��j.s2B���j.s������8�<��� ( ��¥Ûn,�.s!~����1�q x.��@���>.s�#�>���:.��j]j^��+!��+2Bv�f�¯gnq�8.s�1�8 x.�>]�^�56"���� �������!�.e�%��././��!"����������!"�=�, �.������,�7�����#������ x���d� u ���d.�24���r"��n8./�%�, �.��,���=n,�E��5Í�, �.�n8����!�������0+"�#�,����!������>�d./���sf

�� �� �j�8.��3¼��@.��>�m�[� �q.����+�j���q �.r�4~5h�>!�� �q~�+�{5h.��q ��+�j�+!~�:�:�4w�5h.��q�F~2Y�@w;2B �~���m�E.���5h�+�j.�!~w;� 2Y2Y.s�4��,"56.756����./!"w������A����./24"ª�2G����./����,"�x���������,.e5Ø����!""24"./������./�A��6�E.e������,"�x����"56��!����,"���6�E.e����!"�,��"�6�, �.�E./�@�9��n3�8 �.��, x./�����fz�} x�����,.s�#�7Ì�w�É�w>���x�{'�w��>.s��24�#���.�������./�#�����+./w>24��56��!�./�,.sD8�����+��!���2Bv�w>���x�{�����#�8"��!"D�@�>�+�:!��+2Bvi�j]>^j��f��j��2Y 12Y x� ���q.s�o���2B!~���j.s�g�j.s�q��~!��g�+n� ����d� u � �.��5h�>!�.s5h.s���8���q��+�xwj�j]j^�5�~�@�g �����D��!"������,./24 ���"�+��./��w������<24��56�����#"����� u "�, 6���, �./����]�^<���d24 �"�,./24�,���E./����nj./�+����!���]�^<�d./��24 6����24��56����D�F� �:!~.�2Y �~��� �#.��xf ( �>�j.����j~2Y.�� ( Dq Æ~��2Y!��>��.r��.s�42Y�F~�>�±~�+���b�+n�� !~�q.��F��� �q.�~5h�>!�.�5h.����q� �q��+�{~�j.�� �4w./� �,.e�x�F"�����-�,�r�, �.|�����F.g��]>^`���d24 �"�,./24�,���E./�Fw:�����` ������>!""����./��E����24�����>"�,"������fs�� ������,.e�#�-Ì�w:É�w+�����`'�w�E.e������������56��!�"��./�6./��./24���,"�����,"56.�����././�����6��0+./����+.e����0+./�*�,./� u ���#v�!"��������f ( ����./������o�����24!"����./�./� .e24���,"���r�,"56.�����././��������n8���9"�����0+"������! u ���v+!"��������f ( ����./����"�7¢��� �� u ���, �.���������!"���,.�����56��./�%��n�>]>^{5������.s�7nq�����>"n�n8.s�E./�x�9�j]>^��|�8�h��!�!�� u �d.s���>.s�#�7�8�A�E./2B��5������8.=./�m./2B���,������,�5�.�����././�>����� u ��, ��"n�n8./�d./�������F����5����,"�����-n8�����>]�^<5�"���-��./����!"�,� fs�� �������./�Cºb"��24!"����./�-����"��24���F��"���h�����, �.|����./����,"����������,.e5������������#���E./����"�E.e�`n8���}�F����./�������.|���x�`������,"��!"D,��������!���24v���]�^>�Fk¨�, �.e��.g��]>^��-�E./����"�E.|���E����D./������.s�#���,��x�<���+���8./5³�����������#�3�,�A�+.=.sn,n8./2B�,�0:.�f��� x�����,.s�-¶|�>���24�>����.s�7 x� u 2B����0:.s���8����x��!C�����+.��,��D�+!~.s��5�� �i�+.r.s�m�q.s���j.s���8�`º É�Dq�:���0���[�q�>��!%� �>�j�E.��@�@.s�4wj�������8�`�@�>�>�>���F���@�>�>.s�[�>� �+.r�������@�>�:�+!~��2Yv�>]�^���f �8�*��!"���6���E��������./���=��. u ������.b�,����!"./wx�[NSX+MYHQVIdVU=a�Kdc:VgHJK4WYNOVw��, ����%������!""./���, �.b����56.b������./�#������.���x�y�����+��!"��2Bv�"�x�A"�>./���7����./�{n8���G�>]>^��7�,�h x���� �./�y�����+.��8����!"./��fz�� ������,./��»�24����24!����>./�o�E./"�,./�#���,�����, �.|24�����,�#"�����,"�����-��n;56���, �./�F"�-�����<����"���,./��-�,�rn,���,���E.|�E.e��./���E24 ���0+./����.e��f

Page 24: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

16

�> �"�C24 ������,./�j��./��24�"��./�*�, �.}��]�^��F"5���!"���,"���b56./�, �������!"�����4ws56./�,�"24��w u ���#v�!"��������w/����������./����,"�x��������,.e5 ������������:�:����.}�,�|./0+��!"������.��, �.}��./�n8���#56����24.}��n:��"���+!"./D,������./D,��"��./ws������./�#������./ws��������������!"��24v�>]�^���fs�;��./��24�"��.|�, �./��.| �./�d.|�����, ������;24����24��56��"��.|��./�n8���#56����24.|�E.e����!"�,�-��!"����� u "�, h�, �.|��./��24�"��D�,"������n��, �.���. u �>]�^r���d24 �"�,./24�,���E./�*"���} ������,./��%�w��ws�����r'�ws"�����,./������n���!"��24"�x�g�, �.}�E./�F��!"�,�*����G�F./��D���#���,.-24 ������,./�C��n8�,./�C��!"!��, �.-�>]�^��>.e��24�#"���,"������f

�C����"!"�;��������./�#���,"������������./5���R��:HJIdR H:�,��./0+��!������,.|�, �.g��. u ��]>^<���E24 �"�,./24�,���E.e��f � �����,�E����./� �,./������m��!"���#"�}¼:fé$�w��|24��5656./�E24"��!�����./����,"�����������,.e5�wz"��� u � u ������f � "����,w � ��� �,�d���>"��24!"����./�}�|��]>^h�F�56��!"��D�8�����8 x���%����.s���8�#����D8�>�[�0+.s�<�@"5���!����8����`�,�����5���!����8.b��HSK4I~c�VYH%Â�Ã+Ä>wx�, x.b�>]>^1���x�>./�-���8���>�4wx�>�n�n8.s�E./�x�nq���5Æ�8 x.� x���� u ���.��>]j^3fm�z.s2B���x�jw � �+�m�8�E���%~5���!�.s5h./���8���+��.s�[���8��x�h�@�:���8.s5Æ�>��!��2Y�.s�������15�.s2B x� D��"��56�3�d./�+��"�E.e���,��������������x������./�#������.G�����������#�,"��!"D8�F������!"��24vb��]>^���f

�m./24�,"����¼:fé$�./� ��!"��"�����, �.��,�#����D8�>�"0:./�A��"56��!"���,"���A�,./24 ���"�+��.g�*����.g�,��5�./�������#.��, �.�����56��./�}��n�j]>^y5���@�@.s�@w�������q.s���1�+n9�8�#� �>~�8�������!��8�[��2Y.sD8�j�[�0:.s�i�@�5��>!�� �8����i�8.s2B x����:��.s��fm�9~�x2B!��>�j.b��2B x��1���F.s�56���>.e!x�����h���6��2424.e���}�,"56.o56����./!�"��56�������������,�=24��56�����E.��, x.�24���F�,�}��nj�����!"��"������"n~n8./�E.e�x�>��]�^>�sf�> �.g2@ x"�<���E./�b56����./!�./� �,./�����G����!"��./��¿ �G5�����./!9µJ����!"�>&:$�¸��,�r��2424��565��������,.g������./�#������.g�����i������D��!"��24v|�>]�^��-\J�m.e24�,"���=¼:f ¼�_:�������, �.}��2424./�F�*�,"56.}56���>./!m.e� �,./�����*��"!"�,���b������¢,��������?¿À�*56����./!�µJ��"!"�,&�Ì:¸\J�m./24�,�����¼:f Ì�_[f��m./24�,�����¼:f É��>./��24�#"��./���,./� u ���v+!"���������*����.��, ��E������ x�����C�, �.��, �./�����f��%����.�./� ./24���,"����,"56.�����./.e�>���`������ x.g��./�#n,���56���x2@.�56./�,��2�����./����!"��"��./�i"�A�m.e24�,"����¼:f ':f��m./24�,"����¼�f º���./��24�"��./���, �.�>]�^6�E./��!"��24./56./��������!""24�������F����56.�f � "����!"!"�4wm����������./�#������.������������#�,"��!"D8��������!"��24v=��]�^>�����d.�"��./n�n8.e24D�,"0+. u "�, x���������d����.e�%����.e�#���,"���=�������,.e5Í������������,w � ��� �,�d����"56��!"./56./���,���7��./n8����!"��������./D8��"��./D,������"����D56./���>����!�"24��n8���9������.e�#�����+.��>]�^>�����x�h�� �����"24��!�5�.e5��������!"!"��24���,"����n8���3�����#�,"��!"D8��������!"��24v��>]�^��}���./� ��!"��"��./��"���m.e24�,"���=¼:fQ¶�f

�x����.-�,�����D,�>�"0+./���F�56��!"���,"���=�,�g5�./���F���d.-�, �.-�x��56��./�C��nx�>]�^r5�"���F./�9n8���C��"����!"./D8������./D8��"��./w�����D��./������+./w����x�i�������+!"��2Bv6�>]>^���f��z�#����D8�>��0+./�<��"5���!"���8"���A5����������!"���,./��0:��!�"����"�,����A�8 �.�����./�#���8"����������,.e5ç������.��,����!".}�,�|"�x0+��v�.��G��]>^��F"5���!"���,���;�����,���E��./�:��]�^�5�"���F./�%������L�V��VI������,���E��./�:��]�^� x"�,�sf�m�����D8���#"0+./�h��"56��!"���,"���h24���h��.|n8�����,./���, ����h�,�#��24./D,�>�"0:.e�h��"56��!"���,"����w:���-"�;�>��.e�G�����; ���0:.|�,�r���E��D24./�F�3�E./n,./�E.e�x24.e�3�, ����x���d.G�,���E��./�x��]>^� �"�,��w �����x24����������56./���F���d.G�, �.G����56��./�C��n��>]�^� x"�,�sf4��"��24������"���"���<� ������./!*µJ)%.e"�x&�Ì:¸+�����A�m����. u ���#5Ç�8�}µQ�7 �!""&�É:¸+���E.7./� ��56��!"./����n����, x.e���������,./56���, ����j���F.7�,�#����D���#"0+./���F�56��!"���,����=n8���C5�.e5�����b�������,./5å�F"5���!"���,"�����sf

� ��� �,�E����56����"����!"���,./�%������.��,����!"./�9�,�|24������.��,�#�����%"�x�,�|�, x.��>]�^r��"56��!"���,���;���=�,���d��./����]>^r56"����.e�����n8��!"!"� u �VUY�� x.���]�^h��"56��!"���,���956��"���,��"�x���7�����,�|���,���24�,���E.�24���#�d./���������>"���=�,�=�, �.��,���E��./����]>^����x�56���#v���� 8V7�/�= ����!"���, �����.-���>���9�� x���:24����E./�F�������r�,�g��56������"�������E./�F./����"�=�, �.-�,���E��./�:�>]�^9f@���>���9"��"D�,"��!""��./�r�����, �.�����./�#���,"�����F�+�F�,./5ç�����:�����:�E./�F"�>./���:"�=�, �.��,���E��./�:�>]�^r���d.-56���v+./��"�=� ��8V��" ���,���,./k����"���=���r��������./�6�����24��56��"�x���,"���r"���, x.����>��n8���5����#fB�� �.���]>^��F"5���!"���,���9����./��������56���>"n8�����>���5�� �#v:./� /�1 � 8i7Q/Q= fm�> �.b ����E� u ���.b�j]>^12B� 2B x.s�����@�>�+�@.s�*�+n%�8 �.[� 8�7�/Q= 5h�����>��x�+��fm�> �.b�x� �8�0:.��j]>^56"���� �������!�.e�9 ������>!".e�� ����E� u ���E.���]>^�56"����.e�����=�,�#��0+./�#�F"�x�=�, �.�������.��,����!". u "�, ����������0+��v�����=�, �.�>]�^6��"56��!"���,���fB�� �.������,"0:.G�>]�^65�"�F�� ������>!"./�*24�����F./��� u �b�,����./�3��n��,�#����� u �.e�r�� x.G���E��24./�������*�E./n,D./�d./��24./�9�G������.-�, �����24������./�%���,���E��./����]>^r56"���sf@���>���956���#v�./� /�1 � 8V7�/�= �E.e����!"��"�="��0+��v�������, �.�����./�D���,"�����������,./5������+.|n8����!"�; �������!"./�}�����`�������G56���#v�./� ��8V�3" �E./����!"�;"�h"��0:��v�"�����, �.g�>]�^`��"56��!"���,���f�> �.��>]�^h��"56��!"���,���9!"�������}�75�������"����n,���3�, �.�n8����!"�,"���������>�d./����"���,�=�, �.o�,���E��./�>��]�^>kt24������.��|����D�>.��[�>� �:.=�+���@�j�+�:!~�+2YvA5h� �>�>~���:k�� ���y2Y �� ���:.��7�8 �.=2Y�+�[�F.��@�>�+���j~���<�>�j��\O�@_3n±�#�+5 �u8��T" �q��� 8i7r/r=���,���,.�fs¯|�h�,���E��./�;��]>^`�E.e��!"��24./56./���,w+�, �.g��"56��!"���,���}24 �������./�G�, �.g���>�9\J��_C24����E./�F��������"���6�,�r�, �.g0+"24D

Page 25: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

17

�,"5Î�>]�^���!"��24v�n8�E��5�� 8V7�/�= �,� ��8i�3" ���,���,.�f � ��� �,�d���� �"��./���, �./�F.�������.��,����!".�24 ������+.e��n8�d��5Í�, �.��E.e������n�, x.�����.s����,��������+���,.s5 u "�, u �#������./��n8���x24�,����x��n8�����, x. *�"V8i=��V��$�" ������� *u/�$�"V�i�3$Q" �E�����8"�x./����A�m��D!~� �[~� f � �+�z�q�#�+�9~5h�>!~.�5h.����q�7�q �~�7n±�+���4�>�>.��[��� ( )3�ô�>�#�+2Y.s�4�4�+�[��µO^j!~� ��& ¼x¸ u ~�q ��z� ( )9�«)9.�n±.s�#.s��2B.�����͵J�m� ( )*&:$�¸+�����< ����E� u ���E.|��]>^<56"���- ������>!""���jfs�> �"�-�,./24 ���"�+��.|"�-��!"����������!""24����!".|n8�������, �./����E��24./�F�����#�����%�����+.��,����!".����,���24�,���E./��fB� ����. u ���#5Î�8�3µJ�o x!""&�É:¸Jwmn,���%.e� ��5���!"./wm"56��!"./56./���,���,�#����D8���#"0+D./�A��"56��!"���,"���An8���}���1�8����) Ê ·�·�·����d��24./������� u "�, A!""�x./���}������.��,����!"./��f � ���#�, �./��w:�, �.��,./24 ��x"�+��.�./� D�,./�����G�,�r������������;56��!"�,"���E��24.e���������>]�^i�F"5���!"���,"���x�Fkt���656��"���,��"��"�x����./�dD8���E��24.e�������}������.g�,����!"./�sf� ��� �,�E���x"56��!"./56./���,�9�, �.G��������d��24./�������C0+./�#�F"���=���x!"� f

�m�����D8���#"0+./�h��"56��!"���,"���hn8�����>]�^��G ����G�, ��E.e.g����0:�����,����./�G��0+./���,�#��24.eD8���#"0+./�h��"56��!"���,"���Cf � "����,w�8�#����Dq�>�#�0:.s�<�@"5��>!����8����`�#�>�x��n8���@�,.s�-������*��x24�>�#����0:.s�# x./���1���x!������`�./!����8�0:.s!"�h��xn8�#./�:��.s���%�,����+.s��j]j^y5h��@�4.s��fm�y�A�@~5h�>!�� �8~�+�x�7�#�>�`�q x�#.s.��q�hnq���>������j.s�F�o�+n95h���:����q�>�j.�nq� �@�q.s�G�q x� �i2B�+5��>� �[���:!�.�,�#��24.eD8���#"0+./����"56��!"���,"������fB�m.e24������wm�,�����D8�>�"0+./����"5���!"���,"���r�����,���#��!"!"�� x������!"./��56��!"�,"���d�������5�56./�u �:��v�!��:�m���mf+�� ���F��wj�B�j��.����j�m�x.��m�������m�F�±��m!�D?�B�j����!��:2evi�;]�^��B�5A��!��m�±��:������.��x�j��[.r�������m5<�2e�m!�!��24 ������+"��������./�#���,"�����������,.e5ç���n,���56���,"���=�, ����:��% ����E�r�,�g./��24��������!"���,.-"�=���,���24./w�VYÈ c;È w�������./D8��"��.-���FD��"����56./���,w��� �����"24��!�������.-����56��./��3���������,�,�"�����,.e��f@�> �.-��"56��!"���,���C ����3��2424.e���9�,������24 �"��n8���5����,"���nq���5Æ�8 x.����>./�[���8~�x�h�@�+�@�8.s5Æ��� �+.��8���+!�.+f ���[��2B.sDq�>�[�0:.s�`�@�5��>!����8~���`�8.s2B x�x~�+�>.s��2B� �`�@�5��>!����8.�����D���E��� "56���,.}�����+.eD8��"��.}������"����56./���+���x���� ��+�F"24��!z56./56���#�|��!"!"��24���,�����wsVBÈ c;È �s���C����"��n,�����-���#"����������./�µJ� ��!"!"&�¼:¸,f

�m��������#"0+./����"56��!"��������b x���*� u �|��"������0+���x�,����./�sf � "�#�F�,ws��+����!��|24��!�2@��!"���,./�*�, �.�����56��./����n��,���E��./��>]>^�5������.s�����x���./�+�>"�./�����8 x./���8./2B x����+��.s���8�65�./�������.b�8 �.b�x��5���.s����n*�j]�^1 ���8��wxVeÈ cCÈ wx�����n,�!"��x�24�����x�,./�#��µJ�m��,./&�Ì�¸Jw�./� �,./�#�x��!>���E����.s��µJ¦�����!�&�¼�¸8f��m./24���x�>w:�8�#����D8�>�#"0:./�A���56��!����,����A�E./�+����d./����./��������,.������9n8���C��"56��!"���,"����56��!"�,"��!".-�>]�^���f@�8��"�9�������F"��!".-�,������.-�,./24 ���"�+��./�9n8���;��"56��!"�,����./�����9�F"5���!"���,"�����nx56��!"�,"��!".-�>]�^>��µQ�1���,�#¶�·�w� �"!"!�»�&�w�¥�"56&:$�¸ "���,�����D,�>�"0:.e���F�56��!"���,����9n8���C��]>^��9�, ����x�F���,"��n8���, x.-"��D2B!��>�@��+�`������>.s�[�8�{µS�1� �8�[¶@·x¸qf � ���m�8����%�j��.s�o�x�+�%�5h��!�.s5h.s�x�%�8 �.s�@.b�q.s2B x�x~�:��.s�o�����1�9�>�@.��@.s�����[���q.�������n8����./��24 ���]�^<��"56��!"���,"���Cf/�> �.7����./�#���,"���r�F�+�F�,./5Ø"���,�E������24./��0:���"���,"���6"���� �����"24��!�56./56���#���!�!���24���8����<�+.s� u .s./�`5���!��8���!".��#�>�x����n%� u ���#v+!������3f �%5���x�5����.b���>24 `0:���#����8����x�����hnq!����@ x��x���8 x.�� ��+�F"24��!�56./56������,�=�7�+��".e��24./���>�F�,���,.o��.en8���E.�./��24 ��F"5���!"���,"���CfY�8��56����"56��!����,"������wz0+���#"����"!""�,��"��, �.��x��56��./�;��nx��]�^r5�"�F��./�%��./� u ./.e�=56��!"�,"��!".-�E�����%��nx�, �.�����56. u ���v�!������r"�%���,���,"���,"24��!"!"��"����"�����n,D"24�����*\8ãr$�à�_#f

�m�����D8���#"0+./�A��"56��!"��������h�,./24 ���"�+��.e��24���h��2424�������;n8���}����.e�#���,"���6�������,./5���./ ���0+����f�^��6!"��24v+"���"���, �.}�>]�^�����������.��,����!".}5�������"���+�*�,�|24����.������������,�G�E./����"�E.e��n8���;�F"5���!"���,"�������x�����#���� ������>!""����w�, �.���"56��!"���,���*24������"56��!"���,.G�>]�^����*24��24 �.�56"����./�3�,�b���>���d./���F./�������,��"�>.G�, �.�!"��24v+.e���d./��"������fB �� u D./0+./��w+� u �������x����!".7�,��"����!"���,.|�, �.|�,����A �������!""���r24���>.7���x�<�����,��"���m��!"���#"������,���gn8. u ������./��f/�;"��D�@�,.s����!���2Bvh��.s���#!��h��!�!j�8 x.bv+./�[�x./!��,.s�m�*���x���j���8��5����>��"�x�+��f �> x���@w � ��� �8�E���*������x���+!�.b�8�6�@�5���!����,.v�./�#��./!��>]�^i56��F��./��f��8�C�F"5���!"���,./������!"�6����./�}�>]�^i56"����./�G�����iv�./�#��./!>��]�^i5�"�F��./�G���24���#�[.e�i�>��.���������,��24�����+"���b�����#"���bª�!".-�[¬z¯rf

�m�����D8���#"0+./�r��"56��!"���,"���r"���70+./�#�=n,���F����"56��!"���,"���r�,./24 ���"�+��. u �./�r�, �.�5�"�����#���,"��"��0+./��=!�� uµJ�o x!""&�É�w�]�./��./&�':¸Jwz���}"�>��n8�,./��"�}n8���3��]>^���fe¯7�, �./�3�d./��./���d24 �./�#�}"�����,�E��56./���>./� .e24���,����!"./�}�����A����./����,D~�x�A�@�:�@�8.s5h�o�q���>.s�[nq�+�[5Æ5h.s5h���[�A�@�:�@�8.s5´�@~5h��!~���q��+�x�@w>VeÈ cCÈ w ( 2B�8~0:.=�1.s5h�+�[�{µO]>.s�:.s&�'x¸Sw��j���+�m~.µJ�� �./��&�Ì���ws�� �./��&�Ì��:¸Jws����� ( �x¯|�£µJ�m�"0:&�É:¸8fF�:���|�����:����.}�, �"�*�,./24 ���"�+��.����*�:�>"�������+ ���0:.}��2424./�F�%�,����h"�����,�E��56./���,���,"���h�F�+�F�,./5�n8����� ��!"�����-�, ���� u ���#v�./�<�������+����56"24��!"!��r!""�xv�./�<!"����#���#"./�Fw+����.e�#���,"����������,.e5°�E./n,./�E./��24.e��w:���x�i�F���������#�,./�`5���!"�,"���d���+���565�"���jf � "����!"!"�4w � ��� �,�d���C������������,�G��"56��!"���,"���A��n� u ��D8!"./0+./!��>]�^���w u "�, ���� u "�, ������x56��!"�,"D8!"./0+./!�"��24!"����"���<µJ^���./�#»�»:¸8f

Page 26: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

18

�> x.b����5��+./����n%�>]>^�5������.s����x24���[�#./���+���=�>]>^�2B���<��n8�8./�<�+.b56���>.b���[����,�[���#�!�����5���!�!j������xD24�E.e����"�����, �.�����56��./�9��n>��]>^���!"��24v����,�=56���6�, �.�24��56��!"./�,. u ���#v�"������.e����n�� u ���v�!������9fY �� u ./0+./�,w56������5�"24�d�����d��24./�������9��./�F�������"��24!"����.��7�>]�^h����D824 �"��������24 ���6���E.e�|24�������,�������,��!""56"�>�� x.���./��"��������,"��������0:��"!"����!".��,�=���E��24./���F���9��./��"����./�#�7µJ¢,������&�É�w�¦����+!"&�É��:¸8fY�8��!"���,./�924 ������,.e�#��wz�j�� �� u �, �.o./n�n8.e24D�8~0�.s��.s�@�7��n3�8 �.���. u �j]j^y���[2B �~�8.s2Y�8�>�#.s�o�:�A2B�+5h��� �[~�x�A.s�z.s2Y�>�8~���i�q�5h.��4��.�.s�j�>���7nq�+�G�j�n±n±.s�.s����>]�^����, ����>��2424������24��56���������!".�24 �"�����E.e�:fY�8���, �"����./24�,"����wz�>�>.e��24�#"��.��, �.����E.e�|56����./!��>����.��,�=./�F�,"D56���,.G�, �.-24 �"�r���E./��24�����x��nx����]>^9f

�> �.����"5������24��56������./������nx���>]�^r"�9�, �.-�����,�������, �kt�,���������������,�����#�������w����#"0+./�#�Fw�56��!"�,"��!"./� D�:���4wj�m�����B.����B.��m5A��� f��}.��4�±�5A�m�±.��± �.r�m�F.��62e�:�4���j�B����i�q �.r5A�:��.�!*���[�:�j�:�B.������i�{�j!���.��7VsH�KeNdȵJ����!"�>&:$�¸sn8����n,��!"!"��D8��������24"���,"0+.}��������./�,D,���F����24"���,"0:.�24��24 �./��f[�> �.�5�����./!m24��!"24��!����,.e�*�, �.}���d./�-"�b����"�,��+n9IEV,cxP"MeHSV[I-W/P?H�Vu�/X+P"� KBN"V[L�HSMb\

rbe_qk��8 �.�����5h�+.��G��n9�#.s�:��@�q.s�G2B.�!�!~�o�8 ����92B���i�+.=�5h��!~.s5h.s�x�q.s�y��i�8 �.

����56.o���E.e��f � "�����E./�}¼�D#$������h¼�D8¼|"!"!������,����,.o �� u �, �.o5�����./!�./���,"56���,./�}24 �"�����E./�|n8���3��]�^>�sfe�> �.on,���D5���!���.bn8����nq��!�!"�+D8��������24"���,�0+.�\ ( �E./�����R�8_*��������./�8D8���@����2B"���,�0+.��>]>^>��\ ( �E./���Q�R�8_*���E.b����nq��!�!"� u ��w u x./�E.� ��!"��24v��3"�9�, �.G����5���./�C��nx��]>^���!"��24v��VU

Areafac = PLA + RAM + CAM = 130 + 0.6 * (#blocks + 6) * ((#data bits + #status bits) + 6) + 0.6 *(√2 * #blocks + 6) * (√2 * #tag bits + 6)

Areasac = PLA + Data-RAM + Tag-RAM = 130 + 0.6 * (#sets + 6) * ((#data bits * associativity) +6) + 0.6 * (#sets + 12) * (((#tag bits +#status bits -lg2(#sets)) * associativity) + 6)

Figure 2-1: Fully-associative TLB area model assumptions

Figure 2-2: Set-associative TLB area model assumptions

�����F.��, �.�./� ��24�:�F��5�.�.e���,"56���,./�%���%"������!"��./��¿ �%56����./!?fF�> �.�������"����!z5�����./!z�����F��56./�%�, ����:���#"0+D./���w����E./24 ����d�+.-24"�E24��"�,�#�4w��������F./����.-��56���9n8���C./��24 �����#���b ���0+.-������0:.e�E �./���r./�+����!��,���F��o��"�,� u "��.

Tag Array

Data Array

RAM cells

Drivers +

tag bits6

6

nblocks

data+status 6

6

CAM cells

nblocks

Sense Amps

Tag Array Data Array

RAM cells

Drivers +

Comparator

(t+s-lg(s))*a)6

6

6

nsets

(d*a) 6

nsets

6 Sense Amps

Page 27: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

19

�����6��"�|��!"��24v��� �"�+ �kt����!""�6���E./���3�� � "�����d./��¼�D[$������6¼�D8¼:f4�q�x���F����5�.e���, �������./�,D,��������24"���,"0:.G�>]�^6�,���24��56��������,���#�%��2424�����g�������d./�G24��5����������!�.����g��"���,������kt24 �./24v�./�����E./�G"� � "�����E.-¼�D8¼:f��> �.�56����./!z���FD����56./�����+�����E.��� �����./��n8���������8 A) ( ��������� ( �Ë24./!"!���f��8�<���#��2B�,"2B./w�n8��!�!"�+D8��������24"���,"0:.��>]�^�"5���!"./D5�.s���8���8~���x�o��i2B���@�q��5 © ]j�z�95�� �82B `�8 �.b�>��82B �.s�o��n9�8 x.�� ( �æ���x�y) ( �æ���[�#� �+��fm�> ���o�[.s�@�>!��8�o~��E.e24�,���x����!"�����F x����./�i24.e!"!��G�, ����C���E.g��"n�n8./�d./���Cn8�d��5°�, �.����������d.�24./!"!>���F����56���,"���A"�A�, �.�56����./!?f��> �.56���>.e!x���F����56./���, ����>�|) ( �´24./!"!�"�}·:f º|���.o�����h�, ����>�|� ( �³24.e!"!x"��� u "24.o���}!"���d��.o���}�|) ( �³24.e!"!df�> �.75�����./!���������56./�-��0+./�E �./���<n8����24�����,�d��!�!�����"2������`��./24����./��-�,����.|��24�������,������$�Ì�·:fs^�./��"��./�-�, �.��������56���,������%"�=�, �.����#"��"����!�56����./!"w��x56��v+.��, �.�n8��!"!"� u "������������56���,"�����%���������:�, �.�����56��./�;��n���"�,�"������]�^���!"��24v4U

� �@�q���8�>�o�+~�8�o��7�8 x.�����5h�+.s�G�+n9�@�8���q���o�:��8�o�>.s�G�j]>^y�+!��+2Bv;fm�9���@�4��5h.�����.��@�8� �8�>�o�+��%�>.s�G�j]>^��!"��24v�kt�, x.

used��"�*\Qn8���C���F./������D8]�)%��d./��!���24.e5�.e�x�,_#f

� �������g��"�,�}"���, �.o����56��./�3��nj��"�,�}"�6�, �.o�>���,�|������j��nj�g��]�^A��!"��24v�fe�j��������5�.o�, ����j�, �.o�����,�g��"�,�"��24!"����.g�bÌ�º�D,��"�;����¦Æ\QÉ�»�D,��"�;�� ��+�F�2@��!��������d./���-D�$�¼�D8��"�;�����F.g�����+.|��n�n8�F./�,_C�����`��"��.g���,�,�������,.g����,�"��24!"����"���g����.}5�����"ª�./����"�#f ( 24��56��!�.e�,./D8��������!"��24vg�>]�^� ����%Mws�, �.���������!"��24vgn8��24�,����w��,"56./�%���*5�����������,����"�,��f ( ������./�#������.|��]>^<��!"��24vr�����>�����mÏ{ª�./!"�<�, �����"��!�� Ô \J����56��./����n;�F���������#�,./�<������.|��"��./�F_��"�,��f ( ������,"��!"D8��������!"��24vb�>]�^���!"��24vb�����>�9������./D,������m^����,�,�������,.�f

� �,���b��"�,�9"�3�, �.-����56��./�C��nx��"�,�3"���, �.-�,���b�����#����nx����]�^���!"��2@vb���x�r��9��!"�����, �. u "���, ���n��� x.-�,���24��56��������,���#fY�� x.��,������"�,��"��24!"����.��r$�¼�D8��"�������x�,.e� �>�8¡owz�|'�¼�D8��"� © ��¦Ø\Jº�É�D8��"��0:"��,����!:�������d./����D3$�¼�D��"�:�����F.�������.���n�n,��./�,_:���������x.}����56���d.�0+��!""����"�,�4¹�fF�> �./�d.}���d.�!"���� B\QM_�n,. u ./���,���g��"�,�*��56��!"!"./��"��������D��!"��24vb�>]�^��3���3�, �./�b���,���d.G����!"�b�, �. © ��^�¦Af@�q���F����./�������.G��]�^>�9!����� 4\JM_�����,�9��n��, �. © ��¦�w �, �.G� ( �m¥n,�./!��>w����E.b�>�+�*¿À�%24���.b�+��8���8 x���%�%5��+�>./!������ u ���,���h�+��8��.s��2B *f �m~�x�+!�./Dq�����+.sDq�����.swx�@����.s�#�����:./wx���x�24��56��!".e�,./D8��������!"��24v��>]�^r��!"��24v��9 ���0+.-����.-0+��!""�r��"�������r�����#�,"��!"D8��������!"��24v��>]�^r��!"��24v��9 ���0+.-M�0+��!�"���"�,�9"���, �.G�,���jf

�> x������x��!��+�8"2B��!j5����>./!���!�!�� u ���=�@�5���!�.b�+��24v+Dq��nqD8�8 x./Dq./�x0:./!�����.b./�@�8"5����8.b��n%�8 x.b24 x��i���d./�=nq���0:� �#~���>�o�>]j^1�>���[��5�.s�q.s�#��fm�q�i�./� !��5h��!�.s5h.s�x�8� �8������@wx�q x.�nq���[5��>!�� .b5h���@�%�:.b� �����>�@�8.s�1nq�+�-5h���x�© ]��m�����d��24./���*���x��"56��!"./56./���,���,"�����>.e��.e�x��./���+�������5�.e�,./�#�sf��������g�����,"5�"�����,"�����%�����|�����:24������"��D./�� �./�E.���!"���6��n,n8./24�C�, x.���2B24���#��24����n*�, x"��5����>./!?f��> �.b��"��.���n*�>��0+./�#�������������!"!"����n8���x24�,����A��n*�, x.����56��.e����nj��"�,�}���3��!"��24v���kt�, �.o5�����./!x�����F��56./�}�, �./5Ç�,�=��.7��nj24���x�F�,�����j��"��./²������*¿ �j24���d.o��"�,��56�����.���56��!�!".e�3�, ������ u ��� ( �´24./!"!"��²z!"���E��.o��]>^h"56��!"./56./���,���,"���x�����E.�����!""�>"���,�=56��!"�,"��!".o����#����� u "�, �@./�����[���8.b�>�[�0:.s�#�@wx�>.s24�+�>./�[�����x�15���!��8���!�.s�m���#�@k¨�8 x.b5����j./!����@����5h./�o�=�@��x�+!�.b5����x�+!���, x�2|���#�[���+f�> �.����#"�+"����!>56����./!>�+��0:.�./�F�8"56���,./���, ���� u ./�.�24��56���������!".��,�624��24 �./������"!��C������������, �.��,�56.��, �.������.e� u ���-������!""�� �./�`"�h�, �.|./���#!"��$�&�&�·���f��C ���0+.g�����;���z�~�����,./�`����0:��!""�����,./�`�, �.g56���>.e!�n8���}56�����© ]��m�x���d��24./���924 ������+.e�3�, ����x ���0+.-��"��24.G��2424���#�d./�9f

�>]�^A��2424./�F���,"56.o"����!"���=����"5������#�������>56./�,�#"2-�����A��./�F�����24�����F�,�#��"���j���}�, �.7��]>^A��n,�,./�6!""./�}����, �.}���E��24./�F������24�"�,�2@��!m�����, CfF)*./24./��� © ]��m�:�,./24 �����!"���+�|�,�d./���>�C ���0+.}"��24�d./����./���, �.}"5�������,����24.���n+��2@D24./�F�9�,"56.��E./!"���,"0+.-�,�|24 �������d./�:f��� �"����./��"����./�#�% ���0:.����="��24�d./����"��������56��./�;��n��,�#������"���,����9���;24 �"����E.e�o��0:��"!"����!".��,�b�, �./5Î������24��������������"!��6!"���E��.Gª��#�F�,D8!"./0+./!+24��24 �./�3���*��]>^�������.��,�b��2424./�F���,"56.�24����D���,�#��"���,��f��8�A�d./��!>�56��!�.e5�./���,���,"������24"�d24��"�C������!�����"���,����!��Fw�����24 A��������"2B.ew����d./�>"24�C�>]�^i��2424./�����,"56.��2424���#���,./!"� fs¡7��.g�,�r!"��24v���nC��./�,��"!"./�`24"�E24������56��!"./56./���,���,"�����G�����i�� x.|!"���E��.g����56��./����nC��]>^`24����Dª������#���,"���������,����"./�>w�������.7���6������!"���,"24��!x5�����./!x���d��������.e�A�������!"�,���6�����A¢8��������*µQ��"!���&�Ì:¸Qw u �"24

1. The original model assumes tag valid bits to occupy a smaller area than CAM cells—(√¼

x 1) vs. (√¼

x √¼�_

timesa RAM cell. I assume valid bits to have the same area as a CAM cell as I use CAM cells in partial-subblock TLBs(Section5.1.2). In practice, valid bits are smaller and my model overestimates the area.

Page 28: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

20

"�G����./� �,./����"���h��n;�, �.g������!"�+�,"24��!�56����./!����E��������./�`�����A�����bVYH�K@N±È+µJ�A���>��&�¼:¸8fs�� x.|56���>./!��>.e�#"0+./���"56��!".�.e�+�����,"�����G�, x���C���d./���24�C��2424./���G���x�i24��24!�.g�,"5�./�G���G��n8����24�,"���A��nC0:����������24��24 x.g���x� © ]��m����E��24./�F�3�����#��56./�,.e�#��f@��./���,./�����, �.G56����./!�"���F./0+./�#��! u �����VUÓ �%��������5�.b�8 �.b�x��5���./�-��n*�8�������x���>���8�=����,�������>.s��24�["�+./����<�z./2B�,�����¼�f ¼=n8�����=º�É�D8�+"�*���>�>�E./�@�������24.�f4�> �.G���"�������!+56����./!+��������56./���, ������,������"�,�3���E.��F�����"ª�24�����,!"��n8. u ./�*�, x���������,�o��"�,�3���x�6����./������x�����,"56"��.G�, �.G�,���b���#��������#"0+./���f4��]�^>�9n8���*º�É�D8��"�x�����>�d./���9������2@./�356���� ���0+.G56���E.G�,���b��"�,�3�, ���������,����"�,��f@����"��.-�, �.G�,���b����#���b���#"0+./���w�"����./��D8��������24"���,"0+.G��]>^���w�����"���b�, �.G�F��5�.-��!"�+���"�, �5å���F./��"��, �.-���"�+"����!�56����./!��,���F"��.G�, �.-�>���,�����#�#���b����0+./���f

Ó �*56����./!>0+��!""�i��"�,��"�A�, x.g�,���624��56��������,���Ef ( ����./���>"� ( "��24!"����./����!"�,./�#�����,.�"5���!"./56./���8���,"���x�n8���%0+��!""����"�,��n8���%�F�����!"./D8������./D8�F"��.��������F����./�������.���]>^���f ( ����./����"�7^6./� ��!"���������!"�,./������,. u ���+���,���x24!����>.b5���!��8"��!�.b���>���+!���24v+Dq0:��!�����+��,����<�@���+��!���24vh�>]>^>��f��%5����>.s!j�8 �.b!�.s���@�*./n8n,�24�.s��� u �����8�6��xD24!"���>.���������!"��24v+D,0:��!""����"�,��"�r�����#�,"��!"D8��������!"��24v=�>]�^���f � �����,./�%"56��!"./56./���,���,"���������d.������F��"��!".�fB�>��!"���56���>.e!�������.e�#������.G��]>^��9�,��"��24!"����.-�>���C¿À��24���E.-��"�,�3"�=�, x.-�,���jf

Ó �*����.��=��"5���!�./��56��!"�,���!�./� ���}�>�#"0:./��"�<��./�,D8��������24����,�0+.��>]>^����n*�, �.b����56��.s�}��n*�>���,�=��"�,���./��������x��n��, �.G�>���,�����#�����"�3����56.G���3�, �.G�x��56��./�*��n������,�����x��"�,��f4������.G��¼�D8���,����.G���#"0+./�*"�����,./������n���Ì�D���,����.-�>�"0:.e�*����./�r��=�, �.G������"����!�56���>.e!?f

Ó �%.s� �8./�x�>.s���8 x.b�>���8�=) ( �Ë5����>./!��,�������������#�*2B��5���!�.s�,.sD8�@���+��!���24vh�>]>^>�@k u ��, `���x� u ��8 �������, �.|���F.g��n;24��!"��56��5���!"�,"��!"./� ���#�-���-�>.e��24�#"��.e�`"� ( ����./����"�7�7f ( 24��56��!"./�,./D8�F������!"��24vr�>]�^`ª��,�-"��, �.-���"�+"����!�56����./!����9��24��24 �.-�����������#�,"��� u ���d���E./�����9��56��!�!".e�*�, ����=�, x.-��!"��24vb��"��.�f

Ó �> �.�������"����!>56���>./!>����./�������C�����������#�C� ( �����#�������f��*�>./0+./!"����./�i��56���>./!>n,���}��� ( �����#�#�������"�����, �.}��./�,D8���F����24"���,�0+.}24��56�����#���,�������x� u ���d��!"���.}5�����./!"��fF����������56.��, ����:�, �.���"�,!""��./�%��n��G� ( ����#����r��.e x��0+.7��� u ���E��!""��./�������"���r�,����24��5������#"�F���Cfe�;��!"������������56.7�, ����j�, �.7��.e�,D8��������24"���,"0+.724��5�D�����#���,���C56����./!"�9��� ( � u ���E��24��56��������,���#f

Ó �%���@����5�.��8 �.b����.���n*�=����x��!�.b) ( �Ë���-� ( �Ë���#�#������<�=�?.s24�,���x����!������� x����.�f ¯|�, x./�����d�+���������D�,"�����35����b��.�n,�����,./�*�,����2424./����f4��"!"�,����������¢8��������?¿À�356����./!"w n,���*.e� ��5���!"./w �����F��56./�3�, ����x�, �.�����#������ ���>����z�5h���q.����4�:��� �.��@ ����>.+fm]j� ��+.=���[�[���:�o5h���A�:.�nq���4�8.s�G�q��� 2B2B.��@� u �.s�i�@��!~��9����8�h5��>!~�8~��!~.��56��!"!"./�C���#������9�������, �./"�C�E./�F��!"�,�924��5���"��./�9f

�8���7�E./��!�"56��!"./56./���,���,"���xwz56������24"�E24��"�>�����,"56"����������������E.������F��"��!".��, x����24����"56���E��0:.��, �.���24D24./�F�3�,"56.G���b�����,"56"������b�, �.-24�#"�,"24��!������, Cf@�> �./�E.en8���E./w��, �.G�����F��!"���,.G0+��!"��.G��n��, �.-��2424./���9�,"56.G"�9�x����Y,�x�>,n±,2/�z�>���z�>�¨�-���F.��Y. �>���[. !,�z�?,0�.��z2/2/. �Y�b�?,5<. ���x.�� u . . ���± j.��;,n±nd. �[. �>���;]C^¨���[�x���>,�z�z�?,���>��, ��E������ x�����x�, �.-�, �./��"��f@�� �./�E.-���E.-����5�.-24��0+./���,�9n8���C����,.e�#���E.e�,����b�� x.e��.G�d./����!"�,�VUÓ �> �.g� ( ��56����./!>"���bn,"�#�F�C���E��./�}�������E��� "56���,"���A�����i�, x.g��2424./���G�,"56.�n,���}��n,��!"!"��D8��������24"���,"0+.�>]�^�n,�E��5å�, �"�356����./!�"�9�����x24��56���������!".G�,�g�, x.-��2424./�F�3�,"56.-n8���C����./�,D,���F����24"���,"0:.-�>]�^9f

Ó ����24!".��,�56./�����d.���!"���=���r"5�������,������24������"��./�#���,"���r"����]>^��>.e��"�+�CfY����24!".��,"56.��>"n~n8./���n8�E��5Í��24D24./�F�-�,"56.7���r�, �.7�,"56.7�E./�+��"�E.e�<�,�����d./24 ����E��.70:���"������24"�E24��"�,��f/�;����.7��2424./�F�-�,"56.7"�����,./���<��n�24��24!".�,"5�.�����24"�E24��"�C�>./��"���x./�#�G x��0+.�24������"�>./�#����!".�!�./. u ���6��A0+����+"�����, �.����E./24 ����E�+.g�8"56./���������E����./���"��"���|��n:���E./24 ����E��.��,�#������"���,�����fF¦����,.}�, ����+24 ������+"���|�, �.}�F���.���n+���E./24 ����E��.}�,�������"���,���#�C24 ������+./�C24��D����24"�,���x2@./�3����� u "!"!���n~n8./24���, �.G��2424./�F�3�,"56.-24��!�24��!"���,./�� �./�d.�f

Ó �> �.�56���>.e!:����.e��������"�x2@!�����.�"��n8��!�!"��D8�����F��24"���,"0+.��>]�^������������,������56��!"�,"��!"./� ���%��././��./���,�b"5�D��!"./56./���>�����ô���������F�}56����.o���9������./�#������.�������������,"��!"D,��������!"��24v=�>]�^h�� ��+�F"24��!����>���E./�F�}��./��./���D�,"���Cf

Page 29: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

21

Ó �����F�C"5������#�,�����8!"�Bw:�, �.�56����./!> ����������;��././�A0:��!""�>���,./�i���+��"�����C�������F��"24.��F�56��!"���,"���x�sf������x������#�,�-��n;�, �.|���#"��"����!�56����./! u ./�E.|0+��!""�����,.e�tµJ��"!"�,&�Ì:¸:n8�������d./���,./���, ����y$�·�·b�d� u ��fs�8w+ �� u ./0+./��w+����.�, �.-����5�.-) ( �°56���>.e!�./0+./� u �.e���, �.G����56��./�C��n��d� u �3"�9!"./���9�, ����<$�·�·:f

�> �.��d./!"���,"0:.���2424./�F���,"56.���./� u .e./�r� u ���>]�^�24����ª��+���#���,"������"������"���>"24���,"���r��n��, �.�24��������n>"56D��!"./56./���,"��������]�^>kt�������, �./�*2@���F�x"�3�, �.G24 �"�r���E./��24��!"24��!"���,./�����3"���m./24�,"����¼:f ¼:f4�> �.-24�����,�3�����F.G"��D�,./�E./���,"���6�+��.e���,����������������C�, �.g�#.e!����,"0+.�56./�#"�,����n*�, �.���"n,n8./�E./���C��]>^��������������624��5������#"�����A����"�������!"�b����56��./�C��nx�>]�^�56"����./�9���C./� ./24���,"�����,"56.G����./.e�>����� u ����!"����.-���24��56��!"./�,.�f

�C���F.g�,./�hÌ�¼�D8��"�;��"���+!".eD8���F./� u ���v+!"�������Gn8�E��5���"n�n8./�d./���;������!""24���,"���h���E./����kt��24".e�x���ª�24w:"���,./��./��w�>���,��������.sw����x��n8���x2B�,�������!j��������[��5�5�����+k¨�,��./0:��!������,.b�8 �.b��./�#nq���#5����x2B.���n%0+���#��������j]�^1"5���!�./D56./���,���,"���x�sfY�jª�����>��./��24�"��.o�� x. u ���#v�!"�������}�����h�, �./����"��24�������, �.o24������.e�+��./��24./����n>24����24./���,�#���,"������=�, �./��. u ���v+!"��������f l¡cbxRcb¢b�bsR{Vade�yrwbxuxR�b£�cb�Vwb¤b�¥xue�]?suwb� ����� gVsRs ���E.-n8�d��5å�, �.-�m������&�¼��F��"�,.�µJ� ������&:$�¸Q²z�zr~fe�_�w "�-��¦ ( �=��./��24 �56���v�µQ^>��"!"&:$�¸:����./�#���,"���r������º�É Ê º�É Ê º�É�56���,�#"� ² ade�¦b_ ����� e�~f§�{iy ���E.|����"D���E��24./�F������0+./�#��"������n8�d��5Ø�, �.7�m��] ( �m ç��./��24 �56���#v�����"�,.�µJ� "�x��&�¼:¸J² sR{Vyrcbt µJ)*��56��&�Ì:¸+"���g�>.e�>��24�,"0+.�����,��������.|./��./24���,"���r����./�F�,./�<!"�����=�~��"��²©¨ � µ ( ����./&:$��j¸:"��./� ./24���,"���r�����,�E./�F�-�,./�F�������, �.|�����#������.24��!"!"./24�,���-µQ)%./����&�É:¸8f4������.-���m�����m� ( )%�����,���,"��� u "�, ���É�·��� =���m����./�#�m� ( )%�{���E��24./�F�����*n8���C��!"!��, �.��"56��!"���,"������f

� ����!�.-¼�D[$}��"����!"���+� u ���#v�!"�����h�����,��w u "�, ��, �. u ���v+!"�������}�����#��./�An,�E��5�56�����>�,�=!"./�����>��./�d24./���>��n����./���8"5�.�����./���*���<�>]>^�56����� x���x��!�"�x��n8�����=�m����./�#�m� ( )%�Ý���E��24./�������#f��}��!���5��x��� u �6�������, x�./.��"0:.7�,���,��!������<����./��./� ./24���,"�����,"56./w��� �� u "���r�, ������, �./�F. u ���v+!"�������-�F��.e�x�A5������j��n;�, �./"���,"56.7������./��56���>.�f��� �"�%"�*"56������,�����:���*56�g��"56��!"���,"�����*�>�7�x���+��2424�������+n8��������.e�#���,"���g�������,./5 �>]�^�56"����D./��f�����!"��5�����n8���������x��n~�0+.��+"0:.��, x.�����5���./����n*����./���>]�^�56�����./��\Jn8���}�8 �.��m����./�#�m� ( )%�Ý���E��24.s��D������¿À���>]>^�_%���x���, �.b��./�24.s���*��n*����./�-�,"5�.�����./�x�C��.s�0:�24������, x./��.�5�"�@��./��\J��������5�"�x�6�=n8���#�,��24�+24!�.�>]�^�5�"������./����!��,�+_[f��*./���8"56���,.��, x.�����5���./����n*�>]>^i5�"����./���+�6����"�x� � ���m�,�?���C�,�6��"5���!����8.��m����./�#D�z� ( )%�|¿Ñ���j]>^>ktº�É�D8�+!���24vhn8��!�!��+D8���@����24����8�0:.��@����+!�.sD8�����+./Dq�����.�\JÉ�¥-^>_*�j]>^����@"�x�h�, x.b�>]>^1�E./��!���24.sD5A.������m!,���:����± �5���.��B2e�F,��.�����y��.�2e�±��:�<¼�fÀº�f��-��!��j5<�y�B��h�4 >� u ���± �.r���j5<��.��o�:n}2e�m2e �.r5A,�4�B.��\J"��24!"���>./������.e�3�����Av�./���./!�24��24 �.o5�"�F��./��_>���24���#�d./�h�����, �.o�m����./��m� ( )%�7¿À�}!".e0:./!"D,� u �=24��24 x.ek«$��1^��"�E./24�,D856������./�i24��24 �. u ��, hÌ�¼�D,���+��.�24��24 �.�!""��./�sf��*56./���F���#.g�, �"������"���6 ����� u ���E.g24�������,.e�#�G��h�, �.24��24 �.G24�����,�d��!"!�.e�#f4¦=���,.G�, ������F��56.G��n��, �./�F. u ���v+!"��������"��24���*5����E.G��]>^656"���F./���, �����24��2@ x.G56"����./�sf

Table 2-1: Workload characteristics (40MHz SuperSPARC processor)

Workload total time(seconds)

user time(seconds)

#user TLBmisses for

SuperSPARCTLB

(thousands)

% user time inTLB misshandling

#(user+kernel)cache missesSuperSPARC

Ecache(thousands)

Peak MemoryUsage (MB)

coral 177 172 85974 50% 71053 19.9

nasa7 387 385 152357 40% 64213 3.5

compress 99 77 21347 28% 21567 1.4

fftpde 55 53 11280 21% 14472 14.7

wave5 110 107 14510 14% 4583 14.3

mp3d 37 36 4050 11% 5457 4.8

spice 620 617 41923 7% 81949 3.6

pthor 48 35 2580 7% 6957 15.4

ML 945 917 38423 4% 314137 32.0

gcc 118 105 2440 2% 9980 5.6

Page 30: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

22

�>]>^�5������.s��5������+.�5����E.b"5������#�,���x�*�, x���<24��24 x.b5�"�@��./�@w��+./2B���>��./wx"�<5����x�����+���8./5��@w��>]>^�5�������./����!"�,��"��!"���d�+.e�*�, x����24��24 �.�56"���3��.e����!"�,� f � "����!"!��4w 24��!"��56����./0+./����"����!"���+�3�, �.G��.e��vb5�.e5���������FD����.G��nx./��24 u ���v+!"������"��56./���������,./��f

õ�POLjHJVLjHJPSR4L+K@NON ¾ MVNOV�/HQVU�Ð}R4IT4NOR4K4U�M�H ½ K H+Ma�VL�UgMPÀc:L�P ª%�[K4LjH�HJPO�7V3POL`ÂzÃ+ÄA�7POMM ½ K4L�U�NOPOL/c;È/�t �"!".756��������E�����#��56�� ���0+.���./��!""�+"��!".��>]�^�5�"�����#���,"���������������x������.e��./ª���n,�E��5���]�^h��./�n8���#56����24.�"56���E��0+./D56./���,�9��nx�, �.-�x. u ��]>^r���d24 �"�,./24�,���E./��w�56�b�d./����!"�,�3���d.G�����!"!��E./!"./0+�����xn,���C� u �g�E./����������f

� "�#���,w/�,�������j¿À�*56"24�E�����E��24.e�������#�*���d.}���F./��"�b�-0:���"./�,�g��n:24��56�����,./���wsn,�E��5 !������,�����*�,�75���!"�,"���d��D24./�F�����%��./�0+./�#��f ( �>]�^��, �����24���� ����x��!".�!"���E��./� u ���v+!"��������56��v+./�3�756"24�E�����E��24.e�������%0+"����!".�n8���%����."�6!"���E��./���F�+�F�,./56��w�.e0:.e��"nj��j����./�������j �./!"�h��0+./�#����.7��./�n8���#56����24.7"�6��56��!"!�.e������./��fe�> �.7��. u �>]�^���E24 �"�,./24�,���d./�G�d./����24.|�, �.g����56��./����nC��]�^i56"���F./�Gn,����./0+./�h�, �.|��56��!"! u ���#v�!"��������w+�, ������� h�, �.g"56D���E��0+./56./���x"��.e� ./24���,"���=�,"5�.-"�9�x.e�+!""��"��!".�f

�z.s2B���x�>wxnq�>�8���E. u ���#v+!~�����>�o5����h��!���2B.����+�E.s���8./�G���E.s�@���>�E.����`�>]j^>���8 x� �<�8���j���mf �9���@.bÌ�¼ D8�+��u ���#v�!������>�����x!�� f��%./� ��./24�*n8���,���E.�º�É�D8�+"�*���x�����/��./24�8D8���#�./���8./�����E���+�#��5����,�6 x��0:.�./0:./�<!"���E��.s�����x��@�����#�@.s�-���>�>�.s�����@����2B.s�����x�1���>./�x�15����#.b�8�5�.b��`�>]j^�5h����� x�����>!���x��f �z��2B u ���[v+!������>� u ���>!��56��v+.-��]>^r���x�r������.-�,����!".-./n�n,./24�,�956���d.-"5������#�,�����#f � ���C./� ��56��!"./w������+��!�VYH K4Nz�E./�����#���, ����x56����"n8��D~���<�4�+5A.�Ì ¼ D±�:��3�>�#�+�:�F� 5A�|�q�A�j�4.�º É D±�:��3�>�+����q.��F�|~��2e�.�� �4.��|� ���j�#.��4�|�4�>� 2e.=�j�4� ��.�� �:�+�j�3Ì ·màµJ��������&�':¸8fY�j��5������>� u ���E.���n>���x��������!�"�F x.e�A�d./����!"�,�}���������>�, �.o.en�n8./24�>�����,"56.o����./���>"����]>^h56"��� ������>!""���jf

^>�6.s56�� ���������������� u ���#v�!������>��n8��� u ��24 <�>]>^i5������ ������>!�"�x�6�8"5�.�����56�����#�8���x�,w� x� u .s0+./�8w56�g�E./����!"�,�%��0+./�d./���,"56���,.��, �.������,./���,"��!z����././������n,��� u ���#v�!"�������%�, ����:"��24!"����.����E��24./���F./� u "�, ��F5���!"!���>�j�E.s�@���@����2B.s��f �j x���o5��h�E.s�@��!��8�o�� �����!��1�+.���x�8.s�#���.s�8./�1���o��5�.s���@���E.���n%�8 �.b�+.s�x.sn���%nq���-!�����+.u ���#v�!"�������3n8�d��5å�, �.G��. u ��]>^����d24 �"�,./24�,���d./��f

�j x.��.����#.�� u �h�+�8 �.s�G!�~5�~�8� �8~�����o�+n95�� u �+�[v:!��+���j�@k�5��>!~�8��>�#�+�:�#� 5h5�~�x�A� �x� u �+�[v+~�x�A�@.s������.�f��%�>���x���C���8���>���, x.�./n�n8.s24�,����n*5���!"�8"���E���+�#��5�56�������.s0+./�#��!>!����E�+.����E���+�#��5���f��1��!"�,����d���+�#��5�D5������2B���<"�x2B�E.s���@.b�, x.��x��5��+./����n%�>]>^�5������.s�����x��5���v+.b�>]>^�5������ x���x�>!�"�x��5����[.��@"�+�x�n��24���x�µ ( �����»�»:¸8f ( �x���, x./�}./n�n,./2B�C��n*56��!"�,����d�����#��5�56"�x�6"���, x.�����.���n*5����d.��� x����"24��!>56./5����#� f��> ���G2B�����n�n8.e24�;�, �.g���d����./����!"��24.e5�.e�x�;��nC������./�G"�A�� �����"24��!�5�.e5�����6n8����������./������+.g�����`������,"��!�D,��������!"��24v�>]�^���\J�� ������,.e�*º�_#f��8�h2@ x�����,./��GÌ������`'�w:�;���24!"����.g��]>^`��./�n8���#56����24.|����56��./�� u "�, ����x� u "�, x��������E����./�%56./56���#�=��!"!"��24���,"���r�����������������, �.�����./����,"���=�������,.e5Ín8���%�, �.���. u �>]�^>�sfB�>������������2424�������n8���%0+"�#�,����!+5�.e5�����=������"���="�r�, �./��.���"56��!"���,"�����������>./� .e24���,.��, �./5Í���r���r���, �./� u "��.�"��!".��F�+�F�,./5u ��± 1&mºm�{^��:n��j >���4�2e�m!%5A.�5A�:�F�zf�¯bn�5A� u �:�Fv�!����m���4w��:��!�� .«+�¬��4*�"5!¥! �m��� D©.¥. �m�#.�5<�j!��±��j�#�:D���#��5656./�9f

� ����, �./�,w u �"!".�56� u ���#v�!"�����>�*���E.�!"���E��.�./�������+ ����g�F�,�E./�F�%º�É�D8��!"��24vgn8��!�!"��D8�����F��24"���,"0+.���]�^>�Fw��, �.u ���#v�"���r��./�,����n;56�����r��n;�, �./5ت��j"��¼�'�ºg����':$�¼�D8��!"��24vr�>]�^��-�����<"��24��������!��r24��56����!"�F����r56��F��./�\ ( �>��.��x�j��g¢q_�fm�9~�x2Y!��>�j.�2B�+5h��� �[��@�+�x�7�+.s� u .s.s�i!�� �E�:.��j]>^j�o�q��.�5��> x� �@~��.��q x.=��2B2Y.s�@�o�q�5h.�� �x�24 �"�<���d./�����>0+�����,���+.e�-��n;�, �.|�x. u �>]�^`���E2@ x"�,.e24�,���d./��w+�, ������+ �����!"������56.|��n;56� u ���v+!"�������-./� ./�D24"��.-�, �./56w�VYÈ c;È � .�+�*�8V7 ���x� 9­' f

�*���F.�./� ./24���,����A�,"5�.g��nC�, �. u ���#v�!������i������56./�������#.���n*��./�n8���56����24.�f��*24��56�����E.��, �.���./�#n8���#D56����24.�./n�n8.e24�>��n>�7��]>^�wz��]>^T®5¯#°Cwm�E./!"���,"0+.��,���|�����F.��>]�^>wm�>]�^�±B²b³�¯Fwz���F"����./� .e24���,"���r�,"5�.��F��.e./����������, �.|56./�,�"2 f ( ���;���������� ���0+.7 x���E� u ���d.|��]�^<"5���!"./56./���,���,"��������n��, �.70+���"�������>]�^<24����ª������#��D�8����x��wx�%2B����!��1�x���*5�.s�������.b.s�m./2B���8����<�8�5�.b���`�=�.s��!����+�@�8./5yf �9��x���8.s���1.s���8�5����8.b�, x.b.s�m./2B���8�����,"56.on8���3./��24 u ���#v�!"�����A�����h�>]�^A24����ª������#���,"���6����"�����, x.o����56��./�3��nj��]>^h56��F��./�}n,�E��5�56����]>^

Page 31: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

23

��"56��!"���,���C����������]>^�56"���9��./����!"�,�b./���,"56���,./w����9./� ��!"��"��./�r��./!"� u U�m��././������n8��� u ���#v�!"������P4´ w u �./�d.=Â/PO�7V¥µQPO��Â�¶>"���, �.�./� ./24���,"�����,"56.�n8��� u ���v�D

!"������P���������]>^r24����ª��+���#���,"���<Âzfw u �./�E.�Â/POU�VK4NQµJP�¶j����, �.7.e� ./24���,"���6�,"56.

n8��� u ���#v�!"������Pz�nx"�x�F��./���x��./�d���,"56.G"����]>^r5�"���9 �������!�"���jfw u �.���.

· X+LjÂ/PO�7VbµJPO�+Ù/ë/ð ·¹¸ MBHJK HJPOR@L�¶:"�*�, �. u ��!"!m24!"��24vg�,"56.}�,�7���� u ���v+!"������P����b�, �.}�m� ( )%���F�,���,����b�:����.}n,���56���, �./�F��sfs�C�, �.e�h56./�������E.|�, �.|����5���.e����n;�>]�^`56"����.e�-����"���r5��r�>]�^`�F�56��!"���,�����,�r��"56��!"����.g�, �.���E��24./�F������\J�m����.e�#�m� ( )%��_x�>]�^�24����ª������#���,"�����������d./��!���24.e5�.e�x����!"�+���"�, x51f

�Cn,����, �./����������56.g��24�������,�����;��]�^`56"���-��./����!"�,�r��nCÉ�·�24��24!"./��\J���h��É�·b�� =�����E��24.e�������#_;n,������!"!�>]�^���f/�;24����!"�<�x���j56./�������d.7�, �.|��]>^<56"������./����!"�,�r�������m����./��m� ( )%�¨���d��24./���F���������, �.|��]�^<5�"�F� ������>!""���= �������./����"�� ����E� u ���E.�f � ���#�, �./��wm�, �.���]>^65�"�F����./����!"�,�=24����0:����=n8�d��5ͼ7�,�b»�·724��24!"./���>.eD��./��������g���b�, �.�����5���.e�;��n:24��24 �.} x"�,�*����������.��,����!".}��2424./����.e��fF����!"���|�����F��56.}�, x���+�, �.���. u �>]�^����D2Y �~�q.�2e�q�j�#.��|~��2Y�j���± �.��4�m5h.���]�^{5A~�4�|�j.����m!~�q�`� �|���4~���:!�.�D±�>�m�:.�D±�4�� .��4���4�q.�5�f��±�1�� ��m�>�±.��7¶Bw����./��24�"��.|������.7�,����!".|�F�,�#���,./��"./��n8��� u �"24 6�, ����"���,���.|�����A����5�.7n,��� u x"24 6�, �.7�>]�^<56"������./����!"�,�24������.- �"�+ �.e�#f

�8�=�, �.�56��"�=�,./� �:��n��, �.��, x.e��"�%�x����!"�����d./��./���:�����#56��!""��.e�r����././�������Fw u �"24 =��!"!"� u �%5�.��,�|24��5�D�>� �.��q �.��>.��[nq�+�[5h����2Y.��+n3� u �h�j]j^j� u ~�8 i���4����:!~.����>5h�+.��Ff

AppendixI�@ �� u �o�q �.�~���j~0:~�j�>� !

u ���#v+!������1����./.s��������n8����5����E.b�>./�8���!�./���@�,���>�mf�¦=���#5���!"���./���@��././�>���º´ w u x./�.öyÂ�P��|Vµ±Â�¶3~�7�q �.����+�[5h� !~~� .�� u �+�[v:!~�+� �{.��z.s2Y�>�q~�+���q~5h.:f w�, �. u ./"�� ��,./�����"�, �5�./���2���0+./�#����.-��nx�, �.-"�x��"0+"�>����! u ���v�!"�����r./� ./24���,"�����,"56./��f@�� �. u ./"�� ��,�9�x���D56��!"���.�./� ./24���,"���=�,"56./�9�F��24 ��, x���:./��24 u ���v+!"�����r������9n8���;�, �.-�F��5�.���56����������n��,�56. u "�, =���="��./D

��!���]>^9f

���s��!O.�¼sD,¼��F :� u ���� �.72@�s!"2@�x!O����O�z���zn�ÂmPSUsVEK@Nxn,�z��.e�s2@ u �z�v�!"�z�s�%fs�� �.7�F.e2@�z�:�<�s���<�� :O��<2@�z!O��5��:��F �� u · X�LjÂzPS�oV¥µQPO��Ù/ë�ð ·¹¸ MBHJK HQPSR4L�¶������tÂzÃ�Ä�ïiPOMEMVMbµJPS��Ù/X�a�VIBÙ/ë�ð ·¹¸ ÂzÃ�Ä3¶�n8���5�������!".�¼�D[$sf��� �.gn,������, 2@�z!O�x5����F :� u �;�� :.���]�^=5�O�[�C�x.e�:�s!O���o.e�F��O5��s��.Yk�És·�2@��2@!O.Y�C�z�>�z�:.�5�O2���z�F.Y2%�s��És·s�i ��+f#�� :.�n,On��� �2@�z!OD��56�h��.e�"0+.e�G�� �.|�,"5�.g�F��.e���;"����]�^`56"�F�G :������!O"�������:�`�, �.|�F"� �� h2@��!"��56�h�F �� u �bÂzPSUsVK4Nxn,����./�s24 u ���v+!"�����3f��t./"�+ ��8��n8����24��!�24��!"���,"�x�6�����#56��!""��./�i����././�>���i24���<��.���./�#�0+./��n8�#��5æÂ�POU�VKBN���������6�8 �.������0+.gn,���56��!"�s./kt24��!"��56�h��.e0+./�h�� :� u �G�, �. u ./"�� ����G����./�`"�h�./���;��n;�, �.g�, �.e��"�sf��� �.g!"���F�;24��!"��56��F :� u �9�� :.-56�s��O5���5ç�F�x.e.Y���x�r�x�z�[�FO��!O.-n,�z�;.e�s2@ u �z�v�!O�z�s���E.e!O�s��O0�.-���g��ºsÉsD,��!O�z2@v�n,�x!O!O��D��s�F�[��2�O�s��O0�.�FO�:��!O.eD��x�s��.eD,�[O�s.�\QÉs¥}^�_j��]�^9fY¦��z��.o�~ :�s�j5��s�:�����s��!O.Y�}O� ( �x�x.e�:��O����!OO�[�>�F�x.e.Y���x�x�}�� :�s�>�s�E.o�.Y!O�s��O0�.�,�r��]�^>�-�>On8n,./�./���;n8���5��bº�É�D8��!"��24v�n8��!"!"��D8�s������2@"���,"0+.g�F"����!"./D,������./D,��"��.r\JÉ�¥�^�_C��]�^`�����i56������"n,n8./��FO���:On�O2@�s�:��!O�gn���z5 �~ �.}5��s��O5��x5 �[�x.e.e���x���F :� u ��O�b���s��!O.}¼sD,¼+f

�> �.|2@��!"24��!"���,"���h��n;.e� ./24����������,"56./��w�����././��������w������ u ./"�� ��,�-���E.| �"�� �!"����.e����"�,"0:.7�,�r�, �.|��]>^5�~�@�o��.s�x� !��8�h.s�@�8~5����q.+f �3�!�!~���@�8�[���8.��q x��o�@.s�x�@��q�0:~�8�h~�`�����:!�.�¼�DqÌ�w u x.s�.��92Y��5��>���.��x�+�[5���!~���.s�����././�������*�E./!"���,"0+.}�,�|�-º�É�D8��!"��24v|n8��!"!"��D8�����F��24"���,"0+.}��"����!"./D8������./D8��"��.|\JÉ�¥�^�_:��]>^�n8����n8������n8��!"!"�+D,��������D2B����8�0:.b�j]>^>���8 x���%��242B�>���h24��5h�����#���+!�.b2B x������E.s��k§$@¼�»�D8�+!���2Bvh�@��x�+!�./Dq�����+.sDq�����.h\JÉ�¥-^>_9�>]>^>w*$@¼�Ì�D�x!,��2/v1�Y����. �@���z�x.6�;]C^¨�? >�z���B�;�������@�?�bÉz¥�^¨�z�j�¨Ìz¼z¥�^¨���z�x. �����Y,�>�1�? >.��;��!,,2/�1�;. �Y2/��,�x. �¨,��m./24�,�����¼:fQ¶�fQ$�wC$4$�É�D8��!"��24v�������,���!"D8��������!"��24v6�>]>^ u "�, <��������!���24v�n8��24�,���}��n�$@º�w��������h¶�¼�D,�+!"��24v�24��5�D

Time i baseTLB,( )Time i newTLB,( )------------------------------------------------

Time i T,( ) Tideal i( ) TLBmisses i T,( ) TLBmisspenal ty×( )+=

Tideal i( ) RunTime i SPARCstation,( ) TLBmisses i SuperSPARCTLB,( ) TLBmisspenal ty×( )–=

WTime baseTLB( )WTime newTLB( )-------------------------------------------------

WTIME T( ) W i( ) Time i T,( )×i workloads=

∑=

Weight i( )Tideal j( )

j workloads=∑Tideal i( )

------------------------------------------------------- W i( ) Weight i( )Weight j( )

j workloads=∑

---------------------------------------------------------=;=

Page 32: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

24

��!"./�,./D8�F������!"��24v=�>]�^ u "�, ��F������!"��24v=n8��24�,���9É:f4���s�z!O.e�3�8¼sD,Ìs�������8¼sD,Ìs2�O� ( �x�x.e�:��O�����[ :� u O�:��O0�O���x�s!��.e�:2� :56�s�Ev��F�x.e.Y�����x�sfe��2@�z�:�FO��.e�3��]�^A5�O�F�}�x.e�:�s!O��O.e�}�zn�Ìs·sw�És·sw��s�:�A's·g2@��2@!O.e�/f ( !O�s�E��.e�3��]�^A5�O�F��x.e�:�s!O���|5��sv�.Y�*�� :.��[�x.e.e���x��5��z�E.��[O���:On,O2@�s�:�+n,�z���� :.e�[. u �z�v�!O�z�s���sf

�+O�:2@!O����.�.Y�:���x�� ����s�~�-O���� :.��� :.Y�FO�Cn,�z�j�E.e�s��.e�E�C���o�.Y2@�s!O2@�x!O�s��.�.e��.Y2@���~O�z�b��O5�.�n��z�j�s�:� u �z�v�!O�z�s����}�>]�^i24����n8"��������,"��� u "�, A��"n8n8.e�#./���;�>]�^i56"���G��./����!����6��������56���,"�����G���F�����n8���#56��!"��.g��./��24�"��./�.e�s�E!OO.e�9"���� :O���F.e2@�~O���;fY���s!O2@�x!O�s��O�:���� :.�.e��.e2�����O�z����O5�.on����9� u �z�v�!O�z�s�h�.Y���xO�.Y�|ÂzPJUsVEK@N�µQP»¶>�s�:��ÂmÃ�Ä��ï1P"M#M#V#M«µSPO�%Â�Ã+ÄT¶FfxÂ�POU V#KBNrµSP¼¶92B���`�+.b2B� !�2B��!~���8.s�1�+�h�#.s�j����x�h�8 �.b2B��!�2Y��!����q����x�o��`�>� �+!�.�¼ D8¼xf �j���+!�.s��~�( �>�>.s���j~��¢3�4 �� u Â+Ã:ÄjïyP"M[M[V[M«µOP��9Â�Ã:ÄT¶�nq�+��� !~!C�q �.=�j]j^{2Y�+��nq~���>�[� �q~�+���7���j.��@2Y�F~�:.=~�i�q �.=�q �.��@~� f���s��!O.�¼sD�É-�[ :� u �*�~ �.�.en�n,.e2��+�zn+0��s���O�:�|�� :.���]�^�5�O�F�C�x.e�:�s!O���7n,��z5ÒÌs·-���7's·�2@��2@!O.e�C�z�b��O��.Y�s!m�s�:���� :.u .YO�� :�~�sf

�:���[.}�G�:�z�E5��s!OO�s.e���[�x.e.e���x� u O�� u .eO�� :���*�� :�s�+���E.e�s�+�s!O!m��.e� u �z�v�!O�z�s��� u O�� b.e�����s!mO5��x�z��~�s�:2@.�f)C.e�s��.e��32@�s��2@ :�z�z�F.G��On�n,.Y�.e�:� u .eO�� :����n��z�%�� :. u �z�v�!O�z�s����On��� :.���.e�[O�.e� u �z�Ev�!O�z�s�656O�7O����On,n�.e�.Y�:�n,�E�z5 5��g�s�[�F�x5��x��O�z�:�sf

( !,!%5<���;]�^t�B,5A��!,�m�?����������B.��6���B.����;�:D?];)��Í��.���!��z2e.�5<.��>���z!��x�:��,�± >5AkÝ�|��D?¡�� u �>D?���?�m2ev\���¯�¡b�+_-�;�x!,82/�ݵ~¡�.m0�8&�¼�¸�kl�? j�����e��5`.62s�x5<5`. �@2/8��!3�;����2s. �Y�Y�x�@�=�z!8�Y�1�;�Y. w*V�È c9È wC�b!8�?�@���+� ( )��µJ¤:������&�É:¸8f/����24 6�>]�^A��!"��24vr"��24!"���>.e������.7./� �,�������,w��, �.7X�MVUg��"�j�, ����j"����.e�j���6��]�^< �"�,��fe�> �.7��!"����D

Table 2-2: Parameters used to calculate normalized speedup

Workload

RunTime forSuperSPARC

(seconds)

#TLB missesSuperSPARC

TLB(thousands)

TLB misspenalty(cycles)

1cycle = 25ns

TLB misshandling time

(seconds)

Tideal(i)(seconds) Weight (W(i))

MaximumSpeedup

relative toSuperSPARC

TLB

(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g)

(b) * (c) * 25 (a) - (d) function(e) (a)/(e)

coral 177 85974 40 85.97 91.03 0.088 1.94

nasa7 387 152357 40 152.36 234.64 0.034 1.65

compress 99 21347 40 21.35 77.65 0.103 1.27

fftpde 55 11280 40 11.28 43.72 0.183 1.26

wave5 110 14510 40 14.51 95.49 0.084 1.15

mp3d 37 4050 40 4.05 32.95 0.242 1.12

spice 620 41923 40 41.92 578.08 0.014 1.07

pthor 48 2580 40 2.80 45.42 0.176 1.06

ML 945 38423 40 38.42 906.58 0.009 1.04

gcc 118 2440 40 2.44 115.56 0.069 1.02

Table 2-3: Sensitivity to TLB miss penalty—execution time speedup for alternate fully-associativeTLBs relative to 64-block fully-associative single-page-size (4KB) TLB

TLB misspenalty

128-block single-page-size (4KB)

TLB

123-blocksuperpage

(4KB/32KB) TLB

114-block partial-subblock TLB

(subblock factor 16)

72-block complete-subblock TLB

(subblock factor 4)

30 1.045 1.132 1.161 1.072

40 1.061 1.185 1.227 1.098

50 1.078 1.242 1.301 1.125

Page 33: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

25

�#��, x5Ån8����24 x��������x����0:�24�8"5Å�+!"��24v�nq�����d.s��!���24./5�./�x�*���<�=�>]>^�56�����"������n8��!"!�� u ��k¨���@����56.b�, x����>]�^���!"��24v��9��=���>]�^���.e�x���d.G����5���.e�E./���F�,���#�,"���bn8�d��5ç· Ô�U

$�_��8n��, �./�E.����d.�������"�x0+��!""����]>^6��!"��24v+�Fwm24 ������F.��, x.�!"� u ./�F������56��./�E.e��"��0+��!�"�6�>]�^���!"��24vjfB¼�_��8n�, �./�d.����E.}�x�|"��0+��!""�r��]>^���!"��24v���ws24 ������F.��, �.�!"� u ./���+�x��56��./�E.e�r��]>^���!"��24v u "�, ��, �.�����./����"�:24!"./���fÌ�_��8n��, �./�E.G���E.G���b���x����./�6��]�^6��!"��24v���w 24!"./���*��!"!+�, �.�����./�6��"�,�3�����6�d./���,���#�x�, �.���!"�����#"�, �56kt24 x������.e��>]�^���!"��24vb·:f

( ¼i½L+D8��������*���["���#"�8��./�x24���>./��.s�����!���"5���!"./5�./�x�8���, x�����!"�+���#"�8 x51f  =� u ./0:./��w���./�8�,�������n%���@./���"�,�G���A�>]�^i �"�,�G5����6��n�n,./24�C�� x.g�>]�^i��2424./�F��24�"�,"24��!>�����, Cf � ��� �,�d���;56���x"����!"����./�� ����d� u ���d./D856��"��D�,��"��./���E.en8./�d./��24./����"�,�9"���, �.G������.G�,����!".-�,���F�56��!"���,.G����./����"�,�9"������.e� ��24�xn8���F x"���Cf

�8�6�, �.o�E.e���>��nj�, �.o�, �./��"�Fw�������!"��"��24!"����.o�E./�F��!"�,�}����"�����, �.o������0:.o�d./��!���24.e5�.e���j����!""24� fe�m"5���!"��D�,"�����d./����!"�,�*�� �� u �, ����+����"���|�, ���C�E./��!"��2@./56./���:����!""24�g��n,�,./�b�E./����!"�,�*"�bn8. u ./�j�>]�^�56"����.e�*�, ��������, �D.����mf � ���7�!,!����B�?�F�z�±,�:�>w���2e�����B,��. �7�± >�[.�.��m!,�±.����>�m�?.r�;];^��F.��j!,�z2e.�5<.����}�j��!,�2e,.��mf+�G!���2ev�µ"�;�m�B�@¶B&�¸"5���!�./56.s���,���=��./24�����>D824 �����24.��./��!"��2B./56./�x�C��!������#"�, x5°��n8�,./�<����./��"�<����./�#���,������������8./5°�����+.��.sD��!���2B./5�.s�x�,w u ��8 <�8 x.b���>�>��8�������!������,�5�������8����<�8 x���*��x0:��!�����j]>^��+!���2Bv+�����?.b�E.s��!���24.s�1n���#���[f )9���xD����5ƵJ¥}����.e»�&:¸m�d./��!"��24./�3�������#��"�,����#�b�>]�^6��!"��24vb�, ����x5����b���*56���������x��.G0+��!""�3f � � � ¯p"56��!"./56./���,������8�[����+ x�8n8��� u ���#�1n���[���8Dq��xDqn,��#�@�8D8���>�*��!��+���[��8 x5yf ������!�.�¼�D8'��@ x� u �o�8 x.b�@./�x�@��8�0:��8�h�,���#.s��!���2B.s5�.s�x�����!"�24�bn8���*�oº�É�D8��!"��24v�n,��!"!"��D8��������24"���,"0+.��F"���+!"./D,������./D,��"��.���]>^9f � ���*�, x.e��. u ���#v�!"�����>��w �, �.G��!"��24v��d./D��!"��24./56./��������!�"24�r��./�n8���#56��24��5������#����!".7�,���, �.|����D8��� u ��D8���,��24vr����!""24�4w+������"�-56���E.724��56��!""24���,./��8���5h��!�.s5�.s���[f )9���x�j��5Æ���x� � � � ¯ ���.��@�5��>!�.s�-�8��~5���!�.s5h.s�x�%�+���% x��0�.b�@!~��+ x�8!~� u ���[��.���.s�[nq���[D56����24.����%�, �.e�����g�����:��2424�������:n8���;�d./n8./�d./��24.� �"���,���#� f� �� u ./0+./�,w��� x.��d./����!"�,�%���E.�����������"n8���#51f�� ����!".�8¼�D8'�"� ( ����./����"�7���� �� u �9�, ���� � ��$��3=�" w�n8���;./� ��56��!"./w�"��24���#�%n8. u ./�C��]�^r5�"�F��./� u "�, =��)%��������5ç�d./D��!"��24./56./���x����!""24�b�, ���� u "�, �����./������D8]�)%�Ý�E./��!"��24./56./���#f

2. A few TLB blocks are often reserved for special operating system code that needs to execute without incurring TLBmisses. I assume that the replacement algorithm skips these special blocks.

Table 2-4: Effect of TLB miss penalty on Tideal and Weights

WorkloadTideal (seconds) Weight (W(i))

30 40 50 30 40 50

coral 112.52 91.03 69.53 0.075 0.088 0.107

nasa7 272.73 234.64 196.55 0.031 0.034 0.038

compress 82.99 77.65 72.32 0.101 0.103 0.103

fftpde 46.54 43.72 40.90 0.181 0.183 0.183

wave5 99.12 95.49 91.86 0.085 0.084 0.081

mp3d 33.96 32.95 31.94 0.248 0.242 0.234

spice 588.56 578.08 567.60 0.014 0.014 0.013

pthor 46.06 45.42 44.77 0.183 0.176 0.167

ML 916.18 906.58 896.97 0.009 0.009 0.008

gcc 116.17 115.56 114.95 0.073 0.069 0.065

Table 2-5: Sensitivity to TLB replacement policy—execution time speedups relative to 64-blockfully-associative single-page-size (4KB) TLB using Go-down-stack (GODS) replacement policy

GODS Clock Random FIFO

1.00 1.00 0.98 0.98

Page 34: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

26

�m����./�#������.������6������,"��!"D8��������!"��24v��>]�^>�3���E.G!����d�+.e!"�="��./n~n8./24�,"0+. u "�, ����������E����./�*����./����,"����������D�8.s5Æ�@�>���>���[�[f � �+�-�8 �.��>]j^1�@~5��>!����8~���x�o~�`2B x� ���8.s�[�oÌ�Dq'�w��9n���r���@����+!�.��@.s�%�+n%�+��.s�[���8~�x�h�@�:�@�8.s556./24 �����"��56�����x�A����!�"24".e��kt�� x�����,./�Cºg��"��24���F��./����!"�,./������,.75�.e24 �����"��56�������A����!""24"./��f � �����F����./�D�����+.G��]>^���w � ��� �,�E���x"5���!"./56./���,�3�o������./D8��"��.G������"����56./��������!""24���, �������./24"��./� u �./���,�b���F.��F����./�D�����+.e�3����� u �./���,�g����.-������.-������./�sf � ���C������,"��!�D,��������!"��24v��>]�^>�Fw � ��� �,�E���x"��24!"���>./�956./24 �����"��56�3�,����E����./�#!"����!"��24.�\J� ����!".b$�D[$�_x������.-������./�9"���� �����"24��!�56./56���#� f

>jø�¾�ø~÷�¿À������Á�QÂ������OI�ÃÄ��ûTÂ���Á�Â�ÿTS��ÅÂ�ÿTS���þ%����ÆT�|ÿ������QS�O�JL��O��(Â��oü�����ý� �+�z�q�#�+�9�5h�>!~.�5h.����q�7�r�>�m�:.�Dq�4~� .�� �4�@~����5h.����3�>�+!~~2Y�<�:� �4.��{�+���q �. u �+�Fv:~���<�4.��9�q ��d.��4 ��+!~�

\J�z./2B�8�����º�fQ$@_qk¨"�*�>��./���@����./�[�����+.s� u x./�`�, x.b�x��5���.s�-��n%�����+./���E.sn8.s�E./�x2B./� u ��8 ���`�=�����+.b�+!���24v24�E���F��./�3���, ��E./�F x��!"�9f4�� x.G�, ��d./�� ���!"���3������.G���E.,U4'�·�àÒn8���*��"��vbª�!".G������./�Fwx¶�'�àÒn8���*��./� u ���v�ª�!".G������D./��w+$�·�·�àÛn,���� �./���������+./�sf���24 �����.��� x.}�, ��E./�F x��!"���%������.e�r�����, �.}!�"v�./!"" ������r��n:ª���������g�����E./n8.e�E./��24./�������.7������./� u "�, ������������.|��!"��24vr��!"�E./�����r����� �����"24��!�56./56���#� fs�� �"�-��./��./���>�������, x.7���E./n8./��24 x"�������!"�24�="�r�, �.�ª�!".��������,./5Í�����h0+"�#�,����!:56./56����=�������,./5Í��n>�m��!"���#"��fB�> x��0+.����������,����"./�h�, �.�./n�n8./24����n0+���#��"���b�, �.G�, ��d./�� ���!"�>�sf

�m���5���!�./5�./���*�, x"������!"�24�Bw � ��� �,�E���*"�x24!"���>./���@��5�.��x. u ����./�#���,��������+���,./5Å5�./24 x���x"�@56��f��> x.�����+.�n8����!"�� x������!"./�%5���"���,��"����24�������,.e�#��n,���9./��24 r0+"�#�,����!:�����+.���!"��24v=�,��v�././�6�,���24v=��n��, �.�����5���.e���n*�����+./�G�E.en8./�E./��24./� u "�, ���A.e��24 A�����+.g��!���24vjf ( ������.����?��56���,����A56./24 �����"��5°24 ����x��./���, �.�������.��"��. u �./���, �.-24�������,./��324�d�����9�, �.G���d./�>.e�,./�#56"��./���, ��E.e�� ���!"�>�sf

( ����"0+.g�56��!"./56./���,���,"���A��n*������.����E��56���,"��� u ����!"�i�d./�+��"�E.g������.�������./�G�,����.�24����"./�i"���,����� x���@"2B��!j�����+.b��!���24v��+./nq���.b������x��������./�[�����+./��f � ��� �8����8w���x���8./���>w��5���!".s5�./�x�,�������+.b�./�@./�#0:���,����\J�m.e24�,"���=º:f ¼:f '�_C������!"!"��24���,.g������./�G���;�, �.�Ö����E����./�Y×G��!"��24.g"�h�, �.gª��#���;��!"��24.g�����`��0:��"�`24�����.e�G24��56D��!"./�,./!"� f@�> �.-����!""24�b"�9���3n,��!�!"� u �%U

¯|�b�, �.�ª�����:������.�n,����!"�:�,�7�G������.}��!"��2@v+w � ��� �,�E���:�d./��.e�#0+./�*�G�� x����"24��!z������.���!"��24vgn,�����, �.}0:"��,����!�����+.}��!"��24vjf ( n8�,.e���[¬z¯Án8�����, �.}n8����!"�,"���|�����F.}������.}24��5���!"./�,.e��w � �����,�E���+���,���d./�*�G������.}������.�56������"�x�"�=�� x.�������.��,����!".�f�¯|����������./����./���:�����+.�n,����!"�,�%�,�g���, �./��������.�������./� u ��, �"���, �.�������.���!"��24v�w � ��� �,�d���n8./�,2B �./���, x.��>���,�=n8�E��5Å����24v���������,���.�"�x�,���8 �.����E./�E./��./�#0+.s�i�� ��+��"24��!>�����+./�����x�i!������>��������.�������.56������"�����}����, �.7������.o�,����!�.�fe�¨ �.e�6�, �.o�x��56��./�3��nj������.on8����!��,�}�,�=�g�����+.o��!"��24v�24�d�����F./�}�, �.7������.���E��56���,"�����, ��d./�� ���!"�>w � �����,�E�������E��56���,./���, �.�������.���!"��24v=�,�b����.��o�F����./�������.�56������"���jfB�����+.G���d��D56���,"���b"��0+��!"0+./�*����!"������"���g�, �.}�����F.}������.}56������"�����*n8�d��5 �, �.}�����+.}������!".ewsn8./�,24 �"���|n8�E��5 ����24v+"������,���d.|"���,�r�� x.7���d./�E.e��./�#0+./�<������./�-�����r�����F.|�����+.e�-���������d./��./����"��56./56���#�4w+�����<!"�����>"���r��������./�D�����+.-56������"���b"���,���, �.-������.-�,����!".�f

� ��� �,�E�����E./����24./�������+.����d��56���,"����24���F�,���������E.en8./�,24 �"����"���,��5�.e5�����4wz"���, �.�����24v����E�����x��wz����D�E.en8./�d./��24./�r������.������+.e� u "�, �"�=�G������.���!"��2@v�f��� x"�%�E./����24./�%�, x. u ��"���,"56.��,�gn8./��24 =./� �,��������+.e�9�����#D��x�������+.b�����5����8����*f �z��!����#��@w��+�h�>./nq����!��8wx���E.sn8.s�,2B x.s���8 �.���.s�m�*.s"�: ��%�����@.b�����+.s���,���8 �.�n8����!��8��x��+���@.b��� �+.+f � ���m�8�E���%5����j�n��.s�o�, �.b���./nq.s�82B x��x�h����!~�2B�h�8�6IEV#KBU��8KBIERBX+L+U��8 x.�n8���>!��8��x�h�+���@.b�>���+.sw�P?È V����E./n,./�,24 �./��������./���, ����������, ����E.e24./�>.G���x�6n8��!"!"� u �, �.�n8����!"�,"���=�����F.�������.�������!""56"�,���, �.����E.en8./�,24 ��,�u "�, �"�=�G��"����!".-������.���!"��24vjf � ��� �,�E���:���d./n8./��24 x.e�%��n8��!"!�������.���!���24vgn8���ÈÇ ��! ª�!".e��w��, �.�n8��!"!�� u "���g./"�+ ��������.�������./�%�, ����:��./!"�����g�,�|�, �.�����56.������+.}��!"��24vgn8��� 1���! ª�!"./��ws����������./�%�����:���E./n8./��24 A\Q���;���E./"��"�,"��!"D"��./_x �./���r�����+./�sf

������.g���d��56���,"����w:�E.e��./�0:���,"����w:�������d./n8./��24 x"�������r�x���;��2424���}n,������./��56./���,�G�, ����;���r�x���;�F�����h�n8��!"!������+.-��!"��24v+w�VYÈ c;È ����./��56./���x��"��.-��56��!�!"./�C�, ������, �.-������.-��!"��24v���"��./w �� x.-ª�����*\Q���C!"�����,_x�����+.-��!"��24v"�����F./�+56./�����, ����x���,���#����\J���C./������_x��������������!""����./��0+���,����!����>���E./���Fw ��� u �./�������F.G������./� u "�, �"���

Page 35: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

27

�����+.-��!"��24vb���������x ���0+.G�, �.-����56.G���,�,�"�����,.e��f

>jø�¾�ø?>�ÉÊM3ý�������ÿoüiËÌ��JÍ��Á/ý�ÎpüFü�����ÿ��%�R��O6Ã4��Á6É�ÿ�Á�%�[ÿoüqþ��û�ÏÐÏGüQ����Ѻ ����Ê������[�8���!�D8�@���+�+!���2Bvh�>]>^j���>���x���*�E./�:����.b�8 x.b����.s�[���,��x�h�@�+�@�8./5Æ�8�6�5h��!�./5h./�x�%�=�����:./Dq�@���.b����D

�@��+�x5�.s�x�*����!��2B�h�+���%�>�6�#./�:����.b�� x�+�@�2B��!j5h./5����[�h��!�!���2B���,����`�8���������.s�#!��h��!���2B.b�+���@.b�����+.s������ ��+�F"24��!�56./56���� f � ��� �,�d���x����./�9������.-�E./�F./�#0+���,"����w ��./�F24�#"��./��"�=�m./24�,"����º:f ¼:f '�w��,����!"!"��24���,.-�� �����"24��!56./56���#�b����24 ��, �����������.G������./�9���E.-��n8�,./�����d����./�!"�b��!"��24./�3f

Page 36: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

28

�> �"�C24 ������,.e��./0+��!"�����,.e�*�, �.}����.���n:MX�a�VIa�Kdc:VM�µJ� ��!"!"&�¼�ws��������&�Ì�w/�m��!"!"&�É���¸s�,�7"��24�E.e���F.}��]>^��E.e��24 CfÙ/X+a�VIEa�Kdc�VEM����F.|�, �.|����56.|!""��./�����������E./�F�-������24.|���-24����0+./���,"���x��!�������"�x��w� x��0+.|�F"��.e�-�, �����56��������.��� u ./�ED,��n8D8� u ��56��!"�,"��!".e����nj�, �.7WYK4MEV3a�Kdc:V3MEPOÚ4Vw������A56�����>��.7��!""����./�A"�6�����, 60+"��,����!x�����A�� �����"24��!5�.s5����#�{µJ�z��!�!�&�É���¸qf��z����.s�#�����+.s��wx x� u ./0:.s�8wx���E.b�x���%���x�0:./�[����!�!����>��.sn8�>!j���x���8 x.s�.b������`"�x x.s�./�x��,�#����./��n�nC"�h����"����������./������+.e��µQ�m��!"!"&�¼:¸8f��m����.e�#�����+.e�G�>./24�d./����.g�, �.g����56��./�}��nC��]>^`5�"���F./�G�����;"��D2Y�.�� �@.=5h.�5h�+�[�<�j.s5h� ���;¹g�j�>.=�q�A����q.��[��� !;n±�[� �:5h.����8� �q~�+�%fz�j ��>�4w��8 �.=v�.s�<�8�A�>�4~���A�4�>�>.s�F�>� �:.�j]j^j�7��7� �i���>.��[���q~�x�<�@�:�@�q.s5´�q ����9�>�@.��o�4�>�>.s�[�>� �:.s� u �.s�[.�� �>�>��+���F�� �8.=� ���y�+� �@.=�>� �+.��o.�!~�@.sDu �./�d.�f@¦=.e���#!"�b./0+./��b24���#�d./���x56"24�d�����d��2@./�������C������������,�9������.e�#�����+.e��w�VYÈ c;È �����q����µJ¥�����./&�¼:¸Jw��7!"�,����mD� ( )%�ÒµS¤:���x��&�':¸Sw ( !"�� ��AµJ^>���x��&�':¸Jwx��� u ./�#��� µJ�m�!" x&�Ì�¸Jw� =��D8� ( )%�q�m� µJ =�����8&�'�¸8f��> �.��1�q����)%É�·�·�·µJ¥�����./&�¼:¸Jw+n,����./� ��56��!"./w+�F���������#�,�-��É�¥�^<������.|�����+.|��"��.|�����`������./�#������./�-��n�$�º�¥�^�w+º�É�¥�^�w+¼�'�º�¥�^�w$���^>w�É���^�w ������$�º���^3f@ =� u .e0:.e�,w�����5å�����x� u ���E.-��nx�����b����.e�#���,"���b�������,./5å�, ���������.e�3������./�#������./�"������./��.e�#��!�56������./�#f@����"��24�����9�, �.G����./����,����b�F�+�F�,./5å"���F��./�9"���� ������,./�Cº:f

�> �"��24 ������,.e�3�F�,����"./���, �.o"������./��"��0:��!"0+./�h"������"!"�>"���������, �n8��!"!"��D8��������24"���,"0+.o�����h��./�,D,��������24"��D�,"0+.g�>]�^��G�, ����;������������;������./������+.e��w:��"��24������./�- �� u �,�� �������!".g�>]�^`5�"�F��./�Gn,����������./�#������.g�>]�^���w������24��56�����d./�9�, x.-��]>^���./�n8���#56����24. u "�, ���!"�,./�#�����,.-��"����!"./D8�����+.eD8��"��.-�>]�^>�sf

( ������./������+.o�>]�^A��!"��24vj¿À��������56������0+��������!".eD8��"��./�A�����+.o��!"��24v��������A�, �.7�����,�g���,���d./�}�g��"����!".5�������"�x��f �1��������x�+���,�������@.�0:��#�8����!j�����+./� u ��, x��<�=�����+.b��!���2Bv�2B���<�� x���E.b�=�@��x�+!".b�@����./�#�����+.�>]�^���!"��2@vg"n:K4NON ���d.}56������./��wsK4NON����E.}���E./�F./���+��b�� ��+�F"24��!z56./56���#�4wsK@NON ���E.}���E����./�!"�g��!"��24./����b�� �����D"24��!�5�.e5�����4w K4NONz x��0+.G�, �.G����56.G���,�,�"�����,./�Fw �, �.G����./�#���,"���b�������,./5å ����3�E./24������"��./���, x.e��.G������.G������D. �ewC���j���;�F�x5<�x�d. ���d j. 5tf��* >.� j�z��� u ���F.�2/�x5`�;!,.m��8�?�{�?�1���C���Y�;�;.m�@�;�z��.��Y�;�;�;�x�@�-�?�1nE�;!,!8��D��������24"���,"0+.G��]�^>�9"�3�F5���!"!��������E./����"�E.e�3�F"�+��"ª�24����������.e�#���,"���b�������,./5å�F���������#���,�����F.G�F����./�������./�sf

Figure 3-1: Superpage TLB block

� "�+���E.-Ì�D[$��F �� u ���, �.on8���#56���j��nj�g�F����./�������.o�>]�^A��!"��24v+w u �"24 ����������|��"��.7ª�./!"�A�,�������, 6�� x.�,���`\Q� ( �m¥�_j�����A�����,�r\J�mÏ*_j������,"��������nj�|��"���+!"./D,������./D,��"��.o�>]�^A��!"��24vjfe�> �.o� ( �m¥�ª�./!"�A���d./0+./���,�24./�#�,����A�,������"�,��n8�E��5°�����#�,"24������,����6��A�,����24��5������#"�����An8����������./�#�����+.�56����������������x�i�, x.��mÏ����8D�,�#"�����,.�24�����,�E��!"���o56��!"�,"��!"./� ���%�����#"������ �����"24��!+���>���d./������./��./����,"���Cf ( n8��!"!"�+D,���F����24"���,"0:.���]�^�24������56��!��,���x./������!"�������������#�C5���!"�,���!".��@����./�#�����+.������.s��w������C�@./�,D8��������24"���,�0+.b�>]�^>���>�6�����C./n8n�"2B"./�x�,!��������������x56���E.-�, ���������.G������.G�F���.-���9./� ��!"��"��./�r��=�m./24�,"����Ì:f ¼�f ¼:f

� "�+���E.-Ì�D8¼7�� �� u �}�F��5�.�56������"������n8�E��5��70:"��,����!:���>���E.e����������[email protected]�,���|�� ��+�F"24��!������>�d./����������24.�����i �� u �, �./�624���h��.��F�,���d./�i"�A���h»�D8��!"��24v6n8��!"!���D8���F����24"���,�0+.g������.e�#������.���]>^i�, ����;�����������#�,�GÉ�¥�^���x�Ý$@º�¥-^1�>���+.s��f ¯g�x!��A�8 x.�5������>��x�:��nq���G�����:.b�+!~��2Bv G 2Y���`���@.����@����.s�[��� �+.�5������>��x�:k¨�����:.��!���24v:�å ��������x.�������.������+.������C���d����./�#!"����!���24.s�i��A56.s56���� u ��, A�d.s����./24�*�,�����, x./��������.������+./��w������.b��!"��24v:Òr x��������56.�����5�������./��������.�������./��w������+.���!"��24v:Ób ����������8 A"5��������.s�!��6��!"��24./����������x56������./��������.-�����+./�sf

1. On today’s large physical memory machines. increased memory demand may not be a concern, but initializationoverhead—zeroing or doing I/Os—for the extra memory used can increase execution time.

VPN PPN ATTRVMASK SZÔ�Õ ÖØ×  uÙ¼ÚEÛ Ü Ý Ô Þ ÖØ×  uÙ¼ß�Û³�à<á ²�â�ãE³Eä,å�¯çæQå,²�è%¯(³�éØê�¯

±B²�³E¯(å�²�èV¯ë³Eé�ê�¯ ®ìà�®�ä á ±�¯çæ�íî5³Eä�å,å�íærO�ð�å�²�èV¯F³�éØê�¯ç³

Page 37: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

29

]����E��.7������./������+.7��"��./�g\≥¼�'�º�^>_�24���6�56���E��0+.7�>]�^<��./�n8���#56����24.7��"���x"ª�24�����,!��������<���E.724!"./���!��

����./n8��!+"��24.e�#�,��"��������!"�24���,"������w VYÈ c;È � v�./�#��./!��,./� �#¬z�����,��w n8�#��56.G����n~n8./���w �����6�����,��������.G����n~n8./�*24��24 �./�sf�:���F����5�.ews���x�����,�E������!"�g�d./24��5�56./����ws����.}��n:!"���d��.}������./������+./�*"�b����24 ��F"�,�����,"������fF�8n:�, �./�E.}���E.}������D��!"!"�=����!"���7n,. u !"���E��.�������./�#������./��"�����F./wm"��56���=��.��������F���!".������F./�,�����, �./"�%56������"�x��� u "�, �!""56"�,D./��24 �������./�9�,��./� "���,"���b����./����,������������,./56��f

��./��"��56D8�F���.e���F����./�������./��\8ã6$�¼�»�¥�^�_����E.G56���d.��������E�����#"���,.�n,���*��./��./�#��!+����./w ����56���������/�~./2@�,�56������./�h"�r���r���>���E.e���}�F����24.����E.������>!"���E��.o.e�������� ��,�=����.o!"���d�+.�������./�#������.o��"��./�������h�, �.o24��������n56��v+"����� u �E�����r��./24"��"���6"��2@ x������"������56./��"��56D,��"��./�<�F����./�������.7"����56��!"!?f/�> �.724�����j��n��gº�É�¥�^��"��v=��.e�+��.e���,���!+�[¬z¯|wmn8���%./����56��!"./wm"���������, �������"n~n8./�E.e�x��n8�d��5Í�, �������n��7É�¥�^��[¬z¯�fB =� u ./0+./��wm56./��"D��5�D8�@"��./�1������./�#�����+./���E./�+�>"�E.b5����E.��@�����@�,���x�,���!j����.s�#���8����h���+���8./5Å�@���������#�*�8�6�����0:��>.b����!��24�./�n8���C24 �������"���b�������d�����"���,.G������.G�F���.e�3�������, �.-5�.e24 �����"��56�9�,��������������x�, �./51f

Figure 3-2: Virtual Addr ess to Physical Address mappings in a superpage system

. . .

Page block z

page block w

. . .

page block x

Virtual Addr ess Space

. . .

page block a

page block c

. . .

page block b

Physical Address Space

page block y

. . .

xXX bXX Attr✔11w00 c00 Attr✔00w02 c02 Attr✔00

y02 b02 Attr✔00z03 c01 Attr✔00

w03 c03 Attr✔00w01 a01 Attr✔00

z00 a00 Attr✔00

Superpage TLB storing mappings for above

100

00

00

0

VPN MASK V PPN SZATTR

Page 38: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

30

�> ��d������ ������+�, �"�*�, �./��"��ws�:��������56.}������./������+.}��]>^��*�, ����+�����������#�+� u �7������.}��"��./�Fkt�G������.}������.��"��.o��njÉ�¥�^A�����h�g56./��"��5�D,��"��./�A�F����./�������.o��"��.o�, ����>"�}�g��� u ./�9��n>� u ��56��!"�,"��!".o��njÉ�¥�^9fe�j��!��F�� �@�4�>5h.=�q �� �9�q �.=�+�>.s�F� �q����<�@�:�4�q.s5³�@�j�>�>�+�[�q�7�q x.��:.s��.��[~2g�>�4.=�+n3�4�>�>.s�F�>� �:.s� u ~�q i�r�j�:��� 5h�2�>���+.�Dq�@���.=���@�@��:�x5h.s�x�9���+!��2Y�{\S� �o.s�m�>!���~�x.s�y��i�z.s2B�8~���6¼�fJ¶ fQ$4_9�8 ����%2Y x���+�@.s�o�+.s� u .s.s�`�q x.s�@.�� u ������+.G��"��./��f4�m./24�,"����Ì:fQ$���"��24������.e�����, �./� u ������n�����"���=�F����./�������.���]�^>�������6�, �.��d./��������� u x�����d./D���,�"24�x56�b�, �./��"�9�,���, �"�9��!"�,./�#�����,"0+.�f

�m./24�,"����Ì:f ¼:fQ$*�� �� u �C �� u n8��!"!"�+D,���F����24"���,"0:.���"���+!".eD8�����+.eD8��"��.}��]>^��C���24!"����.}������./�#������.}������������u "�, =!�"�,�,!".-��0+./�E �./���9f@�m./�,D,��������24"���,"0:.-�F����./�������.-�>]�^��3���d.- x���d�>.e�C�,������"!"�����9���"�9�����x24!"./��� u x"24 �x��?��nd�[�:5��? >.r0�,���?���m!9�z�;�;�#. �B�b5A�;�B�}��>�;.��A�? �.��;];^}f:��.�2/�?����hÌ�fѼ�fÀ¼��Y���x��. �B�?���? >�#.�.�,�>��. ��,�>���24 x./56./��k¨�����@.�������.�����>./� w�������./�#������.b"���>./� w�������./� ��24�*"�x��./�xf��> x.�������.������+.�"�x��./������./��������E.e�>��24.���]�^r56"���F./��ws�, �.�������./�#������.�"����./�� ����%������2424./���,����!".���./�n8���#56����24.�"n:�, x.}����.e�#���,"���g�������,./5�>��.s���x���%���@.b�@����.s�#�����+.s�@wx���x�1�8 x.b.s� ��2B�%��x�>.s�����2B���@�8!����8���5���!�.s5�.s�x�*�����8 x.������+.b�@���.b2B���#�#.sD���������>"���=�����70+"�#�,����!:�������E./�F��"�����xv���� u � u x.e�r���,����,"���=�, �.�!"����v����%f � ����, �./��wm��./"�, �./�%"�������24�,"D24��! u �./�A��"5���!"�,����./�����F!��6�����������#�,"���65����d.��, ����A� u �������+.g��"��.e��f��m"56��!"���,"���A�d./����!"�,���F x� u �, ������./��D8��������24"���,"0+.��F����./�������.}��]>^��*24������.�.en�n8./24�,"0+.}���+�E./����24"�x�|�, �.}����56��./����n:��]>^�5�"�F��./��fF �� u ./0+D./��w�"nx�, x.-����./�����������������,./5ç�>��./�9�����x����.-������./�#������./��w�����������./�9�����F.G������./�9����!��@w�����.e�,D8��������24"���,"0+.������./�#������./D8"����./�g�>]�^h"��24����}�F"�+��"ª�2@�����,!"�� �"�� �./�9��]>^h56"���F./���, x���r�|��"����!"./D8������./D8��"��.��>]�^ u "�, �, �.-����5�.-����5���.e�*��nx��!"��24v��3��������������24"���,"0+"�,� f

�t ��!".��, �.g�x��5���.e����n*��]>^i56��F��./���./����24. u ��, A����.���n*������./�#�����+./��w:���, x.e���������,./5°��0:./� x./�����5�� �h��x2B�.s���@.b� �x�1��n,nq�@.s�%���+5�.��+�������fm�j x.����:�@�8./5´��0:.s� x.s���>�o��x2B!~���j.b�>���+.�nq����!~�*�@.s�[0:�2B.��8�5h.sw�����+"�����,���n�ª�24w�56./56���#����./56���x��w��>]�^r56"���9��./����!"�,�4w����x�r.e� ./24���,"������n������+.eD8��"��.-���F��"���x56./���:����!"D�2B��È �y��8 `.sn,n�~2B�.s�x�%�5��>!�.s5�.s�x�8� �8����`��n9�8 x.��@���>.s�#�>���+.�5�.s2B x������@5��@wx�>��!��2B~.s�=\S�z.s2B�8�����ºxfQ$@_qw����x������+.7�,����!"./�g\Q�m./24�,"���<¶�f É�_,w�"��"����������"��!".7�,��56���"56"��.7�, �./��.7��0+./�E �./����������24 ��, ����j�, �.7�E.e�>��24�,"����"��x�>5��+./�G��n%�j]>^15�~���@.s����!��@���.s�>�>2B./�o��0:.s�[��!�!�./�m.s2B���8��+�<�8�5h.+f �z./2B�8��+�rÌ�f Ì wx��`�����[�8�2B��!����8wx�@ x� u � �� u �,�r x������!".g������./�#������.g�>]�^i56"���F./� u "�, ������;"��24�d./����"�����, �.g�>]�^i56"���G��./����!"�,����0:.e�}�b��"����!�.eD�����+.eD8��"��.-�������,./51f

�m./24�,"����Ì:f É|24��56�����E./���, �.���./�n8���#56����24.���n>�F����./�������.���]>^�� u "�, r��./�,D8�����F��24"���,"0+.���"����!"./D8������./D��"��.7�>]�^��-��n�24��5������#����!".724 �"�A���E.e�:f � �����, �. u ���v+!"�������-��24���x�F"�>.e�,w��E.e����!"�,���� �� u �, x���j�, �.|�F����./�D�����+.g��]>^���w:�, ������� A�, �./�� x��0+.gn8. u .e����]�^i��!"��2@v+�Fw�"��24���}n8. u ./�}��]>^`5�"���F./�G�nC�, �.g����.e�#���,"���6������D�,./5Î���F./��������.e�#�����+.e��fB�> �.��F����./�������.��>]�^���wm �� u ./0+./��wm"��24���%5����d.��>]�^�56"����.e���n��F����./�������./�����d.�����x����./�9f@�m./24�,"����Ì:f '��E./"�,.e�#���,./�9�, �.G24����24!"����"������f

^>./n8���E.��>"��2B����������� �� u �,�6����"!"��������./�#�����+.��>]�^>�����x�i./0:��!������,������, �./�����./�#n8���5����x24./w��*n?"�#�����"��24���F���, �.���"n�n8.e�E./����0+���#".e�,�.e����n��F����./�������.���]>^�������.e��"����"n�n8.e�E./�������d��2@./��������������� �� u ����./����,D"���g�F�+�F�,./56�*����.}�� x.e5yf[�>]�^>�C�, x���+������������+5���!"�,"��!".}������.}��"��./�*24���b�,�����24��!"!"�|�����������#�+����.}����56���E.��nx�, x�d./.-�>"n�n,./�E.e�x��n8./���,���E.e�VU

��_���./�*���E��24.e����¬z�F�+�F�,./5Î2@����ª��+���#����!".G������.G��"��.�U4�� x.G��]�^6������������,�3����"���+!".G������.G��"��./w �����x�, �.�����+.b�����.�2B���<�+.b24 x���x�+./�1./��8 �.s�-�>���#��x�����+�@�,.s5Å��x��,���!�������8����`�������?��2B./�@��� u ��824 *f �>�m��5���!�./����n�8 ����2B���,.s�+���#����x24!����>.b�1���8�����!��=º�»�·�É�·�w u x"2B < x�����=5����>.b����*�8�6��.s!�./2B�*�+./� u .s./�<É�¥-^����x��»�¥-^�����+.7��"��.rµJ���>.e�x&�·:¸Qw+���������d��!"�bº�»�·�¼�·����F����r����º�»�»�':$-24�����,�E��!"!"./��24������.e!�.e24���b������.|��"��.|n8�d��5�¼�'�º���+�8./���8�6¼�¥-^�µJ�1���8��»�º�¸Jw��8 �.b�m�o�*)9»�·�·�·=���?��24.s����������!"!�� u ��� u �6�����+.��@"��./��k¨����.bn8����������8�d��24�8"���x������<�������, �./��n8�����>���,��kt�, ����j���d.7��./!"./24�,����!".7��./�ED8���d��24./���gµJ���8���m&�Ì:¸Jw ( ��¡7¼�&�·�·�·6µQ¢8�� ��x»:¶�¸+������������,�����./�dD8���E��24./�F�3������./D8��"��.�f

Page 39: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

31

�������r��"���+!".eD8������./D,��"��.|����./���������r�F�+�F�,./56�-����.7��24���xª����������!�.7�������,./56D u "�>.7� ( ���>� �qÏ*�<24����D���,�����#f��m��!"���#"��w�n8���}./� ��5���!"./w�����./�G»�¥�^i�����+./�G��� © ¶���� © &�56��24 ����./�G���x�iÉ�¥�^i������./��n8��� © »�56��D2/ >,�j. �B²C�d)�� Ê ���Y. �bÉ�¥�^¨���z��. �bnd���g)�É Ê ·z·h5`�z2/ >,�j. �b�z�j�§$Yºz¥�^����z�x. ��nd���|)�ºz·�·z·h5<�z2/ j,�>. �zf�m����./�#������.o��]>^�����!"!"� u ����24 �����./����,����=�������,./56���,�=24 �������.��>"n�n8.e�E./����������.���"��./��n8���9���n~n8./�d./���>56��D24 �"��./��w�VBÈ c;È ����./�0:./�;56��24 x"��./�%24����!"�r����.-º�É�¥�^r�����+.e� u �"!".-�>.e��v��,��� u ���v+�F�,���,������9����.-É�¥�^r������./�sf�> �"�*"�%���b"5������#�,�����+����.}n8������]>^��*�, x���+������������:56��!"�,"��!".�������.��F"��.e��fF����5 �����:� u ���d.}��n������g����./�D���,"���=�������,.e5Í�, ������F���������#�,��0+���#��"���=��./�dD8���E��24./����������.���"��./�����r�o��"���+!".��������,./51fB���>�b������./����!"���d.�, �"�%�����,"����n8���#�, �./��ws���%�, �.}0:.e�#��"������n:�, �.��m��!"���#"�*����.e�#���,"���g�������,./5 ������.}�>��.e�%�����:������������:24 �������D"���b�, �.G��./n,����!"�x� ( �����m�8Ï%�9f

��_>��./�����#���,.�������./�#������.��>]�^�UY�� �.o56��"����]>^������������#�,���, �.�������.�������.���"��.����x���|��./���������.o��]>^�����������#�,���8 �.�!����E�+.�������./�#������./��f��> x"����!�!"� u ���, x.�����./�#���,������������8./5°�,�6����.�!"���E�+.�������./�#�����+./��n8�������./24"��!>2B����.e������2B A���Gv+./���./!>�,./� �,w������8��������.g�+��n,n8./�}24��24 �./��w:���x�in8���5�.g����n,n,./�#��f��>� ��56��!"./�G��nC�, ���2e�z�±.��x�:���i,��2e!,����.r r��D?� ( )��d���͵" r. u !�&mÌzw� r�j�>�±&m'�¸"w��{���±�:�[�:!,�6»z»m��·z·1µ"�{,!�.�&z·�¸"w��d���±.�!9�»zºm· Ê �µJ�8���,./&:$�¸Jw����x�r��� u .e�#���lµQ�m"!" x&�Ì�w��1����&�É:¸8f@� ��24 =��������.e�#�����+.��>]�^�"�9��!"���gv���� u �=���%��^�!"��24v��>]�^�����G^�!"��24v ( ���>�d./���*�m�#������!"���,"��������24 �.g\J^ ( �>��_[fF�������:"56��!".e5�.e�x�,���,"�����%��n:��./�����#���,.}������.e�#�����+.}�>]�^���E.s�+�>��E.b����.s2B"��!��>]>^15������ x���x�>!���x�hn8���-���>��./�[�����:./�������8 x.b�>.sn8����!��*�j]>^�5���@�� x���x�>!�./�-�>��.s���x��� ������>!".�������./�#������.�56������"������f��x���|�����:./� ��!"���E.��, �"�%�����,"����n8���#�, �./�����%�G!""56��,.e�r����5���.e�;��n�������./�D�����+.���]�^h��!"��24v���!"���E��./!"���d./���,�"24�,��������./�#������.���������.��,���|n,. u �E.e���,�#"24�,.e�h��"�,�����,"���x�������������>������!""D24����!".-n8���*��./��.e�#"2�����./�C���E�������56��f

24_;56��!"�,"��!"./D8������./D8�F"��.|��]�^�Us�� �.|�>]�^`2@������"56��!"�,����.e������!"�r���,���E.|56������������-��n;56��������"n�n8./�d./��������+.|��"��./��fs�> �.e��.g��]>^��-���d.g��������!�!"��n,��!"!"��D8��������24"���,"0+.g����.|�,�r�, �.g��"n�ª�24��!"�,����nC����"!���"������./�,D,��������D24"���,"0+.���]>^����, ����;�����������#�;5���!"�,"��!�.g�����+.g��"��./�b\J�m./24������rÌ:f ¼�f ¼�_[f � ���}./� ��56��!"./w:�1�8����)*É�� ·�·�·b������D�����#�,�%��./0+./�=������.���"��./�9n,�E��5çÉ�¥�^r�,�r$@º���^iµQ¥�����.e&�¼:¸Qw��o!"�,�#���m� ( )*�ݵJ¤:������&�':¸ ����� ( !"�� ���µQ^>������&�':¸�@�>�>�>���[�9nq�+�>�G�>���:.s�7�@~��.��o�+n9» ¥-^jw�º É�¥G^jw�'x$@¼ ¥-^jw�� ���yÉ��y^�fm¯g�q x.s�[�7~�x2Y!��>�j.��j� ( DF$4·`µS�j� ( »�ºx¸Sw( )*��ºbµ ( ��0+��&�Ì:¸Jws���x���m� ( )%�1)*./n8./�d./��24.}���1�ÛµJ�m� ( )*&:$�¸8fF�1�����g��!"���7"�x24!"����.��-�>./n,����!"�+�>]�^�56��F� ������>!"./��\Q��= ����E� u ���E.-���*�F��n8� u ���E.e_��, �����24����!"�����r������./�������.-56������"�����3"���, �.-�>]�^9f

�> �"�*"�*56���E.}����./n,��!m�, ������F���������#�,"���g�-��"����!".}24����ª����������!".}������.}��"��.}���*���E�����#��56�* ���0+.}�G56"���n�56������"�x���3�, �����24���������x��!"!+���F.�������./�#������./��w VYÈ c;È � ���,��24v������+.e� u ����!"�6�#���d./!"�����F.�É���^6�����+./�3�, ����n8�#��56.��+��n�n8./�#��24����!"������.�f��1��!"�8"��!".b������.b��"��.��>]>^�����!�����2B���<��.b���@./������2B���xn~"�+���#���+!".������+.��@"��.�>]�^���"n>�� x.�����.e�#���,"���=�������,./5Í���F./��56���������������n����x!"�=�7��"����!".�������.���"��.�fB�> �.�"���,./�d./���,"���=24����./wm"�u �./���, �.�����.e�#���,"�����������,.e5ç����./�%�G5�"����n������+.��F���.e�%5���v�"�����G�>������56"2�24 ���"24.���n����n~n8./�E.e����������.��"��./�9n8���C���n~n8./�d./���x������.G��!"��24v���kt�����+.eD8��"��.-���F��"���x56./���#f

�8�A�, x"�G�, x./�F��Fw��*��������5�.g������./�#�����+.g�>]�^>�G�, x���C�����������#�;� u �6������.���"��./��kt��������.�������.��F���.g��nÉ�¥�^6�������o56./��"��56D8�F���.e�6������./�#������.G��"��.G�, x���x"�3����� u .e�*��n�� u �b56��!��,"��!".G��n�É�¥�^3f@����!"������������5�.�, ����:�, �.�����./����,"�����������,.e5ç������������,�%�, �.���./��./�#"23����.���n�������./�#������./� u "�, �����������5�"23������./D8��"��.�����D��"����56./��������!""24�h\Q���3./� ��!"��"�x.e�6"���m./24�,"����¼:fQ¶�fé$@_��� x���x24 �������./�3��.e� u ././���, �./��.G� u ��������.G��"��./��f4����������:./� ��!"���E.}�, �.�./n�n,./24�:��n:����"���g56���E.}�, x����� u �|������.��F"��./�%��"56��!"�,���x.e������!"�g��./24������.}���>"�������:24��56D��!�./�,.�"�A�,�56.�� u ���v+"�x�6"5���!"./5�./���,���,"���<��n*�, �.�������./D8��"��.�������"�+��56./�x�C����!�"24��������56./24 x����"��5����././��./���,�g�����������#��5����d.G�, ����=� u �������+.-��"��./�sf

( �F����./�#�����+.g�>]�^�"�G����5���!"!>56����"n�"24���8"���A�,������"���+!"./D8�����+.eD8��"��.g�>]�^ u ��, A���d./5����v+����!".�"��D24�E.e����.7"���>]�^A�E.e��24 Cfe�� ���}��.e24�,"����"�>./���,"ª�./���, �.o������"2- x���d� u ���d.7��"n�n8.e�E./��24./�}n8�d��5Ç�g��"����!"./D8������./D��"��.-�>]�^��������>"�F24���F��./�9n8��!"!"��D8�����F��24����,"0+.-���x�r��./�,D8�����F��24"���,"0+.-"5���!"./56./���,���,"������f

Page 40: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

32

����24 A��]>^`��!"��24v6"�h�b������./������+.g��]�^i24���h���,���E.|5�������"���+�Gn,�����>"n~n8./�d./���;������.g��"��./��fs�> �.g��]>^�>�@.s�7nq�+�G�8� �A2B�+5h�>���[~�@�+�i�8 �. © �>¦Ç�:��q�o� �@�@�>5h~�x�A�q x.=�@5h��!~!~.s�@�9�>���:.��4�� . u ��q i�8 �.�¯gn±nq�4.s�9�+~�8���������./���, ��E������ r�,�=�� �����"24��!������>�d./������./��./����,����Cf ( ������./�#������.��>]�^h�����>��� u ���, �"���+���,���|��"����!"./D�����:./Dq�@���.��>]>^1�j./�@��:��\S�z.s2B�8����`$�f '�_qwx�����@ x� u �`�� � ��:���E.�Ì�D[$ f � ��[���8w�.s��2B <�j]>^1�+!���2Bvh���2B!����>.s�o������+.7��"��.|56����vi\J� ( �m¥�_;�, �����"��./���,"ª�./� u �"24 ���"�,�-��n��, �. © ��¦ç���E.7�����#����n��, �.|������./�#������. © ��¦Af�> �.-�,���b24��56��������,���#�9"��24!�����.G"�=�, x.-�,���b56���,24 �����!"�b�, �.G�F����./�������. © ��¦Û��"�,��w��,�E./���,"���b�, �.-�E./������n�, �.��,������"�,�����7Ö������C¿ �>24���d.�×�fY�m./24������wz�, �.��� x����"24��!:���>���d./������./��./����,"���r�>.e��.e���>�����r�, �.o������.���"��.24���#�d./���������>"�����,���, �.�0+"�#�,����!:�������E./���Fktn8���%������./�#������./���, �.��m��n�n�ª�./!"�6n8�E��5Î�, �.�0:"��,����!+���>���d./����"�����./�i"�h�, �.��� �����"24��!>�������E./�F��w:�����in8���}������.g������./�G�, �.�����¦Î��"�,�G�����,�����;n8�E��5��, �.���]�^i���E.g���F./�9f¯|�h�b�>]�^` �"�,w:�, �.g�����+.g�F"��.g���,�,�#"�����,.�\J�mÏ*_C�E.e���`n8�d��5°�, �.g��]>^`24�����,�E��!"�G�b56��!"�,"��!"./� ���}�,�r"56��!�.eD56./���x�, �.-�� ��+�F�24��!����>���E.e���9�+./��.e�#���,"����w ���9"� � "�+���E.-Ì�D8Ì:f

Figure 3-3: Structure of a superpage TLB

Hjø?>jø~÷|úoûoü[üqý�þ/ÿ����������[ÿ������ñ��ûTÂ���Á�Âoÿ�S��Ä ����[�( n8��!"!���D8���F����24"���,�0+.}�>]�^�"��24!"���>./�*���b�����"0+"�>����!z�,���g24��56�����#���,����n8����./0+./�#�|�>]�^���!"��24vg�, ����+24���

��.G5�����"ª�./���,�b�������������56��!"�,"��!".��F����./�������.G��"��./��f4�8n��, x.G����./�#���,"������������./5Î���F./�3������./������+.e��w �, �.����56��.e�%��n���]�^65�"���F./��24������./24�d./����.��F"�+��"ª�2@�����,!"� f � ����, x.e�,w "n��, �.G����./����,"�����������,./5Î����./������������.������./�#������./��wz�|n,��!"!"��D8�����F��24"���,"0+.�������./������+.���]>^h��.e ���0+./��./����24��!��=���}�7��"���+!".eD8�����+./D,��"��.��>]�^ u "�, �, �.-����5�.-����5���.e�*��nx��!"��24v���f

( nq��!�!��+Dq���@����2B����8�0:.b�@���>./�[�����+.b�j]>^Á\J�@ x� u �<�� � ��+�>�.�Ì�DqÉ�_%�>��.s���.s�+��!����-� ( �Ë2B.s!�!���nq���-�8 x.© ��^�¦ç��"�,��\Q��������5�"���r�, �.7!"���E��./���j������./�#������.|�F"��.e_;�����<�����C¿À�,D824���d.|24.e!"!���n8�����, �.7������./�#������.|��n�n8�F./���"�,�}"���, �.o�,���`\ ( ����./����"� ( _[fe�856��!".e5�.e�x�,���,"������nj�, �.o�E./���>��nj�, �.o�,�����E./56��"�x������24 ������+.e�An8�d��5Ç���"����!".-������./D8��"��.��>]�^�kt./� 24./����n,���C�G!"������./�;56���,24 =!""��.-�,�|�,�#��0+./���.-�, �. u "��./�;�>���C¿À�,D,24���d.-24./!"!"�sf@�� �.� ( �m¥p����,�����,���E.��, x.������+.���"��.�"�<�����.e�>./24���>./�in8���5Å"�A�, x.������C¿À�,D824���.g2B./!"!"��w�VYÈ c;f w���������./�#������.56������"����n8���3n8�����3������.o������./�}�F�,���d./�}�|56����v���n>·�·�$4$}�����h���d./0+./���,�}�, �.o� u �=!"� u D8���E��./�9��"�,�}��nj�, �.© ��¦ n8�E��5�������,�2@������,"����"���, �.o������56���,24 CfY�t �./��!"�����>"�����|56�����������"���,�=�, �.��>]�^�w��, �.������hn8���#D56����24���r"��24!"���>.��, �.�� ( �m¥¨ª�./!"�>wm�, �.��>]�^�56"���� x������!"./�%24���r�d./�����, �.�� ( � ¥¨n8�d��5Í�7����./24"��!:�d./��D��@�q.s�8w�VeÈ cCf w��1�±�>��)9É�·�· ·<µS¥G���x.s& ¼�¸Sw��+�G x���#� u ���.�2B� �`�j.s2B�+�>.��q x.��@�� .����q�8�[��+�>�8.�~�`�q x.��>�j�>w�VeÈ c*È ��7!"�,����m� ( )%�lµQ¤������+&�':¸8f

PID/VPBN Offset

TLB

Protection Attr

PPBN Offset

VA

PA

Violation

Soff.

Soff => Superpage Offset

TLB Miss

Soff.

Size

Page 41: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

33

Figure 3-4: A fully-associative superpage TLB

�> �.-�F"��.-ª�./!"��\Q�mÏ%_,w��E./���rn8�d��5ç�, �.-�����,������#������!"����� u "�, ��, �.-���,�,�"�����,./�Fw�24�����,�E��!"�9�� ��+�F"24��!�����D�>�E.s�����+.s��.s�#���8"���*f �> x�����x2B�E.s����.s���8 x.b�>]>^���2B24.s�����8�5�.b������*��.s�#���!�"��.s���, x.b) ( �Ë��242B./�@�����x�1�, x.56��!"�,"��!"./� ���C2@�����,�d��!?f@�> �"�9��!"���g�d./�+��"�E.e�9�, �.-��"��.-ª�./!"���,�g��.-�F�,���E.e��"�=�, �.-�����,��) ( ��f��q��"�%�����F��"��!".�,�g����.-�, �.�5����Fv�ª�./!"�r"�=�, �.-�,�����,�g��.e�,�����, �.��� �����"24��!������>�d./�F�956��!"�,"��!"./� ���;"�=�������!"!"./!��,�g�, �.-�����,�) ( �Õ��2424./�F��fs =� u ./0+./��w+"�;"�-���n~ª�24��!"�;�,�r�d./���`��� ( �Õ�����"�����, �.|�,���r5����,24 ������`./� �,�� u "�d./�-��./D� u ./.e���, �.G� u �����#����+�9��!"����56��v�.G"���>"n~ª�24��!"���,��"56��!�.e5�.e���#f

( ����"�x�r������.e�#������.g�F���������#���,�r��n8��!"!"��D8�����F��24"���,"0+.|�>]�^` ����-0+./�#�r��56��!"!����E./�������`��2424./���-�,"56.��0+.s�E x./���>�=\J�����,�8��5°��n%�m����!�.�Ì�D[$@_*�+���C2B���A�@"�+�x"n,�24�����8!��6�./�>��24.b�, x.b����5���.s����n%�>]>^�56����@./��f��> x.����56��.e�3��nj��]�^h5�"���F./�}��./24!""��./��n8���3� u �=�E./����������f � "�#���,wz�, �.o"��24�E.e����./�h�>]�^h�E.e��24 ���!"!�� u ���, �.o��]>^�8�� x�+!��1��!�����:./�Gnq�#� 2B�8����`��n9�8 x. u ���[v+����h�@.s�*� �x�15�~���@.s�o!�.s�@���+n8�q./��wxVeÈ cCf w�º�É�¥-^1�@�>��.s�#�>���+.s�o��xD24�E.e����.��, �.}�>]�^��E.e��24 ���n��GÉ�¥�^��F�����!"./D8������./D8�F���.}�>]�^����g�Gn,��24�,������n;$�º�fF�m.e24������ws�G������.e�#������.�56����D�>����<!��+� ���|5h� �j�>����:�|�q�<5h�j!~�q~�j!~.��:� �4.��j� �:.��|�:���r�4~���:!~.���]�^{5h��4�7�± �� � u �:�>!��{ ��m0�.��q� v�.��56��!"�,"��!".���]>^�56"����.e�%"���G��"����!".�������.���"��.}�>]�^3fF� ����!".GÌ�D[$*�� �� u �%�, �.}�x���5���!""��./�jÔ9����./.e�>��� u �./�����"���6������./�#������.g�>]�^����F���������#�,"���6� u ��������.g��"��./��kt�b������./������+.g�����i�b������.g�����+.g�F"��.g��nCÉ�¥�^9f�> �.|��"56��!����,"���h���F����56./�-�, ������, �.g����./����,"�����F�+�F�,./5�"56��!"./56./���,�G�������+./D,��"��.|���F��"���x56./��������!""24��, ���������./�-�F����./�������./�Fk¨�, �.7����!""24�r��./��24�"��./�<"�h� ./24�,"����¼:fé¶�fé$�fs�� �.|����././���������� �� u ��"��� ����!".-Ì�D[$���E.o��"����"ª�24�����,w>$�f ·�'g�,�<$�f ¼:$�fe�� �. u ���v+!"���������j����.o����./���A�F�����"ª�24�����>�,"5�.o"�6��]>^A56"���} ������>!""����w��56��!"!"./� u ���#v�!"�����>�956���b ���0:.-!"./���9����././�����9f

Hjø?>jø?>�@����sþ/ÿ����������Fÿ������ñ��ûTÂ���ÁRÂoÿTS��Ä ����[�( �@.��8D±� �@�@�+2Y~� �8~0�.=�j]j^{�E.����j�7�+�>�9�r�@.�!�.�2B�q.��y�@.��9�+n3�8� �:�7nq��+5´�q �.��q� �A� �[�F���<� �x�{�8 �.=2Y�+�[�E.�D

���������>"�����������7n,�E��5Î�, �.��>���,�o���#���� fB� ���=24��56�����#���,���#�324��56�����E.G�, x.Gn8. u �,�����������������,�������, �.�24���#D�E.e�������x��"���=�� ��+�F�2@��!+�������E.e����"n��7�>]�^� �"�#fB�m���F���������#���F����./�������./�Fwz�, �.��,���=24��5������#���,������������, �.�� x����"24��!>���>���E./���G�+./��./����,"���A24���A�+.g5�����"n,"./�i�,������.g�>���C¿À�,D824���E.���"�,����������56��!��,"��!"./� ���}�E./����./24D�,"0+./!"�b���9"��n8��!"!"�+D,���F����24"���,"0:.-��]>^���f@ =� u .e0:.e�,w�"����./� "���b"���,���, �.-�,���b�����������,�����#����+�9�,�g��./!"./24���, �.

2. The normalized execution time speedup is shown here, as explained in Section2.5. AppendixI shows executiontime speedups for individual workloads.

DATA OUTPUT

OUTPUT DRIVERS

WORDLINES

BITLINES

. . .. .

.

. . .

. . .

SENSE AMPS

SZ

PID/VPBN OffsetSoff. VA

VPN-Soff

VPBN TAG

TAG BITS

RAM ARRA Y

MASKDON’T-CARECAM ARRA YCAM ARRA Y

Page 42: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

34

��./����n��,�������,��24��56�����E.�"���������,�"0:"��!+"�r�o������./�#������.��>]�^3f ( ��./�,D8�����F��24"���,"0+.��>]�^6��������!"!"�=����./���, �.!"� u D8���E��./������,�-��n;�, �. © ��¦å���-"����./����"�,��fs�m��56.|�>]�^>�-����.|�� ����� hn,����24�,"���h��n;��!"!���������56.g����,�-��n�, �. © ��¦=w�������n8������./�n8���#56����24.|�E.e���������-�, �.| x���F hn,����24�,"������! u �����-"��24!"����./�-�, �.|!"� u D,���d��./�k����"�,���nx�, x. © ��¦=w u �.e�E.-�7"�9!"� Ô \J����56��./�C��n���]>^r��./�,��_#f

�t �./�h����"�����F����./�������./�-�, �.|�����+.|��"��.|n8������0:"��,����!����>���d./���-"�-����v���� u � u �./�����,����,"�x�r�, �.�>]�^���2424./�����,��"�>.e�x�,"n,���� x.�"�x��./�|��"�,�����x"����./!"��kt�, �.�������.���"��.�"��v+��� u � u �./�r"����.e�#�,"���=�75�����D��"���=����,���, �.��>]�^9fY�8�r�, �"���F./24�,"���xwm�>��"��24�������, ��E.e. u �������,��"����./�g�7�F./�,D8�����F��24"���,"0+.���]�^h�, ������F����D�����#�,��HJÐ}R������+.|��"��./�-����!"�+kt��É�¥�^<������.g������.g�F"��.|�����`������./�#������.g�F���.r\JVYÈ c;È �+Ì�¼�¥�^>_#fs¦=����.g��n;�, �.����!"���,��������>����F24���F�� �./�E.����d./wz �� u ./0+./��wz���#��24�,"24��!:�,�=�F���������#��56��!"�,"��!".�������.e�#�����+.��F"��./��fY�� �.�./� ��24�"���>.e�=56./�, �����w:��./�F24�#"��./�`!"���,./��w+"�G���#��24�,"24��!��,�r"56��!"./56./����"nC�, �.|�����+.|��"��.|24����E./�F��������"�����,�r�, �.0:"�#�8����!j���>���E./�@�����v+�x� u � u �.s�A�@�,���#�,��x�6�8 x.��>]>^���2424.s����w�VYÈ cCÈ ���, x.b0+��#�,����!j���>�>�E./����"�x24!����>./���8 �.�����+.-��"��.�µJ�����#�,&�É:¸8f

�t �"24 =������9n8�E��5ç�, �.-0+���,����!��������E./���%�� �����!"�r�, x.��>]�^�����.-�,�g"����./�o�, �.-�,���b����#���Tòj�> �./�d.-���E.-���!"./�����x�, ��E.e.������,"�����3�,�b24������"��./�¥U4�, �. © ��¦Û��n��, �.G������.G������./² �, �. © ��¦á��n��, �.G������.e�#�����+.e² ���*�, �.G./� D��24� © ��¦ u "�, 6�����"���#xv���� u !"./�>��.7��nj�, �.7�����+.o��"��.�f/��"!"!"�����,�#���,.o�, �./��.7��./��� u "�, 6�g�>"�d.e24�,D856������./�» D±�+!~�:2Bv<��]j^{�@�q�+�F~���A5A� �>�>~���:�7n±�+���q ��.s.��j~n,n±.��.����9º É ¥G^{�.��:~�+���|�+n3� �j�j�.��4�7�4�>� 2Y.=�4 �� u ��~�� "�+���E.-Ì�D8':f

Figure 3-5: Mapping a 64KB address space with 4KB and 32KB superpage mappings

��13=�"VGV/-1�Dd$�ó3"�&È'�)õô Ò $-ó�"¡���3��+��($�ó3"¡ô�8V!�"¡�38iD�" f@�� x.-��]>^r���F./�9���3"����./�o�, �.-0:"��,����!����>���E.e�����"�,�|ã�$@É:féfQ$�¼:äzwz�, x.�!"./�����>��"����"ª�24�����>��"�,�}��nj�, �.o�����F.o�����+. © ��¦hfe�� �"� u ����!"�h��.o����56.o�����, x.�"�x��./��>�4.��y~���r�@.��qD±� �@�4�+2Y~� �q~0�.=�4~���:!~.�Dq�>� �:.�D±�@~� .��j]j^{� ��� u �+�>!~� u �+�[v<n±���.=nq�:���8 �.�2Y� �@.=�4 �� u ��~�� ��+���E.�Ì�Dq'�\J�+_8w u x�2B < x�������x!����+����.b�����+./��f� �� u .s0+.s��wxn8���-�8 �.b�@����./�[�����+.b5�������"�x�h"� � "�+�>�d.�Ì�D':\J��_����}\J24_,w���!"!�./"�� ��:�>]�^r��!"��24v��%���E.�24������"�>���,./�%�,�|���,���d.���������./�#������.�56������"���+ws�>./��./����"���������, �.0+��!"��.g��n*0+"��,����!>�������E./���G��"�,�bã�$�É:fQfé$�¼:är�, ����;���E.g������C��nC�, �.g������./������+.g�����+.g��n�n8�F./�#f��> �"�G��./�����,./��, �.G0:.e�#���d./���������,�b��������������F����./�������./�3�����6�, �.G�>]�^6 ����3�, �.G����56.G��.e�#n8���5�����24.G���3�o�F�56"!"���*��./�,D��������24"���,"0+.g��]�^t\J�, �.g�,���A�E� u ��n;�m����!".-Ì�D8¼�_[fs�� x.e�E./n8���d./w+�, �./�E.|"�G��������0+�����,���+.|�,�r�F���������#�,"��������D��./�#������./�9"������]>^�"����./� ./�r���b�, �. © ��¦Û��nx�, �.G������.-�����+.�f

Table 3-1: Execution time speedups for fully-associative superpage TLBs relative to single-page-size(4KB) TLBs with same number of blocks

#blocksSuperpage TLB with superpage size

8KB 16KB 32KB 64KB

Average Speedup

64 1.09 1.15 1.18 1.21

128 1.07 1.11 1.13 1.17

256 1.05 1.06 1.07 1.08

Relative Chip area 64-256 1.02 1.03 1.04 1.05

Relative Access time 64-256 1.00 1.00 1.00 1.00

Superpage 0

Superpage 1

0x0000

0xffff

Superpage 0

Base page 0

Base page 7. . .

Base page 0

Base page 7. . .

(a) (b) (c)

Base page 0

Base page 7. . .

Page 43: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

35

��13=�"VGV/-1�DN$-ó�"ì&È'3):ô Ò $-ó�"ì�����C+��4$�ó3"ì! Ç �3"V*���8VD�" fF�> �.}�>]�^����F./�*���*"���>.e���, �.}0:"��,����!z�������E.e�����"�,�oã�$�¶�féfQ$�':äzwm�, �.�!"./���F����"�+��"ª�24���x����"�,�3��n��, x.G������./������+. © ��¦hfB�� x"� u ����!"�6��.�����56.������, �.�"���>.e�����./�A"���g��./�,D,��������24"���,"0:.o��"����!"./D8������./D8�F���.o�>]�^ u ��, ��gÌ�¼�¥�^A������.7�F"��.o����� u ����!"� u ���#v�ª���.7n,����, �.�24����.��� �� u ��"� � "�����d.GÌ�D,':\J��_8w u �"24 � ����%���x!"�gÌ�¼�¥�^r������./��f� �� u ./0+./�,ws����"���g��56��!"!�������./��w����%"�� "�+���E.-Ì�D8':\J��_�������\J24_8w�./"�+ ��x24������./24���,"0+.G������.G�����+.e�324��5���./�,.Gn,���C�, �.G����56.G�>]�^6��!"��24vjf � ���*./� ��56D��!"./w:�� � "�����E.-Ì�D8':\J��_8w:������.g������./�G·�D[¶���!"!>"����./��"���,����]�^���!���24v6·�w:24������"���65������624����ö�"24�C56"����.e��f�> �.�24��!"!""��"���r24������"��0+./��= x"�� r"n>����������.e�#�����+.e�����E.����F./�>kt�F�56"!"���9�,������"���=0:"��,����!:�����>�d./������"�,�ã�$�¶�féfQ$�'�är"�A���������!�./D8�����+./D8��"��.��>]�^ u "�, <É�¥�^i�����+./�sf��qnC�8 �.�����./����,"�����������,./5Å����./��������./�#�����+./��w �� u ./0+./��w �, �.-24��!"!""��"���=24�����x56���b�����x��.-!"���E��./w���./24������.�UÓ )%.en8./�E.e��24./���,�656��!��,"��!".�������.������+.e� u ��, �"�A�, �.b�F��5�.�������.b��!���24v624������.�24��!"!""��"������f��> �.�����./�#D���,"�����������,.e5��� �����!"�`����.|������.e�#�����+.|56������������-n8�����F��24 �������.|��!"��24v���\ � "�+���E.-Ì�D8':\J24_8_#f

Ó �qn��8 x.�������+�#��5£.s�m x�����8�|���x���xDq!���������x�`��.s�:��.s�x�,���!*��2B2B./�@�|�����8�8.s�#�xw>VeÈ cCÈ �>��2B���x�x��x�`���1���#�#���Bw�8 x.s�1�8 x.��j]>^����@.s�|���x!��`���@��x�+!�.��>]j^���!~��2Bv`��x���8.s������n���0:.s� u �[��8��x�`�8 x.��d.s�@�3�+n��8 x.��j]>^3f��> x�� �./!"���-������!""24���,"�����-����24 ���� 1�8V!�8V÷ ����� �E��$-��=3" ./0+./� u x.e�h����"��������!"�������F.g������./��f

Ó �8��24�E./���F����r�, �.7��./�,D,���F����24"���,"0:"�,�r�d./����24.e�-�, �.7�56����24����n�24��!�!""�F�������f/�8��24�E.e����"���r�, �.|��������24"���,"0+"D�8�<�8�A./��+ x�,w>nq����./�m��5���!".sw>��!�!�� u �|�8 x.=�+����.������+./�|·�D[¶|�8�A�#./�@��>.=����@./�����#���8.=�j]>^{�+!"��2Bv+�|�, x�����+ �, �./�r5����A�,�r�, �.|����56.|��./�#f

�m����./�#������./D8"�x��./���>]�^>���E.e����!"�C��A����"5���!�.g x���E� u ���E.�"56��!"./56./�x�,���,����An8���}�����������#�,"�x�656./�>"D��5�D8�@"��.b������./�#�����+./��wx���>�C5�������./�#nq���[5Å5���24 u ���[��.b�, x���<./�+���0:��!".s���*�@"�x�+!�./D8�����+./D8�@"��.b�>]>^>���n�, x.b����./�#���,��x�����+���,.s5°�>��./�������*����.�������./�#�����+./��f��qn*�8 x.�����.s�#���8"�x�����+���8./5Å����./��������./�#�����+./�@w��, x.�>]�^`"��24����Gn,. u ./��56"����./�Fw:n8�����E./���F�����-./� ��!"��"�x.e�`������0+./w+�����`�E./����!"�,�G"�h.e� ./24���,"���h�,"56.|����././������#.�!~� �q~0x.=�q�A�r�4~���:!~.�D±�>� ��.�D±�@�� .��j]�^{�q �� �3�j�@.��|�q �.��:� �4.��>� ��.=����j.��1\O�:� �:!~.7Ì D±¼ _�f� �� u .�0�.��qw>�q �.u ���#v�!"�������%�F��n�n,./���G��!"� u ��� u ��"n:�, �.}����.e�#���,"���g�������,./5 �>��.e�%�����+����.}������./�#������./��wsVBÈ c;f ws"n:�, �.�����./�D���,����6���+���,./5°�����������#�C"��!"��24v�"�x�6���}�, x.�������!""24���,"���A �������5���!"!>��./�+56./�x�,�������, �./�.���G�� x���#�,���+.���n�� ��+�F"24��!�5�.e5����� fe�� �����wz������./�#������./D8"����./����]>^��}���d.o��.e����"�,"0:.��,�=�, �.o��0+��"!"����!�.�����.e�#���,"�����������,./5������������x����� u ���#v�!"�������3�, ����x2@���=���F.G������./�#������./��f

��13=�"VGV/-1�Dd$�ó3"�&È'�)õô Ò $-ó�"¡"VGV8V.�$©���3� f@�8nx�, x.-��]>^rv+��. u �, �.-�����+.-�F���.-��./n,���d.-���,���#�,"���b�, �.-��]>^��2424./�@������2B���<56���+"24��!"!�������./�@���, x.�24���#�#./24�*������.b��"��./wxVYÈ cCÈ ���, x.�0:"�#�8����!j���>���./�@��56����"�x24!����>.��8 �.�����+.��F"��.|µJ�����#�,&�É:¸Jw��, �.���]>^�24������.�"�x��./� .e�r���g�, �.�������.e�#�����+. © ��¦å\J��"�,�Gã�$�¶�fQfé$�':äz_�n8���;�F����./�������D./�G�����`�����, �.g������.g������. © ��¦Æ\Q��"�,�bã�$�É:fQfé$�¼:äz_Cn8����������.g������./��f��� �"�G����!"���,"��� u ����!"�i����.g�b��"����!".�>]�^r��!"��24v�n8���;������./�#������./� u ��, �������"��24�E.e���F"�x���� x.�24��!"!"��F"����24�����,�9n,���C����"����������.�������./�sf@�� �.-�, �"�E��E� u ��nj� ����!".GÌ�D8¼|�� �� u �}�, ����>��.e�,D8��������24"���,"0+.o�>]�^>������"�����, �.o./� ��24�>"���>./�����d.o0+./���./n~n8./24�,"0+.o"nj���FD"���g������./�#������./��fF�7�F"�x�|�, �.�.e� ��24�:"����./��"�*56���E.}./n�n,./24�,"0+.���./24�����F.�������.}������./� u "�, ���b�G������.���!"��24v56�����,�g�>"n�n,./�E.e�x�:��./�,�%��=���=./����24�,D8"���>.e�o�>]�^9f@�� x.e��.-������.������+./� u ����!"�r ���0+.-56������./�r�,�g�, �.-�F��5�.��./��"�����F����./�������./D,�����./�o�>]�^�������24�����F.G����������������!�24����ö�"24��5�"���F./��f

Table 3-2: Execution time speedups for 256-block 4-way set-associative superpage TLBs relative tosingle-page-size (4KB) TLBs

Indexing schemesuperpage size (using superpages)superpage size (using base pages only)

8KB 16KB 32KB 64KB 8KB 16KB 32KB 64KB

AverageSpeedup

base-page-index 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00superpage-index 1.06 1.09 1.10 1.07 1.01 1.02 0.87 0.81

exact-index 1.06 1.10 1.11 1.14 1.00 1.00 1.00 1.00

Relative Chip areaRelative Access time

1.02 1.03 1.04 1.051.00 1.01 1.01 1.01

Page 44: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

36

 =� u .e0:.e�,ws���b./� ��24�+"���>./���F./�,D8��������24"���,"0+.}�>]�^�"�*�����+./�����g�,�7"56��!".e5�.e�x�+"n:�, �.}�����+.}��"��.}24���#�d./D���������>"�����,�g�, �.-0+"�#�,����!����>���d./���9"�%����v���� u �=���#"���C�,�g��������,"�����, x.���2424./���sf@�> �.e�E.-���E.�����!"./�������, ��d./.���,����,./��"./�3������./��24 = ����3��"����"ª�24�����x2@���F�,��f

��8i*u8i7Q7�"i7Ð8i.b.b"i!b! U ( �j����!�Dq�����#�8.s�1���-�./�>!��24���8.s�1�>]>^12B���`���@.b�>�n,nq.s�E.s�x�*��x�j./�r�+��,�o���<�8 x.�� u ������#�,���,�=�,������F!����,.��, �.�����5�.�0+"�#�,����!������>�d./���sfe�� �"�}�F��!"���,"���� ����}� u �=����������,����"�,��24�����,���, ����>56��v�."�C�������,�,�#��24�,�0+.�f � �����,w����>����!"D8������8./�i�>]�^�24���A�56���[��0+.��, x.������*��n*�������24./�����������6��!"!"� u "����� u �56./5����#�6��2424./�����,�#������!"���,"��������./��24��2B!".��, ����*56����"��24�[./����.���0:./���!"!>��./�n8���5�����2B.g�+./�,�,./���, ����<��]>^��./�#n,���#56����24.G��./��./ª��,�3��n��F����./�������./��w�VYÈ c;f w 56��!��,"��!".G!"�����9¬z���,���d.G�����./�9"�����E��24./���F����3��!"�E.e���>�b�����,��D�#���,.g�, �.�������� u "���, A��n*56��!����D,������,./�i��"����!"./D8������./D8��"��.g�>]�^>�G�����i�����������#������6�F����./�������./� u ����!"��>�@.= x� !�n3�8 �.���]>^y�:����� u ~�j�8 %fm�z.�2B�+�x�jw����j�>� !�Dq�>�+�[�8.��y�j]>^y�+2Y2B�>�>�.s�7��!�� �#�+.��G2B �~��� �.s��� ���y����!"� u ./�%�,����2424./����fB¯|�, �./�%��"����!"./D8�����+.eD8��"��.����9n,��!"!"��D8�����F��24"���,"0+.���]>^���./��"�������, �������2424�����=�7��"56"!�������./���+.s2B��5�.����8�8�#��2B�8~0:.b��!��8.s�[�x���8�0:.s��f � �+�-.s� � 5���!�.swx��¼�'�º�Dq�+!���2Bvhnq��!�!��:D8� ���@��2B����8�0�.b�j]>^1�#.s�+�>��E.s�!"./����24 �������d./�|�, ����6�|������!"D,������,./�h¼�'�º�D,��!"��24v���"�E./24��D856������./�h�>]�^�w�"��24���#�}n,. u ./�9�>]�^A56"���F./��w������24�����F����������x56��!"�,"��!".-������.e�#������.G��"��./�sf

øÅ"Vó38V!�óõ!�.�ó3"V¬ù"V! Us�� x.|��]>^<24���hª��#����"���>.e�=�����F��56"������������.|������.|�����`���h��56��F�-24���h�d./��./����, �.���2424./����wz��.e� �>24��24!"./wz����"�����, �.�������./�#������.������./�xfY�m"56"!"���9��24 �./56./�� ���0+.o��././������./���,�="56���E��0+.�, x.���./�#n8���#56���x24.���n*��./�,D8��������24����,�0+.��}���Ò24��2B �./��µ ( �+���#»�»�w�¥�./����»�&�w ( ����� u ��!"&�Ì:¸x������������.��8����!�./�µJ�� ���v+»�º�w+�1����&�É:¸8fs�> �.g��]>^`��2424./�F�G�,��v�./�G�b0+���#"����!".g����56��./����n;24��24!"./�G�����`24���h24��56��!""24���,.g��"��./D!""��.-��./��"���Cf@�8nx��]�^���2424.e���9"�9"�=�, �.-2@�#"�,"24��!������� xw�"��24�E.e����"���b�, �.��>]�^r x"�����56.-n,���C������./�#������.-56����D�>����:�|�j.�2Y�#.�� �4.��|�q �.�~���j�4.�n±�>!~��.s�4� f��±n��j]�^{� 2Y2Y.��4�7��7���:�3~���q �.�2Y�[��q~2Y� !C�j� �q �w;V/È c*È � u �.����j�4~���0+"�#�,����!�D,�,���+��./�A24��24 �./��w��g�d./ ����� 6��24 �./56.756������.7���#��24�,"24��!?f/�8�6������,"24��!�����w��d./ ����� 6��24 �./56./�����d.7���,D�,�#��24�8"0+.�n8��������./�#���,"�x�6�������8./56���,���,�#��0:./�#��.g x���� �./�������+.��,����!�./���, ����C���,���#.g������./�#������.�5�������"���+�\J�m.e24�,"���A¶�f É:f ¼�_[f

ú ��7�/�$Ð&Ð'�)Ð! U ( ���E��24.s���@���-24���<���2B!����>.��@./�����#���8.b�>]>^>����2B24./�@��.s��"�<�����#��!�!".s!jn8�����8 �.b� u �6�����+.��"��./�Fw���"56"!"���;�,�|����!""�:"�����,���24�,"���������r�����,�G24��24 �./�-µJ�m56"�,»�¼�¸,f��� �.�� u �|��]>^��%24������.}./"�, �./�;�����, ��F./�,D��������24"���,"0+./w �����, �n8��!"!"��D8�����F��24����,"0+.����*����.���.e�,D8��������24"���,"0+.������6���x.Gn8��!"!���D,���F����24"���,"0:.�fB�� x"�3 ������, �.��"�����>0+�����,����.7��n���������.e�< ����d� u ���d.7"n�������./�����d.7�����j�������E�����#"���,./!"������F�,�#"�����,./�A��./� u ./.e�6�, �.7� u ������+.-��"��./�sf

�m����������,"�x�b56���E.G�, ������ u ��������.G�F���.e�3"���F./�,D8�����F��24"���,"0+.G��]>^��356��v+.e�3�, �./5ån8���#�, �./�*�������,�,�#��24D�8�0�.+f �q�x�j.s�m��x� u ��q `�8 x. © �>¦���n9�8 x.�!����#�+.s�@�%�@���>�����[�8.s�1�@���>.s�#�>���+.��@���.s�o��x2B�.s���@.s�o�8 x.�2B���xn,!~�2B�56"����./��n8���%��!"!:��56��!"!"./��wz56���E.�n8�d./�+��./���,!"�=���F./��wz������.��F"��.e��fB�8�x��./� "��� u ��, ��, �.�.e� ��24� © ��¦Ò�E./����"�d./�./"�, �./�%��_��,���b56�����=�����#�,��w ��_�56�������E.e���E����./��w ���*24_�56��������./��������,.���]�^>�sf ( 24��56���d��56"��.�����!"���,"�������./���o�F./�,D8�����F��2@����,"0+.��F�����!"./D8������./D8�F���.G�>]�^6n8���%�����F.������+./�3�������o�F./�����#���,.�n,��!"!"��D8��������24"���,"0+.��>]�^n±����5h�j!~�8~�>!~.=�4�>�>.��[�>� �:.=�4�� .��@w>V/È c*È �� ��y� ( Dq)3�±�z�åµS]j.�.�»�& �;¸Ow��j� u .��[�j�çµO�y����&�Éx¸±fz�j �~�7� !~!~� u �7�56��24 6!"���E��./�3��"���+!"./D,������./D,��"��.7�>]�^<�,����.7����"!��j�����j�E./���,�"24�,���, �.7����56��./�3��nj������./�������.756������"������������E.e�+��"�d./�9��./�����#���,.-�>]�^�56"���9 x������!"./�#�sf

�8������5656���#�4w���./�,D8���F����24"�����0+.G�F����./�������.G��]>^��324�������F.G./"�, �./�*�, �.G�����F.G������.G"����./� w �F����./�������."���>.e� w:���}./� ��24�;"���>./��f��� �.�������.g�����+.g"���>./�=����.e�������C�d./����24.g�>]�^i56"����./�Fw��, �.g������.e�#������.�"����./� ����}������2@24./���,����!".o��./�#n,���56���x24.�"nj�, �.o����./����,"�����������,.e5����./���x���>����.�������./������+.e��w������h�, �.o./� ��24�"���>./�=��G24���F�8!"�6�,��"5���!"./56./���C�����, �.�������.��F���.�24���#�./�F�������>"���6�,����0:"�#�,����!>�������./���G"������v���� u �u �./�����,���#�,"�����, �.|!"����v+���%f � ���#�, �./��w+��./"�, �./��"�-�����24�,"24��! u �./����"56��!"�,����./������!"��������������,"�x�r5����d.�, ������ u �g������.-��"��./��f

Page 45: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

37

�>]�^A5�"���� �������!""�x��n8�����g������.e�#�����+.7��]�^<56���r��.756���E.724��56��!""24���,./�A�, �����n8�����g��"����!"./D8������./D�@���.b�j]>^�f �q�%����5h�����[�,� �x�*�8 x� �*�@���>./�[�����+.��j]>^15���@�� x� �x�>!���x�h�j��.s���x���%��x2B�?.s���@.b�8 x.��>]j^15���@���./����!"�,�6��������n�n8��./�;�, x.g�+��"����n8�E��5°�, �.�n8. u ./�}�>]�^i5�"����./�G"�x24���#�E./�9f��*n�"�#�F�C�� �� u ���x��"0+. u ���6�,� ������>!".|��]>^<5�"���F./�-n8�����b�F����./�������.|�>]�^`����"��������"����!�.eD8�����+.eD8��"��.|������.|�,����!".�fs�;�, x.e�h�� �� u �, ��������5�����"n8��"���=�, �.�����./����,������������,.e5Í�����6������.��,����!".��,�b���,���d.�������./�#������.�56������"���+�3./� ��!""24"�,!��@wm�, �.�>]�^�56"���9��./����!"�,�b24������.-�x� u ���#��.-�, �����"������"���+!"./D,������./D,��"��.G��]>^9f

������������./����,"�����������,./56�-����.|������.|�,����!"./�-�, ����;�F�,���E.|������.|������.|56������"�����-����!"� f ( ����"0:.|��]>^56"���} ����x��!"./�3n,���3�|������./�#������.7��]�^A��24�����}�, �.o�����>�}24���#�d./���������>"�����,����!"!x�����F.7������./�}�, ����j��.e!"������8�6�8 �.bnq����!"�8��x�������+.b��!���2Bv����x�>w��n%�8 �.s�����E.���!�!j�@����./�#�����+.b2B��5������8���!�.sw�!������>���=������.s�#�����+.b�>]>^��!"��24vjf4¯|�, �.e� u "��.ew "�x!"�����>�3�������F.G������.G56������"�x�bn8���C�, �.Gn8����!"�,����b0+"�#�,����!��������E./���sf4�� x.-�x��"0+.G��]>^56"���9 x������!"./�C"�3���9n8��!"!"� u �VU

¨ cbe�e�]f^�g�Z[\i]f^�_�`badcbe�e�]?^�gVh?j�W�l¡mfnzr{VyF]�Z[û¹~f{ñhfxRüfýbmf��wbþbsuwbe�~©��t?{VsR�[ÿ¡z�zrxRwb~fhfjkW�l¡m o�p�x�]fx<^�v�ad}�wby4{Vz4}�cbxuw¹e�cbgiwbx<e�wby4xuv�e�wbyre�cbgiw¹p-o

]fz4h��Øsu{iaNe�cb~f]f}�t?wbhf\V]?^�_�`badcbe�e�]f^�gihf]��[j�W���l�mf� ¨ cbe�e�]?^�gVm?m�}�yrwbcb��n]fz4h?cbtft�}�cbxuwbx�e�cbgVwbx�su{iade�cb~f]f}�tfwbm��

¨ cbe�e�]f^�g����ùZ�ýbnX3���3`b_�wbadcbe�hfjkW��3l¡�ix�p<W ���¡Y���q�3Y�mfn oQp<yrwbad{i�Vwìwbþb]fxu~?]f^�gñ}�cbxuwìe�cbgVw¹adcbe�e�]f^�gix<p�o

�tf{icb_�`bX3����h ¨ cbe�e�]f^�gi�i}�t?{VsR��]fmfn oQp�xuwb~©~f§�w ¨ �����;|�wbtf_Ê}�cbxuwb_Ê{V^���ëp�o�> �"�*"�%24!"./���!��g"��./n~ª�24"./���,ws�>��./�*�����:./� �,./����./���F"!��g�,�|56��!"�,"��!".}������.e�#�����+.}��"��./��ws����� u ����!"��"��D

24�E.e����.��� x.��>]�^�56"������./����!"�,�=���=56���E.��, ����r���r���E��./�%��n�5�������"�,����.���./���,���!""��"���=�����=��.e�x.eª�������.�,�b�E.e�>��24�,"����"���, x.G����56��./�*��n���]>^656"����./�sf ( ����!"�,./������,.�����!"���,"����w ���F./�6����5�������24���#�d./����56�24�d��D���E��24./�F�����#��w:"�G�,�r���,���E.g./� ��!""24"�,!"�6������./�#������.g5�������"���+�G"�h�, x.g������.g�,����!�.�\JVBÈ c;È �:�m� ( )*�Ý�E.en8./�d./��24.�1�1�ǵJ�z� ( )%&�$�¸J_%�, x���*�8 x.��>]>^156����� x�����>!�./�-24���<!���������x�,�6�8 x.��>]>^ u ��, x�����*n8���#�8 �.s��2B x./24v+��x��f�m�,���#"����������./�#������.�56������"������"���, �.������+.�������!".G x���3� u �b���>0+�����,���+.e��f � "�#�F�,wm"��"��56���E.�./n�ª�24"./��������8 x.�����.s�#���8����h���:���8.s5Æ�>��.s�o2B��5������8��+�!~��8�h24 �./2Bv:�����x!��h�j���[��x�h�����+.�nq����!��8�@w u x�2B `���E.b!�.s�@��nq�E.sD�+��./�����, ����r�>]�^�56"����./�sfY�m./24������w u �.e�r!�������"���=�7������./�������.�5�������"����"���,���, �.���]�^>wm���E././� "���,"���������.o�����+.o56������"�����}n8���3�, �.7�F��56.o0+"�#�,����!x�����>�d./���}�#������.o�����, �.o������./�#������.756�����j��.7"��0+��!"������,./�nq�E��5Æ�8 x.b�j]>^3f �j x.b����.s�#���8��x�h���:���8.s5Æ24���`�+�����[���x�8./.��8 x����+�h��x0:��!���>���8��x�h�, x.��+����.b�>���+.b5�����D��"���+�Gn8�E��5°�, �.g�>]�^i�����"�x��������.����d��56���,"����w�"�����,.e���i��nC�E.e�+��"�"���6�, �.���]>^i56"���G �������!"./�}�,��"��D24!"���>.o�g�>]�^������������! "���$#%��&(') "*,+-��./.10� "2�*���3� "4���576$8�0�')./.9')�:�<;)')=��$./&(0��>8�?�@A��').1./0���*���;)��#CB( �#D&(0��.1E<�<��#%�<��F��G8�?�@H&( I3��J.1���:�J��.K�L.1')*�F�;)��MN�<��F���MN.1')O��J8�?�@P��').1.D0���*���;)��#$Q

RASUT�T�VXW�Y>Z�[�VXW�\�]U^ISUT�T�V�W�Y`_Xa�b�cedXf gihKj�SUk7lJT�SUY�lJm�nok%p�T�lUn�T�SUY�lJh(gq m�SU\�]Ur�s�t<_�RASUT�T�VXW�Y�u�j q m�v7w�VXdXf gNhDj q m�v%w�V�VXkDr�s�t:n�lUT q SUv%lU^IlUW�x�y�V�v%xXV�^zj q m�v%w�hNg8�?�@:��').1.��<��*���;)&({|�����<��*���.� "*H&(0��L&(')���L&( }&(#%��4���#~.1�L�>�<��F��e&(��3�;)�L&(0���&�.1&( "#���.�.9E��<��#~����F��L�����<M

��')*�F�.�6���� �<;X'X����&('X*�F:��.1E�����#%����F�����8�����&�������0�3���.��I����F�����8���.1'X&(�I� ��&N��*���.L��*�{:.1'X*�F�;X��MN����F�� MN.1'XO���<��F��G&(��3�;)�e&( I.1&( "#��G.1E<���$#%�<��F��G�������<')*�F�.C2�')&(0� "E<&<')*���#��$��.1')*�F}&(0��e8�?�@���').1.D���$*���;)&({} "4���#�&(0���&<BN "#�}.9'X*�F�;)��MN�<��F���MN.9')O���8�?�@K6���0����<&(��#/�e��').1��E<.1.1�$.e "&(0���#���������&(��&(') "*�.G&( P�< "��E<;)��#�����F���&(��3�;X�$.e&( H.1&( "#��.1E<�<��#%�<��F��L�������<')*�F�.�6����������-�~�����>����� �G�¡��¢����~�~£¤BN "#K���������<;)��¥�#�����E����e����F��L&(��3�;)�L.9')O��eE�.1')*�F�������')E���M.1')O��J.1E��<��#~�<��F��J�������<')*�F�.1¥�2�')&(0� "E�&���B¦BN����&(')*�F�&(0��J8�?�@P��').1.K���$*���;)&({�6

Page 46: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

38

§ *A.� "�:����'X��#� ���#� "�U��.1.1 �#%.1¥�&(0��I����Bi��E�;X&¨8�?�@��:'X.1.e0���*���;)� #/.1� #%4�'X��� .e �*�;X{:8�?�@��:').1.���.e&N �3���.1��<��F��L�:���<�<')*�F�. 6$©>*�3���.9�ª�<��F��ª&¦��3�;)�L�:').1.9��.1¥�&(0��ª "���$#%��&(')*�F|.1{�.1&(���«�<��F��ªB(��E�;)&�0���*���;)�$#D&(#%��4���#~.1��. "&(0���#C����&(�I.1&(#�E���&(E<#��$.J&( ¬=�*�����*���;X "����.1E<�<��#%�<��F��`�������<')*�F�.J')*�&( ¬&(0��`8�?�@�¥���­ �®­ £�3�;) "��¯H8�?�@���').1.0���*���;)')*�F�')*|�< "2���#%�<�±°-²���{�³�´ µN6

¶ B(E�;);){�MN��.1.1 "��')��&(')4��J.1')*�F�;)��MN�<��F���MN.1')O��J8�?�@H����*�.1E<�<�� "#~&�.1E<���$#%�<��F��$.K2�')&(0�;)')&(&(;)�J��#����e��*��H��������.9.&('X�:�I �4 ��#�0������·+-¸¤���U&('X �*|¹�6 º�6¡»1596�¼�E�#%&(0���#(¥�&N0���8�?�@��<� #%BN "#7����*��U�I �B���BiE<;X;X{�Mi��.1.� "�U')��&('X4 �I.�E��<� #%�<��F��8�?�@¬').��� "������#~��3�;)�/&( >&(0���&  "B �G.1')*�F�;)��MN�<��F���MN.1')O���8�?�@¬')*�&(0�����3�.1�$*����/ "B  "�<��#%��&(')*�F�.1{�.1&(�$�½.1E<�<�� "#~&��*��A4���.1&(;){¬.9E��<��#~') �#K')*�&(0��ª�<#���.1�$*����ª �B¾ "�<��#~��&('X*�F|.1{�.1&(���«.1E<���< "#%&~6$8�0�E<.1¥"')B¾ "*��ª2}��#��ª3�E�');)��')*�F¬�BNE<;);){�M(��.1.1 "��')��&(')4 �ª.1')*�F�;)��MN�<��F���MN.9'XO��ª8�?�@�¥"3���.1���! "*� "&(0���#D.1')*�F�;)��MN�<��F���MN.1')O��ª����.1')F�*�.9&(E���')��.1¥"������')*�F.1E<�<��#%�<��F��ª.1E<���< "#~&¾').���.9�:��;);�������')&(') "*���;��� �.9&�2�')&(0�0�E<F��ª�< �&(�$*�&¦'X��;�3���*���=<&(.�6$²���*�{|�:')��#� "�<#� ����$.1M.� �#7.ª.�E����� �#%&�.�E���� #7����F�� .ª2|'�&N0¿BiE�;�;X{ MN��.�.� ��U'X��&N'X4��}8�?¾@�.ª��*<�,'X*À&N0�'X.ª.�� �U&i'X �* § &N#7{!&N :��*�.�2|� #G&N0��Á E<��.1&(') "*¨QUª "��.C�ª.9E��<��#~����F��e8�?�@���;)2���{�.C "E�&(�<��#~BN "#%�Ã�ª.1')*�F�;)��MN�<��F���MN.1')O��e8�?�@: "B��� "���<��#%��3�;)�e')��M�<;)������*�&(��&(') �*��� "�:�<;)����')&({¾Ä

§ ��*�.12���#D&¦0�'). Á E��$.1&(') "*�3�{|�� "���<��#~')*�F¬.9E��<��#~����F��ª8�?�@�.�2�')&(0P��')B¦BN�$#���*�&�.1�$&(MN��.1.1 "��')��&(')4��ª.1')*�F�;X�$M�<��F���MN.1')O��I8�?�@À')�:�<;X������*�&N��&(') �*�.e&(0���&¨#�� Á E�')#��I�� ����<��#~��3�;)�I��0�')�¿��#~����Å�6 § E�.1�I&(0��I��#����}�: "����;¾����M.1��#~')3����!')*H¸¤����&(') "*|º 6 º`&( }=�*��:&(0��L.1')O��L "B�BNE<;X;){�MN��.1.9 "��')��&(')4��L.1')*�F�;)��MN�<��F���MN.1')O��L8�?�@�.���*��!.9E��<��#~�<��F��8�?�@�.e.1E����� "#%&N')*�F:.1E�����#%����F���.1'XO�� .e �B�¹�º�ÆJ@� "#JÇ�´�Æ/@�&N0���&�0���4 �I�U "�:����#%��3�;X�I�U0�')�À��#%����&N �´�MN2|��{.�� &NMi��.�.1 ��U'X��&N'X4��}.1'�*�F�;X� Mi����F�� Mi.�'XO��!+-´�ÆJ@�5K8�?¾@�.�6¤È� �&N�}&N0���&�BiE�;X;X{ MN��.1.� ��U'X��&N'X4���8¾?�@¾.L�U��*¿0���4 �}*� �*�M�� �2|��#~Mi �BiMi&N2| :*�E��!3�� #J �BK8¾?�@,3�;X ��U¯�.�6�¸�� &NMi��.�.� ��U'���&N'X4 �}8¾?�@¾.L&N{ ��'X�U��;�;X{!#É� Á E�'�#��}�|�� �2|� #�Mi �BiMi&N2| *�E���3��$#C "Bo.1��&(.�6$8¤��3�;)�J¹�MN¹�.10� "2�./&(0��>*� �#~����;X')O����A��������E�&(') "*�&(')�:�>.9���$����E<�! �B¾&(0��>��')B¦BN�$#���*�&¾8�?�@�.#��$;)��&(')4��J&( �&(0��J.1��&¦MN��.1.1 "��')��&(')4��J.1')*�F�;)�$MN�<��F���M(.1')O��J8�?�@K6�8�0��/&(��3";X�/��')B¦BN�$#���*�&(')��&(��.K3"��&(2�����*�.1E<�<��#%�<��F��8�?�@A�<��#~BN "#%����*����>�����<��*���'X*�F¬ "*�2�0���&(0��$#C&(0��ª ��<��#~��&(')*�FH.9{�.9&(���ÊE<.1��./.9E��<��#~�<��F���. 6�8�0��>�� ";)E���*�.&N')&N;X���·Ë�¸¤����� ��E��ÀE�.1'X*�F:.1E�����#%����F���.�˾��.1.�E��:�I&N0��I �����#%��&N')*�F:.�{�.�&(� �ÌE�.1� .e.�E��<� #%����F�� .}+ÍE�.1'X*�F!&(0���< ";)'X��{�')*P¸�����&(') "*|º 6¡��6λ�5���*��:&(0��L�� ";)E<��*�.�&(')&(;)���ÏËX¸¤�<������E<�:E<.1')*�F|3���.1�L�<��F���.�Ë���.1.1E<���L&(0��L "�<��#~��&(M'�*�FA.�{ .�&N� �ÐE�.�� .ª �*�;�{A3���.��}����F � .�6¤¸���&NMi��.�.� ���'X��&N'�4 ��.�E���� #7����F �}8¾?¾@¾.ªE�.��}&i0��}.�E���� #7����F �}'�*��¾� �<68�0��$#��J��#��J&(2� I "3�.1��#~4���&(') "*�.K&( I����¯��"Q

3. TLB access time is also an important criterion in choosing a TLB design. However, the assumptions in my timingmodel prevent access time comparison of fully-associative TLBs with set-associative TLBs (Section2.3).

Table 3-3: Execution time speedups for superpage TLBs relative to set-associative single-page-size(4KB) TLBs of comparable chip area

Area(rbe)

4KB Single-page-size TLB 4KB/32KB Superpage TLB 4KB/64KB Superpage TLB

#blocks Speedup #blocksSpeedup

usingsuperpages

Speedupusing base

pages#blocks

Speedupusing

superpages

Speedupusing base

pages

19160

162 fully-associative

1.02156 fully-associative

1.12 1.02154 fully-associative

1.14 1.02

256 set-associative

1.00256 set-

associative1.10 0.87

256 set-associative

1.07 0.81

35412

304 fully-associative

1.00293 fully-associative

1.07 1.00290 fully-associative

1.07 1.00

512 set-associative

1.00512 set-

associative1.06 0.84

512 set-associative

1.01 0.77

Page 47: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

39

¼�'X#%.9&N¥ 2�0���*A&(0��I ��<��#%��&('X*�F�.1{�.1&(���ÑE�.1��.G.1E��<��#%����F���.1¥�.1E��<��#%�<��F��I8�?�@�.e#~��.1E<;X&¨')*A��.9'XF�*�')B¦')����*�&.1�<����Ò�E<�¬ "4���#®&(0��/.9��&(MN��.1.9 ���')��&(')4��/.1')*�F�;)��MN�<��F��$MN.1')O��/8�?�@�.1¥�B( �#o&(0���.1�/2� "#~¯�;) "��Ò�.�61¸¤���� "*�Ò�¥�')*}&(0��/��3"M.1��*����e "B�.1E<���$#%�<��F��e "�<��#%��&(')*�F�.9{�.9&(���Ó.1E<�<�< �#~&(¥¤Ô�­ ��­ £¤2�0���*¬E�.9'X*�F} �*�;){�3���.9�L�<��F���.1¥¤&(0��e.1E<���$#%�<��F��8�?¾@�.L0���4 �}2� �#7.1�}��� #%Bi �#%�:��*��U��&N0���*¿&N0���.�'X*�F�;X� MN����F�� Mi.1'XO��}8�?�@¾.�6�8¾0� �E�F�0¿&N0���BiE�;X;X{�Mi��.�.1 ��U'X��&N'X4 �8�?�@�.������<����#o&( >0���4����� "�:�<��#~��3";X���<��#~BN "#%����*����/&¦ `&(0���.1��&(MN��.1.9 "��'X��&(')4���8�?�@�.1¥ ������;)E<Ò�')*�FIÕ�Õ~ÖN×�Ø�Ù�&(0��B~E¨;i;i{�M���.�.$ <��'i��&�'i4��A8�?�@�.¬0o��4��A��*Ú��� �¤��E¨&�'i <*Ú&�'i�À�A.�;N <2:Ò� <2:*Û+¦8 ��3<;i��. § ¹�M�¹��À��*¾Ò § ¹�M�¹�3Ü'i*¶ �<����*�Ò�'X� § 576�8�0���{�'X*���E�#/�: "#~�I8�?�@À�:').1.1��.e��.e&(0���{:0���4���BN��2���#/8�?�@�3�;) ���¯�.e��*�ÒÀ��.1����;X;)��#/8�?�@#~� ���U0�6¤8�0��}.�� &NMi��.�.� ��U'X��&N'�4 �}.1E���� #7����F ��8¾?�@¾.LE�.��}.1E�3� ���&N'X�:��;o'�*�Ò�� �H3�'X&N.ª2|0�� *¿E�.�'X*<F! �*�;X{A3���.���<��F��$.D��*�ÒP')*���E<#��e.1')F�*�')=<����*�&�.1;) "2�Ò� "2�*|')*|�$������E<&('X "*�&('X����6

8�0�E<.1¥���{}#���.1E<;)&(.D.10� "2Ý&(0���&�BN "#�&(0���.1�G2� "#~¯�;) "��Ò�.1¥�.1E<�<��#%�<��F��e8�?�@�.D��#��e��;)�$��#~;){}�� "#��G��B�BN����&(')4��&(0���*}� Á E<')4 ��;)��*�& .1')*�F�;)��MN�<��F���MN.1')O��/8�?�@�.�3�E<&  "*�;){I')B�&(0��/ "�<��#~��&¦'X*�F�.1{�.1&(���½E<.1��.�.9E��<��#~����F���. 61Þ���#�Ò�M2���#��GÒ���.1')F�*���#~.D��#��G3�E�');)Ò�')*�F�.1E<���$#%�<��F��e8�?�@�.1¥���.9.1E���')*�F}&(0���&� "���$#%��&(')*�F}.1{�.1&(�$�:.D2�'););�E�.9�e.9E��<��#~M����F���.L��*�Ò�� ����;X �')&�&(0����� �&(� *�&('X��;¾Bi "#J� ��� ��E�&N'X �*�&N')�:��.������ Ò�E��K6��� ��:�:��#��U')��;¾ ���� #%��&('X*�F:.�{�.1&N���:.�¥0� �2�� 4 ��#(¥�Ò� �*� �&�.�E����< �#7&��:��Ò�'XE��:MN.�'XO�� Ò�.�E�����#7�<��F�� .L��*�Ò,E�.1��3���.�������F�� .L �*�;X{"6�Þ|��#~Ò�2���#���Ò�� M.�')F *�� #%.L�U �E�;XÒ,0���4 ��3�E�'X;X&�3���&N&N��#J.���&NMi��.�.� "�U'X��&N'X4 ��.1'X*�F�;X� MN����F�� MN.�'XO���8�?�@�.L'XB�&N0���'X*�&N��*�&�2|��.L&N �E�.1� "*�;){�3���.1�J����F���.�6

¶ .1E���� #7����F ��8¾?�@Ï��;X;X �2|.ªÒ�'�B(BN� #~� *�&�8�?¾@,3�;X ��U¯�.ª&N :�:����Ò¾'XB(Bi� #�� *<&�.�'XO�� Ò,4 'X#7&NE���;o��Ò�Ò¾#�� .�.ª#�� MF�'� �*�.�6�ßÏ'X&N0¿.�'X�!��;X�}0���#%Ò�2|��#~�}� �¤&N� *�.�'X �*�.ª&N :�|.�'X*�F ;X� Mi����F ��Mi.�'XO��}8¾?�@¾¥�.�E���� #%����F�� .ª'X*��U#9� ��.��}&N0��8�?�@�#������U0A3�{: "*��I "#/&(2| P �#�Ò���#%.e �B�����F�*�')&(E�Ò���6�¼� �#/.1E<����#%�<��F��I8�?�@�.e&N P3��I� B¦BN���U&(')4 ��¥�0� �2���4�� #¦¥&(0��I "����#%��&('X*�F:.1{�.1&N���Ñ�:E�.1&¨E�.1�I.1E<����#%�<��F���.e��*�Ò�������;) �')&¨&(0��I')*���#~� ��.1��Ò�8�?�@�#������U0¨6�ßà0�');X�I.1 "�:��U "�:�:��#��U'X��;¾ �����#%��&N')*�F:.�{�.1&(� �:.eE�.��I.�E�����#%����F�� .eBi �#/.1��� ��'X��;¾�U��.1��.L �*�;){�¥���­ �¨­ £�Ò���&N��3���.1��.�¥�&N0���#���')..� ��:��� 4 '�Ò¾� *����}&N0<��&KE����� ��!'X*<FA ���� #7��&i'X*<FA.�{�.�&N� �Ð#~� ;X� ��.�� .>2|'X;�;o.�E����� �#7&K.�E���� #7����F � .>Bi �#G�! �#~�E<.1��#¨�<#� "F�#%����.�6

8�0�').¨��0����<&(��#¾.10� "2�.¨&(0���&�2}')&(0���#� ��<��#¾ "�<��#%��&(')*�F`.1{�.1&(���á.1E<�<�< �#~&(¥ B(E�;);){�MN��.1.9 ���')��&(')4���.1E<�<��#%�<��F��8�?�@�.LE�.�')*�F!�:��Ò�'XE��:MN.�'XO�� Ò�.�E�����#7�<��F�� .L����*�#���.�E�;X&�'X*���.�')F�*�'XB¦'X�U��*�&�.������ Ò�E��À'X*�� ��� ��E�&N'X �*�&N')�:� ¥��­ �¨­ £¨»�â�ã|¥�#���;)��&N')4 �I&N �E�.1'X*�F:� Á E�')4 ��;X��*�&�.1')*�F�;)� MN����F���Mi.1')O���8�?�@�.�6 ¶ .e� ����;)��'X*���Ò�'X*�¸¤� ��&('X �*�º�6 ´�¥�&(0��2¬ �#7¯ ;� ���Òo. § �U0<  .���0<��4����� �&i��*<&i'���;®B� �#e��*<Òä.�0< �2å�! �#��|� ������E�&i'� �*�&N'��A��.��¾� ��Ò¾E¾��.>&i0<��*À�!��*�{.1����;);���*�ÒP.10� "#%&(M(;)')4 ��ÒH��#� "F�#~����.�6

8�0�').���0����<&(��#D��;).1 |.10� "2�.�&(0���&¾.9��&(MN��.1.9 "��'X��&(')4��>')���<;)������*�&(��&(') �*�.� "Bo.1E<�<��#%�<��F��>8�?�@�./&(0���&¾.1E<�<M�< �#~&¨�� �#��I&(0���*A&(2� P����F��I.1')O���.e��#���')�:�<#%����&(')����;�6�¸¤��&(MN��.1.1 "��')��&N')4��I')����;)������*�&(��&('X "*�.e "B�.1E<�<��#%�<��F��8�?�@�.�&(0���&�.1E<�<�< �#~&�&(2� ��<��F��ª.9')O��$.�����*HE<.1�L&(0��ª.9E��<��#~����F��L')*�Ò��$��¥�3�E�&��<��#%B( "#%�«��E<��0P2� "#~.1�L&(0���*.1')*�F�;)��MN�<��F���MN.1')O��J8�?�@�.D')B�.1E<���$#%�<��F��$.D��#��G*� "&�E<.1�$ÒP3�{�&(0��G "�<��#~��&('X*�F�.9{�.9&(���,6

¸¤E<�<��#%�<��F��J.9E��<�< "#%& ').�����.1{I&( `')�:�<;)������*�& ')*�0���#�Ò�2���#��JÒ�E<�J&¦ �&(0��/.1&(#%')��& Ò���=�*�')&(') "*� "B��G.1E��<��#~M����F���6�Þ� �2|��4 � #(¥�&(0���#~��.�&(#%'X�U&N') �*�.L�:��¯��I.�E�����#7����F�� .L')*�� ;X')F�'X3�;X��&( �3���E�.���Ò�'X*��:��*�{:.�'X&(E���&N'X �*�.�æ.1��F�����*�&(.�.1����;);)��#®&(0���*�&(0��/.1E<�<��#%�<��F��J.9')O��I+¡��­ �®­ £��eÇ�â�Æ/@H=<;)�J2}'X&(0}�e.9E��<��#~�<��F��/.1')O��/ "B�Ç�´�Æ/@�5N¥�.9��F�M����*�&(.�2�')&(0PE<*���;)'XF�*���Ò!3� "E<*�Ò���#%')�$.1¥".9��F��:�$*�&(.�2�')&(0P0� ";)��.1¥"�<��F���.�2}')&(0PÒ�')B¦B(��#���*�&���&(&(#~')3�E�&(�$.�6$8�0�E�.9¥&(0���#��`').J��*: "�<�< "#%&(E<*�'X&({H�� ".9&o2�0���#��`�I;)��.9.J#��$.1&(#%')��&(')4��>Ò���=<*�')&('X "*: "B�ç1.1E��<��#~�<��F��"èJ2� "E�;)Ò�0���4 �>#���M.1E<;)&(��ÒA')*P�� "#��ªBN#�� Á E<��*�&�E�.9��F���6�8�0��ª*�����&�&(2� ���0����<&(��#%.�Ò���.9��#%')3��ª.1E<3�3�;) "��¯¬8�?�@�.�&(0���&� "B¦BN��#K��3"��&(M&(��#���;X&(�$#%*���&(')4���&( P����Ò�')E<�:M(.1')O���ÒÀ.9E��<��#~�<��F���8�?�@�.�6 ¸¤E�3�3";X "��¯P8�?�@�.G')*���E�#�BN��2��$#�8�?�@¿�:').9.1��.G��*�Ò#~� Á E�'X#��}.�'X�:��;X� #J �����#7��&N'X*�F!.�{�.�&N� �é.1E����� �#7&76�8¾0���;���.1&�&N2| :�U0�����&N� #%.ªÒ�� .��U#%'X3��} ���� #%��&N'�*�F!.1{ .1&N� ���*�Ò¬�<��F��/&(��3�;)��.1E<�<�� "#~& &(0���&���'X*�')��')O��� �4���#�0�����Ò¬��*�Ò¬����¯���')&��� �#�����&(&(#~����&(')4��/&( >E�.9��.1E��<��#~�<��F���. 6

Page 48: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

40

8�0�').���0����<&(��#®�����<;) "#��$.K&(0��/E<.1�/ "B�.9E�3�3�;) "��¯�')*�F�ê�¥��GBN����&(E<#��/�� "���: "*�;){IE<.1��Ò¬')*�������0��/Ò��$.1')F�*�¥�&( ')*���#��$��.9�G8�?�@P#�������0���.D��*���;)&(�$#%*���&(')4��G&( �E�.1�J "B�����Ò�')E<��MN.1')O���ÒP.9E��<��#~����F���.�ë�6�8�0��G¯���{�')Ò����e')*|.1E<3�M3�;X "�U¯�'X*�F:'X.e&( ���;X;) �2Ó��.1'X*�F�;)��8�?�@�3�;X "�U¯:&( ������¿�:E�;)&N')��;)��3���.��I����F���.e3�E�&�2�')&N0A� ����0�3���.1�I����F��0���4�'X*�F`')&%ìí.� "2�*������<��')*�F¾6 § ����;);¤&(0�').¨î7ï�ð>���Í���-�¾�~��¢�¢���ï�î7ñ�ÔÍò �I��*�Ò|�G8�?�@¬3�E<');)&�2�')&(0}&(0�').�B(����&(E�#����Jî7ï�ðªó�������¡�~óN�~��¢�¢���ï�î7ñ�ô"õ�öK6$�� "���<;X�$&(��MN.1E<3�3�;) "��¯|8�?�@�.�0���4��ª&(0��ª.9���:�L8�?�@!#�������0P��Ò�4 ��*�&(��F���.� �B�����Ò�'XE<��M.1')O���Ò¿.1E<�<��#%�<��F���.G��*�Ò¿�����<;) �')&®.9����&(')��;�;) "����;)')&({�&( H')���<#� "4���8�?�@¿�<��#%B( "#%����*�����3�E�&®Ò� H*� "&®#�� Á E�')#����*<{! ���� #7��&N'X*<F!.�{ .�&N� �Ð.�E����� �#7&76¤8¾0�'�.ª�U0�����&i� #GÒ�'�.��UE�.�.�� .ª&N0���3���.�'��` ���� #7��&N'� �*À �BK�U ��:��;X� &i� Mi.�E�3�M3�;) "��¯¬8�?�@�.1¥".1 "���>')���<;X�$�:�$*�&(��&(') "*�').9.1E��$.1¥"��*�ÒA�� "���<��#���.�&(0��>��Ò�4���*�&(��F���.���*�ÒAÒ�').1��Ò�4���*�&(��F���.� "B�}�U "�:�<;X��&(��MN.1E�3�3�;X "��¯:8�?�@�2�'X&(0A.1'X*�F�;)��MN����F���MN.1')O��I��*�Ò�.1E��<��#%����F��I8�?�@�.�6�ßà0�');X�I�� "�:����#É�U')��;¾�<#� �M����.9.1 "#%.1¥�.1E<��0¬��.C² § ��¸���´�â�â�â�¥�')����;)������*�&<�� "���<;)��&(��M(.1E�3�3�;) "��¯}8�?�@�.C2�')&(0¬.9E�3�3�;) "��¯}BN����&( "#� "B�&(2� "¥§ .10� "2Ý�� "���<;)��&(��MN.9E�3�3�;) "��¯�8�?�@�.C2}')&(0¬;)��#�F���#�.9E�3�3�;) "��¯�BN����&( "#%.D&( I3��G��B¦BN����&(')4��G��.D2���;);É6�²�{}#���.1E<;)&(..10� "2«�� "�:��;)��&N��MN.1E�3�3�;) ���¯:8�?�@�.e&N P3��I��.1E��<��#%'X "#J��0� �')�U�I&( ��� �*�4���*�&('X "*���;¾.1'X*�F�;)��Mi�<��F�� MN.1')O��I8�?�@�.&(0���&� "����E<�<{��� "������#~��3�;)�G��0�')�H��#���� 6�8�0��J�<#%')����#%{I�� �*�&(#~')3�E�&(') "*� �B�&(0�').K��0�����&(�$#¨'X.K&(0���& § .10� "2z0� "20���#�Ò�2���#��ªÒ���.1')F�*���#~./����*PE�.9�>&¦0��ª;)��#�F���#K��0�')�:��#����`��4 ��');)��3�;)�ª')*�&( "Ò���{oì ./÷�?�¸ § ')���<;)������*�&(��&(') �*�.�&( 3�E<');XÒA�� "���<;)��&(��MN.9E�3�3�;) "��¯¬8�?�@�./&(0���&¾��#��ª�: "#��>��B¦B(����&(')4��>��*�Òªø9�����-�~�K&( ¬��������.1./&(0���*�� Á E�')4���;)��*�&¾.1')*�MF�;)��MN�<��F���MN.1')O��J8�?�@�.�6

¶ �� "���<;)��&(��M(.1E�3�3�;) "��¯�8�?�@¬3�;) "��¯¾ìí.�&(��F������<.��G=����$ÒH�<��F��/3�;) "��¯�.1')O��/3�E<& &(0��/Ò���&(�G.1&( "#���.�.1���<��M#%��&(�`�������<')*�F�.GB( "#�&(0��`3���.1�`�<��F���. 6�²����<�<')*�F�.J&( H3���.1�`4�')#%&(E<��;��<��F��$.G.90���#��`��.1')*�F�;)��8�?�@¿3�;) ���¯H')B&N0�� {!��#~������#%&� �B�&N0��}.����:�}4 'X#%&NE���;o����F��}3�;X ��U¯o6�@¾��.�������F ��.ª2|'X&N0�'X*¿&N0�������F��}3�;� ��U¯!*�� ��Ò,*� �&�3����#� "����#7;){:��;)����� Ò�¥�����F��I3�;) ��U¯���;X')F�*���Ò�¥� �#/0���4 �I&N0��I.1���:�I��&(&N#%')3�E�&(��.�¥���*�Ò� �*�;X{:��.1E�3�.���&�*���� Ò�3���������<��Ò: "#K�<#���.1��*�&�')*H������ "#%{�6�8�0��L0���#�Ò�2���#��L�� "���<;)����')&({�&( }3�E�');)Ò:�>�� "�:�<;)��&(��M(.1E<3�3�;) ���¯|8�?�@:')..1����;);)¥�3�E<&o&(0��>��0�')�A��#����I�� ".1&o')./0�'XF�0¨6�Þ� "2���4���#¦¥��� "���<;)��&(��MN.9E�3�3�;) "��¯H8�?�@�.J#�� Á E<')#��>*� ¬��Ò�Ò�')&(') �*���; "�<��#%��&(')*�F�.1{�.1&(�$�ù.1E<���< "#~&%6

¶ 8�?�@�3�;) "��¯PBN "#C���� "���<;)��&(��MN.9E�3�3�;) "��¯H8�?�@¿ "B®.1E<3�3�;) "��¯PB(����&( "#��~¥�0���.J��&(��FH&(0���&®�� �*�&(��')*�.J&(0��4�'X#~&(E���;��<��F��I3�;) "��¯�*�E���3���#�+-÷���@�È�5Næà&(0��I÷���ÈÃ2�'X&(0� "E�&¨&(0��I;) "F

2+-�~5¨;X "2Ó "#�Ò���#�3�')&N.9æÚ��*�ÒÀ�}Ò���&(�

�<��#%&o&(0���&®0���.J.1�<�����`BN "#��C�����<�<'X*�F�.�6 ¶ �� ����<;)��&(��M(.1E�3�3�;) "��¯H8�?�@¿3�;) "��¯H��;).9 H0���.J�I3�;X "��¯H4���;)')Ò�3�')&+-@�÷/5¾')*P&(0��ª&(��F¬&( �')Ò���*�&(')B({¬4���;)'XÒ!8�?�@A3�;) "��¯�.�3���.1')Ò���.�&(0��ª')*�Ò�'X4�')Ò�E���;�.1E<3�3�;) ���¯¬4���;)'XÒ!3�')&(.`+-÷Jú�MN÷ Å 5'X*�&(0���Ò���&N��6�¼�'XF�E�#��e´�M7»L�� ��:����#���.L��.1'X*�F�;)� MN����F���MN.�')O���8�?�@�3�;X ��U¯:��*�Ò����U �����;X��&N��Mi.1E�3�3�;X ���¯:8�?�@3�;) "��¯�2�')&(0|.9E�3�3�;) "��¯�B(����&( �#¨ "B�´ 6

¼� "#®�J&({��<')����;�Ç�´�MN3�')&�.1{�.1&(����¥�&¦0���.1')O��/ "B &(0��/&(��FP+(û�Ç�´G3�')&(.15 ').��� "���<��#%��3�;)�/&( >&(0���.1')O��� �B &(0��/Ò���&(�+Nû¤Ç�´e3�')&(.15�')*��e.1')*�F�;)�$MN�<��F���M(.1')O��J8�?�@K6 ¶ �� "����;)�$&(��MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@PE<.1��.KBN�$2���#¨&(��F�.K3�{I��.9.1 "��')��&(')*�F��.�'X*�F�;X�}&N��F!2|'X&N0¿�:E�;X&N'X��;X���:������'X*�F�.�æÚ.���4 'X*<F!�U0�'X����#~� �|��*�Ò,#~��Ò¾E��U'X*�F!���U�U� .�.L&N'X�!��6¤8�0��}.���4 'X*�FÒ� �� .L*� �&��U ��:��BN �#JBi#���� æÚ �*�;X{:�:������'X*�F�.L&N �����F�� .L&N0���&�3�� ;X �*�F:&N :&(0���.����:������F���3�;X ���¯!�U��*�3��.1&( "#���ÒH')*�&(0��JÒ���&(�e=���;)Ò�.K.90���#~')*�FI�e.1')*�F�;)�/&(��Fo6 § B��e2} �#~¯�;X "��ÒH0���.KF� " "ÒH.1�<��&(')��;�;X "����;)')&({�æÚÔi­ ��­ £�#���BN��#~M��*���� .e�:��*�{:����F���.L2�'X&(0�')*�������F���3�;X "�U¯�æà&N0���8�?�@�0���.e�U "�:����#%��3�;X�I����#7BN "#%�:��*��U�I&N ��}8¾?�@�&N0���&0���.�')*�Ò����<��*�Ò���*�&�&(��F�.�3�E<&���&��J;) "2���#o�� ".9&%6 § B &(0����<#� "F�#%���á0���.�3���Ò|;) "����;)')&({�æàÔ�­ ��­ £�#���BN�$#���*�����.¨ "*�;){`�.��:��;�;oBN#7���U&N'� �*¿ �BK&N0��}����F ��.ª2|'X&N0<'X*¿�|����F ��3�;� ��U¯�æÚ&N0<��8¾?�@Ï��� #%Bi �#%�!��*��U�}'X.ª2| �#%.���6¤8�0�'�.L'�.L&N0��&(#%��Ò��� "B¦B�')*|E<.1')*�F�.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@�.D "#¨������0���.�6

1. Subblocking [Hill84] has also been called sectoring [Lipt68] and address/transfer blocks [Good83].

2. This chapter concentrates on subblock TLBs as an alternative to medium-sized superpages. AppendixE illustrateshow subblock TLBs support large superpages.

Page 49: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

41

Figure 4-1: Structure of a complete-subblock TLB block

¼�'�F�E�#~�e´�MNº|.�0� �2|.L0< �2Ê�|BNE�;X;X{ Mi��.�.1 ��U'X��&N'X4����U ��:��;���&i��Mi.�E�3�3�;X ��U¯!8¾?�@Ï.1&N �#É� .ª.� ��:�}�:������'X*�F .BN#� "�ù�L4�')#%&(E<��;���Ò�Ò�#���.1.K.1�<�����G&( ��L�<0�{�.9'X����;"��Ò�Ò�#���.9.D.9�������"6 ¶ �� "���<;X�$&(��MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@Kìí.K=���;)Ò�.K��#����.e.10� "2�*�')*�&(0���8�?�@�3�;) ���¯�BN �#%����&¨')*�¼�'XF�E�#��G´�M7»�6�È} �&(�I&N0���&�������0��<��F��I3�;) "�U¯�'X*A&(0��I4�'X#%&(E���;���Ò�MÒ�#���.9.J.1�<������#�� Á E<')#��$.G�I.1')*�F�;)�`8�?�@¿3�;) "��¯�æà��.9E��<��#~����F��`8�?�@¿E<.1�$.G��E<;)&(')��;)�`8�?�@�3�;) "��¯�.JB( �#C����F��3�;) "��¯�.D&(0���&�����*�*� "&�3��G�����<���$ÒP3�{��L.9E��<��#~����F��J�:���<�<')*�F:+-¼�')F�E<#��J¹�MNº�576

Figure 4-2: Virtual Addr ess to Physical Address Mappings in a Complete-subblock System

VPBN PPN0 ATTR0PPN1 ATTR1

PPN3 ATTR3

V1

V3

V2

V0

PPN2 ATTR2

BV

VPN PPN ATTRV

Single-page-size (4KB) TLB block

Complete-subblock TLB block (subblock factor 4)

Tag Data

64 1 36 9

62 1

36 91

. . .

page block z

page block w

. . .

page block x

Virtual Addr ess Space

. . .

page block a

page block c

. . .

page block b

Physical Address Space

page block y

. . .

w c00✔✔ attr a01✔ attr c02✔ attr c03✔ attrx b00✔✔ attr b01✔ attr b02✔ attr b03✔ attry ✕✔ ✕ b02✔ attr ✕

x a00✔✔ attr ✕ ✕ c00✔ attr

Complete-subblock TLB storing mappings for abovesubblock 00 subblock 01 subblock 02 subblock 03

a00a01

a03a02

BV

Page 50: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

42

8�0��ª#���.1&� "B¾&(0�').���0����<&(��#DÒ���.9��#%')3���.�&(0��ª.9&(#~E���&(E<#��L��*�Ò! "�<��#%��&(') "*P "B¾�`�� ����<;)��&(��M(.1E�3"3�;X "��¯|8�?�@�¥Ò���.1��#~')3���.C8�?�@:��').1.C0���*�Ò�;)')*�F�')*¬�>�� "���<;)��&(��MN.9E�3�3�;) "��¯�8�?�@�¥¤')*�&(#� "Ò�E<����.C�����~��ï�����Ô�ò��| "#���#���BN��&¦��0�')*�F')*�&( `.9E�3�3�;) "��¯�8�?�@�.1¥ �� ����<��#��$.���;)&(��#~*���&(�/8�?�@�.�&(0���&� "����E��<{��� "���<��#%��3�;)����0�')�|��#��$��¥ ��*�Ò¬�� �*���;)E<Ò��$.2¬'�&i0��H�U  �!����#9'�.� �*� �BD�� ��!�¾;���&i� M�.�E�3 3 ;� ���¯�8o?¾@¾.`2¬'�&i0� �&i0<��#e.�'�*<F ;���M�����F ��M�.�'�O�����*<Òä.�E¾����#7����F��8�?�@�.�6

8�0��ª.1&(#~E<��&(E<#��>��*�ÒA "�<��#%��&(') "*� "Bo�`�� ����<;)��&(��M(.1E�3"3�;X "��¯¬8�?�@ü+¡¼�')F�E<#��G´�M(¹�5¾Ò�')B¦BN��#~./')*�&(0�#��$�>2���{�.BN#� "�å&(0���&® "B¨�I.1')*�F�;X�$MN�<��F��$MN.1')O���8�?�@à+-¼�')F�E<#���»1MN¹�5®2�')&(0!&(0��`.1������*�E<��3���#� "B¨3�;) "��¯�.J��*�Ò¿��.9.1 "��')��M&N'X4�'X&N{�6¤¼�'X#7.�&N¥<.�'X*<�U�}� ���U0¿8¾?¾@,3�;X ��U¯!�!����.`�J����F � .1¥<&N0<�}&N��F!.�&N �#%� Ò,'�*¿�|�U ��:��;�� &N� Mi.�E�3�3 ;X ��U¯A8�?¾@3�;) "��¯�').G;) �F

2+-�~5¨3�')&(.G.1����;X;)�$#%6�¸¤���� �*�Ò�¥ &(0��IÒ���&(�}� ¶ ²ý'X.G��&(')����.G2�')Ò��$#/��*�ÒÀ&(0���;) "2�MN "#�Ò���#�;) "F

2+¡�~5

3�')&N.e �B�&(0���÷/��È�¥�&(0���@�;) ��U¯�Mi©`B(BN.���&�3�')&N.1¥��� �*�&(#~ �;¾���~��¢$¢��)ï�î9ñ>ð>�����-Ô)���)�~þ�ï��/&N �.1� ;X����&�&N0��I������#� ���#%'X��&(�.1E<3�3�;) "��¯HB(#� "�ÿ&(0��>Ò���&(��� ¶ ²·6�8�0�')#�Ò�¥�������0�8�?�@A3�;) ���¯H0���./��E�;)&(')�<;)�¬+-�~5o.9E�3�3�;) "��¯¬4 ��;)')ÒA3�')&(.�6�8�?�@��').1./.1')F�*���;�F���*���#%��&(') "*�'X*���;)E<Ò���./&(0��`.9&(��&(E�./ "Bo&(0��`���<�<#� "�<#%')��&(�>.1E<3�3�;) "��¯H4���;)'XÒA3�')&o#�����Ò�BN#� "�ÿ&(0��8�?�@���*�Ò�&(0��e�� "*�4���*�&(') �*���;�#���.1E<;)&< "B�&¦0��G&(��F}�� "�:�<��#���.�6�È� "&(�G&(0���&�&(0��e@�;) ���¯}©>B¦B(.1��&<3�')&(.D "B�&(0��e4�')#%M&(E<��;���Ò�Ò�#���.1.JÒ� H*� "&®�<��.9.G&(0�#� "E�F�0!&( HBN "#%�å&(0����<0�{�.9')����;���Ò�Ò�#���.1.J��.J&(0�������F���©`B¦B(.1��&®3�')&(.GÒ� H��*�Ò&(0��J8�?�@PÒ���&(�e.1&( "#��$.D&(0��JBNE<;X;"���<ÈA6

Figure 4-3: Structure of a complete-subblock TLB

8�0��G3���.1')��.1&(#�E���&(E<#��G "B<�LBNE<;X;){�MN��.9.1 "��')��&¦'X4��G�� "���<;X�$&(��MN.1E<3�3�;) "��¯}8�?�@�').D4 �$#%{�.1')��'X;)��#�&( I&(0���&< "B<�.1'X*�F�;X��MN����F�� MN.1'XO���BNE�;X;){�MN��.1.1 ���'X��&('X4���8�?�@·+-¸¤� ��&N') �*!»�6 ��6¡»15���.L.10� "2|*A'X*�¼�')F�E�#��G´�MN´�6������U0�8�?�@�3�;) ��U¯.1&( �#���.e��&(��F:�� "*�.1'X.1&('X*�F: "B��}4 ')#%&NE���;¾�<��F���3�;X "�U¯�*�E���3���#�+-÷/��@�È}5���*�ÒÀ��3�;X "�U¯:4���;)'XÒ�3�')&Næà'X����;X��M����*�&(��ÒAE<.1')*�F¬&(0��ª4���#%')��&(') "*�./Ò���.9��#%')3���Ò!')* ¶ �<�<��*�Ò�')� ¶ 6$������0�8�?�@A3�;) "��¯¬.1&( "#��$./�K�����<��')*�F�.�')*��.1')*�F�;)�e#� "2Ý "B�&(0��eÒ���&(�ª� ¶ ²·6U8�0��e&(��F������� "#~{U¥�')�:�<;)������*�&(��Ò���.C�ª�� "*�&(��*�&(MN��Ò�Ò�#���.1.9��3�;X�G�:�$�: "#~{�¥�� "�:�<��#��$.e&(0��I÷/�<@�Èà "B�&(0��IBN��E�;)&(')*�F���Ò�Ò�#���.1.�6�8�0��I.1�$;X����&(��ÒÀ#� "2Ó "B�� ¶ ² ����;);X.G#�����Ò�.G �E<&¨�������<M�<')*�F�.J "*�&( H&(0��`3�')&(;)')*���.�6 8�0����� ";)E<��*!��E�;)&(')�<;)���� "#%.9¥��� "*�&(#� ";);)��Ò¿3�{H&(0���Ò����� "Ò���Ò¿3";X "��¯H �B�BN.1�$&®3�')&(.9¥.1��;)�$��&< "*��G3�')&<BN#� "�Ã������0¬.1��&< "B<��3�')&(.C&( � "E�&(�<E<&< "*��e�:���<�<')*�Fo6�8�0��e.9E�3�3�;) "��¯}4���;X')Ò�3�')&<#�����Ò: "E<&< "B&(0��JÒ���&(�e� ¶ ²Ñ��*���3�;)��.K&(0��J "E�&(�<E<&�Ò�#%')4���#~.�6 § *|�e.1')*�F�;X�$MN�<��F��$MN.1')O��J8�?�@P&(0��J8�?�@P0�')&�.1')F�*���;)¥�&(0��J;) "F�M')����;�©>�À "B�&(0��G2} �#�Ò�;X')*���.9¥���*���3�;X�$.D&(0��J "E�&(�<E<&�Ò�#%')4���#~.�6

PID/VPBN Offset

TLB

Protection Attr

PPN Offset

VA

PAViolation

TLB Miss

Bl.Off.

Bl.Off => Block Offset

D

D is a decoder

MUX

OR

Subblock Miss

TLB Miss

Page 51: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

43

Figure 4-4: Structure of a fully-associative complete-subblock TLB

¶ .1��&(MN��.1.9 "��')��&(')4����� ����<;)��&(��M(.1E�3�3";X "��¯�8�?�@¬0���.��G.1')��'X;)��#o�� "*�.1&(#~E<��&(') "*¨618�0��/&(��F���*�Ò¬Ò���&(�G� ¶ ²Ò����� "Ò��$#%.�E�.9�J��.�'X*�Ò����L3�')&(.K&(0��/;) �2Û "#�Ò���#®3�')&(.� �B�&(0��J÷���@�ÈÛ')*�.1&(����ÒH "B�&(0��/÷/�<ÈA618�0��/@�;) "��¯I©>B¦BN.9��&3�')&(.K�� "*�&(#� ";"�� ";)E���*���E�;)&(')�<;)���� "#%.K&( �.1��;)�$��&� "*�;){I�C "E�&� "B����~�C�������<')*�F�.1¥�2�0���#��J�C').K&(0��J��.1.1 "��')��&(')4�M')&({�6�8�0��L.1E�3"3�;) ���¯�4���;)'XÒ:3�')&(.�#�����Ò!B(#� "�Ó&(0��eÒ���&(�>� ¶ ² +¡&(0���#��L��#��L�/3�')&(.�#�����Ò�¥� "*��LBN "#�������0HÒ���F�#���� "B���.1.9 "��')��&(')4�')&({�5 ¶ È�ª��Ò:2�')&(0H&(0��L&(��F��� "���<��#��L#���.1E<;)&���*���3�;)�L&(0��eÒ���&(�> "E<&(�<E�&�&(0�#� "E�F�0H&(0��L²����Ò�#%')4���#%. 6�8�0���&(��F�.GBN "#���.1��&(MN��.9.1 "��')��&(')4����� ����<;)��&(��M(.1E�3�3";X "��¯P8�?�@¿*�����Ò¿*� "&®.1&( "#�����3�;) "��¯�MN4���;)')Ò¿3�')&��*�ÒP����*|E<.1�J&(0��J.1E<3�3�;) "��¯�4���;)'XÒH3�'X&¦.D "*�;){�¥���.D')*|¼�')F�E�#��G´�M�� 6

Figure 4-5: Structure of a set-associative complete-subblock TLB

������ ���������������������� ���! �"�"$#%�$"'&(�%)+*����,�-��������.�"$#%/0/1����*�243�576�"§ *H')�:�<;)������*�&(')*�F|�>�� "���<;)��&(��MN.9E�3�3�;) "��¯�8�?�@�¥�&(0�#��$�L').1.1E<��.���E�.9&�3��L��Ò�Ò�#���.1.1�$ÒD6U¼�')#~.1&(¥�BN "#�=�����Ò

*�E��:3���#/ "B�3�;) "�U¯�.1¥�&(0��I.1')O��I "B�&N0��IÒ���&(��� ¶ ² 'X*���#�����.1��.e��*�ÒÀ�:��{:')*���#�����.1�I�����U��.1.e&('X����6�¸¤���U "*�Ò�¥&(0���#��G��#��J��&�;)����.1&�&(2� ���;)&(�$#%*���&(')4���.KBN "#¨�< �.9')&('X "*�')*�F�&(0��J.1E<3�3�;) "��¯���E�;)&(')�<;)���� "#~6�8�0�')#�Ò�¥�&(0��J�<#���.9��*����

DATA OUTPUT

OUTPUT DRIVERS

WORDLINES

BITLINESVPBN TAG

. . .

. . .

. . .

. . .

COLUMNMUXESSENSE AMPS

WORDLINE

DECODEDBLOCKOFFSET

VALID BIT

DRIVERS

DE

CO

DE

R

COLUMN MUXES

SENSE AMPS

MUX DRIVERSCOMPARATORS

DATA OUTPUT

OUTPUT DRIVERS

WORDLINES

BITLINESVPBN SET INDEX

VP

BN

TA

G

. . .

. . .

. . .

. . .

. . .

DECODEDBLOCKOFFSET

VALID BITS

Page 52: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

44

�B��:E�;)&N')��;X�I.1E�3�3�;X ���¯:4 ��;X'XÒ�3�'X&(.e��#~ "4 'XÒ���.e��&�;)� ��.1&�&(0�#�� �IÒ�'XB¦BN� #���*�&¨'X�:�<;X���:��*�&(��&('X �*A��;X&(��#%*���&('X4 ��.�68�0��$.1�G').9.1E��$.D��#��G.1')��');)��#¨&( I&(0� ".1�JBN������ÒP')*|')���<;)������*�&(')*�F�.1E�3"3�;) ���¯I������0��$.�6

�� "����;)��&(�$MN.1E<3�3�;) "��¯}8�?�@�.D2�')&(0¬;)��#�F��e.1E<3�3�;) "��¯}BN����&( "#%.D2�'););�#���.9E�;)&<')*¬�ª;)��#�F���¥�2�')Ò��GÒ���&(�ª� ¶ ²��#%#~��{�6�8�0��>��������.9./&(')�:�>B( "#C�I�� "*� ";)')&(0�'X�G��#~#%��{¬2�');X;�3��>.1;) "2I6 § &¾��;).1 ¬����{¬#�� Á E�')#��>E�*�E<.1E<��;);){¬;)��#�F��2� "#�Ò�;)')*��LÒ�#~')4���#%.�&( }Ò�#%')4��L&(0��L2�')Ò��LÒ���&(�>2� "#�ÒK6�� ¶ ²éÒ��$.1')F�*��$#%.��� "���� �*�;){�Ò�')4�')Ò��L�`;)��#�F��L� ¶ ²��#%#~��{�')*�&( }.9����;);)��#�3�;) ���¯�.C&( �')�:�<#� "4��e��{���;)�e&('X���e��*�Ò:;)��{� "E�&<��.1�<����&<#%��&(') �6U¸¤')��');)��#�&(����0�*�' Á E<��.C��#�����<��;)')����3�;)��0���#���3�E<&�&(0�').�&(0���.1').�Ò� "��.�*� "&�Ò�').1��E<.1.�Ò���&(��');).� "B &(0���.9�� "#o "&(0���#o "�<&(')��')O���&¦'X "*�.J°¡ß���Ò���³�º�¥ß�');)&(³�¹ µN6�©>*��G.9')�:�<;)�G "�<&(')�:')O���&(') "*|BN "#�BNE<;);X{�M(��.9.1 "��')��&(')4 �G.9E�3�3�;) "��¯�8�?�@�.K'X.D&¦ �.1�<;)')&�&(0��G� ¶ ²Ñ��#%#~��{')*�&( �&(2� I0���;)4���.K��*�ÒH��;)�����J&(0��J&(2} I0���;)4���.K "*���')&(0���#¨.9')Ò��J "B�&(0��J&(��FI��#%#~��{¤6�ßà0�');)�J&(0�').K#�� Á E�')#���.K��Ò�MÒ�')&(') �*���;�Ò�#~'X4���#~.1¥�')&�#���Ò�E�����.K��������.9.D&(')����6 § *|��{��� "Ò���;)¥ § ��.9.1E����J�L�� "*� �;)')&(0�')��� ¶ ²Ñ��#~#%��{�6

8¾0����� �.1'X&N'X �*� �B�&N0��}.1E�3�3�;X ��U¯!�:E�;�&('���;X� �¤ �#J��;X.� :��B�Bi� �U&N.L���U�U� .�.L&N'X�!��6 ¶ ����� *�Ò�'X�`� Ò�'X.��UE�.�.���.&(2� ���;)&(��#%*���&(')4���.�6U8�0��e=�#~.1&<��;)&(��#%*���&(')4��e').C&( }E<.1�e�ª�� ";)E���*¬�:E<;)&(')�<;)���� "#�')*¬&(0��eÒ���&(�ª� ¶ ²é&( �����&<��.&(0��ª.1E<3�3�;) "��¯¬��E�;)&(')�<;)���� "#~6$8�0��ª.1�$�� �*�Ò!��;X&¦��#%*���&(')4��ª'X.�&( ��� "��3�')*��>&(0��ª.9E�3�3�;) "��¯¬��E<;)&(')��;)�$�� �#K2�')&(0&(0��e "E<&(��E<&<��E�;)&(')�<;)���� "#���.9.1 "��')��&(��Ò�2�')&(0H&¦0��G �E<&(�<E�&<Ò�#~')4 ��#~.1æà&(0�').C').C��*���;) "F� "E<.C&( �')����;)�$�:�$*�&(')*�F�G�:E<;)&(')�<;)���� "#®')*}������0��$.�&(0���&�#�����ÒH "E<&��G2� "#�Ò¬.1����;);)��#®&(0���*}&(0��/������0��/;)')*��/.1')O���6 �>.1')*�FI&(0��/�� ";)E<�:*��E¾;(&�'(�¾;(���" �#1.I0��¤.I.���4���#1�¤;K�¤Ò®4���*�&��¤F���.I��*�Òà#9��.�E¾;(&�.�'¦*ä��BÉ��.U&���#>�¤���$��.U.I&É'¦����¥o��.I���"�o;(�¤'(*���Òà'(*¶ ����� *<Ò�'��`��6 § ��.�.�E��!�}&N0<�}E�.��� �BK�U �;XE��:*À�:E�;X&i'X��;X� �¤ �#7.ª2|0�� *À� .�&N'��:��&i'X*<F!&N0<�}�����U� .�.ª&N'��:�}Bi �#�� "����;)�$&(��MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@�.�6

8�0��I�<#���.1��*����I "B���E�;)&('X�<;)�I.1E�3�3�;) ���¯�4 ��;)'XÒÀ3�'X&(.e#~��.1E<;X&(.e')*A�}�: "#~���U "����;)')�U��&(��ÒÀÒ���.1')F�*A&(0���*A�*� "*�MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@K6 ¶ .9')�:�<;)��.1 ";)E�&(') "*}&¦0���& § Ò���.1��#~')3���'X* ¶ �<�<��*�Ò�')�ª@¬E<.1��.��G3�;) "��¯�4���;)')Ò¬3�')&�'X*�&(0��&(��F���*�ÒP.1&( "#���.D.1E<3�3�;) "��¯�4 ��;)')ÒP3�')&(.D')*|&(0��GÒ���&(�ª� ¶ ²·6�8�0��G3�;) "��¯�4 ��;)')ÒP3�')&�.1&( "#��$.D&(0��G;) "F�')����;�©>�À "B��;);¾&N0��I.�E�3�3�;X "�U¯:4 ��;)'XÒ�3�')&N.�6�8�0�').L��;);X �2�.L&N��F:�U ��:�<��#%'X.1 �*�&N �2� �#%¯:��.e'X*���.�')*�F�;X��MN����F���MN.�')O���8�?�@��*<Ò, �*<;X{!#~� Á E�'�#�� .ª� �¤���!'X*<'X*�FA&N0��}.�'X*�F ;X�}.�E�3�3�;X ��U¯!4���;X'XÒÏ3�'X&�&i0���&�'�.L �E�&i��E�&�Bi#É ��é&N0<�}.1E�3�3�;� ��U¯��E�;)&(')�<;)���� "#~6 ²�{H��#����I�� "Ò���;)¥��������$.1.J&(')���`�� "Ò��$;<��*�Ò�8�?�@�.1')��E<;)��&¦'X "*�.J��.9.1E����>&(0��>E�.9�` "B®3�;) "��¯4���;¦'¦Òü3 '¦&i.�B� �#ª��  �!�¾;¦��&���M�.�E¾3�3 ;¦ ��$¯¿8o?o@¾.U¥��¤.`.�0�  2¬*,'�*,¼�'�F�E¾#%�>´¤M�´PB�  #LB�E¾;¦;¦{ MÉ��.�.U ��$'��¤&i'¦4��|8o?o@o.�68�0� "E<F�0�.1�$&(MN��.1.1 "��')��&(')4��/�� "�:�<;)��&(�$MN.1E<3�3�;) "��¯I8�?�@�.�*�����Ò¬*� "&�E<.1�/3�;) "��¯�4 ��;)')Ò¬3�')&(.G+-¼�')F�E<#��G´�M���5(¥ § ��.9M.1E<���G&(0��JE�.9�G "B�3�;) ���¯�4 ��;)')ÒP3�')&�BN "#¨E�*�')BN "#%��')&({�6

�>.9'X*�F`&(0���3�;) ���¯�MN4���;)')Ò|3�')&(¥ 0� "2��$4 ��#¦¥�#�� Á E�')#��$.�&(0��� "�<��#~��&(')*�F`.9{�.9&(���á "#o0���#�Ò�2���#���&( >F�E���#~��*�&(���&(0���&�&(0��$#�������*�*���4 �$#o3���&(2� >8�?�@¬3�;) "��¯�.�2�')&(0}&(0���.1������÷���@�È &(��F��� "MN#��$.1')Ò�')*�F`'X*�&(0���8�?�@K6 ¶ �� "��M�<;)��&(��MN.9E�3�3�;) "��¯�8�?�@À����*A0���4��I&(2} P8�?�@À3�;) "��¯�.G2�')&(0A&(0���.1�����I&(��FP'XB¨&(0���8�?�@À��').1.G0���*�Ò�;)��#�E<.1��.Ò�'XB¦B(��#���*�&¨8�?�@À3�;) ���¯�.eBN "#�3���.9�I�<��F��I�����<��')*�F�.G&(0���&¨3��$;X "*�F�&( P&(0���.1���:��8�?�@�3�;) "��¯�. 6�¸¤����&(') "*P´ 6 º��*�Ò ¶ ���<��*�Ò�')�>ÂÝ'X;);XE<.�&(#%��&N�I&(2| P���¤���:�<;X��.e2|0���#����}�U "�:�<;X��&(� MN.1E�3�3�;X "�U¯:8�?�@�����*A0���4 �I&N2� �8�?�@3�;) "��¯�.�2�')&(0�&(0���.1���:��&(��F¾6 § B &¦0��� "���$#%��&(')*�F`.1{�.1&(���á����*�*� "&�F�E���#~��*�&¦������F���')*�.9&�&(0�').���#~#� "#¾�� �*�Ò�')&(') "*�¥&(0����� "���<;)��&(��MN.9E�3�3�;) "��¯`8�?�@|')����;)������*�&(��&(') "*���E�.9&�')*���;XE<Ò���&(0������<�<#� "�<#%')��&(��.1E<3�3�;) "��¯�MN4���;)'XÒ|3�')&�')*&(0��`&(��FH�� "�:�<��#~').1 "*�6�¸¤��;)����&(')*�FH&(0��`���<�<#� "�<#%')��&(�`.1E<3�3�;) "��¯H4 ��;)')Ò�3�')&o#�� Á E�')#��$.JÒ����� "Ò�')*�FH&(0��`3�;) "��¯�M "B¦BN.9��&<=<��;)Ò� "B�&(0��G4�')#%&(E<��;���Ò�Ò�#���.1.D��*�Ò�.1��#~'X��;)')O�')*�F}&(��F}�� "������#~').1 "*¨6 § * ¶ �<���$*�Ò�')�ª@�¥ § Ò�').1��E�.1.D&(2� ��;)&N��#7*���&('X4 ��.LBN �#J')�:��;X���:��*�&N')*�F:.1E�3�3�;) ��U¯:4 ��;X'XÒ�3�'X&N.e'X*�&N0���&N��Fo6�8�0��IBX')#%.�&���;X&N��#%*���&N'X4 �I.�&( �#�� .e.�E�3�M3�;) "��¯�4���;X')Ò:3�')&(.C')*H&(��F������� "#%{���*�Ò:����&(��*�Ò�.C&(0��e&(��F��� "������#��e;) "F�')��6U8�0��e� ¶ ²é��#~#%��{�')*HBNE<;);){�M(��.1M.U  �$'¦�¤&i'¦4<�¬8o?o@®.�  #ª&�0��¬&��¤FÀ�$  �A�¾�¤#9�¤&�  #ª'¦*Ï.U��&�MÉ�¤.�.U  �$'¦�¤&�'¦4��¬8®?o@o.�'¦.I���"&���*�Òo��Òü&� ¿�$  �A�¾�¤#��¬&�0��Ò����� "Ò��$ÒP3�;) "��¯� "B¦BN.1�$&�=��$;XÒH �B�&(0��J4 ')#~&(E���;���Ò�Ò�#���.1.K2�')&(0|&(0��J.1E<3�3�;) "��¯�4���;)')ÒP3�')&(. 6�8�0��G.9���� "*�ÒP��;)&(��#%M*���&N'X4 ��#~���U �F�*�'XO�� .L&N0���&�&N0���Ò�� �U �Ò�� Ò�3�;X ��U¯�Mi �B¦Bi.1� &�0���.ª�� �*�� Mi0� �&�� *��U �Ò�'X*�F!��*�Ò,E�.���.L�|4 ��;X'XÒ,3�'X&� ¶ ²Ñ&(0���&�����*|3"�G#�����ÒP')*|�<��#%��;);)��;�2�')&(0�&(��F��� "�:�<��#~'X.9 "*|��*�ÒP�:��{I3��GBN��.9&(��#%6

����8�9�&:&(��*��+��&�*$�%�,���������;"�#�/</1����*�2�� �=²� "Ò��$#%*¬��')��#� ��<#� �����.1.1 "#~.C0���4��G��*|')*���#�����.1')*�F}*�E<��3���#� "B�&(#~��*�.1').1&( "#%.D��*�Ò���0�')�P��#����ª��4���');)��3";X�"6

¶ �� "����;)��&¦��MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@¿'X.G "*���2���{�&( HE�.9�I&(0�������&(#~�}��#��$� 6�8�0�').G.1����&(') "*A�$���<;X "#���.G&(0��I�$B¦BN����&® "B

Page 53: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

45

')*���#��$��.9')*�FH&(0��`8�?�@�#�������0: "B®��.9')*�F�;)��M(����F���MN.9')O��`8�?�@¿3�{H¯��$���<')*�FH&(0��`*�E���3���#C "B®3�;) ���¯�.J�� "*�.1&(��*�&��*�Ò!.1&( "#%')*�F|��E<;)&(')��;)�L�����<�<')*�F�.�')*P�$����0P8�?�@!3�;) "��¯|E<.1')*�F|�� "����;)��&(�L.1E<3�3�;) "��¯�'X*�F¾6�8�0��L�� "����;)��&(�$M.1E�3�3�;X ���¯!8�?�@� ����UE���')� .e��;X��#~F�� #/�U0�'X�À��#~������*�Ò�0���.L��;X��#%F�� #/���U����.�.e&N'X�:�I3�E�&�')*��UE�#%.eBi��2|��#/8¾?�@��').1.1��. 6

8�0��/�� ����<;)��&(��M(.1E�3"3�;) ���¯I8�?�@H0���.K�e;)��#�F���#®8�?�@P#�������0A+-.1E<3�3�;) "��¯IBN����&( "#(¥��~¥�&(')����.�;X��#�F���#%5���*�ÒH')*�M��E<#%.�BN�$2���#D8�?�@!��').1.1��.�&(0���*P�`.1')*�F�;)��M(����F���M(.1')O��ª8�?�@A2�')&(0P&(0��ª.1�����ª*�E���3���#K "B¾3�;) ���¯�.���*�Ò!��.9.1 "M�$'��¤&�'�4�'¦&i{"6 ¶ .�.�0�  2¬*,'¦*,8���3�;¦�>´¤M1»U¥¾&i0��¬#%��ÒoE¾��&�'�  *,'¦*,&�0<�¬*�E¾�!3���#ª  BC8o?o@Ü�!'¦.�.U��.�&i#9�¤*�.�;¦�¤&i��.`&� *� "#%�:��;X')O���Ò��������UE<&N') �*�&(')�:�I.1������Ò�E���.e "BG»�6 â�´}&N �»�6¡»��LBN �#/��{:2� �#%¯�;X "��Ò�.�6�8�0����<��#%Bi "#%�:��*����I'X��M�<#� "4���.KBNE<#%&(0���#¨2�0���*|E<.1')*�F��<#��$BN��&(��0�')*�F���.KÒ��$.1��#%')3���ÒH'X*�¸¤����&(') "*|´ 6 º�6 º 6

8�0��J�� "�:�<;)��&(�$MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@�.9¥�0� "2���4���#¦¥� �����E<�<{��L;)��#�F���#¨��#����L��*�ÒP#�� Á E�')#��G��Ò�Ò�')&(') "*���;��� "*�&(#� ";;) �F�')�¤6�8�0��I;X��B(&�0���;)B� �B¨8¤��3�;)�G´�MNº}�� ����<��#��$.e&(0��I��#����}BN "#/�}�� ����<;X��&(��MN.1E<3�3�;) "��¯:8�?�@À2|')&(0A&(0��I��#����BN "#C��.1')*�F�;)��MN�<��F��$MN.1')O��>8�?�@�E<.1')*�FH&¦0��>��#������: "Ò���;�Ò��$.1��#%')3���ÒA')*:¸¤�$��&(') "*|º 6 º 6�8�0��`¯���{¬ "3�.1��#~4 ��&(') "*').�&(0���&��/�� ����<;)��&(��M(.1E�3�3";X "��¯`8�?�@| "B�.1E�3"3�;) ���¯`B(����&( �#¾��Ò� "��.¨*� "&�#�� Á E�')#�����&('X����.¨&(0�����#����J "B &(0���.1')*�MF�;)��MN�<��F���MN.1')O���8�?�@D6 ¸¤')*��������� "����;)�$&(��MN.1E<3�3�;) "��¯P8�?�@¿ "*�;){PÒ�E��<;)')����&(��.J&(0��`Ò���&(���< "#%&¦'X "*!3�E<&®.1��4���. "*�&(��F��:���� �#%{U¥�&(0��I.1��4�'X*�F�.e��#~�I�: "#��I.1'XF�*�')B(')����*�&¨'X*ABNE�;);X{�MN��.1.1 "��'X��&('X4���8�?�@D6�8�0��I.1��&(MN��.1.1 "��'X��&('X4���� �����;)��&(� MN.1E<3�3�;) ���¯:8�?�@�.e0���4 �I�}0�')F�0���#/ �4���#�0�����ÒÀ��.e&(0���&(��F�.e�����U "E�*�&�BN "#/�}.1�:��;X;)��#/�� "#%&(') �*A �B&(0��J��#���� 6

�>*�Bi "#7&(E�*���&N��;X{U¥�&N0������¤&N#%����#�� ��E�.1E���;X;X{:&N#%��*�.1;X��&N��.L&( :��*�'X*��U#�� ��.1��'X*�8�?�@,���U�U��.�.e&N'X�:����;).� ¾6 § B8�?�@¿��������.9.G&(')����').G "*!&(0��`��#%')&(')����;��<��&(0!BN "#���#� "���$.1.1 "#���{���;)�`&(')�:�$¥ &(0�').J'X.J��*!')���� "#~&(��*�&o�� "*�.9')Ò��$#%M��&(') "*¨6�8�0��L#%')F�0�&�0���;)B� "B�8¤��3�;)�J´�MNº`.90� �2}.�&(0��L��������.9.�&(')����¥�����;)��E<;)��&(��Ò!E<.1')*�F|&(0��L&(')��'X*�F��: "Ò���; Ò��$M.1��#~')3���Ò¬'X*}¸¤�$��&(') �*�º 6 ¹ 61ª "E�3�;)')*�F�&(0��/.1E<3�3�;) ���¯IBN����&( "#o')�:�<����&(.���������.9.�&(')���/')*�&(0�#����/2���{�.�Q1&¦0���Ò���&(�� ¶ ²ÿ;X " "¯�E��|&(')���/')*���#��$��.1��.���.�&(0���2� "#�Ò�;X')*��/0���.�&( �Ò�#~'X4��/�G2�')Ò���#o��#%#%��{�¥ &(0��/*�E���3���#o "B�')*���E<&(.�&( &(0��ª�� ";XE<��*���E�;)&(')�<;)���� "#~./Ò� "E�3";X�ª��*�ÒA')*���#��$��.1��.�&(0��>Ò���&(��� ¶ ² ��������.1.�&(')�:�$¥"3�E�&�&(0��>.90� �#~&(��#D&(��F�.#��$Ò�E<���J&(0��J&(��F�;) " "¯�E<�H��*�ÒP�� "���<��#��J&('X����6

¼� "#�BNE<;X;){�MN��.9.1 "��')��&¦'X4��`8�?�@�.1¥�3� "&(0:&(0��`&(��FP��*�Ò¿Ò���&(��;) " "¯�E��A��#��` "*:&(0�����#%')&(')����;��<��&(0¨6 8�0��`Ò���&(�� ¶ ²é.1;) "2�Ò� �2}*HÒ� "��')*���&¦��.���*�Ò:#���.1E<;)&(.�')*H�>.1;) "2���#�8�?�@K6�¼� "#K.9��&(MN��.1.9 "��'X��&(')4��L8�?�@�.1¥¤ "*�;){|&(0��e&(��F.1')Ò��}').ª "*À&(0��}��#~')&(')����;®�<��&(0¿��*�Ò,&(0���&�Ò�����#��$��.9��.?> § *���#��$��.1��.ª')*¿&(0��}Ò���&(�|� ¶ ² �������$.1.ª&(')���}Ò� :*� "&��B¦BN�$��&>&(0��À�������$.1.�&(')����æà�������$��&ªBN "#¬4���#~{Ú;)��#�F��¿.1E<3�3�;) "��¯ÚBN����&( "#%.P2�0���#��¿&(0��ÀÒ���&(�,� ¶ ² �������$.1.

Table 4-1: Execution time speedups for complete-subblock TLBs relative to single-page-size (4KB)TLBs with same number of blocks

TLB Type #blocksSubblock factor

2 4 8 16

Fully-Associative64 1.04 1.09 1.16 1.17

128 1.05 1.10 1.11 1.15

4-way Set-Associative 256 1.05 1.08 1.10 1.14

Table 4-2: Chip Area and Access Time for complete-subblock relative to single-page-size TLBs withsame number of blocks

TLBChip Area Access Time

2 4 8 16 2 4 8 16

(64-256) blockFully-Associative

1.24 1.71 2.67 4.59 1.02 1.06 1.11 1.20

256-block 4-waySet-Associative

1.38 2.14 3.66 6.71 1.00 1.01 1.04 1.12

Page 54: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

46

3����� "����.¿&(0��ü��#%')&(')����;��<��&(0¨6KÞ� "2���4���#¦¥e&(0��Ü&(��F �� ����<��#��ü��E�;)&(')�<;)���� "#! "E�&(�<E<&���E<.1&�3"�ÜÒ�#%')4���*����#� ".9.I�P��E���0,2�')Ò��$#ªÒ���&(�P� ¶ ² ��*�ÒÜ��Ò�Ò�.�&( �&(0��H��#%')&(')����;��<��&(0¨6 § &�').��< ".1.1')3�;)�¬&( ¿ "�<&(')��')O��H&(0�').�<��&(0�&( ��:��¯���&(0��I.1��&(MN��.9.1 "��')��&('X4��I.1E�3�3";X "��¯:8�?�@�.LB(��.1&(��#/&(0���*�&(0��I.1')*�F�;)��M(�<��F���M(.1')O���8�?�@�.?>�8�0�').L').')���� "#~&(��*�&o.1')*����`')*:����*�{H�� �Ò���#~*:��'X��#� "�<#� "����.1.9 �#CÒ���.1')F�*�.1¥���������.1./&(')�:�>').J�� "#��>'X���< "#%&(��*�&o&(0���*.1����;);�')*���#�����.1��.J')*:��0�')����#��$��6

§ *!.1E<������#~{�¥�')*!Ò���.1')F�*�.G2}0��$#��`��Ò�Ò�')&(') "*���;<��#����I').G��4���');)��3�;)��B( �#�&(0��`8�?�@�¥�����&(��*�Ò�')*�FP&(0��`8�?�@#��$����0}&(0�#� "E�F�0��� "�:�<;)��&(��.9E�3�3�;) "��¯�')*�F�2}'X&(0��J.1����;);¤.1E�3"3�;) ���¯`BN����&( "#¾'X.¨��*���&(&(#~����&(')4 �� "�<&(') "*¨6 § *�BNE�;)M;){�MN��.1.1 "��')��&(')4��J8�?�@�.K&(0��J�������$.1.K&(')���J2�'););"')*���#�����.1�J3�E<&�')*�.1��&(M(��.1.1 "��')��&(')4��J8�?�@�.K&(0��J��������.9.K&(')���J����*Ò�����#��$��.1��>

8�?�@���').1.D0���*�Ò�;X')*�F�BN "#��ª�� "���<;)��&(��MN.9E�3�3�;) "��¯}8�?�@�').DE�*�Ò���#%.9&(��*�Ò���3�;){}�� "#��G�� ����<;)')����&(��Ò�&(0���*BN "#D��.9')*�F�;)��M(����F���M(.1')O��>8�?�@K6$8�0�').�.1����&('X "*P�����<;) "#���.�&(0��ª&(0�#����ª.1&(���<.�Ò��$.1��#%')3��$ÒA')*�¸¤����&('X "*�»�6 � 6 ¹`��*�ÒÒ�'X.���E�.1.���.L&N0����U0���*�F ��.L*�� ��Ò�� Ò,&( :.1E����� �#%&��U ��:��;X��&N� MN.�E�3�3�;) ��U¯!8�?�@�.�æÚ.1E�3�3�;X ��U¯:�:'X.�.L��0�� �U¯�'X*�F��*�ÒP;) "��Ò�')*�F��L*���2z�����<��')*�F�')*�&( I&(0��J�� "#%#�����&�.9E�3�3�;) "��¯�')*|&(0��J8�?�@PÒ���&(� 6

¼�')#%.1&(¥ &(0��/�<#� "����.1.� "B�;) "����&('X*�F�&(0��/�����<��')*�F�BN "#o&(0���BN��E�;)&(')*�F���Ò�Ò�#���.9.�').�&(0��/.1�����/��.�'X*}�G.1')*�F�;)��M����F���Mi.�'XO���.�{�.�&N���Ï6¤8¾0��}����F �}&N��3�;X�}.�&i#~E��U&NE�#~� ¥<����F���&N��3�;��}&N#7��4�� #7.���;®0���#�Ò¾2|��#~�}��*�Ò�@" �#G.� �Bi&N2|��#��*�����Ò¬*� "&���0���*�F�����*�Ò¬����*�E�.9�/&(0���.1�����/�<��F��/.9'XO�����*�Ò¬��;)F� "#~')&(0���.1¥ ')*���;)E<Ò�')*�F�#���BN�$#���*�����@¤�: "Ò�')=���Ò3�')&�E<�<Ò���&(�$.�6

Figure 4-6: Subblock miss example for VPN 101010 (Complete-subblock TLB subblock factor 2)

¸¤���� "*�Ò�¥¤Ò�����')Ò�')*�F�2�0��$#��e&( ��<;)�����e&(0��e�������<')*�F}')*¬&(0��G8�?�@:').DÒ�')B¦BN��#���*�&%6 ¶ 8�?�@��:').9.C')*¬�>*� "*�M.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@H��;)2���{�.K#���.1E<;)&(.K'X*���;);) "����&¦'X*�FI�L*���2z8�?�@H3�;) "��¯�&( �.1&( "#��J&(0��J*���2z�:���<�<')*�F�¥��< ".1.9'X3";X{

VPBN PPN0 ATTR0 PPN1 ATTR1✕✕✕

VPBN PPN0 ATTR0 PPN1 ATTR1✕✕✕

a) Block miss

VPBN PPN0 ATTR0 PPN1 ATTR1✕✕✕

10101 10010 ATTR0 11111 ATTR1✔✔✔

b) Subblock miss

VPBN PPN0 ATTR0 PPN1 ATTR1✕✕✕

10101 10010 ATTR0 PPN1 ATTR1✕✔✔

VPBN PPN0 ATTR0 PPN1 ATTR1✕✕✕

10101 PPN0 ATTR0 11111 ATTR1✔✕✔

10101PPN0 ATTR0

PPN1 ATTR1✕

1010110010 ATTR0

11111 ATTR1✔

c) Mapping placed in new TLB block on a subblock miss

VPBN PPN0 ATTR0 PPN1 ATTR1✕✕✕

10101 PPN0 ATTR0 11111 ATTR1✔✕✔

Page 55: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

47

#�� Á E�')#~')*�F�8�?�@À#����<;)����������*�&%6�8�?�@À��').1.1��.G')*A�}.1E<3�3�;) "��¯�MN8�?�@À����*A3�����')&(0���#��}¢���ï�î%ñªð>ÔÍ�~�� "#��}�~��¢�ó¢���ï�î7ñJð>Ô��~�U6 § *���.1E<3�3�;) "��¯H��').1.9¥���*�����').1&¦'X*�F¬8�?�@A3�;) "��¯¬����{¬3��ª��3�;)�>&( |0� ";XÒA&(0��>*��$2 �����<�<')*�F¬')*��*ÀE�*�E�.�� Ò,.�E�3�3�;� ��U¯!2|'�&N0¿&N0<�}.1���:�}&N��Fo6¤¼�'XF E�#��L´�MiÇ|'X;�;XE�.�&i#%��&N� .ª&N0�#~� ���� �.�.�'X3 ;X�}.��U� *���#7'� �.ª2|0�� *;) "��Ò�')*�F��ª*���2 �����<�<')*�F�BN "#�÷���ÈÓ»�â »1â »1â Q���5<�L3�;) "��¯}��').1.1¥�3�5<�ª.9E�3�3�;) "��¯���'X.9.1¥���*�Ò���5��ª.1E<3�3�;) "��¯��').1.�&¦0���&�E�.1�$.��G*��$2Û8�?�@¬3�;) "��¯¾61¸�0���#~')*�F�.1E�3"3�;) ���¯�.�').�&(0���¯��${�&( `&(0��/�<��#~BN "#%����*����/��Ò�4���*�&(��F���.� "B�� "����;)�$&(��MN.1E<3�3�;) "��¯¬8�?�@�.���*�ÒA¸¤�$��&(') �*�´ 6 º 6¡»�6$�$����;)��')*�.�')*�Ò���&(��');�0� �2½.9E�3�3�;) "��¯�MN��').1.���0�����¯�')*�F¬����*3��J')�:�<;)������*�&(��ÒP&( ���4  "')ÒP�� "*�Ò�')&('X "*���5�Å�6

8�0�'X#�Ò�¥�;X ���Ò�'X*�F:�|*�� 2«�:�����<'X*�F:'X*�&N �&N0���8¾?�@�Ò�'XBNBi��#7.e �*�2|0���&N0���#J&N0����:'X.�.e#%��.�E�;X&(� Ò�Bi#~ "�é�.�E�3�3�;� ��U¯A�:'�.�.ª �#G*< �&76¤©�*À�|#%� F�E�;���#G�:'�.�.�¥<8¾?�@Ï#~� ��;X���U� �!� *�&���;X� ��#7.ª&i0��}4�'X�U&i'X�Ð8�?¾@Ï3�;X ��U¯!��*�Ò2�#~')&(��.D�L*���2z&(��F���*�ÒP "*��G "B�&(0��G=��$;)Ò�.K��&�&(0��G�� "#~#�����&� "B¦B(.1��&�')*|&(0��JÒ���&(�e����#~&� "B<&(0��J8�?�@P3�;) ���¯¾6�©`*��.1E�3"3�;X "��¯¬��'X.9.1¥� "*�;){H "*��>�����<�<')*�FH.10� "E<;)Ò�3��>2�#~')&(&(��*:2}0�');)�>&(0��>&(��FH2}'X&(0� "E<&o��B¦B(����&(')*�FH&(0��>#��$.1& �BK&N0<�}8¾?¾@,3 ;X ��U¯®6¤8¾0�'�.ª'�.ª.�'��:'�;X��#G&N !2|#7'X&i'X*<FA�|2| �#%Ò,&i :�¬�U���U0<�}2|'�&N0À3�;X ��U¯A.�'�O���;X��#~F � #G&N0<��*À�2� "#�ÒK61²� ".1&�')���<;)������*�&(��&(') "*�.�2�'););�#�����ÒH&(0��/����').1&(')*�FI8�?�@H3�;) "��¯�¥�E<�<Ò���&(�/&(0��/.1E�3"3�;) ���¯�')* Á E<��.1&(') "*��*�ÒP#��$2�#%')&(�J&(0��GBNE<;);�8�?�@P3";X "��¯�')*�&( �&(0��J.1�����J;X "����&(') "*|3�E<&�����{�&(��¯��J&(2� I��{���;)��.�6

��8��� ������������������ �A=�"�#�/</1���%*$2!�B� "�"C*$D%�$*�2��E�=¶ .L� �¤��;X��'X*�� Ò,��3� �4���¥<3���Bi �#~�};X ���Ò�'X*<F!��*�� 2Ê�:������'X*�F!'X*�&N :&N0���8¾?�@¾¥�0���#~Ò¾2���#~�� �#J.� �Bi&(2|��#~�

.10� "E<;XÒ|��0�����¯�')B ��*}�$��').1&(')*�F������<&({�.1E<3�3�;) "��¯�����*�3���E�.1�$Ò�¥ �~��¢�¢���ï�î7ñKð>ÔÍ�~�oîEF��~î%ñ�Ô�ò��®6 ¶ �<E<#���.1 "BN&(2���#�����<��#� �����0�').e'X*���B¦B¦'X��'X��*�&N¥�#�� Á E�')#%')*�F:.1����*�*�')*�F:��;X;�&N0��I8�?�@�3�;X "�U¯�.�ì"&(��F�.1¥���*�Ò�0���#ÉÒ�2���#��I.1E����< �#%&¨'X.��.1.9��*�&(')��;�BN "#¨��B¦=<��')��*�&�8�?�@P��').1.K0���*�Ò�;)')*�F¾6�8�0�').K.1����&(') "*|.1E<F�F��$.1&(.K&(2� I������0���*�').1��.�6

¼�')#%.1&(¥�8�?�@¬;) � "¯�E<�¬����{���;)#�����Ò�{I')Ò���*�&(')BN{I&(0��/8�?�@H3�;) "��¯I2�0���#��/&(0��J*���2Û�������<')*�FI����*}3��J;) "��Ò�M� Ò, �*¿�|.1E�3�3�;X ��U¯!�:'X.�.�6�8�0<��² § ��¸H��#~ ��U� .1.� �#7.�¥�Bi �#J� �¤���:��;X� ¥��U��E�.����|.���� �U'X��;o&(#7���� �*¿.�E�3�3�;X ��U¯��').1.1��. 6�Þ���#�Ò�2���#��G�� "E<;)Ò�.1&( "#��G&(0�').D')*�BN "#%����&(') "*¬')*|�ª#��$F�').9&(��#���������.1.9'X3";X�G&( I&(0��e8�?�@���').1.D0���*�Ò�;)��#~68�0��e��').1.C0���*�Ò�;)��#�����*HÒ�')#��$��&(;){�.1�<����')BN{}&(0��eÒ���.1&(')*���&(') "*H8�?�@�3�;) ���¯!+-&(0��e4 ')#~&(E���;���Ò�Ò�#���.1.C')���<;X')��')&(;){')Ò���*�&(')=���.�&(0��/.1E<3�3�;) "��¯�57618�0�').�.9 ";XE<&(') "*�').�.9&(#%��')F�0�&(BN "#%2���#�ÒK618�0��/�:��')*}Ò�'X.9��Ò�4���*�&(��F��/'X.�&¦0���& *���.9&(��Ò8�?�@��:').1.1��.}+-8�?�@À�:').1.1��.eÒ�E�#%')*�F:�������UE<&N') "*� "B�&N0��I8�?�@À�:').1.e0���*�Ò�;)� #~5�2|'););¾#9� Á E�')#��I.��<����'X��;¾0���*�MÒ�;)'X*�F���.K&(0��J �;)ÒP')*�BN "#~����&(') "*|2}');X;"3��G;) ".1&%6

8�0��L.1�$�� "*�Ò:2���{|&( }'X���<;)������*�&�.1E�3"3�;X "��¯���'X.9.���0��$��¯�')*�F�'X.�&( }�<��#%B( �#~�«�>8�?�@!;) " "¯�E<�HGXE�.1&�3���MBi �#��};X ���Ò�'X*�F!&N0���*�� 2«�:������'X*�F!&N :Ò���&N� #%�!'X*���'XB��|.1E�3�3�;X ��U¯!�:'X.�.L ��U�UE�#7#7� ÒD6�8¾0���0���#~Ò�2|��#��}�U��*��0�����¯:BN �#/.1E�3�3�;) ���¯:��'X.1.1��.L��.e����#%&� "B�&(0��JI�K$L�ØAM?N<OAPü "����#%��&(') �*�¥�����¯�'X*�F:'X&¨����E�;X&('XMN��{���;X�I "����#%��M&(') "*¨6 § *|�e.1{�.1&(���ù2�0���#��J&(0��J.1 "BN&(2}��#��G��').1.K0���*�Ò�;)��#¨�����<;)')��')&(;){�')Ò���*�&(')=���.K2�0���#��G&(0��J�:���<�<')*�F�'X.K&( 3��}��;����U� Ò¾¥�&i0��}0���#%Ò�2|��#~�}�U��*¿��#~ �4 'XÒ¾�}�|.���� �U'���; q m�S�\�]$r�s�t�]�k9p�j�j q m�v7w ���� #%��&N'X �*¿&N0���&��U0�� �U¯ .LBi �#.1E�3�3�;X ���¯!��'X.1.���.L��*�Ò�E��<Ò���&(� .L&(0��I8¾?�@K6�©`*���3�;) ��U¯:�:').�.e&N0��I.� "Bi&(2|��#9���U��*��U �*�&N'X*�E�����.e3���Bi "#%��68�0�').K��Ò�Ò�.K&( I&(0��J8�?�@P��').1.D0���*�Ò�;)��#¨��.D'););)E<.1&(#%��&(��ÒH3���;) "2AQ

b�rRQ�Z�[�V�W�\�]U^ISUT�T�VXW�Y�_Xa�b�cLdq m�SU\�]Ur�s�t<]Uk7p�j�j q m�v%w�_Xb�rRQ�dVTSo_�S�SUV q d q m�SU\�]Ur<s�t�_Xb�rUQ�u�j q m�v%w�VXd§ *¬&(0��e*��$��&<.1����&('X "*�¥ § Ò�').1��E�.9.C�<#��$;X "��Ò�')*�F�¥�2�0�')��0¬��&(&(�����<&(.D&( ���;)')��'X*���&(�G.1E<3�3�;) ���¯��:').1.D��0�����¯�M

')*�F¾6��8�8�V�)W�������X�� �A=8¾0�'�.ª.����U&N'� �*ÀÒ¾'X.���E�.�.�� .ª�¬.� �B�&N2|��#~�}������#~ ����U0À&N !8¾?¾@,�!'�.�.ª0<��*<Ò�;�'X*<FA'X*À�U ��:��;X��&N� Mi.�E�3 3�;X ��U¯

3. Having two blocks with the same tag will cause electrical problems in most implementations and is undesirable.

Page 56: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

48

8�?�@�.L��.L��*���;)&N� #%*���&N'X4 ��&( :.1E�3�3�;X ��U¯:�:'X.1.L�U0����U¯�')*�F!0���#~Ò�2���#���.�E����� �#%&76�8�0�'X.L������#� �����0�0���*�Ò�;X��.8�?�@A��'X.9.1��./3�{¬��;)2���{�./;) ���Ò�')*�FH��;);�&(0��>�����<��')*�F�./BN "#C���<��F��>3�;) "��¯H')*�.1&(�$��Ò� "B$G�E<.1&¾��.1')*�F�;)�>�:���<M�<')*�F|BN "#K&(0��ªB(��E�;)&(')*�F|�<��F���æà�����~��ï�����ÔÍò �®6 § B�&(0��ª.9E�3�3�;) "��¯|B(����&( �#K').�&(2� "¥�&(0��L8�?�@!��').1.�0���*�Ò�;)��#K2�'););BN��&¦��0H��*�Ò:;) "��Ò:')*�&( }&(0��e8�?�@:&¦0��e�����<��')*�F�.C&( }3� "&(0¬&(0��L�<��F���.C')*H&(0��e�<��F��L3�;) "��¯}&(0���&<&(0��eBN��E�;)&(')*�F��Ò�Ò�#���.1.K3���;) "*�F�.K&( "¥���­ �®­ £�² § �<¸`��´�â�â�âe8�?�@P��'X.9.D0���*�Ò�;)'X*�F¾6

¶ �<#���;) "��Ò�')*�F��� "����;)�$&(��MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@H��'X.9.K0���*�Ò�;)��#¨2� "E<;)ÒP&(#~��4 ��#~.1�J&(0��J�<��F��J&(��3�;)��¥��< ".1.9')3�;X{��E�;)&(')�<;)�e&(')����.C&( �;) "����&(�e��;);�&(0��e3���.1�e�<��F��e�������<')*�F�.CBN "#�&(0��G����F��e3�;) "��¯}&(0���&<&(0��eBN��E<;)&('X*�F}4�')#%&(E<��;��Ò�Ò�#���.1.K3���;) "*�F�.K&( �6 § &�����*|&(0���*�;) ���ÒP��;);"&(0��J�����<��')*�F�.DE<.1')*�F���')&(0���#¨�e.1')*�F�;)�J "�<��#%��&(') "*| "#¨�L.1�$#%')��. "B� ��<��#~��&(') �*�. 6�8�0��G8�?�@P�:').9.D0���*�Ò�;X�$#¨�:')F�0�&�3��J��.DB( ";X;) "2�. Q

S�m�n®V�Z-YJxXm`_XkEZT[Udb�rRQ�]USUn�n�S]\?^�VT_�Z�[�VXW�\�]U^ISUT�T�V�W�Y�_�aCb�t<c7`"VXd

q m�SU\�]Ur�s�t<_�b�rRQ�]USUn�niS]\1u�j q m�v%w�VXd§ B¾&(0��>�<��F��ª&(��3�;)�>.9&( "#���.��������<')*�F�./B( "#D���<��F��>3�;) "��¯|��ÒaG������$*�&�')*������� "#%{�¥"&(0���*P&(0��>��').1.�0���*�M

Ò�;)��#K����*H3��L�� "#��L��B�=���')��*�&%6�¼�')#%.9&(¥�')&�*�����Ò�.�&( }&(#%��4���#~.1�L&(0��L�<��F��e&(��3";X�e �*�;){� "*�����æà&( �&(0��L�����<�<')*�FBN "#�&(0��G=�#~.1&�3���.1�G����F��G "B<&(0��e�<��F��G3�;) ���¯¾6 § &�����*¬&(0���*|#�����Ò��� "*�.1����E<&(')4��e�����<�<')*�F�.DE<.1')*�F}�ª.9')�:�<;)��< "')*�&(�$#¨')*���#�������*�&%6�¸¤���� "*�Ò�¥�&(0��J������0��J�<��#~BN "#%����*����J')�:�<#� "4���.K��.K&(0��J�:���<�<')*�F�.K2� "E<;)ÒP=�&�')*|B(��2�M��#D������0��ª3�;) "��¯�.�6$8�0�')#�Ò�¥";) "*�F���#D2�')Ò�&(0������� "#%{¬;) "��Ò�.1¥"��­ �®6 ¥�»1º?b�MN3�')&¾;) "��Ò�.1¥"����*�#���Ò�E����>&(0��ª*�E<�:3��$# "B<')*�.1&(#~E<��&(') "*�.D�$������E<&(��Ò�')*|�ª8�?�@���').1.D0���*�Ò�;)��#~6�Þ� "2���4���#¦¥�&(0��G8�?�@���').1.D�<��*���;)&({}')*���#��$��.1��.D')B<E�.9M')*�F��<#���;) "��Ò�')*�Fo6�¸¤')*�����&(0��I�� ".1&(.G "B¨�}8�?�@À��').1.G0���*�Ò�;)��#���#��IÒ� "��'X*���&(��Ò¿3�{�&(0��I�� ".1&® "B�&(#~���<.e��*�Ò&(#%��4���#~.1')*�FI&(0��/����F��/&(��3";X�$¥�&(0��/')*���#��$��.1�J')*}8�?�@H��'X.9.K�<��*���;)&({I').�.1����;);"')B�3"��.9�J�<��F��J�����<�<'X*�F�.�BN "#®�4�')#%&(E<��;��<��F��J3�;) "��¯���#��J��ÒaG�������*�&�')*|������ "#%{�6

��#���;X "��Ò�'X*�F:0���.e&N2� ���Ò�4 ��*�&(��F���.�6�¼�'X#%.1&(¥�'X&¨#~� Á E�')#�� .e*� �0���#�Ò�2���#��I.1E��<�� �#%&¨BN �#/.1E�3�3�;X "�U¯:��'X.1.��0�����¯�')*�F¬��./')&�;) ���Ò�.���;);�.1E<3�3�;) "��¯�.� "Bo&¦0��ª8�?�@A3�;) "��¯¾6$¸¤���� "*�Ò�¥��<#���;) "��Ò�')*�F¬#���.1E<;)&(./')*P.1')F�*�')=<����*�&(;){BN��2}��#D8�?�@!�:').1.9��.�6$@�{¬�<#���BN��&¦��0�')*�F|*���')F�0�3� "#~')*�F|�������<')*�F�.� �*P�`.1')*�F�;)�ª8�?�@!�:').9.1¥"�<#� "F�#%����.�&(0���&����0�')3�')&�.1�<��&¦'X��;";X "����;)')&({�3��$*��$=�&�3�{I��*��� "E�*�&(��#~')*�F� "*��J8�?�@P��').1.K�<��#¨����F��J3�;) "��¯�')*�.1&(����ÒP "B� �*��J�<��#3���.�������F���6�8¤��3�;X�L´�Mi¹�.�0� �2|.ª&N0���*� �#7�:��;X'�O���Ò,.���� � Ò�E���BN �#J�|�U ��:��;X� &N� Mi.1E�3�3�;X ��U¯!8�?¾@,2�'�&(0¿��#~��M;� ���Ò¾'X*<FA �4 ��#G�¬�U ��:��;�� &i� Mi.�E�3 3�;� ���¯A8¾?¾@Ï2|'�&N0< �E�&K��#�� ;� ���Ò¾'�*�F®6¤È| �&N��&N0<��&��¬�U ��!��;X� &i� Mi.�E�3�3�;� ��U¯8�?�@���;X#�����Ò�{:0���.L��.1'XF�*�')B¦'X����*�&�.1������Ò�E���#�� ;)��&N')4 ��&( :��.1'X*�F�;X��Mi�<��F���Mi.1'XO���8�?�@D6 § ��.�.1E��:��&(0���.1�����8�?�@:��').1.C���$*���;)&({� "B�´�â>��{���;)��.�B( "#K3� "&(0H&(0��e�<#���;) "��Ò�'X*�F���*�Ò:*� "*�MN�<#���;) "��Ò�')*�F�4 �$#%.1') "*�.� "B�&(0��L8�?�@��').1.C0���*�Ò�;)��#�')*H8���3�;)�G´�M(¹ 6 § *H�<#~����&¦'X���$¥¤&(0��e8�?�@:��').1.C�<��*���;)&({}BN "#��ª�<#��$;) ���Ò�')*�F�8�?�@:��').1.C0���*�Ò�;)��#�U��*�3��I0�'XF�0�� #~6�8¤ Á E���*�&('XBN{:&N0��I&N#%��Ò��� �B�B�3�� &(2|����*�&N0��I'X*���#�����.1��'X*�&(0���8�?�@��:').�.e����*���;X&({:4 .�6�Ò���M��#��$��.1�J')*}&(0��J*�E<�:3��$#® �B�8�?�@H��').1.1�$.1¥�&(0��J&(��3�;)�/')*���;)E�Ò���.��eî7�~Ô��-ÔÍî7���<ô"õ�öHðªÔ��~�®���~ò����i�dc�6 ¶ ��#~')&(')����;"��').1.�<��*���;)&({P "B®&(2� ¬')����;)')��./&(0���&o�I8�?�@�2�')&(0!�<#���;) "��Ò�')*�FH��*�Ò�;)��.1.J&(0���*:&(2�')���`&(0��`8�?�@¿��').1.J�<��*���;)&({'e+Í&(0<��*��|8�?�@,2|'X&N0� �E�&���#~� ;X ���Ò�'X*�F�5KÒ���;X'�4 ��#7.L3�� &(&N� #J8�?¾@�����#7BN �#7�:��*��U��6�8"��3�;X�e´�Mi¹ ¶ &N �8���3�;X�e´�Mi¹�Â.10� "2Ý&(0��G')*�Ò�')4�')Ò�E���;�3���*���0�����#%¯}.9�<����Ò�E��<.D��*�Ò���#~')&(')����;���'X.9.C�<��*���;)&(')��.�6�8���3�;X�J´�MN¹ª.90� �2}.C&(0��G*� "#~M�:��;)'XO���Ò�.1�<��� Ò�E��¿��*�Ò�&(0��I��#%')&('X����;¾��'X.1.e�<��*���;X&({:&(0���&¨2� "E�;XÒÀ#���.1E<;X&¨'X*A�}*� "#%�:��;)'XO���Ò�.1�<� ��Ò�E��À "B»�6 â�â 6

@� �&(0�BiE�;);X{�MN��.1.� "�U'X��&N'X4�����*�Ò�.1��&NMN��.1.� ���'X��&N'X4 �I8�?�@�.L3�� *�� B�'X&�BN#� ��Ì��#�� ;) ���Ò�')*�Fo6�ß�'X&(0�;X��#�F��I8�?�@�.&(0��I2} �#~¯�')*�F�.9��&(.G �B¨.1 "���I2� "#~¯�;) "��Ò�.eB¦')&¨')*A&(0���8�?�@À')*���E�#~#%')*�F� "*�;){��� ����<E<;X.9 "#%{���').1.1��.G��*�ÒÀÒ� *� "&�.90� �2Û��E���0�3���*���=<&�B(#� "� �<#��$;) ���Ò�')*�Fo618�0��/��#%')&(')����;"��').1.��<��*���;)&(')��.���;).1 �.90� "2Û&(0���& &(0��/�<#��$;X "��Ò�M')*�F}8�?�@���').1.D0���*�Ò�;)��#�����*|3��G �*�;){}.9;)'XF�0�&(;){}�� "#��G�� "�:�<;)')����&(��ÒK6�8�0��G��#%')&(')����;���').1.D�<��*���;)&({}BN "#�.1E<3�M3�;) "��¯HBN����&( "#C "BoºI').�»�6 ¹�¹�¥�Ôi­ ��­ £�B( �#C�<#���;) "��Ò�')*�FH&( |3��`2} �#~&(0�2�0�');)��¥��I8�?�@���').1./0���*�Ò�;)�$#C�:E<.1&¾.1�<��*�Ò;)��.1.�&(0���*}¹�¹�ãÛ����&(#~�G&(')�:����.�')*}�G.1')*�F�;)��MN�<��F��$MN.1')O��/8�?�@¬&( `B(��&(��0}��*�ÒH;) "��Ò¬&(2� `3���.1�/�<��F��/�<8���.�69¼� "#2| �#7¯�;X ���Ò�.ª&N0���&�.���� *<Ò,;X� .�.L&N'��:�}'X*¿8�?¾@,�:'�.1.ª0���*�Ò�;X'�*�F!&N0���*¿&i0���2| �#%¯ ;X ���Ò¾. § E�.�� ¥�&N0��}�U#7'X&N'X�U��;

4. TLB miss penalty should include the effects of cache and TLB misses within the miss handler.

Page 57: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

49

��').1.K���$*���;)&({�����{�3��J��E���0�.1����;X;)�$#%68�0���#��I��#��I��&�;)����.1&¨&(0�#����IÒ�').���Ò�4���*�&(��F���.e&N P�<#%��;) ���Ò�')*�Fo6�¼�'X#%.1&(¥������<;X')����&(') �*�.e2�'X&(0�;)')&N&(;)�I.1����&N')��;

;) "����;)'X&¦{}Ò� I*� "&�3���*���=�&�B(#� "�ù��#���;) "��Ò�')*�F�3�E�&�.9&('););��<��{�0�')F�0���#¨8�?�@P�:').9.D�� ".1&(.�6�¸¤���� "*�Ò�¥��<#���;) "��Ò�')*�F'X.ª�!E��U0¿�! �#~�}���¤��� *<.�'X4��}'X*À.� ��!�}����F��}&i��3�;��} �#~F ��*<'XO���&N'� �*<.ª2|0�� #~�}�!������'�*�F .ª �BK*<� 'XF 0�3� �#7'X*<F����F���.L')*�������F���3�;X "�U¯:��#~��*� "&���ÒaG¦���U��*�&(¥��$­ �®­ £�0���.10���Ò�����F���&(��3�;X��.�6�8�0�'X.e'X*���#%����.���.e&N0��I8�?�@��:').1.�<��*���;)&({H.1')F�*�')=<����*�&(;X{H��*�Ò�����{H3��`;)��#�F���#C&(0���*:&(0��`��#~')&(')����;<�:').9.J�<��*���;)&({�6 § *:��0����<&(��#/�1¥ § Ò���.1��#~')3��0� �2ÓÒ�')B¦BN��#���*�&¨����F��I&(��3�;)��.e��#��I.1E�')&(��Ò�BN "#/�<#���;X "��Ò�')*�F���*�ÒÀ�<#� "�< �.1�I "*��I&(0���&¨0���.e��Ò�4 ��*�&N��F���.eBN "#�<#���;) "��Ò�')*�Fo618�0�')#�Ò�¥�.9 �����&¦'X����.��e3���.1�J�<��F��/3����� "����.K4���;)'XÒH��BN&(�$#¨&(0��J�<��F��J3�;) "��¯oì .K�������<')*�F�.K2���#���<#���;) "��Ò���Ò�')*�&( �&(0��G8�?�@�æà��&<&(0��G&(')�:�G "B<�<#��$;) ���Ò�')*�F}��;);�3���.1�G�<��F��$.C2}')&(0�')*|�ª�<��F��e3�;) "��¯}*����$Ò�*� "&0���4��ª4���;)')Ò!�����<��')*�F�.�6�@�;)')*�Ò�;){¬�<#���;) "��Ò�')*�F|����*P#���.9E�;)&�')*P��E�;)&(')�<;)�ª�� "�<')��.� "B�3���.1�ª�<��F��ª�������<')*�F�.')*|�L8�?�@D6 ¶ �<�<��*�Ò�')�> Ò���.9��#%')3���.K0� "2 &( I0���*�Ò�;)�G&(0�').�6

¶ �U ��!��E�&N� #J��#~�U0�'�&N���U&N¥<F�'X4 � *¿�|B('X�¤��Ò,8¾?�@,�U0�'X����#%����¥<�U��*¿�U0� � �.���3�� &N2|� ��*¿Ò�'�B(Bi� #�� *�&�.�'X*�F�;X� M�<��F��$MN.1')O���¥�.1E<�<��#%�<��F���¥���*�Ò¬�� ����<;)��&(��M(.1E�3"3�;) ���¯�8�?�@H�� "*�=�F�E�#~��&(') �*�. 6 § *�&(0�').�.1����&(') "*�¥ § �� "*�.1')Ò���#®��;)M&(��#%*���&(�IB(E�;);X{�MN��.1.1 ���')��&N')4��I8�?�@�.e&(0���&¨ "����E��<{:�� "�:�<��#%��3�;)�I��0�')�À��#É���}��*�ÒÀ&(#%{�&N PB�'X*�ÒÀ&(0��I3���.1&¨8�?�@��#7�$0�'¦&É���$&ÉEo#7�HBÉ �#>4<��#1'¦ �Eo.I��0�'(�Ü��#%���:3�EoÒoF���&�.U¥®�¤.��¾#7��Ò®'(�$&É��Òà3�{�&É0��P�¤#7���:�� �Òo��;KÒo��.U�$#1'(3���Òà'¦*¸�� �U&N'X �*Pº�6 º�6 § �U ��!����#~�}&N0��}Ò�'�B(Bi��#~� *�&�8¾?�@¾.LE�.�'X*�F!��.ª�:� &N#7'X�U.ª8¾?�@,���U�U� .�.ª&N'X�:� ¥<2|'X&N0¿&N0��}&N'X�!'X*�F�� "Ò��$;�Ò��$.1��#%')3��$ÒP')*|¸¤����&(') "*|º 6 ¹�¥���*�ÒP*� "#%����;)')O���ÒP�����$��E�&(') "*|&(')���J.1�<����Ò�E���6

§ �� �*�.9'XÒ���#¾BN "E�#o��#����J3�E�Ò�F���&(.1æà&(0�����#��$�G#�� Á E<')#���Ò|&( `')���<;)������*�& B(E�;);){�MN��.1.1 "��')��&(')4���.1')*�F�;X�$MN�<��F��$M.1')O��/8�?�@�.� "B�Ç�´�¥ »1º?b�¥�º?��Ç�¥���*�Òf� »�ºG3�;) "��¯�.1æà��*�ÒH����;)��E<;)��&(�/&(0��/*�E���3���#o "B�8�?�@H3";X "��¯�.� "B��� "���<;)��&(��M.�E�3�3�;X ��U¯:8¾?�@�.L2|'X&N0¿Ò�'XB(BN� #~��*�&�.1E�3�3�;X ��U¯!Bi���U&( �#7.L��*�Ò,.�E���� #%����F��}8�?�@¾.L&N0���&�2|'X;X;oB('X&�'X*¿&N0���.����:���#��$�hgI+-8���3�;)�G´�M(´�5%6�8�0��>.1E<�<��#%�<��F��`8�?�@�./.1E<�<�< �#~&o "*�;){H&(2} ¬�<��F��`.9'XO��$.1æà&(0��`3"��.9�>����F��>.1')O��¬+-´�Æ/@�5��*�Ò,��.1E�����#%����F��I.�')O�����'XF�0�&¨&N'X��� .L;)��#�F�� #�+͹�º�Æ/@�596 ¶ *�')*�&N��#���.�&('X*�F: �3�.���#%4 ��&('X �*�BN#� ��Ì8¤��3�;X�G´�MN´�'X.&(0���&¨&(0���.1E��<��#%�<��F��I��*�ÒÀ�� "����;)��&(��MN.9E�3�3�;) "��¯:8�?�@�.e0���4���ø1��i��~��8�?�@À3�;) ���¯�.e&(0���*A&(0��I.1')*�F�;)��MN�<��F��$M.1'XO��I8¾?�@�.L3�E�&¨0���4 �I��.�')F�*�'XB¦'X����*�&(;X{:�)����� �%��8¾?�@�#������U0¨6 ¶ ³�º�MN3�;) ��U¯:�� ��:��;X��&(� MN.�E�3�3�;) ��U¯:8�?�@�2�'X&N0.1E<3�3�;X "��¯�BN����&( "#+b�¥�B( �#��������:�<;)��¥ #%� Á E<')#���.e�� "������#%��3�;)�I��#����}&( P�}ºj��Ç�MN3�;) "��¯:.9'X*�F�;)��MN�<��F���MN.1')O��I8�?�@3�E<&�0���.K*��$��#%;){�&(0�#��$�G&(')����.K;)��#�F���#¨8�?�@P#��$����0| "B��1¹�Çe3���.1�G�<��F���.�6

§ �U��;X��E�;X��&N��&N0���8�?¾@����U�U� .1.ª&N'X�:��Bi �#J&N0���Ò�'XBiBN� #~��*�&�8�?�@¾.�+-8���3�;X�L´�MN´�5��U ��:����#~� Ò,&N �&N0��}�����U� .�.&i'X�!��Bi �#G�¬.�'X*<F ;�� Mi����F � Mi.�'�O���8¾?¾@Ï �BD�U ��!����#7��3 ;X����0�'��,��#7����6�8¾0<�}.�E���� #7����F���8¾?¾@¾.>0���4���*�����#9;X{� Á E���;���������.9./&(')����.�6$8�0��ª�� "����;)�$&(��MN.1E<3�3�;) "��¯¬8�?�@�./����{¬0���4 �ª��.10� "#~&(��#D��������.1.�&(')�:�ª3�������E<.1�>&¦0��${0���4��IBN� 2���#/3�;) ���¯�.e��*�Ò�.10� �#%&(��#/&(��F�.�6�8�0���{:�:��{:0���4 �I�};X��#�F���#���������.�.e&(')�:�IÒ�E��I&N P�};X��#�F���#/Ò���&(�� ¶ ²Ñ��*�ÒP�L.9E�3�3�;) "��¯���E�;)&(')�<;)���� "#%6�8�0��J'X���< "#%&(��*�&� "3�.1�$#%4���&(') "*¬0��$#��G').D&¦0���&�')&�').K�� ".9.1')3�;)�G&( I3�E<');XÒ

5. Since a TLB cannot have fractional number of blocks or fractional subblock factor, the TLB size chosen has an areaclosest to the budget.

Table 4-3: Effect of preloading in complete-subblock TLBs

TLB Type #blocks

subblock factor 2 subblock factor 4 subblock factor 8 subblock factor 16

Speedupcriticalmiss

penaltySpeedup

criticalmiss

penaltySpeedup

criticalmiss

penaltySpeedup

criticalmiss

penalty

Fully-Asso-ciative

64 1.05 1.33 1.06 1.65 1.02 1.41 1.04 2.05

128 1.02 1.26 1.01 1.20 1.02 1.36 1.02 2.85

4-way Set-Associative

256 1.01 1.08 1.01 1.21 1.01 1.39 1.00 4.03

512 1.00 1.09 1.01 1.16 1.00 2.32 1.00 1.45

Page 58: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

50

�}.1E<3�3�;X "��¯�8�?�@À&(0���&¨0���.e�}BN��.1&(��#���������.1.e&(')���I&(0���*A��*A� Á E�')4���;)��*�&¨.1')*�F�;X��M(����F���MN.1')O��I8�?�@K6�8�0�').e').')���� "#~&(��*�&®.1')*�������')��#� "�<#� "����.1.9 "#�Ò���.1')F�*���#%.J0���4���')*���#�����.1')*�F�;){P;)��#�F���#���#�������4���');)��3";X�`&( P&¦0��$�Ñ3�E<&����*�*� "&<3�E<');)Ò�;)��#�F��G.9'X*�F�;)��MN�<��F���MN.9'XO��G8�?�@�.DÒ�E<�G&( �.1;) "2 ��������.9.D&(')�:�$.�6�¼�E�#~&(0���#(¥��� "���<;)��&(��MN.9E�3�3�;) "��¯8�?�@P��������.9.D&(')���J����*|3��J')�:�<#� "4���ÒP "4���#¨&(0��J�: "*� ";)')&(0�'X�C������ "#%{�Ò���.1')F�* § ��.9.1E����

.

8�?�@¬���$#%BN "#~�:��*����/').�*�����& ����&(#~')�D&( ��� "*�.1')Ò���#®��.���������.9.�&(')���/��;) "*��/Ò� "��.�*� "&�Ò�')��&(��&(�/3���&(&(�$#®�<��#%MB� �#7�!��*<��� 6�8"��3 ;��ª´�Mk�¬.�0< �2¬.>&i0<��*< �#9�!��;�'�O�� Òä����� ��E�&i'� �*�&i'��!��.������ ÒoE��ÏBi �#e&i0<�|8¾?¾@¾.`.�0< �2¬*�'�*8¤��3�;)�G´�MN´}#���;X��&N')4 �I&N P&N0��I#���.��<���U&('X4��I.�')*�F�;X��MN����F���MN.1'XO���8�?�@D6�È� �&(�I&N0���& § ��.1.�E<�:�I.

uperpage TLBsand complete-subblock TLBs with preloading have the same TLB miss penalty as a single-page-size or a complete-subblock TLB without preloading.

¸¤')�L')���� "#~&(��*�&� "3�.9��#%4���&(') "*�.�.10� "E�;)Ò¬3��/�:��Ò��/BN#� ��½&(0��/��3� "4��/���$#%BN "#~�:��*����/�� "���<��#%').1 "*}E�.1')*�F�e=�����ÒP��0�')�¬��#����e3�E�Ò�F���&%6�¼�')#%.1&(¥�.9E��<��#~����F��J8�?�@�.K0���4��J��;)����#%;){I&(0��G3"��.1&����$#%BN "#~�:��*����J��.K&(0���{�0���4��&N0<��;X��#~F � .�&K8¾?¾@Ï#~� ����0�æ·��;��! �.�&���'XF 0<&�&i'X�!� .>&N0<��&K �BK&i0���.�'�*�F ;�� Mi����F � M�.�'�O���8¾?�@¾.�æ·��*�ÒÏ����*À;� ���Ò�������<')*�F�.D&( I��')F�0�&�3���.1�J����F���.K �*|�L.9'X*�F�;)�G8�?�@P��').1.�6�Þ� "2��$4 ��#¦¥�&( I�:��¯��G�$B¦BN����&('X4��JE�.1�J "B<&(0��G8�?�@#��$����0�¥� "�<��#~��&('X*�F�.1{�.1&(���«.9E��<�< "#%&�').���.9.1��*�&(')��;É6 § B¾&(0��L "�<��#%��&(')*�F|.1{�.1&(�$�«Ò� ��$.�*� "&�E�.9�ª.9E��<��#~����F���.1¥the superpage TLB performance degenerates to that of a fully-associative single-page-size TLBwith

ø1��i��~� TLB blocks.

¸�� �U �*�Ò�¥��|�U ��!��;X� &N��Mi.�E�3�3�;X ��U¯!8¾?�@, �BK.��:��;X;o.�E�3�3�;X ��U¯!Bi���U&N �#I+Í&N2| : �#JBi �E�#75�'X.ª��#�� Bi� #%��3�;X�}&N 3�E<');XÒ�')*�F|�`.1')*�F�;)��M(����F���M(.1')O��ªBNE<;);X{�MN��.9.1 "��')��&(')4 �ª8�?�@D6�8�0��ª.9E�3�3�;) "��¯|8�?�@�.�0���4 �L�� "�:�<��#%��3�;)�L �#K3���&(M&(��#���������.1.D&(')���e3�E<&<3��$&(&(��#�8�?�@��<��#%BN "#~�:��*����"6U8�0�'X.D').D��*|'X���< "#%&(��*�&< "3�.9��#%4���&(') "*¬3�������E<.1�GBN��2Ý8�?�@Ò���.1')F�*�.�E�.1�ª.9E�3�3�;) "��¯�')*�F¬&( "Ò���{¤6�8�0��ª�<��#%BN "#~����*����ª').�3���&(&¦��#D')*�.9��')&(�ª "B¾0���4�'X*�F|BN��2��$#D8�?�@A3�;) "��¯�.'X*À&N0��}�U ��!��;�� &N� Mi.�E�3�3�;� ��U¯A8�?¾@�.ª��.ª2| �#%¯ ;X ���Ò�.ª0<��4 �}.�E�B¦B('X��'X� *�&�.�����&N'X��;o;X ��U��;X'�&N{!&N !� �¤��;X �'X&�&N0�� '�#;)��#�F���#¨8�?�@P#�������0¨6

8�0�')#�Ò�¥�BN "#o�J;)��#�F�����#����J3�E<Ò�F���&(¥��� "�:�<;)��&(�$MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@�.1¥� "B ��*�{�.9E�3�3�;) "��¯`BN����&( "#¦¥ ��#�����;)����#%;){`�

Table 4-4: Access time for fully-associative TLBs relative to single-page-size (4KB) TLB of equalarea

Area(rbe)

Single-page-size TLB

Superpage TLB(32KB)

Complete-subblock TLB (subblock factor)

2 4 8 16

#blocksAccessTime

#blocksAccessTime

#blocksAccessTime

#blocksAccessTime

#blocksAccessTime

#blocksAccessTime

7984 64 1.00 62 1.00 51 1.01 35 1.03 20 1.06 9 1.13

15298 128 1.00 123 1.00 102 1.00 72 1.01 44 1.04 23 1.10

29928 256 1.00 247 1.00 206 0.99 147 0.99 92 1.00 51 1.05

59186 512 1.00 494 0.99 413 0.96 297 0.92 188 0.90 107 0.93

Table 4-5: Execution time speedups relative to single-page-size (4KB) TLBs of equal area

Area(rbe)

Superpage TLB(4KB/32KB)

Complete-subblock TLB(NO preloading)

Complete-subblock TLB(with preloading)

Usingsuperpag

es

Usingbasepages

2 4 8 16 2 4 8 16

7984 1.18 1.00 1.03 1.04 1.01 0.81 1.08 1.12 1.13 0.98

15298 1.13 1.00 1.02 1.04 1.05 1.03 1.06 1.09 1.10 1.12

29928 1.07 1.00 1.02 1.03 1.01 1.00 1.04 1.05 1.03 1.04

59186 1.03 1.00 1.00 1.00 1.00 0.99 1.01 1.01 1.01 1.01

Page 59: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

51

3���&(&(�$#D��0� "')���L&(0���*P3�E<'X;)Ò�')*�F|;)��#�F��ª.9')*�F�;)��MN�<��F���MN.9')O��L8�?�@�.>+-��­ �®­ £l� »1º>3�;X "��¯�.15�&(0���&�����{|0���4��ª��*PE<*�M���������<&(��3�;){|;)��#�F��L�������$.1.�&(')����6��� "����;)��&(�$MN.1E<3�3�;) "��¯|8�?�@�.�=<&�')*H4���#%{�2���;); 0���#��L3�{��<#� "4 ')Ò�')*�F|�>Ò���M.U'(F�*ä&�0���&�*� �&� �*�;¦{�0���.��:.U0�  #1&É��#`���$����.U.�&É'¦���P3�Eo&���;(.U À�:;(�¤#9F���#`8®?®@à#7���¤��0ä��*�ÒÚ3���&�&É��#`8®?®@�<��#%B( "#%����*�����> ¶ »mbjb�M(3�;) ���¯¬�� "����;)��&(�$MN.1E<3�3�;) "��¯¬8�?�@A2}')&(0�.1E<3�3�;) "��¯¬BN����&( "#%b�¥"BN "#D�$�����:�<;)��¥"').`»1â�ãBN��.1&(�$#¨&( I��������.1.K��*�ÒP0���.D&(0�#����G&(')����.K&(0��J8�?�@P#��$����0� "B<�n��»1º�M(3�;X "��¯I.1')*�F�;)��M(����F���M(.1')O��G8�?�@K6

¼� "E�#~&(0�¥�E<.1�� �B¨4���#%{�;)��#�F���.1E<3�3�;) "��¯�BN����&( "#%.�+N»1Ç�5�����{�#~��.9E�;)&¨')*!2� "#%.1��8�?�@À�<��#%B( �#~����*����I��*�Ò.1;) "2���#¨8�?�@�.D')B<&(0��G;)')��'X&(�$Ò���0�')�P��#����L��;);X "2�.D�L8�?�@P2�')&(0¬4���#~{}BN�$2Ý3�;) "��¯�.�6�8�0� "E�F�0¬�L³�MN3�;) "��¯}.9E�3�M3�;) "��¯H8�?�@A2�')&(0�.1E�3�3�;) "��¯¬BN����&( "#ª»1ÇI0���./��8�?�@�#�������0� �B�»1¹?b��<��F��$.1¥�')&o�<��#~BN "#~�:./2� "#~.1�>&(0���*:��Ç�´�M3�;X "�U¯�.�')*�F�;X��MN����F���MN.1'XO���8�?�@�2�'X&(0�8�?�@À#%�����U0A �B�Ç�´�����F���.�6�È�'X*��I3�;) ���¯�.e��#~�I �BN&(��*�*� �&¨� *� �E<F�0�&( .1����*�&(0��I2� �#%¯�'X*�F:.1� &¨ �B�����*�{:��#� "F�#%����.�6�ß,')&(0���;)��#�F��I��#����}3�E�Ò�F���&N¥�0� �2���4 ��#¦¥���4 ��*�&(0��I;X��#�F�� #.1E<3�3�;) "��¯IBN����&( "#%.���#��/��B�BN����&(')4���618�0�E<.1¥�')&�').�'X���< "#%&(��*�& &(0���& &(0��J.9E�3�3�;) "��¯IB(����&( �#®��0� ".1�$*�Ò� "�$.K*� "&�.9��M4���#��$;){�;)'X��')&�&(0��J*�E<�:3��$#� "B�3�;) "��¯�.�6

¼�')BN&(0�¥ �� ����<;)��&(��M(.1E�3"3�;X "��¯�8�?�@�.G��#�����&(&(#%����&(')4��I�� "���<��#���ÒÀ&( P.9'X*�F�;)��MN�<��F���MN.9'XO���8�?�@�.1¥ ��*�ÒÀ�<#���M;) "��Ò�')*�FI')*�&(0��/8�?�@H��').1.�0���*�Ò�;)��#® "*�;){I����¯���.�&(0���� �� "#��J��&(&(#~����&(')4 �"6��<#���;) ���Ò�')*�FI#�� Á E�')#���.�.1')����;)��#0���#�Ò�2���#��G.9E��<�< "#%&�BN "#�8�?�@P��').1.D0���*�Ò�;)')*�F}��*�ÒP#��$.1E�;)&(.D')*|BN��2}��#�8�?�@P��'X.9.1��.�6���#���;) "��Ò�')*�F�¥�0� "2���4�M��#¦¥"����{¬')*���#�����.1�ª&(0��ª8�?�@!��').1.��<��*���;)&({¬3�E<&�&(0��ª��B¦B(����&�').�.1����;);�')B�&(0��L����F��ª&(��3�;)�ª.1&( "#���.��������<')*�F�.BN "#C���<��F��>3�;) "��¯¬�� �*�&(')F�E< �E<.1;){¬'X*������� "#%{�6�8�0��>;)��.9&oB( "E�#C�� ";)E<�:*�./ "Bo8���3�;)�G´�Mo�I��.1.9E����>�<#���;) "��Ò�M')*�F�')*|&(0��J8�?�@P��').1.D0���*�Ò�;)��#%6

¸�'X�¤&i0�¥<�U ��!��;X� &N� Mi.�E�3�3�;X ��U¯!8¾?¾@�.ª2|'X&N0À��#~� ;� ���Ò¾'X*�FA.�'XF *�'XB('��U��*�&i;X{!#~� Ò¾E��U�}&N0<�}*�E��:3�� #G �BK8¾?�@��').1.1��.9¥"��*�Ò!0���4��ª.1�<����Ò�E��<.�&(0���&¾��#��>��;) ".1�ª&( |&(0� ".1�ª2�')&(0P.1E��<��#~�<��F��ª8�?�@�.�6$8�0�').�').�')�:�< "#%&¦��*�&�3���M����E<.1�G.1E��<��#~�<��F��G8�?�@�.D#�� Á E�')#��G.1E<3�.1&(��*�&(')��;� "�<��#~��&(')*�F}.9{�.9&(���Ã.1E<�<�< �#~&<��*�Ò�')*�&(#� "Ò�E<���G �&(0��$#� "4���#~M0�����Ò�.�6��� "�:�<;X��&N��MN.1E�3�3�;X ���¯:8�?�@�.e �B�BN��#/���� �������&N')&('X4 �I0���#�Ò�2���#���.1 ";XE�&('X "*�6�8�0�����Ò�Ò�'X&('X "*���;¾F���'X*�.BN#� "�ÑE�.1')*�F�����Ò�')E���MN.9')O��$ÒÀ.1E<���$#%�<��F��$.e����{�*� "&pG�E<.1&(')BN{�&(0���*��$��ÒÀ&( P�� "Ò�')B({� ��<��#~��&(')*�F�.1{�.1&(����.�6?���#�F���.9E��<��#~����F��`�:���<�<')*�F�.J����*!.9&(');X;<3���.9E��<�< "#%&(��Ò¿')*:�� "�:�<;)��&(��M(.1E<3�3�;) ���¯H8�?�@�.J��.J�����<;)��'X*��$Ò¿')*¶ �<�<��*�Ò�')�>�K6

§ *¿&i0<'X.>� �¤���!��;�� ¥���.�.�E��:'�*�FA*< ! �����#7��&i'X*<FA.�{ .�&i� �Ð.�E����� �#7&KBi �#G�!� Ò¾'XE��Ð.�'�O��}.�E���� #7����F���.�¥ §2� "E<;XÒ|��0� � ".9�/�J�� "�:�<;)��&(��M(.1E<3�3�;) ���¯`8�?�@¬Ò���.1')F�*}2�')&(0�.1E<3�3�;) ���¯`BN����&( "#o "B�´ 69�<#���;) ���Ò�')*�F�.10� "E<;XÒ|3��E<.1��ÒA')*�&(0��ª8�?�@A��').1.�0���*�Ò�;)��#D')B¾&(0��ª�<��F��ª&(��3�;)�ª.1&( "#���.��:���<�<')*�F�.�BN "#D���<��F��>3�;) "��¯¬�� "*�&(')F�E� "E<.1;){')*��:�$�: "#~{�æàB( �E<#o3���.9���<��F��������<�<'X*�F�.�2� "E<;)Ò¬&({��<')����;);X{`=�&�')*��J.1')*�F�;)��������0���;)'X*���6 § *}&(0����<#��$.1��*���� "B� ��<��#~��&(')*�F�.1{�.1&(���ù.9E��<�< "#%&(¥�.1E<���$#%�<��F��G8�?�@�.K��#��J�: "#��G�$B¦BN����&(')4���6

8�0�'X.e.1� ��&('X "*��� �������#���.e&N0�����0�'X�À��#�� ��¥�������� .1.e&('X�:��¥���*�Ò�8�?�@�����#%BN �#~�:��*����� "B��� "�:��;)��&N��MN.1E�3�M3�;) "��¯�8�?�@�.K&( I.1')*�F�;X�$MN�<��F��$MN.1')O��J��*�ÒP.9E��<��#~����F��J8�?�@�.D "B�� Á E<��;�8�?�@P#�������0¨6

�����!qC���,�-��������.�"�#�/</n����*�2!r�"�l"$�E�=�����.E���=���.�"��Es�t3%5�6-"8�0�'X.ª.1� �U&N'X �*��U ��:����#�� .L&N2| :3�#%E�&N��Bi �#��U��2|��{�.L&N :'X*��U#�����.���8¾?�@,#�� ���U0�æÚ�: �#���8¾?�@,3�;X ���¯ .L �#

�U ��!��;X� &N� Mi.�E�3�3�;X ��U¯�'X*<F�¥��$­ �¨­ £��|Ç�´�MN3�;� ��U¯!�U ��!��;X� &N� Mi.�E�3�3�;� ��U¯!8¾?�@,2|'X&i0¿.1E�3�3�;X ��U¯ABN���U&N �#J´|��*�Ò,�º?��Ç�MN3�;) "��¯�.1')*�F�;)��MN�<��F��$MN.1')O��/8�?�@¬0���4���� Á E<��;�8�?�@¬#�������0¨618�0��/�� "���<;)��&(��MN.9E�3�3�;) "��¯�8�?�@¬')*���E<#%.��: "#��8�?�@P��').1.1�$.D3�E<&�').K��&(&(#%����&(')4��J��.D')&� �����E<�<')��.K;X�$.1.K��0�'X�¬��#����e��*�ÒP0���.K�L.1����;);)��#¨��������.1.K&(')����6

u ß� �#%.��|8¾?�@ü����#7BN �#%�:��*��U��Q"8�0� �E�F 0�&N0��|8¾?�@�.`0���4 �¬'XÒ�� *�&('X�U��;�8�?�@ü#�� ���U0�¥�&(0��¬�� ��:��;X��&N� Mi.1E�3�M3�;) "��¯P8�?�@�����*�*� �&o��;)2���{�.JBNE<;X;){HE�.9�`&(0��`8�?�@¿#�������0:Ò�E��`&( ¬;X�$.1.J&(0���*! "�<&(')����;�.1�<��&(')��;<;X "����;)')&({�6 ¶ *ò�MN3�;) "��¯H.1')*�F�;)��MN�<��F���MN.1')O��>8�?�@�����*:�����A��*�{HòH')*�Ò����<��*�Ò���*�&o�<��F���./2�0���#��$��.J��*:ò�MN3";X "��¯H.9E�3�3�;) "��¯8�?�@:����*H������ò��<��F��$.�BN#� "�Ó "*�;X{�ò@����<��F��e3�;) "��¯�. 6�8���3�;)�G´�MNǪ�� "�:�<��#��$.�&(0��e���$#%BN "#~�:��*����e "B��� "��M

Page 60: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

52

�<;)��&(��MN.9E�3�3�;) "��¯���*�Ò:.1')*�F�;)��M(�<��F���M(.1')O��L8�?�@�.�2�')&(0H� Á E�')4���;)��*�&�8�?�@:#�������0¨6�8�0���#��e��#��L&(0�#����L "3�.1�$#%4���M&('X "*�.>&( A�:��¯���Q�¼�')#%.1&N¥�0���;)4 ')*�FA&N0��|*�E��:3���#e �BD8�?�@ä3�;X "�U¯�.`Ò� ���.>*� "&DÒ� �E�3�;X��&(0���*�E��:3���#e �BD8�?�@��').1.1��.G��.e&(0��I�<#� "F�#%����.e�$��0�')3�')&¨.1�<��&(')��;�;) "����;)')&({���*�Ò�E<.1��&(0���;)��#�F���#/��#����}�����<�<��ÒÀ3�{�')*�Ò�')4�')Ò�E���;8�?�@Ï3�;) ���¯�.¬+ ¶ ���<��*�Ò�'X�wvN576¤¸¤���� "*�Ò�¥<BN "#e.1����;);®.1E�3�3�;) "��¯ABN����&( �#~.>&(0����<��#~BN �#~�:��*�����Ò���F�#%��Ò���&(') "*À').#�����.1 "*���3�;)��6�?���#�F���.1E�3�3�;) ���¯ABN����&( �#%.1¥<0� �2���4���#(¥�#���.1E<;X&K')*À�¬8�?�@ä2�')&(0À4 ��#~{�BN��2Ê&N��F�.�6 ¶ »1Ç�MN3�;X "��¯8�?�@A2�')&(0P.1E�3"3�;X "��¯|BN����&( "#ª»1Ç`0���.�&(0��ª.1�����>8�?�@A#�������0P��.���º?��Ç�MN3�;) "��¯¬8�?�@�¥"BN "#D���������<;)��¥"3�E�&�0���.��E���0�2� "#~.1���<��#%B( "#%����*�����6 ¶ ��')*�')��E��Ì*�E���3���#/ �B�&(��F�.e��#���*�������.1.9��#%{:&( :�����<&(E<#���&(0���2} �#~¯�'X*�F.1� &K��*�Ò±»�ÇH&(��F�.>��#~��*� �&D.1E�B(B¦'X��'X��*�&76�8�0�'X#�Ò�¥��<#~��;X ���Ò�'X*�F�')*�&N0���8�?�@ä�:'X.1.`0���*�Ò�;)� #e0���;X��.>&N0���.�E�3�M3�;) "��¯P8�?�@�.J2�')&(0:BN��2��$#�&(��F�.J&( ¬�<��#%B( "#%�å�� ����<��#%��3�;)�`&( ¬&(0�����E<��0!;)��#�F���#C.1')*�F�;)��M(�<��F���M(.1')O��`8�?�@�. 6

u ¸¤����;);)��#K��0�')�:��#��$� Q�8�0��L�� "�:�<;)��&(��M(.1E<3�3�;) ���¯|��*�Ò!.1')*�F�;)��MN�<��F���MN.1')O��L8�?�@�.�2�')&(0P.1�����L8�?�@!#�������0.1&( "#��L*��$��#%;){|')Ò���*�&(')����; *�E���3���#K "B�Ò���&(�>3�')&(.yx���*�Ò:0���4 �L.9')�:');)��#KÒ���&(�>� ¶ ²é.1')O���.�6 ¶ �� "�:�<;)��&(�$MN.1E<3�M3�;� ��U¯À8¾?�@Cì .�Ò���&N�P��#7#%��{�¥¾3�� '�*�FÀ�P2|'XÒ¾� #ª��*<Òü&N0<'X*<*�� #ª#�� �U&N��*�F ;X� ¥¾0���.�0�'�F�0<� #LÒ¾#7'X4�� #�@".�� *�.��¬���:� "4 �$#�0�����ÒD6¤8�0����� "���<;X��&(��M(.1E�3�3�;) "��¯A8�?�@ä0� "2���4���#G0���.e�G&(')�:��.ªBN��2���#G&(��F�.ª��*�Ò�¥<BNE�#~&(0���#�¥<&(0���&(��F�.��#��L;)F¾+-�~5�3�')&(.�.10� "#~&(��#%6 § *PB(E�;);){�MN��.1.1 "��')��&(')4��ª8�?�@�.9¥"&(0��L.1��4�')*�F�.�')*P&(��F|������ "#%{|� ¶ ²Ð����;);).�'X.�.1')F�*�')BNM')�U��*�&76 § *À.1��&NMN��.1.1 ���')��&(')4 ��')�:�<;X����� *�&(��&(') �*�.1¥�&(0�����B¦Bi����&K "BD#���Ò�E���&('X "*�')*À&N��FA�:���: "#%{A'X.>.1����;);)� #~æ&(0��ª.1��4�')*�F�.�BN#� "�«� ¶ ²Ð����;);).�'X.�.1����;);)��#D��*�Ò!&(0��ª&(��F�.�2��$#��L�`.1����;);)��#KBN#~����&(') �*P "B�&(0��ª "4 �$#%��;);���#��$� 68�0���#��}'X.>�¬.1����;X;®')*���#�����.1��')*À��#����¬BN �#G;X��#�F���.1E<3�3�;X "��¯�B(����&( "#%.>��*�ÒÏ.1����;);®*�E���3���#e "BD&(��F�.>Ò�E���&( &(0��`=����$Ò¿ "4���#�0�����Ò�.J&(0���&®3��$�� ����`.1')F�*�')=�����*�&o��.J&(0���Ò���&(�I� ¶ ² 3����� "����.J2�')Ò���#���*�Ò¿&(0�')*�*���#~6

u ¼���.9&(��#e��������.1.ª&('X����Q¤8�0���.9�:��;);)��#e�� "����;)��&(��M(.1E�3�3�;) "��¯A8�?�@�.ª��#�����;).1 !BN��.1&(��#G&( !��������.9.�6�8�0�������M����.9.J&(')���`#��$Ò�E<����.J��./&(0��`.1����;);)��#(¥�.10� "#%&(�$#(¥�&(��FP��#~#%��{H#��$.1E�;)&(./')*:�IBN��.1&(��#C&(��FH��������.1.J&¦'X����¥�2�0�')��0:').��;)2���{�.> "*À&(0��}��#%')&(')����;®�<��&(0¨6 § *ÀBNE<;);){�M(��.1.1 "��')��&(')4 �}.1E<3�3�;) "��¯A8�?�@�.1¥<&(0���;)��#�F��$#eÒ���&(�¬� ¶ ² ��#~#%��{A')..1;X "2�� #e��*�ÒÏ*���F���&N��.>.1 �����3���*�� B¦'X&(.> �BD&(0���BN��.1&(��#e&N��F����U����.1.�6 § *�.1��&(MN��.1.1 ���'X��&('X4 ��8�?�@�.>&N0��������U��.1.&(')����Ò� "��.L*� "&�')���<#� "4���æà&(0� "E�F�0�&(0�����#%')&(')����;¾&(��F:��������.1.e��*�Ò��� "���<��#��I&(')����.L#���Ò�E�����æàÒ�E<��&( ���*

6. An n-block complete-subblock TLB of subblock factors storesn*s data bits (the subblock valid bits) more than an*s-block single-page-size TLB.

Table 4-6: Execution time speedups for complete-subblock TLBs relative to single-page-size (4KB)TLBs with same TLB reach

TLB typeSingle Page Size

(4KB)

Complete-Subblock(subblock factor)

Complete-Subblock with preloading(subblock factor)

2 4 8 16 2 4 8 16

#blocks N N/2 N/4 N/8 N/16 N/2 N/4 N/8 N/16

Fully-Asso-ciative

256 1.00 0.96 0.94 0.92 0.88 0.98 0.99 1.00 1.00

512 1.00 0.99 0.96 0.95 0.92 0.99 0.97 0.97 0.98

4-way Set-Associative

256 1.00 0.98 0.96 0.93 0.87 1.00 1.01 1.00 0.97

512 1.00 0.99 0.98 0.96 0.94 0.99 0.99 0.99 1.00

Table 4-7: Chip Area and Access Time for complete-subblock TLBs relative to single-page-sizeTLBs with same TLB reach

TLB typeSingle Page Size

Chip Area Access Time

2 4 8 16 2 4 8 16

#blocks N N/2 N/4 N/8 N/16 N/2 N/4 N/8 N/16

Fully-Associative256 1.00 0.63 0.46 0.39 0.39 0.94 0.91 0.92 0.96

512 1.00 0.63 0.44 0.36 0.34 0.86 0.81 0.80 0.83

4-way Set-Asso-ciative

256 1.00 0.79 0.73 0.81 1.05 0.99 0.99 1.00 1.08

512 1.00 0.76 0.66 0.67 0.79 0.94 0.93 0.96 1.01

Page 61: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

53

')*���#�����.9��ÒÏÒ���;)��{A')*ÀÒ�#%')4�')*�F!&(0��}��E�;)&(')�<;)���� "#G "E�&(�<E<&K����#~ ".1.ª�¬��E<��0À2�')Ò���#GÒ���&(�|� ¶ ² +-��.>*� "&(��Ò')*!¸�����&(') "*|´ 6¡»�6 º�¥�&(0�').J����*:3��` "��&(')��')O���Ò�BNE�#~&(0���#%5%6

8" A.�E¾�!�A��#9'¦O���¥��H�$ ��A��;¦��&i��M�.�E¾3 3 ;¦ ���¯¿8o?¾@ü2¬'¦&i0�.�E¾3 3 ;¦ ��$¯�B��¤��&i  #e�e'�.`�A �#%�|��BNB����$&i'�4��|&i0���*3�E�');XÒ�'X*�F:�}.1'X*�F�;)��MN����F���MN.1')O��I8�?�@�2�')&N0!��&(')�:��.e��.e����*�{�8�?�@�3�;) ���¯�.�6 ¶ �U "�:�<;)� &(��MN.1E�3�3�;X "��¯:8�?�@0���.G��BN��.9&(��#��������$.1.G&(')����¥� �����E��<')��.G;)�$.1.G��#�����¥ ��*�Ò¿ "B¦BN��#~.G�� "���<��&(')&(')4 �`8�?�@¿�<��#%BN "#~����*����"6�¼�E�#~&(0���#¦¥�� "����;)�$&(��MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@�.�2�')&(0}�<#��$;) ���Ò�')*�F�0���4 ���� "�:�<��#%��3�;)��8�?�@¬�<��#%B( �#~����*�����&( `&(0��/��E<��0};)��#�F�M��#¦¥�.1;) "2���#¦¥�.9')*�F�;)��M(����F���MN.9')O��G8�?�@�.1æà�L2}'X*�M(2�')*|.1')&(E<��&(') �*¨6

����8!qC���,�-��������.�"�#�/</n����*�2!r�"�lz�#����) �7�=��t3%5�6-"§ *���0����<&(��#¨¹�¥ § �<#� "�< �.9��ÒP����Ò�')E<�:M(.1')O���ÒP.9E��<��#~����F���.K��.K "*��J2���{I&( I')*���#�����.1�J8�?�@H#�������0�')B�&(0��

"�<��#%��&(')*�FP.1{�.1&(���å����*!Ò� H�<#� "�<��#��<��F���MN.9')O��`��.9.1')F�*�����*�&®&( HE<.1��.1E<�<��#%�<��F����������<')*�F�.�6��� "����;)�$&(�.1E<3�3�;) "��¯�'X*�F}').D�ª3�#~E<&(�GBN "#����G2���{} "B�')*���#��$��.9')*�F}8�?�@�#�������0¬2}')&(0� "E<&<Ò����<��*�Ò�')*�F} "*¬��*�{} "�<��#~��&¦'X*�F.1{�.1&(�$�Ó.1E<�<�� "#~&%6U¼� "#�&(0��e.1�����e*�E���3���#� "B�8�?�@:3�;) "��¯�.1¥¤�ª�� "�:�<;)��&(�$MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@�¥¤2�')&(0¬.1E<3�3�;) "��¯BN����&( "#��~¥ ��*�ÒÀ�}.9E��<��#~�<��F���8�?�@�¥ .1E��<�< "#%&(')*�F���.1')*�F�;X��.1E<�<��#%�<��F���.1')O��I "B¨�{��3���.1���<��F���.1')O���¥ 0���4��&(0��>.1�����>8�?�@A#��$����0¨6�8�0��ª�� ����<;)��&(��M(.1E�3�3";X "��¯¬8�?�@A#�� Á E�')#���./.9'XF�*�')=�����*�&(;){¬;)��#�F���#C��#�������*�Ò�.9;X "2��$#��������.1.K&(')���J3�E<&�0���.K3���&¦&(��#¨8�?�@P�<��#~BN "#%����*�����6�8�0��J��#��$�L��*�ÒP�������$.1.K&(')�:�J��#�F�E�����*�&(.K��#��J.9'X��');)��#¨&( &(0� ".1�e')*H¸¤����&(') "*|´ 6λ�6 º�¥¤3�������E�.9�L�ª.1E��<��#~�<��F��e8�?�@: "����E<��')�$.�*�����#~;){�� Á E<��; ��#��$�>��*�Ò:0���.�.1')��');)��#�����M����.9.C&(')���G&( ��ª.1')*�F�;)��MN�<��F���MN.1')O��G8�?�@�2�')&(0¬&(0��G.1�����e*�E<��3���#� "B�3�;) "��¯�.L+-8���3�;)�G¹�M%»�5%6�8¤��3�;)�J´�M�bª.1E<��M�!��#7'�O�� .>&i0�����#~���¬��*�Òä���U��� .�.>&N'��!���� ��!����#7'�.� �*<.>B� �#e.�E¾��� #7����F ����*�Òä�U ��!��;�� &i��Mi.�E�3�3 ;� ��U¯�8¾?¾@¾.2P'(&�0ü&�0��P.������P8®?®@Ú#9������0D6 8®0��P.���&ÉMÉ��.�.U ���'(��&É'(4<�P.UEo�o��#1�o��F��P8¨?®@®.�Eo.��P&É0��P.UEo�o��#1�o��F��P'(*�Ò®���+-¸¤�$��&(') �*�¹ 6 º 6 º�576

8�0��J��Ò�4 ��*�&(��F���.K �B��� "���<;X�$&(��MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@�.K �4���#¨.9E��<��#~����F��J8�?�@�.K��#���QP�Ù�Ö(ÖNÙ?|N<ORP!×�Ù?|~Õ�K�|�}~L?�R��Ù�Q9�� "���<;X�$&(��MN.1E<3�3�;) "��¯`8�?�@�.¨����*}Ò���;)')4���#o3��$&(&(��#o�<��#~BN "#%����*�����&(0���*�&(0��

��;)#�����Ò�{:.1'XF�*�')B(')�U��*�&(;X{�'X����#� �4 ��Ò�8�?�@�����#%BN "#%�:��*����� "B�.�E<����#%����F��I8�?�@�.�6�8���3�;X�G´�MN³��� "�:����#���.L&(0���U ��:��;X��&N� MN.�E�3�3�;X ��U¯!��*�Ò,.1E�����#7����F���8�?�@,����#7BN �#7�:��*��U��6��� "�!��;)� &N��Mi.1E�3�3�;X ��U¯:8¾?�@�.L2|')&N0� �E�&���#~� M;) "��Ò�')*�F��<��#~BN "#%�Ó2� "#~.1�L&(0���*H.9E��<��#~�<��F��e8�?�@�.�6�8�0���{� "BN&(��*¬0���4��e�: "#��e8�?�@:��').1.1��.C&(0���*HBN "#��>.1E<M�<��#%�<��F��`8�?�@D6 ¶ .1E<���$#%�<��F��`8�?�@�;) "��Ò�.J��;);<&¦0��>�������<')*�F�.JB( "#����<��F��>3�;) "��¯H')*:�I.1')*�F�;)�`8�?�@���'X.9.1¥��*�Ò��}�U "�:��;)��&N��MN.1E�3�3�;) ���¯:8�?�@�&N��¯���.e�:E�;)&('X��;)�I8�?�@���'X.1.1��.L&( �Ò� �.1 ¾6���#~� ;) ���Ò�')*�F:��Ò�Ò�#���.1.1��.L&(0�')..10� "#%&(�� ���')*�F¾6 ¶ �� "���<;)��&(��MN.9E�3�3�;) "��¯}8�?�@�2�')&(0¬�<#���;) "��Ò�')*�F}��;)2���{�.D')*���E�#~.CBN��2��$#�8�?�@���').1.1��.D&(0���*�I.1E��<��#~�<��F��`8�?�@�2�')&(0!&(0��`.9�����`8�?�@�#�������0�¥�*�E<�:3��$#� "B®3�;X "��¯�.1¥���*�Ò���.1.1 "��')��&(')4 ')&({À+ ¶ �<�<��*�Ò�')�wvN5%6Þ� "2��$4 �$#(¥ .9'X*�����&(0���.9E��<��#~����F���8�?�@�.G#��$Ò�E<����8�?�@À��').1.G0���*�Ò�;)')*�FP&(')����.1')F�*�'X=<����*�&(;){���;)#�����Ò�{�¥ &(0��')*���#��$�:��*�&(��;"3���*���=<&� �B��� ����<;)��&(��M(.1E�3�3";X "��¯�')*�F�').K.9�:��;);"BN "#¨&(0���.9�J2� "#%¯�;) "��Ò�.�6 § *�2� "#~¯�;) "��Ò�.K2�0���#��.1E<�<��#%�<��F���.G����*�*� "&®3��IE<.1��ÒÀB( "#/��;);� "B¨&(0��I��Ò�Ò�#���.9.e.9�������$¥��U­ �®­ £ Ò�E���&( PÒ�')B¦BN��#���*�����')*A��&(&(#%')3�E<&(��.G "#;X� *<F�&N0¿ �BK.�� F��:� *<&N.�¥<�U ��!��;X� &N� Mi.�E�3�3�;X ��U¯!8¾?¾@�.ª�U��*À.1&i'X;X;o.�0<��#��}�|.�'�*�F�;��}8�?¾@,3�;� ��U¯!Bi �#J�!E�;�&N'X��;X�3���.1�J�<��F���.K2�')&(0�')*|�e����F��J3�;) ���¯¾6

� K�K�×�Ùj|�L�Ö����R�~�y����ÖNÙj}��y��×�×RK$|~Ö������������<&¨'X*A&(0��I8�?�@À��'X.1.e0���*�Ò�;)��#(¥��}�� "�:�<;)��&N��MN.9E�3�3�;X "��¯:8�?�@

Table 4-8: Chip Area and Access Time for complete-subblock TLBs relative to superpage TLBs

Superpage TLB TypeChip Area

subblock factor:superpage sizeAccess time

subblock factor:superpage size

2:8KB 4:16KB 8:32KB 16:64KB 2:8KB 4:16KB 8:32KB 16:64KB

(64-256_ blockFully-associative

1.22 1.67 2.58 4.39 1.02 1.06 1.11 1.20

256-block 4-waySet-associative

1.38 2.14 3.67 6.71 1.00 1.00 1.03 1.10

Page 62: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

54

Ò� "��.K*� "&�#�� Á E<'X#��J��Ò�Ò�')&(') "*���;" "�<��#%��&(')*�F�.9{�.9&(���ù.1E<�<�< �#~&%6�8�0��J.1E<�<��#%�<��F��J8�?�@�.K#�� Á E�')#��J.1E<3�.1&(��*�&(')��;.1E����< �#%&¨BN#� "�Ì&N0��I �����#%��&N')*�F�.1{�.1&N���,6�8�0�').L').e'X�:�< �#%&(��*�&�.1')*����I����#É �����.1.1 �#/�:��{:0���4 �I&( �#�E�*� ";XÒ.1 "BN&(2}��#��L&(0���&�����{�*� "&�.1E<���< "#%&�.1E<�<��#%�<��F���.1æà�� "����;)�$&(��MN.1E<3�3�;) "��¯|8�?�@�.�����*H3���&(&(��#KE<.1�L&(0��$')#D8�?�@#��$����0|��Ò�4���*�&(��F���.�6

O�Ù?�y�0���T�J�$ßA "#%¯�;) "��Ò�.¨#~E<*� �*��� ����<;)��&(��M(.1E�3�3";X "��¯`8�?�@|.1{�.1&(�$�:.¨Ò� >&(0���.1����� § @�© "�<��#~��&(') �*�.¨��.')*��G.1')*�F�;)��MN�<��F��$MN.1')O��/8�?�@H.1{�.1&¦����¥���.�&(0��/ "�<��#%��&(')*�FI.9{�.9&(��� ').�&(0��/.1������61¸¤{�.1&(����.�2�')&(0�.9E��<��#~�<��F��8�?�@�.�2�');X;�&(#%��*�.1B(��#®�: "#��JÒ���&(�e&( `3�����¯�')*�FI.1&¦ �#��J��.�&(0��/ ��<��#~��&(')*�FI.1{�.1&(��� �������$��&(.�.1 "���/BN#%��F�����*�&(��M&(') "*}')*�#���&(E�#~*}B( "#o3���&(&(��#¾8�?�@¬�<��#~BN "#%����*�����69Þ} "2���4���#¦¥ ��4���*�2�')&(0}�� "#���Ò���&(�J').�&(#%��*�.1B(��#%#���Ò|'X*��J.1E<M����#7����F ��.�{ .�&i� �A¥<&i0<��#%���!'�F 0<&K3 ��B�� 2¬� # § @�©ù ���� #7��&i'� �*<.>��. § @"©ù �����#7��&i'� �*<.>Bi �#e�!E�;�&i'���;���3 ��.���<��F��$.D����*�3��G��;)E<.1&(��#���ÒK6

� Ù�ØR�R��Ù�Ø��RL?��Ùw��L?�AI(ÖA��Ù?|�������ÙwNA�o}:Ù�Q ¶ F���')*�¥�.1{�.1&(����.�2�')&(0H�� ����<;)��&(��M(.1E�3"3�;X "��¯�8�?�@�.�0���4��L&(0��.1�����ª����F��ªBN��E�;)&�;)��&(�$*���{¬��./')*P��.1')*�F�;X�$MN�<��F��$MN.1')O��ª.1{�.1&(���,6$¸¤E��<��#~�<��F���.�����*�&(��¯��ª;X "*�F���#D&( |')*�')&(')��;)M')O��`��*�Ò%@¤ �#C&(#%��*�.1BN�$#�BN#� ��ÿ3�����¯�')*�FP.1&( "#���¥�')*���#��$��.1')*�FP&(0��`�<��F��`B(��E�;)&o.1��#~4�'X���`&('X����6�¸¤E�3�3";X "��¯H8�?�@�.����*|#���.1E<;)&�')*|�e3���&(&(��#¨ "4���#%��;);��$������E�&¦'X "*�&('X����6

¸¤E<3�3�;) "��¯�������0���.G��;);) "2Ã�}�< "#%&(') "*A "B¨�}������0��I;)')*���&( P3�����������.1.1�$ÒÀ3���BN "#��I�� "���<;)��&(��;){�BN�$&(��0�'X*�F&(0���BNE<;);�������0��`;X')*���B(#� "�å�:���� "#~{,°-Þ}'););�b�Ç�¥�Þ�'););�b ��µ(6 § *�.1&(#~E<��&(') "*A������0��$.GE�.9��&(0�').GBN����&(E<#���&( H#��$Ò�E<���0�')&H&(')����¥> �B(&(��*á�� "��3�')*��$Òù2�')&(0á� BN��&(��0Ý�� ";)')��{z&(0���&H3�#~'X*�F�.Ï&¦0��Ú#���BN�$#���*�����Òù2� "#�Òù=�#%.9&HBN#� "������� "#%{�6U¸¤E�3�3";X "��¯�8�?�@�.C����*H.1')��');)��#%;){������<;) "')&�&(0�').�B(����&(E�#��L&( }#���Ò�E����e&(0��L�<��F��LBN��E<;)&�;)��&(��*���{A+-*� "&8�?�@À��'X.9.e�<��*���;)&({�5�B( "#/.1E<�<��#%�<��F���.e3�{�E�.9'X*�F�&(0��I "�<��#%��&(')*�F�.1{�.1&(���Ñ&( P'X���<;)������*�&¨&(0��IBN ";);) "2�')*�F�< ";)'X��{ÓBN "#Ú.9��#%4�')��')*�F«.9E��<��#~����F��z�<��F��zB(��E�;)&(.�Q>8�0��z "�<��#%��&(')*�FÓ.1{�.1&(��� 'X*�')&(')��&(��. § @�© BN "#Ú&(0��.1E<�<��#%�<��F��A2�')&(0 § @�©ÑBN "#}&(0��!#���BN��#���*�����Ò �<��F��!=�#~.1&eBN#� �� 3�����¯�')*�Fü.1&( "#���6<8�0��!��#� "����.1.¬#���.1E<����.��BN&(��# § @�© &( �&(0��ª=<#%.1&�3"��.9�ª�<��F��ª').��� "���<;)��&(�ª2}0�');)�L&(0��L#��$.1&� "B¾&(0��L.1E��<��#~�<��F��L;) "��Ò�.�'X*�&( ������� "#%{')*H&(0��e3�����¯�F�#� �E<*�ÒÏ+-.9'X��');)��#�&( }&(0��e������0��e���������<;)�L��3� "4���576 ¶ .1E<3�.1� Á E���*�&<����F��e�<#� "�� �&(') "*¬=�*���;);X{#��$.1E�;)&(.J')*:.1&( "#%')*�FP�I.1E<���$#%�<��F��������<�<'X*�FH')*!&(0��`�<��F��`&(��3�;)��6 ¶ .1E<�<��#%�<��F��`8�?�@¿2�'););�E<.1�`��E�;)&(')�<;)�3���.1���<��F���8�?�@À3�;) "��¯�.eB( "#/������#~&(')��;);X{�MN=<;);)��ÒÀ.1E<���$#%�<��F��I2�0�');)��&(0�� § @�©Ý').G'X*!�<#~ "F�#��$.1.1¥ 2�0���#��$��.e�.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@:2�');); �� "*�&('X*�E<�L&( }.90���#��L�>.9')*�F�;)�L8�?�@:3�;X "��¯�B( �#�&(0��L��;); �����<�<'X*�F�.C2�')&(0�'X*H�ª����#~&(')��;X;){=�;);)��Ò�.1E<���$#%�<��F��"6

� Ù�Õ%Ùj|%Ùj��UÙ�Lj��Ø���K�ØA�iÕT�NÙ�Ø�����Õ�K$|�}�L�Ö���K'���$|�Lj��AI�Lj|��iÖ��¾Q��/ ��:��;X� &N� MN.�E�3�3�;X ��U¯A8�?¾@�.ª.1&i �#~�}�|BiE�;�;�������<')*�F�BN "#���4���#~{}3���.9�G�<��F��G��*�ÒP.1&( "#��J#���BN�$#���*����G "#¨�: "Ò�')=���ÒP')*�BN "#%����&(') "*¬��&�&(0��GF�#~��*�E<;)��#%')&({� "B�`3���.1�L�<��F��L.1')O���6�¸¤E<���$#%�<��F��L8�?�@�.�����*H �*�;){|.1&( "#��L.1E<��0P')*�BN "#%����&(') "*P��&�&(0��LF�#~��*�E�;)��#%')&({| "B�.1E<���$#%M�<��F��/.9')O���BN "#®.1E<���$#%�<��F��/�:���<�<')*�F�. 618�0��/=<*��$#®F�#%��*�E�;)��#~')&({I#���.9E�;)&(.�')*}3���&(&(��#o����F��/#����<;)����������*�& Ò���M��').1') "*�.G��*�Ò¿#���Ò�E<����.G&(0��I*�E<�:3"��#� "B�Ò�')#%&({P����F���.G2�#~')&(&(��*A&( H3�����¯�')*�F�.9&( �#���')*A�� "���<;)��&(��MN.9E�3�3�;) "��¯.1{�.1&(�$�:. 6

§ *P.1E<�:����#%{�¥��� "�:�<;)��&(�$MN.1E<3�3�;) "��¯¬8�?�@�.� "B�BN��#K3���&(&(��#K8�?�@!��*�Ò! "4���#%��;);�.1{�.1&(���«�<��#~BN "#%����*����ª3�{�����<;) �')&(')*�F�.1����&(')��;�;X "����;)')&N{��� "#��I�$B¦BN����&(')4 ��;){���*�Ò��<#� "4�')Ò�')*�F�BN �#��� �#��I��B¦B�'X��')��*�&¨ "�<��#%��&(')*�F�.1{�.1&(���'X�!��;X� �:� *�&N��&N'X �*�.ª&N0���*¿�:� Ò�'XE��:Mi.�'XO��}.�E���� #%����F�� .�6�Þ| �2|� 4 � #i¥<�U ��:��;X� &N� Mi.1E�3�3�;X ��U¯A8�?¾@�.ª ��U�UE���{

Table 4-9: Execution time speedups for complete-subblock TLBs relative to superpage TLBs

TLB Type #blockssubblock factor: superpage size

With preloadingsubblock factor: superpage size

2:8KB 4:16KB 8:32KB 16:64KB 2:8KB 4:16KB 8:32KB 16:64KB

Fully-Associative

64 0.96 0.95 0.98 0.97 1.00 1.00 1.00 1.00

128 0.98 0.99 0.98 0.98 1.00 1.00 1.00 1.00

4-way Set-associative

256 1.00 0.99 1.00 1.07 1.00 1.00 1.01 1.07

Page 63: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

55

;)��#�F���#���0�')�A��#����I��*�Ò¿0���4��`�I.1;) "2���#���������.9.J&(')�:�"6 § *!&(0��`*�����&o��0����<&(��#(¥ § ��Ò�Ò�#���.1.J&(0��$.1�`Ò�'X.9��Ò�4���*�M&(��F���.K3�{��<#� "�< �.9')*�F�����#~&(')��;)MN.1E<3�3�;) ���¯�8�?�@�.�6

¸"E�3 3�;� ���¯ '�*<FA0<��.>;� �*<F�3�����*ÀE�.�� ÒäBi �#e������0<� .>��*<Òä&N0<'�.>&i0<� .�'�.>.�0� �2¬.>&i0<��&K.�E¾3�3 ;� ���¯ '�*<FA'��!M�<#� "4���.D&(0��G�<��#%B( �#~����*����G "B<8�?�@�.D��;).1 �6 ¶ �� "����;)�$&(��MN.1E<3�3�;) "��¯}8�?�@P��.1.1 "��')��&(��.D2�')&(0|�ª�<��F��G3�;) "��¯}�.1')*�F�;)�I&(��F�3�E�&¨��;);X "2�.eBN "#/.1&( "#%��F��I "B�.1���<��#~��&(�I�������<'X*�F�.eBN �#�3���.1������F���.G2�'X&(0�'X*A&(0��I����F��I3�;X "��¯o6¸¤�<��&(')��;�;) "����;X')&({}')*¬�<#� "F�#~����.C0���;)�<.C.9E�3�3�;) "��¯}8�?�@�.D'X*���E<#�BN��2��$#���').1.9��.C&(0���*¬�L��E<#���;){}#%��*�Ò� "�Ã����M����.9.D�<��&(&(��#~*|2� "E�;)ÒP�<#���Ò�'X��&%6

¶ �� "�:�<;)��&(�$MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@:').C�� "#��e�� "�:�<;)')����&(��Ò:&( �3�E�');)Ò:&(0���*H�ª.1')*�F�;)��MN�<��F��$MN.1')O��e8�?�@K6�Þ} "2�M��4 � #¦¥�'X&¨Ò� �� .e*� �&�#�� Á E�'X#��I*���2«'X�:�<;X� ��� *�&(��&('X �*�&(� ��0�*� �;) �F�'X��.1æÚ�U���U0�����*�Ò�� ¶ ² Ò�� .1'XF�*�� #%.e0���4 �;X "*�F�E�.1� ÒÀ&N0��I&N����0�*�' Á E���.e#~� Á E<'X#���Ò�BN �#/.1E�3�3�;X "�U¯:8�?�@�.�6�¸¤E�����#%����F��I8�?�@�.L�<#% "4 'XÒ����}��0������¿2|��{BN "#K&(0��L0���#�Ò�2���#��L&( }'X*���#�����.1�L8�?�@:#�������0H3�E�&�.10�')BN&�&(0��L3�E�#�Ò���*P "B������<;) "')&(')*�F|')&�&( }.1 "BN&(2���#���æà�� "��M�<;)��&(��MN.9E�3�3�;) "��¯`8�?�@�.���#����� "#���0���#�Ò�2���#��$MN����*�&(#~')��¥ #�� Á E�')#%')*�F`*� >��Ò�Ò�')&(') "*���;� "�<��#%��&(')*�F�.9{�.9&(���½.9E��<M�< "#%&%6

¶ �U ��!��;�� &i��Mi.�E¾3�3 ;� ���¯A8o?¾@Ï��#%� .�� *<&i.ª{ ��&K��*< �&i0<� #e2¬'X*<M�2|'�*À.�'X&iE���&i'� �*���.>.�E���� #7����F ��.ªÒ¾ �æ·��� "����;)�$&(��MN.1E<3�3�;) "��¯}8�?�@�0���.C�L;X��#�F��$#�#�������0¬��*�Ò�3���&(&(��#��<��#~BN "#%����*����e��*�Ò�{���&<0���.D�ª.10� "#%&(�$#��������$.1.&(')���ª&(0���*P�`.1')*�F�;)��M(����F���M(.1')O��ª8�?�@K6$�<#� "����.9.1 "#DÒ���.1')F�*���#%.�0���4��ª��*P')*���#�����.1')*�F|���� "E<*�&� �B���0�')�!��#������*�Ò�&(#~��*�.9').1&( "#%.D��4���');X��3�;)�G3�E<&���#��GE�*���3�;)�G&( I3�E�');)ÒP;X��#�F���#�8�?�@�.DÒ�E<�G&( ���{���;)�G&(')���G�� "*�.1&(#%��')*�&(.�6�8�0��¯���{}�� �*�&(#~')3�E�&(') "*| "B<&(0�'X.K��0����<&(��#¨').D&(0���&�')&�.10� "2�.D&(0���&��� "����;)��&(�$MN.1E<3�3�;) "��¯}8�?�@�.D����*|E�.9�G&(0��G����&(#%�&(#%��*�.9'X.9&( "#%.C&( }')*���#�����.1�e8�?�@:#�������0H2}'X&(0� "E<&�')*���#�����.1')*�F�&(0��e��������.1.C&(')����æà��.1�<����'X��;);){�')*¬.1��&(M(��.9.1 "��')��M&(')4��GÒ���.1')F�*�.�6

Page 64: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

56

8�0�')./��0�����&(�$#��<#� "�< ".1��./��*�Ò¿�$4 ��;)E<��&(��.J��*��$2ù8�?�@���#���0�')&(����&(E<#���¥��������-ÔÍ�����~��¢�¢���ï�î%ñ�Ô�ò�� ¥�&(0���&o�� "��M3�')*���.e&(0��I;) "2Ó')�:�<;)������*�&(��&(') "*A�� �.1&® �B¨�:�$Ò�')E���MN.1')O���ÒÀ.1E��<��#~����F���êL8�?�@�.e��*�ÒÀ.1')���<;X��#� "���$#%��&('X*�F.1{�.1&(���Ì.1E<���< �#%&¨3�{:3� "#%#� �2�')*�F�.1E�3�3�;) "�U¯�4 ��;X')Ò�3�')&N.eBN#� "�Ì�� "�:�<;X��&(��MN.1E�3�3�;) "�U¯�'X*�Fo6 ¶ ����#%&('X��;XMN.1E�3�M3�;) "��¯}8�?�@�0���.D��*¬')���<;)������*�&(��&(') �*|�� "�:�<;)����')&({��� "�:�<��#%��3�;)�G&( �&(0���&� "B��L.1E<���$#%�<��F��e8�?�@�¥�#�� Á E�')#���.;X� .�.ª ���� #7��&N'X*<F!.�{�.�&i� �é.�E����� �#%&�&i0���*¿�!� Ò�'�E��!Mi.�'XO�� ÒÏ.�E���� #%����F�� .ª3�E�&�.�&N'�;X;o'X*<�UE�#7.ªBi� 2|� #G�:'X.�.�� .&(0���*:��.1E<�<��#%�<��F��>8�?�@D6$8�0��>����'X*��� "*�&(#%')3�E<&(') "*: "Bo&(0�')./��0�����&(�$#C')./&(0���&¾')&¾.10� "2�./&(0���&o�<��#~&(')��;)M(.1E�3�M3�;) "��¯�8�?�@�.D0���4��G&(0��G3��$.1&�8�?�@P�<��#~BN "#%����*����G�� "���<��#���ÒP&( I��;)&(��#~*���&(�J.1')*�F�;X�$MN�<��F��$MN.1')O���¥�.1E<���$#%�<��F��$¥��*�Ò¿�� ����<;)��&(��M(.1E�3"3�;) ���¯P8�?�@�.G&¦0���&® "����E<�<{P.1')��'X;)��#���0�')�¿��#��$� 6 ¶ ;);�&(0�#��$��*���2Ã��#���0�'X&(�$��&(E�#���.G��;);) "2�:������'X*<F�.ªBN �#J�:E�;X&N'X��;X�}3���.���4�'X#7&NE���;o����F�� .ª2|'X&N0�'X*¿�|4�'X#7&NE���;o����F��}3�;X ��U¯!&N :.�0���#����|.�'X*<F�;X�}8¾?�@3�;� ��U¯ æÚ3 E�&K�U �*<Ò�'�&N'X �*�.ªE�*�Ò¾� #G2|0<'X�U0À�:������'X*�F .ª��#7�}�� �*<.�'XÒ¾� #~� ÒÏ�U ��!����&N'�3�;X�}Bi �#G.�0���#%'�*�FAÒ�'�BNBi� #+-8���3�;)��»1MNºe')*|��0�����&(�$#/»1576

¶ �<��#%&(')��;)MN.9E�3�3�;) "��¯|8�?�@!3�;X "��¯¾ìí.�&(��F¬�����<.��`=�����Ò!�<��F��ª3�;) "��¯|.1')O���¥";)')¯��ª�`�� "����;)��&¦��MN.1E<3�3�;) "��¯8�?�@P3�;) ���¯¾6�²�E<;)&('X�<;)�G3���.1�G�<��F��G�:���<�<')*�F�.D.90���#��G�ª.9'X*�F�;)�G���<È ��*�Ò���&(&(#~'X3"E�&(�G=��$;)Ò�')*¬&(0��GÒ���&(�ª3"E�&0���4���'X*�Ò�')4�')Ò�E<��;�.9E�3�3�;) "��¯`4 ��;)')Ò|3�')&(.�ë�BN "#o&(0���3���.1���<��F���.�698¤2} ` "#o�� "#���3���.9��4 ')#~&(E���;¤�<��F��$.�.10���#����.1')*�F�;)�I�<��#%&(')��;)MN.1E�3�3�;) "��¯�8�?�@�3�;) "��¯�')B�&(0���{�3���;X "*�F�&( P&(0���.1���:��4 ')#%&(E<��;�����F��I3�;) "��¯�¥ ��#~����#� ��<��#%;){�<;X������ÒÚ+-8¤��3�;)��»1M7»15�')*A�<0�{�.1')����;������: "#~{�¥ ��*�Ò�0���4��I&(0��I.1�����I��&(&(#%')3�E�&(��.�6 ¶ �<��#%&(')��;XM(.1E�3�3�;) "��¯�8�?�@��;X;) �2�.e')*��� "�:�<��&(')3�;)�I �#/E<*���;)'XF�*���Ò������<��')*�F�.e')*�&(0���8�?�@�3�E�&¨&(0���{�E�.1�IÒ�')B)BN� #���*�&¨8�?�@À3�;X "��¯�.�6 ¶�<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯I8�?�@�+¡2�')&(0|�<#���;) "��Ò�')*�F�5�')*���E�#~.KBN��2��$#¨8�?�@H��'X.9.1��.K2�0�');)�J#�� Á E<'X#~')*�F�.9'X���<;)��#¨ "�<��#~M��&(')*�F�.9{�.9&(���å.1E<���< "#%&®&¦0���*!.1E<�<��#%�<��F���8�?�@�.�6 ����#%&(')��;)MN.9E�3�3�;) "��¯P8�?�@�.G "����E<��{P��E���0!.9�:��;);)��#���#����&(0���*|�� "���<;X�$&(��MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@�.K3�E�&�')*���E�#¨�� "������#~��3�;)�G*�E<�:3"��#¨ �B�8�?�@P��').1.9��.L+¡¸¤����&(') "*�� 6 Ç�6 ¹�576

8¤2� P3���.9�I����F����:�����<')*�F�.e����*�.90���#��I&(0��I.1���:�I�<��#%&(')��;)MN.1E�3�3�;) "�U¯�8�?�@�3�;) "�U¯�')B�&(0���{�0���4��I&(0��.1�����/��&(&(#~')3�E�&(��.���*�ÒH��#��/�<#� "�<��#%;){��<;)������ÒK61ß�')&(0}.1E<3�3�;) "��¯�BN����&( "#®��¥ 3���.1�/�<��F���.��L��*�Ò¬{���#��/�<#� "�<��#~M;){H�<;)������Ò�')Bo&(0��${H��#��>��;)������ÒA'X*�&(0��`.9�����>4�'X#~&(E���;���*�ÒA��0�{�.1')����;<�<��F��`3�;) "��¯�.�+

PPN(x) div s =PPN (y) div s

��*�ÒVPN(x) div s = VPN(y) div s

¥�2�0���#��div

').�')*�&(�$F��$#¨Ò�')4�'X.9') �*�5���*�Ò��#���3� �&(0�����F���3�;X ���¯:��;X')F�*���Ò +

VPN(x) mod s = PPN(x) mod s��*�Ò

VPN(y) mod s =PPN(y) mod s

¥�2|0�� #��mod

').L')*�&(� F�� #/�: "Ò�E�;XE�.e �����#%��&N'X "*�576�²,���<��'X*�F�.e&N0���&���#7�I*� "&���#� �����#%;X{�<;)������Ò:��#��e��;);X "2��$Ò�¥¤3�E<&�')*H.9���<��#%��&(�e8�?�@:3�;) "��¯�.C&(0���&�����*¬#���.1')Ò��L')*¬&(0��L8�?�@:.9')�:E<;)&(��*��� "E�.1;){�6U����#~M&(')��;)MN.1E�3�3�;) ���¯�8�?�@�3�;) "�U¯�.e.1&( "#��IE�*���;X')F�*���ÒÀ�:���<��')*�F�.}+

VPN(x) mod s ≠ PPN(x) mod s5�3�{

.1��&¦&('X*�F�&¦0��J¸¤@P��&(&(#~')3�E�&(�J&( IâL&( �Ò�').9��3";X�J.1E<3�3�;) "��¯�'X*�F¾6

Figure 5-1: Format of a partial-subblock TLB block

¼�')F�E<#�����M7»/.10� "2�./&(0��>BN "#~�:��&¾ "Bo������#~&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯H8�?�@A3�;) "��¯o6$8�0��>&(��FH.9&( "#���./��4�')#%&(E<��;<�<��F��3�;) "��¯}*�E���3���#J+-÷���@�È�5<��*�Ò��¨4���;)')Ò:3�')&(.DBN "#���')*�Ò�')4 ')Ò�E���;�3"��.9�e�<��F���.C2�')&(0�')*¬&(0��e�<��F��e3�;) "��¯}.1�<����')M=��$ÒÀ3�{�÷���@�ÈA6�8�0���ÔÍ&(0A4���;)'XÒ¿3�')&¨.1�$&/+

✔5¨ "#���;)����#`+

✕5�.90� �2}.e2�0��$&(0��$#�&(0��I8�?�@¿3�;) ���¯P0���.G��4 ��;)')Ò

�������<')*�F�BN "#�&(0��e�� "#%#��$.1�< �*�Ò�')*�F�3���.1�e4 ')#~&(E���;�����F���¥<+-÷���@�È���ÔÍ576U8�0��eÒ���&(�ª�� "#~&(') �*¬.1&( "#���.C�>.1')*�F�;)��<0�{�.9')����;��<��F���*�E���3���#`+-�<��È}5���*�ÒÀ��*A��&(&(#%')3�E<&(��B(')�$;XÒK6 ¶ .9E�3�3�;) "��¯���&(&(#~')3�E�&(��3�')&/+-¸¤@�5¨').e.1�$&¨&( P��*�M��3�;)�J.1E<3�3�;) ���¯�')*�F¾6�ßà0��$*|¸¤@H'X.K��;)�$��#¦¥��e8�?�@P3�;) "��¯�.1&( "#���.K�L.1')*�F�;)�J3���.1�J����F��J�������<')*�F�&(0���&�����{I "#

1. This chapter concentrates on partial-subblock TLBs as an alternative to medium-sized superpages. AppendixH addssupport for large superpages.2. Variations of partial-subblock TLBs that replicate other fields of the mapping are discussed in Section5.7.

VPBN AttrPPNValid bits SB

NlL�� �JL ÖoLÇ ´ M¦;�F ë +Î.95 . ¹ Ç ³ »

.��ª.9E�3"3";� ���¯`B(� ��&¦ �#

Page 65: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

57

����{|*� "&�3��L�<��F��L3�;) "��¯���;X')F�*���ÒK6�8�0�').�B(����&(E�#��L�<��#%��')&(.��<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯|8�?�@�.�&( }3��LE<.1��Ò:2�')&(0P��* "�<��#%��&(')*�F�.1{�.1&(�$�ùE�*���2���#��G "B��<��#%&(')��;�.1E<3�3�;) "��¯�'X*�F¾6

¼�'XF�E�#��n��Miº�'X;X;XE�.1&N#7��&(� .L0� �2«������#%&N'X��;XMi.1E�3�3�;X ��U¯!8�?�@,.�&N �#�� .L3���.�������F��}�:������'X*�F�.ª��*�Ò�3�#7'X*�F�. "E�&¨&(0��I')���< �#~&(��*�&¨�<#� "���$#%&(')��.e "B��<��#%&(')��;XM(.1E�3�3�;) "��¯:8�?�@�.�6�¼�')#%.9&(¥�&(0��I�������<')*�F�.eB(#~ "�Ñ4 ')#~&(E���;)MN����F��3�;) "��¯��G&( I�<0�{�.9')����;��<��F��G3�;) "��¯��¬�� "E�;)ÒPE<.1�G�L.1E<���$#%�<��F��J�:���<�<')*�F�¥���;).9 �E<.1�G�L.1')*�F�;)�G�<��#%&(')��;)MN.1E<3�M3�;) "��¯H8�?�@�3�;) "��¯¾6 ¶ �<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯H8�?�@�2�'););<E<.1�>�I.1')*�F�;X�>8�?�@�3�;) "��¯HBN "#C�����<�<')*�F�.J&(0���&o�� "E<;)Ò0���4��ªE�.9��ÒA.9E��<��#~�<��F��ª�����<�<')*�F�.1æà&(0�E<.�#��$�: "4�')*�F¬&(0��L*��$��Ò!BN "#D.1E<�<�� "#~&(')*�F¬����Ò�')E���MN.9')O��ª.1E<���$#%M����F���.�6 ¶ ����#%&('X��;XMN.1E�3�3�;X "�U¯:8�?�@���;X2���{�.eE�.1��.L;X��.1.L "#/.����:�I*�E��:3���#J "B�3�;X ���¯�.e&N0���*��}.�E��<� #%�<��F��8�?�@P&( ��:���H��*���Ò�Ò�#��$.1.D.9�������"6

Figure 5-2: Virtual Addr ess to Physical Address Mappings in a Partial-Subblock System

¸¤���� "*�Ò�¥"���<��#%&¦'X��;)MN.9E�3�3�;) "��¯|8�?�@A����*�0���4��ª��E�;)&(')�<;)�>8�?�@A3�;) "��¯�./������0���Ò!')*�&(0��ª8�?�@A&(0���&�0���4 �')Ò���*�&(')����; ÷/�<@�È}.�3�E<&�Ò�').kG� "')*�&�4���;)'XÒ:3�')&(.9¥���­ �®­ £¤&(0��e�������<')*�F�.�BN#� "�Ó����F��L3";X "��¯f�z&( }�<0�{�.1')����; �<��F��3�;) "��¯�.%L/��*�Òt��618�0��/�������<')*�F�.�BN "#o3���.1�/�<��F���.0 j¡£¢?¡¥¤/.10���#��/�G.1')*�F�;)�/8�?�@¬3�;) "��¯���.�&(0���{���#����<#� "�<��#%;){��;����U� Ò +-��.�.�E��!'X*�FA'XÒ¾� *�&N'X�U��;o��&N&i#%'�3�E�&i� .1596¤8¾0��}�:������'X*�FABi �#G����F ��¦��U��*�*< �&�.�0���#~�}&N0��}.����!�}8¾?�@

. . .

page block z

page block w

. . .

page block x

Virtual Addr ess Space

. . .

page block a

page block c

. . .

page block b

Physical Address Space

page block y

. . .

x Attrb00✔✔✔✔

w Attrc00✔✔✕✔

w Attra00✕✕✔✕

y Attrb00✕✔✕✕

z Attra00✕✕✕✔

z Attrc01✔✕✕✕

111110

Partial-subblock TLB storing mappings for above

VPBN Valid PPN Attr SB

Page 66: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

58

3�;) "��¯���.�'X& ').��<;)������Ò¬')*}�eÒ�')B¦B(��#��$*�& �<0�{�.1')����;�����F��/3�;) "��¯¾61¸¤E<��0}�e.9')&(E���&(') "*}BN#�� Á E<��*�&(;){I "����E<#%.�')*} "�<M��#~��&('X*�FI.1{�.1&(����.D&(0���&�E�.9�G&(0��J�� "��{�MN "*�MN2}#%')&(�J ��<&(')��')O���&('X "*A°-����.10pb?b µN6

8�0�')#�Ò�¥��G�<��#~&(')��;)M(.1E�3"3�;X "��¯`8�?�@|3�;) "��¯�����*�3���')*���#��$�:�$*�&¦��;);){`�< ��<E<;)��&(��Ò�¥ ��­ �®­ £ &(0����������<')*�F`BN#� "��<��F��J3�;) "��¯J��E<.1��.K�e8�?�@P3�;) "��¯I&(0���&���;).1 ��� "E�;)ÒP.9&( "#��J��*� �&(0��$#¨�<#� "���$#%;){��<;)������ÒH�:���<�<')*�F:+-')B���.9&(��3�M;)').10���Ò�5<BN#� "�ù����F��G3�;) "��¯��I&( I�<��F��G3�;) "��¯���6�8�0�E<.1¥�')B<&(0��G ��<��#~��&(')*�F}.1{�.1&(���ù�<#� "�<��#%;){}�<;)������.D�<��F���.')*��<��#%&(')��;);){�MN�� "��E<;X��&(��Ò�����F��I3�;) ���¯�.1¥ �:�����<'X*�F�.e��.1&(��3�;)'X.10���Ò�;)��&(��#/����*�.10���#~�I�}.1'X*�F�;)�I8�?�@�3�;X "��¯o6¶ *� "&(0���#� "�<&(') "*A').G&( H�<��#%BN "#~�ÑF���&(0���#� "�<��#%��&(') "*�.G2�0���*!��Ò�Ò�')*�F�*���2Ã�����<��')*�F�.1¥ ��.G.1 "����.1E<�<��#%M�<��F��J.1{�.1&(�$�:.KÒ� IÒ�E�#~')*�FI����F��J��#� "�: "&(') "*�+¡¸¤����&(') "*|Ç 6 º 6 º�576

¼� "E�#~&(0�¥"�`�����<�<')*�F|&(0���&�').�*� "&��<��F��ª3�;) "��¯|��;X')F�*���Ò!0���.�&(0��ª¸¤@!3�')&���;)����#D��*�Ò!����*�*� �&�.90���#É�ª&(0��8�?�@H3";X "��¯�2�')&(0���*�{I "&(0���#®�<��F���¥���­ �®­ £�&(0��/�����<�<')*�FIBN#� "� �<��F��1¤J "B��<��F��/3�;) "��¯J§�6m�ª*���;)')F�*���ÒH�����<M�<')*�F�.KÒ�')B¦BN�$#¨BN#� "� ��;)'XF�*���ÒH�:���<�<')*�F�.K')*�&(0��J2���{�&(0��J8�?�@HF��$*��$#%��&(��.K�<0�{�.1')����;���Ò�Ò�#���.1.1��.KB( "#¨&(0�����¥��.KÒ�').1��E<.1.9��ÒP')*|¸¤����&(') "*-��6λ�6¡»�6

¼ '�Bi&N0<¥�����#7&i'���;�Mi.�E�3�3 ;X ���¯A8¾?¾@¾.>&N#�����&KÒ¾'�B(B�� #~� *<��� .>'X*À��&i&N#7'�3 E�&N��.ª.�'X�!'�;���#e&N !'��!��#� �����#7;�{A��;X����� Ò�<��F��$.1æàÒ�')B�BN��#���*�&�8�?�@P3�;) ���¯�.K.1&( "#��J&(0��G�������<')*�F�.�6 § B�����F���.� G��*�Ò~¦G �B��<��F��J3�;) ���¯J�j¡ BN "#¨����������;)��¡0���Ò��ªÒ�')B¦BN�$#���*�&���&(&(#%')3�E<&(�eB(#� "�Ã&(0��G#���.9&< "B<&(0��e�<��F��e3";X "��¯�¥�&(0���*|&(0��${}2� "E�;)ÒP.10���#��e "*��G8�?�@�3�;) "��¯�¥2�0�');)�G�<��F���.�¢G��*�Ò~¤G2� "E<;)ÒP.10���#��J��*� �&(0��$#%6

8�0��J�� ".1&�')���< "#%&(��*�&�B(����&(E�#��G "B��<��#~&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@�.D').K&(0��G�<#��$.1��*����J �B�.1E<3�3�;) "��¯�MN4���;X')ÒP3"'X&(. 68�0�').D��;);) "2�.D�� "���<��&(')3�;X�J3���.1�G�<��F��$.D2�')&(0�')*¬�L�<��F��G3�;) "��¯}&( I.10���#��G�L.1')*�F�;)�G8�?�@P3�;) "��¯�2�0�'X;)�G "&(0���#3���.1�J�<��F���.K')*�&(0��J�<��F��J3�;) "��¯�����{�3"�J'X���<#� ��<��#~;){��<;)������ÒH "#¨E�*������<���$Ò�¥���­ �®­ £�.1����;);� "3�G�����&(.K �#® "3�MG�����&(.�&(0���&¾Ò� |*� "&¾.9&(��#~&¾ "#C�$*�Ò���&¾���<��F��>3�;) "��¯¬3� "E�*�Ò���#%{�6�¸�E�3�3�;) "��¯�MN4���;)'XÒA3�')&(.�#���;)')��4��>&(0��ª ��<��#~��&(M')*�F¬.1{�.1&(���« �B¾&(0��ª*�����ÒA&( |')���<;)������*�&¾�<��F��>�<#� ��� "&(') "*���*�ÒA���<��F���MN.1')O��ª��.1.1')F�*�����*�&¾�< ";)'X��{�6$8�0�').BN����&(E<#��G0��$;X�<.C�<��#~&(')��;)M(.1E�3�3";X "��¯}8�?�@�.CÒ���;)')4 �$#��� "������#~��3�;)�e "#�3���&(&(�$#�.1�<����Ò�E<��.D&( }.9E��<��#~����F��e8�?�@�.3�E<&¾ "*�;X{¬#�� Á E<')#��>&(0��ª ��<��#~��&(')*�FH.9{�.9&(���Ê&( |����¯��>��¢��~���¡óN�Îø�ø9ï�������&¾�<��F��>�<;)����������*�&¾2�')&(0� "E�&¾�<#� �4�')Ò�M')*�FG� �����~��ò¾�-�~�~.K#�� Á E�')#��$ÒPBN "#¨.1E<���$#%�<��F��$.�6

8¤ P.�E<���� "#%&�&(0�����3� "4 �IBN����&(E�#~�I������#%&N')��;)MN.1E�3�3�;) ���¯:8�?�@À�:E�.1&¨��;);X �2ÓBN �#/��E�;X&(')��;X�I8�?�@À3�;) ���¯�.2�')&(0|&¦0��J.1�����J÷/�<@�È}¥�3�E�&�Ò�').kG� "')*�&�.1E<3�3�;) "��¯�MN4���;X')ÒP3"'X&(.9¥�&( I3��J�<#���.9��*�&�')*�&(0��J8�?�@H.1')�:E<;)&(��*��� "E�.9;){�6ª').1��;);) �2}'X*�F���E�;)&(')�<;)�/8�?�@H3�;) "��¯�.�2�')&(0}&(0��/.1�����/&(��FI����*}#���.1E<;X& ')*}�G.1')F�*�')=<����*�&(;){�2� "#%.9�/8�?�@H�<��#~MBN "#~�:��*�������*�ÒÀ����{�;)')4���;) "��¯�Å�6�¸¤')*�F�;)��MN�<��F���MN.1')O���¥ .1E<�<��#%�<��F���¥  "#/�� "���<;)��&(��MN.9E�3�3�;) "��¯�8�?�@�.GÒ� P*� "&#�� Á E�')#��G.9E��<�< "#%&�BN "#¨�:E<;)&(')��;)�J3�;) "��¯�.D2�')&(0�.1�����G÷���È}.ye�6

§ *¬&(0��GBN ";);) �2}'X*�F}.9����&(') "*�.1¥ § Ò���.1��#~'X3"�e0� "2Ý�L�<��#~&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯}8�?�@�2� "#%¯�.1¥�Ò�').1��E<.1.D')�:�<;)������*�M&(��&(') "*P��;)&(�$#%*���&(')4 �$.�&( }.1')����;)')BN{�&(0��L0���#�Ò�2���#���¥�Ò�').1��E�.9.�&(����0�*�' Á E<��.�&( }0���*�Ò�;)�L8�?�@:��').1.1��.C2�')&(0� �E<&')*���#��$��.9')*�F�8�?�@:��').1.C���$*���;)&({�¥¤�� "�:�<��#��L��;)&(��#%*���&(�e8�?�@�.CF�')4���*H�>=<����Ò:��0�')����#�����¥¤�� "�:�<��#��L�<��#%&(')��;)M.�E�3 3�;� ��U¯�8¾?¾@¾.ª2¬'X&i0À��;X&i� #7*<��&N��.�'�*<F ;X��Mi����F � Mi.�'XO�� ¥�.�E���� #9����F � ¥���*�ÒÏ�� ��!��;���&N� M�.�E�3 3�;� ��U¯A8o?�@¾.> �B� Á E���;�8�?�@H#�������0�¥���*�ÒP;)').1&�.1 "���J�� ".9.1')3�;)�G4���#%')��&(') "*�.K �B��<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@�.�6

¶ �U ��!��;X� &i� MN.�E�3�3�;� ��U¯!8¾?¾@,E�.�� .ª.1����&N'���;o;X ��U��;�'X&N{!'�*¿��#7 �F�#7���!.ª&N :Ò¾� ;X'X4�� #J8¾?¾@,��� #7Bi �#7�!��*��U��� "�����$&(')&(')4 �/&( ��e*� "*�MN.1E<3�3�;) "��¯I8�?�@H2�')&(0�')*�Ò����<��*�Ò���*�&�&(��F�.1æà&(0��J3���*��$=�&�').��e.1')F�*�')=�����*�&(;){I.1����;);XM��#���*�ÒÀBN��.1&(��#�&(��F������� "#%{�6 ¶ �<��#~&('X��;)M(.1E�3�3";X "��¯�8�?�@À����&(��*�Ò�.e&(0�').GE�.1')*�F�&(0��� "���$#%��&(')*�F�.1{�.1&(���Ñ&(

3. If a program attempts to execute an instruction on pageY to read data from page

[, processor implementations may

require that the TLB hold mappings to both pages. If the mappings are incompatible, they use different partial-sub-block TLB blocks with the same tag. If the TLB disallows this, the program will livelock. All workloads in my simu-lations did livelock. Separate instruction and data TLBs would avoid livelock in this example.4. Operating system software or TLB hardware must guarantee that two TLB blocks cannot have the same VPN.

Page 67: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

59

�<#� "�<��#%;){��<;X�����/�<��F���.�')*��<0�{�.9')����;"������ "#%{I��*�Ò¬Ò���;)')4���#~.K8�?�@H�<��#%B( �#~����*����J�� "���<��&(')&(')4��J&( `�e�� "��M�<;)��&(��MN.9E�3�3�;) "��¯�8�?�@H3�E�&�2�')&(0|�L.9'XF�*�')=�����*�&(;){�.9�:��;);)��#¨��*�ÒPBN��.1&(�$#�Ò���&(�L������ "#%{�6

Figure 5-3: TLB blocks for different TLB architectures

¶ �¾��#1&É'(�¤;(MÉ.�Eo3�3�;¦ ���¯�8®?®@àÒ®'(B�B���#1.�BÉ#9  � &�0��P3���.U'(��.U&É#1Eo�$&ÉEo#7�P �B��:�� ����¾;(��&É��M�.UEo3�3�;( ��$¯�8®?®@+͸"� �U&i'X �*P´�6-»�5D'X*À&i0�#%� �}2¬��{ .�6�¼�'�#7.�&i¥<&i0���8¾?¾@Ï3�;� ���¯A.�&N �#%��.ª �*�;�{A�¬.�'�*�F ;��}����ÈÊ��*<Ò ¶ &N&i#GBN'�� ;�Ò¾¥<��..10� "2�*|')*�¼�')F�E<#��1��M(¹�¥���*�ÒP&(0��JÒ���&(�e� ¶ ²å').D�� "���<��#%��3�;)�J'X*�.1')O��G&( �&(0���&�')*|�L.9')*�F�;)��M(����F���MN.9')O��J8�?�@K6¸¤���� "*�Ò�¥�.1E<�<�< �#~&(')*�FP��E<;)&('X�<;)�`3�;) "��¯�.J2�')&(0:')Ò��$*�&('X����;<÷���@�È�./#�� Á E<')#��$.J&(0��`4 ��;)')Ò�3�')&(.J&( ¬3��`�<��#%&o "B&(0��ª&(��F|��*�Ò!&(0���#��ª').�*� |3�;) "��¯�MN4���;)')ÒA3�')&%6�8�0�')#�Ò�¥".1E<�<�< �#~&�BN "#DE<*���;)'XF�*���Ò!�������<')*�F�.�#�� Á E�')#���.��`.1E<3�M3�;) "��¯���&(&(#%')3�E<&(�J3�')&�+-¸¤@�576

Figure 5-4: Structure of a partial-subblock TLB

§ �A��;¦���!��*<&�'¦*<FÀ�P���¤#9&�'¦��;¦M�.UE¾3 3�;�  �$¯¿8o?o@ü#9� Á E¾'¦#%��.`&�2¬ ��$0���*�F���.�&� ��P.�'¦*<F�;¦�¬���¤F���MÉ.�'¦O��¬8o?o@+ͼ�'XF�E�#���»�Mi¹�576¤¼�'X#7.1&N¥<��0�{�.�'X�U��;o��Ò�Ò¾#~� .1.ªF�� *�� #%��&N'X �*�#~� Á E�'X#~� .L�|�:E�;X&N'X��;X� �¤ �#J&N :.�E����� �#%&�E�*���;X'XF�*�� Ò�������<')*�F�.1¥ Ò�').9��E�.1.9��Ò¬')*}¸¤����&(') "*�� 6λ�6¡»�69¸¤���� "*�Ò�¥ .1')��');)��#®&¦ `�G�� "����;)��&(�$MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@�¥�&(0���Ò��$�� "Ò���Ò3�;) ���¯� �B¦BN.1��&¨B¦')��;XÒÀ "B�&(0��I4�')#%&(E���;���Ò�Ò�#~�$.1.e.1��;X�$�U&(.e&(0��I�����<#~ "��#~'X��&(�I.1E�3�3�;) "�U¯�4���;)')Ò�3�')&(¥�3�E�&¨��.eÒ�').1M

VPBN PPN0 ATTR0PPN1 ATTR1

PPN3 ATTR3

V1

V3

V2

V0

PPN2 ATTR2

BV

VPN PPN ATTRVSingle-page-size (4KB)

Complete-subblock

Tag Data

VPN VSuperpage TLB MASK

VPBN PPN ATTRPartial-subblock

V3V2V1V0 SB

PPN ATTR SZ

(subblock factor 4)

(subblock factor 4)

64 1

64 2 14KB/16KB

36 9

136 9

62 1

1 36 9

62 4 36 9 1

�R�¨�J��©7�UP � �}ÕÉÕª�1Ù Ö

N«OUP

�R|¨K�Ö¦Ù���Öo�¬Kl� ­ªÖ(Ö¬|

�U�RP � ��ÕÉÕª��Ù Ö

©®­

�h­

©¯�oKlI¬L Öo�oKl�

N«ORP��°�o�±�

P«Io²³�}ÕÉÕª²

P«Io²³�}ÕÉÕ´Uµ�P«IoKl�±¶��}ÕÉÕª��Ù Ö��·�¬�%LJØ<Ù��±K"Ø�Ù�|

� ��U�U�U�RI¬Kl�±¶f�°�o�m�

N«OUP¸�°�o�±� P¹I¬²£��ÕÉÕª²

�UP

Page 68: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

60

��E<.1.1��ÒP'X*|¸¤����&(') "*�� 6λ�6 º�¥�&(0��e�� "���<;)��&(��MN.9E�3�3�;) "��¯}8�?�@P.1 ";)E�&(') "*¬ "B<E<.1')*�F}�ª3�;) "��¯�MN4���;)')Ò�3�')&<Ò� "��.D*� �&2� "#%¯¾6�¼�')F�E<#�����MN´L.90� �2}.D&(0��J3���.1')��.9&(#~E<��&(E�#��G "B��L�<��#%&(')��;)MN.9E�3�3�;) "��¯�8�?�@K6

º �����V�D%»�"�� *����j¼,X�X�)W��"�"�½¸������)������ ���!�E�!������)���� �7��.�"�#�/</1���%*$243%5�6����;)��E�;)��&(')*�F�&(0��G�<0�{�.1')����;���Ò�Ò�#���.1.KBN#� "�ù&(0��J.1��;)����&(�$ÒP�:���<�<')*�F�').D&(#~')4 ')��;�')*|.9'X*�F�;)��MN�<��F���MN.9')O��J "#

�� "����;)�$&(��MN.1E<3�3�;) "��¯|8�?�@�.9æÚ&¦0��e����F��L "B¦B(.1��&�BN#� "�«&(0��L4�')#%&(E<��; ��Ò�Ò�#��$.1.����<�<��*�Ò�.C&( �&(0��L�<��È!6 § *H.1E<M�<��#%�<��F���8�?�@�.1¥ �}�:E<;)&('X�<;)���� "#/.9��;X�$��&N.G3�')&(.eBN#� "�Ñ��')&(0��$#/&(0��I���<ÈÓ "#�&(0���4 ')#~&NE<��;���Ò�Ò�#���.1.e3���.1��ÒÀ "*&(0��I�<��F��I.9'XO��� �B¨&(0���.1��;)����&(��ÒÀ�:���<��')*�F¾6 § *A�<��#~&('X��;)MN.1E<3�3�;) ���¯�8�?�@�.1¥��<0�{�.9'X����;���Ò�Ò�#���.1.GF��$*���#~��&('X "*Ò����<��*�Ò�.K "*|2�0��$&(0��$#�&¦0��J.1��;)�$��&(��ÒP�������<')*�F�').K����F��J3�;) "��¯���;)'XF�*���ÒK6

¼� "#��<��F��G3�;) ���¯���;)')F�*���Ò:�����<�<')*�F�.ª+¡¸¤@0��»15N¥¤3� "&(0¬&(0��e3�;) "��¯} "B�BN.1��&<��*�Ò��<��F��e "B�BN.1��&<=<��;)Ò�.C "B�&(0��4�')#%&(E<��;���Ò�Ò�#���.1.J���<�<��*�Ò¿&( P&(0����<0�{�.1')����;��<��F���3�;) "��¯�*�E<�:3"��#`+-�<��@�È�5¨B(#� "�å&(0��������<�<')*�FP&( H��#� "MÒ�E�����&(0����<0�{�.9')����;¤��Ò�Ò�#��$.1.�6 § B ��;);¤�������<')*�F�.���#����<��F���3�;) "��¯`��;)')F�*���Ò�¥ �J�<��#~&(')��;)M(.1E�3�3";X "��¯`8�?�@|3�;) "��¯*�����ÒP.9&( "#��J �*�;){�&(0��J���<@�È ��*�ÒP*���F�;)����&�&(0��G;) "2�MN "#�Ò��$#�3�')&(.K "B�&(0��J�<��ÈA6

Þ¬  2¬��4���#i¥��P���¤#9&i'¦��;¦M�.�E¾3 3 ;¦ ��$¯�8o?o@ü3 ;¦ ��$¯��AE¾.�&D.U&i  #7�|&�0<�|�$ ��A�¾;���&��|�¾�¾Èå&i ���;¦;�  2åB�  #LE¾*<M��;X')F�*���Ò������<��')*�F�.}+-¸¤@%��â�576 § *A��*AE�*���;)'XF�*���ÒÀ�:�����<'X*�F:&(0��I3�;) "�U¯� �BNBN.1��&¨B(')��;XÒ�.e �B�&(0��I4 ')#%&(E���;���*�Ò�<0�{�.9')����; �<��F��L*�E<��3���#%.C��#��e*� "&<� Á E���;)¥¤��­ �®­ £¤÷/�<È��Iâ��¾��BNâª��*�Ò:�<��È��Iâ��¾b�³ »C2�')&(0H.1E<3�3�;) "��¯�B(����&( "#»1Ç 6±�ª.1')*�FI&(0��J3�;) "��¯I "B¦BN.1�$&�=���;)ÒHBN#� "� &(0��/4�'X#~&(E<��;���Ò�Ò�#���.9.K2�'););"F���*���#~��&(�J��*�')*��� "#%#��$��&����<ÈÃ+-â��¾b�³�â�5N¥')*�.1&(����ÒA&(0��>8�?�@�.1&( "#��$./&(0��>�� ����<;)��&(�>���<ÈA6¿�>*���;)'XF�*���ÒA�:���<�<')*�F�./ "����E<#C')Bo "�<��#%��&(')*�FH.9{�.9&(����./Ò� *� "&�+- "#¨����*�*� "&(5<��;);) "����&(�J��;)')F�*���ÒP�<0�{�.1')����;��<��F��$.�6

¶ *���')4��L.1 ";)E<&(') �*H#�� Á E<')#��$.�&(0��L "�<��#%��&(')*�F�.1{�.1&(���ÓF�E<��#%��*�&(���L&(0���&��<0�{�.1')����; ������ �#~{���;X;) "����&(') "*��;)2���{�./#��$.1E�;)&¾')*��<��F��ª3�;) ���¯H��;)')F�*���Ò������<�<')*�F�. 6�8�0��>8�?�@�&(0���*�E<.1��.�&(0��>&(#%')4�')��;���0�{�.1')����;���Ò�Ò�#��$.1.F���*���#%��&(') "*�&(����0�*�' Á E��JÒ���.1��#%')3���ÒP��3� "4��JBN "#¨��;)')F�*���ÒH�<��F���.9¥�&(0���#��G').K*� I.9E�3�3�;) "��¯���&(&(#~')3�E�&(�J3�')&(¥���*�Ò "*�;){}&(0��G���<@�È ').D.1&( "#���Ò�')*|&(0��G8�?�@P3�;) "��¯o6�8�0�').C.9 ";XE<&(') "*�¥�0� �2}��4���#(¥�').D')���<#%����&(')����;É6 § &<&(E<#%*�.D�<0�{�.9M')����;������� "#%{H')*�&( H�I.1��&(M(��.1.1 "��')��&(')4 �`������0��` "B®�<��F��$.J��*�Ò�0���.G�I0�')F�0��$#��<��F��`BN��E<;)&o#%��&(�`&(0���*!')*:&(0��Ò�� BN��E�;X&�BNE�;X;X{�Mi��.1.� ���'X��&N'X4 ���: �Ò���&N0���&��U��*�0���4 ��E�*���;X'XF�*���Ò,�:������'X*�F�.�6�ßÚ0�'X;X�� ���� #%��&N'X*�F!.�{�.1&N� �:.����{���#�����&(���<��F���3�;) "��¯`��;)')F�*���Ò|�:���<�<')*�F�.¨')*}&¦0����� "�:�� "*�����.1��¥�')&�'X.¨')*��$B¦=<��')��*�&�&( >F�E<��#%��*�&(�����<��F��3�;) ��U¯:��;X'XF�*�� Ò��:������'X*�F�.�6�¼�E�#%&N0�� #N¥�.1 ��:�H�>È § � ¶ � § .e��;X;X �2«E�.1� #%.L&N ���.�&(��3�;X').�0�E�*���;X')F�*�� Ò��:����M�<')*�F�.K&(0���&�&(0��J*���'X4��J.1 ";)E�&(') "*|Ò� "��.K*� "&�.1E<�<�� "#~&%6

¶ *� �&(0���#�.� ";)E�&('X "*�E<.1� .e&(0��I.1E�3�3�;) "�U¯���&(&(#%')3�E<&N�I3�')&J+-¸¤@�5�&N P�� �*�&N#7 ";¾�}��E�;X&(')��;)���� �#%6�8�0��I��E�;)&N')M��;X���� �#J.1��;X���U&N.e&N0���3�;) ��U¯: �B¦BN.1� &�3�'X&(.LBN#� ��Ì� ')&N0���#/&N0��I����ÈÓ#�����Ò�Bi#� ��Ì&(0���8�?�@�3�;X ���¯! "#JBN#� ��Ì&N0��3�;) "��¯¬ "B¦BN.9��&¾=<��;)ÒA "Bo&(0��ª4�')#%&(E<��;���Ò�Ò�#���.1.`+-¼�')F�E<#�����MN´�576$8�0�').�#�� Á E<'X#���.�&(0��>8�?�@!3�;) ���¯|&( |.1&( "#��ª��B(E�;);���<È�æà�>.1����;); �� �.9&� "B¾;) "F

2+¡�~5¾����&(#%�`� ¶ ²Ð3�')&(.�6 ¶ ;).9 �¥�&(0��ª��E<;)&(')��;)�$�� "#D��Ò�Ò�.�&( �8�?�@!�������$.1.�&('X���L')*

BNE�;);X{�MN��.1.� "��'X��&N')4 �I8�?�@�.�6 § *�.1��&NMN��.�.1 "�U')��&(')4 �I'X�:�<;X����� *�&N��&('X "*�.e2�0���#7�I&(0��IÒ���&N�}� ¶ ² ������� .1.e').L*� �& "*|&(0��J��#%')&(')����;��<��&(0�¥�&(0��G��E<;X&(')�<;)���� "#¨����{�*� "&���B¦BN�$��&�8�?�@P�������$.1.K&(')�:��6

º ���8�z�#�/</1����*�2�.�r������ X!/<� ��";�E�!������)���� �7��.�"�#�/</1���%*$243%5�6¶ ����#7&i'X��;XMi.�E�3 3�;X ��U¯A8¾?¾@,3 ;X ��U¯A0<��.ª�!E�;X&i'X��;X��.�E�3 3�;� ���¯�Mi4���;�'�Ò,3 'X&i.ª��*<ÒÏ&N0���������#~ ���#7'X��&N�} �*��

��E�.9&¨3���.9��;)����&(��Ò¿&( PÒ���&(��#~��'X*�����8�?�@À0�')&(æÀG�E<.1&®��.G')*A���� "�:�<;)��&(�$MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@K6��� "����;)��&(�$MN.1E<3�M3�;) "��¯�8�?�@�.��� "E�;)Ò¬E�.9�/�G3�;) "��¯I4���;)')ÒH3�')& ')*}&(0��/&(��F���*�ÒH.9&( "#���.1E�3�3�;) "��¯�4���;)'XÒ¬3�')&(.�')*}&(0��/Ò���&(�G� ¶ ² 6¶ ����#~&(')��;XM(.1E<3�3�;) ���¯H8�?�@�����*�*� "&¾E�.1�>&(0��`3�;) "��¯�MN4���;)')Ò�3�')&o&(����0�*�' Á E<�`��./')&oÒ� "��.J*� "&o��;);) "2ù��E<;)&(')��;)�8�?�@P3�;) "��¯�.K2�')&(0|')Ò��$*�&('X����;"&(��F�.K&( I#���.1')Ò��G')*�&(0��G8�?�@�+ ¶ �<�<��*�Ò�')�ª@�5%6

¶ .GÒ�').1��E<.1.1��ÒÀ')* ¶ ���<��*�Ò�'X�>@À&(0���#�����#��I&(2� P2���{�.G&( �')���<;X�$�:��*�&¨.1E<3�3�;) ���¯�MN4���;X')ÒÀ3�')&(.e')*A����#~M&(')��;XMN.9E�3�3�;) "��¯:8�?�@�.�6�8�0��I8�?�@À.1')�:E<;)��&(') "*A#���.1E<;)&N.GÒ� P*� "&¨Ò�'XB�BN��#�3���&(2�����*A&(0��I&(2� P.1E<3�3�;) "��¯�4 ��;)')Ò3�')&�')���<;)������*�&(��&(') "*�.9¥�3"E�&�Ò�')B¦B(��#¨')*|��#����e��*�ÒH��������.1.K&(')�:�J��0���#%����&(�$#%').1&(')��.�6

Page 69: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

61

8�0���B('X#%.�&���;X&N��#%*���&N'X4 ��'X*��U;XE�Ò�� .L.1E�3�3�;X ���¯!4 ��;X'XÒ�3�'X&N.L'X*�&N0���&N��F:�:� �: �#%{!��*�Ò,� ��&N� *�Ò�.L&(0���&N��F�� "������#��>;) "F�')��æà&(0��>� ¶ ²Ð��#%#~��{|'X*PBNE<;X;){�MN��.9.1 "��')��&¦'X4��ª8�?�@�./ "#D&(0��ª&(��F|�� ����<��#%��&( "#D')*�.1�$&(MN��.1.1 "��')��M&(')4���8�?�@�.1æà&( >�� "���<��#���.1E�3�3�;) "��¯�MN4���;)')Ò|3�')&(.�2�')&(0�&(0���Ò����� �Ò���Ò|3�;) "��¯` "B¦B(.1��&�=<��;)Ò| "B &(0���4�')#%&(E<��;¤��Ò�MÒ�#���.�.�6�8�0��I.����� �*�Ò���;X&(� #%*���&N')4 ��E�.1� .e��.�������#%��&N��4���;X'XÒ�3�'X&�� ¶ ² &N0���&�'X.L#~����Ò�'X*�����#%��;X;X��;¾2|')&N0�&N��F�� "������#~').1 "*¨6�8�0��L.1�$;X�$��&(��Ò!4���;)')Ò!3�')&��� "��3�'X*��$.�2�')&(0P&(0��L&(��F|����&(��0H.1')F�*���; ��.��<��#%&� "B�&(0��L2} �#�Ò�;)')*�� "#o�:E<;)&(')�<;X�$�� "#®Ò�#~'X4���#~.�6 § *}.1��&(M(��.9.1 "��')��&(')4 ��8�?�@�.1¥ &(0��/.1E<3�3�;) "��¯�4���;X')Ò¬3�')&(.�����*}3���.1&( "#���Ò¬')*}&(0��/Ò���&(���#%#~��{�')&(.1��;)B76

§ *�&(0�')./&(0��$.1').1¥"&(0��>��#�������*�ÒA��������.1.�&(')���>�� "Ò��$;X.���.1.1E<���>&(0��ª4 ��;)')ÒA3�')&¾&(��F¬�� "���<��#%��&( "#D')�:�<;)��M�!� *�&N��&N'X �*�6¤8¾0��}4���;�'XÒÏ3�'�&�� ¶ ² 'X�!��;X� �!� *�&N��&N'X �*¿'�.ªBi��.�&N��#J��*�ÒÏ ����UE���'X��.ª�|.��!��;X;�� #G��#~� �¿+Í��.ª� ��M�®;(�"'N*���Ò·'N* ¶ �®�o�¤*�Ò¨'N�¬@¨5U6�8¨0�'N.����"¯<��.}�¿{Ï#1��.�E®;N&É.}�®��.$.�'N��'N.�&�'(�¬B� �#��®��#�&�'(�";NM�.�E®3�3<;( �� ¯Ï8¨?®@¨.�6Þ� "2��$4 �$#(¥ § .1&('););<.10� "2 &(0���&o�<��#%&(')��;)MN.9E�3�3�;) "��¯¬8�?�@�./��#��>BN��.1&(��#C��*�Ò��� "#��>�$B¦BN����&(')4��>&(0���*: "&(0���#C8�?�@��#���0�')&(����&(E<#���.D��*�ÒP�eBN��.1&(��#¨')���<;X�$�:�$*�&¦��&(') "*| "*�;){�����¯���.K&(0��$�ù�� �#��J��&(&(#~����&(')4���6

¼�')F�E<#��$.n��M�����*�Ò!��MNÇ}.10� "2ÃBNE�;);){�MN��.1.9 "��'X��&(')4�����*�Ò¿.1��&(MN��.1.9 "��')��&(')4���')�:�<;)������*�&(��&(') "*�.e "B¨�<��#%&(')��;)M.UE¾3�3�;¦  �$¯À8®[email protected]#7��.U�¾���$&�'¦4���;¦{"6�8®0���{ÀÒo'¦BiBÉ��#ªBÉ#%  �ý&�0��H�$  �A�¾;(��&���MÉ.UE¾3�3�;¦  �$¯À'¦�A�o;¦���A��*�&��¤&�'¦  *�.I'¦*¶ �<����*�Ò�')�>@À')*�&(2� P2���{�.�6�¼�')#%.1&(¥�&(0���{:Ò� P*� "&¨#�� Á E�')#��I�� ";XE<�:*A��E�;)&N')�<;X���� "#%.e��.e&(0��IÒ���&(�}.1&( �#���.e�.1')*�F�;)�`�:���<�<')*�Fo6�¸¤���� "*�Ò�¥�����E<;)&(')��;)���� �#C.1��;)����&(.J&(0��`�<0�{�.1')����;<3�;X "��¯H "B¦BN.1�$&®3"'X&(./3���.1��Ò¿ "*:&(0��`.1E<3�M3�;) "��¯���&(&(#%')3�E<&(�J3�')&�#�����ÒP "E�&� �B�&(0��J� ¶ ²·6

Figure 5-5: Fully-associative Partial-subblock TLB

DATA OUTPUT

OUTPUT

WORDLINES

BITLINES

VPBN TAG

. . .

. . .

. . .

. . .

SENSE AMPS

WORDLINEDRIVERS

DECODEDBLOCKOFFSET

VALID BIT CAM

TLB HIT

Virt. Block Offset

DRIVERS

SBTAG BIT CAM

DATA RAM

Page 70: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

62

Figure 5-6: Set-associative Partial-Subblock TLB

º ���ÁCÂÃ��X�� Ä,��X!6��E��"�Å-��X������²� �Ò�')B¦')��ÒÀ3�'X&(.G�:��#%¯�Ò�')#%&({��<��F���.e&(0���&¨&(0��I "�<��#%��&(')*�F�.1{�.1&(���Ñ0���.e&( PE��<Ò���&(��'X*A3�����¯�')*�F�.1&( "#1�"6

8�0��/8�?�@¬�:').9.K0���*�Ò�;)��#®.1��&(.��� "Ò�'X=<��ÒH3�')&(.�')*}&(0��/�<��F��/&(��3";X�/ "*f}�K�ØRM?�R�NÖ�M�Õ�L?�RINÖ¦. 6 ¶ �� "Ò�')=���Ò¬3�'X& '). "*��I "B�&N0��I��&(&(#%')3�E<&N�I3�')&N.e��*�Ò�¥�')*��}����#%&('X��;)MN.�E<3�3�;) ���¯�8�?�@�¥��U0���*�F�'X*�F:&(0����� �Ò�'XBi')��Ò�3�'X&¨BN "#/��3���.1�����F�����B(BN� �U&(.L&N0����U ��:����&N')3�'X;X'X&N{: �B�&N0����:������'X*�F�.L.10���#7')*�F!��8¾?�@�3�;X ��U¯o6�8�0�� #~����#~����&�;X� ��.�&�&N0�#~���2���{�.D&¦ I0���*�Ò�;)�J�: "Ò�')=���ÒP3"'X&�E��<Ò���&(�?gC')*��L�<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@K6

¼�'X#%.9&N¥ ���<��#%&(')��;)MN.1E�3�3�;) "�U¯�8�?�@�3�;) "�U¯��� "E�;)Ò�.1&( "#É�I.1E�3�3�;) ���¯�MN�: "Ò�')B�')��Ò�3�')&(.eBN "#/�����U0A3���.1�I�<��F����*�Ò:�����<�<')*�F�.C����*¬�� "*�&(')*�E��G&( �.10���#��e�ª8�?�@�3�;) "��¯}��4���*¬��BN&(��#�&(0��e8�?�@��:').1.D0���*�Ò�;)��#�E��<Ò���&(��.C "*�� "Bo&(0��>�� "Ò�')=<��Ò�3�')&(. 6 § *�.1 "�:�ª.1{�.1&(����.1¥�&(0��>2}#%')&(��MN�<��#~��').1.1') "*�3�')&o�$�:E<;)��&(��./&(0��>�� "Ò�'X=<��ÒA3�')&¾��*�Ò�<#� "4�')Ò�')*�F�.9E�3�3�;) "��¯�MN�� "Ò�')=<��Ò:3�')&(.C����*H#���Ò�E<���L&(0��e*�E���3���#� "B�8�?�@:��').1.1��.C3�{�����¯�')*�F}3� �&¦0H#�����Ò�M "*�;){���*�ÒÀ#�����Ò�M(2�#%')&(���:���<�<')*�F�.G�� "���<��&(')3�;)��&( P.10���#��I�}.9')*�F�;)������#~&(')��;XM(.1E<3�3�;) ���¯P8�?�@À3�;) ���¯o6�8�0�').1¥0� "2���4���#¦¥�')*���#�����.1��.K&(0��G��0�')�H��#����L��*�ÒP����{�#�� Á E<'X#��J2�')Ò���#¨�<��F��G&(��3�;)�J��*�&(#%')�$.�6

¸¤���� "*�Ò�¥��L�<��#~&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@P3�;) "��¯��� "E�;)ÒP.1&( "#��G�e.1')*�F�;)�J�� "Ò�')=��$ÒP3�')&�')*|&(0��G��&(&(#~')3�E�&(�$.1æà��.&(0��I8�?�@À3�;) ���¯�B( "#%����&¨')*A¼�')F�E<#~����M7»e��.1.1E<����.1æà2�')&(0A��;)�$��*!��*�ÒÀÒ�')#%&({�3"��.9�I�<��F���.eE<.1')*�F�.1�$����#~��&(�����#%&('X��;)Mi.1E�3�3�;X ���¯:8�?�@,3�;X ���¯�.�6�8�0�').L0���.L&N0�����Ò�4���*�&(��F���&(0���&� "*�;X{:��.1'X*�F�;X���: "Ò�'XB¦'X� Ò�3�'X&�*�����Ò,3��.1&( "#���ÒÀ')*A&(0���8�?�@À3�E<&¨0���.G&(0���Ò�').1��Ò�4���*�&(��F���&(0���&¨&(0���*�E���3���#� "B¨8�?�@À��').1.9��.G'X*���#�����.1��.G��.G�� �#��8�?�@�3�;) ���¯�.J��#��`*����$Ò��$Ò¿&( H.9&( "#��`&(0��`.1�����`�:���<�<')*�F�. 6 Þ� "2���4���#¦¥�8�?�@�.1')�:E<;)��&(') "*�.J.90� �2ù&(0���&o&(0��')*���#��$��.9�G')*|&(0��J*�E���3���#¨ "B�8�?�@P��').1.1��.K').K*���F�;X')F�')3�;)�?x�6

8�0�'X#�Ò�¥�������#%&('X��;)Mi.1E�3�3�;X ���¯:8�?�@,3�;X ���¯:.�&( �#�� .L��.1'X*�F�;X��¢���ïUî7ñUóNð`ï���Ô ø%Ô��%��¢�ÔÉ��&N0���&�'X.e.���&�'XB�&N0��I��#� �M5. The modified bit is special because it is an attribute that is updated by the TLB miss handler. Other attributes are setby the operating system but not updated by the TLB miss handler. The referenced bit is also updated by the TLB misshandler but can be emulated using the valid bits.6. My simulations run with sufficient memory and run to completion without paging. There will a greater differencein TLB performance when short of memory.

DE

CO

DE

R

MUX DRIVERSCOMPARATORS

WORDLINES

BITLINESVPBN SET INDEX

VP

BN

TA

G

. . .

. . .

. . .

+D

EC

OD

ED

BLO

CK

OF

FS

ET

OUTPUT. . .

SENSE AMPS Virt. Block Offset

DRIVERS

SB

DATA RAM

(TAG+VALID) RAM

Page 71: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

63

F�#%���Ê2�#~')&(��./&¦ |��*�{¬3"��.9�>�<��F��>�����<���$ÒA3�{¬&(0��>8�?�@A3�;) "��¯�¥�Ôi­ ��­ £�����#%¯�.������ 3���.1�>�<��F���.�.10���#%')*�F¬&(0��8�?�@|3�;) "��¯���.¨Ò�')#~&({�698�0�').¨0���.¨&(0���Ò�').9��Ò�4���*�&(��F��� �B��J�� "��#~.1��#¾F�#%��*�E�;)��#~'X&¦{�&(0���*��J3���.1���<��F���.1')O�����*�Ò�� "E�;)Ò¿#��$.1E�;)&®')*!��*A')*���#��$��.1��')*A&(0���*�E<��3���#� "B¨Ò�')#%&({P����F���.G2�#~')&(&(��*!&( P3�����¯�')*�F�.9&( "#���6�8�0�����Ò�4���*�M&(��F��ª').�&(0���&�.1 "�:�L��#� �F�#~���:.��$��0�')3�')&¾.9�<��&(')��;�;) "����;)')&({¬')*P2�#%')&(�$.1æà�<��F���.���;) �.9�ª&( ���#��$����*�&(;){¬2�#~')&(&(��*����F�����#%��;�'�¯�� ;¦{�&N A3 �|2¬#7'�&i&i��*�.� � �*<æ·��*<Òä.���&i&i'�*<F�&i0<�|�! �Ò¾'�BN'���Òä3 '�&K  *À&i0<�|BN'�#7.�&D�! �Ò¾M�3 '�&DB���E�;�&��4� �')Ò�.K;)��&(��#¨�: "Ò�MN3�')&�BN��E�;)&(.KBN "#¨ "&(0���#¨����F���.K')*|&(0��J�<��F��J3�;) "��¯o6

8�0���.9')�:E<;)��&(') �*�.G')*!&(0�').G��0�����&(�$#���.1.1E<����&(0���3�;) ���¯�M(�: "Ò�')=���Ò¿3�')&® ��<&(') "*¨6 § B¨&(0���#�����#���E�*�E<.1��Ò3�'X&N.L'X*¿&(0��}��8¾��Bi �#7�:��&N¥�.1E�3�3�;X ��U¯!�: �Ò�'XB('X� Ò,3�'X&N.L�!��{:3�����#�� Bi��#7#�� ÒD6�Þ| �2�� 4 � #(¥�BiE�#7&N0���#J.�&NE�Ò�{!'X.*<� � Ò¾� ÒÏ&N !� 4 ��;XE���&N�}&i0���&N#7��Ò¾� �BNBK3 � &N2|��� *¿&i0���Ò�� ��#~����.���'X*À�: �Ò¾Mi3�'�&�Bi��E�;�&N.>��*<Ò,&i0���'X*<�U#%� ��.��}'�*3�����¯�')*�F�.1&( "#�� § @�©±2�0���*|E<.1')*�F�&(0��J3�;) ���¯�MN�� "Ò�')=���ÒP3�')&%6

¶ *|ò"MN3�;) "��¯}�<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯}8�?�@P.1')F�*�'X=<����*�&(;){}')*���#�����.1�$.D&(0��G8�?�@P#�������0| �B<��*|ò"MN3�;) "��¯}.1')*�F�;)��M�<��F��$MN.1')O��J8�?�@P3�E<&� "*�;X{I "����E��<')��.K�e.1;)')F�0�&¦;X{I;)��#�F���#¨��#��$�L��*�ÒP0���.K�� "���<��#%��3�;)�J��������.1.K&(')����6��<��#%&(')��;)M.1E<3�3�;) "��¯}8�?�@�.9¥¤.1')��');)��#�&( �.9E��<��#~����F��e8�?�@�.1¥�Ò����<��*�Ò� �*¬ "�<��#~��&('X*�F}.1{�.1&¦���Ã.1E��<�< "#%&<&( ��$���<;X "')&<&(0��')*���#��$��.9��Ò¬8�?�@¬#�������0}��*�Ò¬����0�')��4��/F� " "Ò¬8�?�@¬�<��#%B( �#~����*�����6 ¶ �<��#%&(')��;)MN.9E�3�3�;) "��¯�8�?�@|��Ò�Ò�.�&¦ `�G.1')*�MF�;)��MN�<��F���MN.1')O��/8�?�@¬3�;X "��¯���E<;)&('X�<;)��4 ��;)')Ò¬3�')&(.G+-�¾3�')&(.15N¥ ��*}����&(#~�G��&(&(#%')3�E<&(�/3�')&®+¡¸¤@�5���*�Ò¬�G��E�;)&(')�<;)���� "#BN "#¨�<0�{�.9')����;"��Ò�Ò�#��$.1.KF��$*��$#%��&(') "*|3�E<&�.1&( "#���.K;X "F

2+-��5�BN��2��$#�÷���Èz3�')&(. 6

����#~&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯}8�?�@�.D.1')F�*�')=�����*�&(;){�#���Ò�E<���G&(0��G*�E���3���#¨ �B�8�?�@���').1.9��.D&(0�#� "E<F�0|��B�BN����&(')4��GE<.1� "B��G;)��#�F���#®8�?�@H#�������0¨61ß�')&(0��<#� "�<��#®��;)����������*�&  �B��<0�{�.9')����;"�<��F���.�3�{I¼� "��&(#� "&(¥�8¤��3�;)����M7»K.10� "2�.�&(0��*� "#%����;)')O���ÒÀ��������E�&(') "*A&(')����.1�<����Ò�E��<.G2�0���*!E�.1')*�F��<��#~&(')��;)M(.1E�3�3";X "��¯P8�?�@�.G#���;)��&(')4��I&( HE�.9'X*�FP.1')*�MF�;)��MN�<��F���MN.1')O��J8�?�@�.D2�')&(0�&(0��J.1�����J*�E���3���#¨ "B�8�?�@P3�;) "��¯�.K��*�ÒP��.1.1 "��')��&(')4�')&({�6

@� �&N0¿BNE�;X;X{�Mi��.1.� ��U'X��&N'X4 ����*�Ò,.1� &NMi��.1.� ��U'X��&N'X4 ������#7&N'X��;XMN.�E�3�3�;X ��U¯!8�?�@�.ª.10� �2Ê��.���� ��Ò¾E���BN �#J�!{2� "#%¯�;) ���Ò�.e��*�Ò�;)��#�F���#�.1E<3�3�;) "��¯�BN����&( �#~.e#���.1E�;)&¨')*A3���&(&(��#����$#%BN "#%����*�����6�Þ� "2���4���#¦¥�.9��&(MN��.1.1 "��'X��&(')4��8�?�@�.�2�')&(0�.1E<3�3�;) "��¯IBN����&( "#%.�F�#��$��&(��#®&(0���*}&(0��J.9��&(MN��.1.1 "��')��&(')4�')&({I.1 "����&(')����.�.10� "2z�e.9;) �2}Ò� "2�*!+-8���M3�;)� § ��M%»1�/')* ¶ �<���$*�Ò�')� § 5�Ò�E<�L&( ���*H')*���#��$��.9�L')*¬�� "*ÇÆ�')��&<��').1.1��. 6�ßà0���*¬�<��F��$.�2�')&(0�')*¬�>�<��F��e3�;) "��¯0���4 �I')*��� ��:�<��&(')3�;)�������<��')*�F�.e&(0���&�����*�*� "&�.10���#É���}.1'X*�F�;X�I�<��#%&('X��;XMN.1E�3�3�;) ���¯:8�?�@�3�;X ���¯�¥�&(0��I3���.1��<��F��$.K��;);"�:���¬&( �&(0��J.1�����J8�?�@H.1�$&�'X*��e�<��#%&(')��;)MN.9E�3�3�;) "��¯I8�?�@K6 ¶ .9.1 "��')��&(')4 ')&({I0���;)�<.K������ "���: "Ò���&(�&(0��G��E�;)&(')�<;)�G�������<')*�F�.D')*|&(0��J.1�����G.1��&�3�E<&�')B<&(0��G.1E<3�3�;) ���¯�BN����&( "#¨'X.KF�#��$��&(��#�&(0���*|&(0��G��.1.1 "��')��&(')4�')M&({�¥�')&�����*|����E<.1�J��*|�������$.1.1')4��G*�E<��3���#¨ "B<�� "*pÆ�')��&���').1.9��.�6

8¤��3�;X�1��MNº�.10� �2�.e&(0��I�U0�'X�¿��#~���}��*�Ò�������� .1.e&(')�:�I "4 ��#�0�����Ò�BN "#/��Ò�Ò�')*�F�����#%&('X��;XMN.1E<3�3�;) ���¯�.1E���M�� �#%&�&( :.1'X*�F�;X� MN����F�� MN.�'XO���8�?�@�.�6�8�0����U0�'X�À��#%� �� �4 � #~0�����Ò,'X.L.1�:��;X;¾Bi �#J&(0���;X��#%F���'X*��U#�� ��.1��'X*¿8�?�@#~�����U0�6�¼�E�#%&N0�� #N¥���Ò�Ò¾'X*�F!����#7&N'X��;XMi.1E�3�3�;X ��U¯�'X*�F!Ò¾ �� .L*� �&���BNBN� �U&�&N0������U�U� .�.L&N'X�!��6 ¶ .ª�:� *�&N'X �*�� Ò,'X*¸¤� ��&N') �*���6¡»�6 º�¥�&N0���&('X�:')*�F:�: "Ò���;¾��.1.1E��:��.L���� ���3�')*���Ò��U "�:����#%��&N "#/Bi "#J&(0��I÷/��ÈÓ��*�Ò�4���;X')Ò�3�')&N.�6�>.9'X*�F}&(0��e4���;)')Ò�3�')&<� ¶ ²Ì���<�<#� "����0¿+ ¶ ���<��*�Ò�')�>@�5�����*¬#���Ò�E����G&(0��e��0�')�P��#����ª��*�Ò���������.1.D&('X���GBNE�#~M&(0���#~6

Table 5-1: Execution time speedup with partial-subblock TLBs relative to single-page-size (4KB)TLBs with same number of blocks

TLB Type #blockssubblock factor

2 4 8 16

fully-associative64 1.04 1.09 1.16 1.17

128 1.05 1.10 1.11 1.15

4-way set-associative 256 1.05 1.08 1.10 1.12

Page 72: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

64

8�?�@A��').1./0���*�Ò�;X')*�F¬BN "#D���<��#~&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯H8�?�@�').��: "#��>�� "���<;)'X����&(�$Ò�&(0���*�B( �#D��.1')*�F�;)��MN�<��F��$M.1')O��I "#/�� �����;)��&N��MN.1E�3�3�;X "��¯:8�?�@D6 § &¨'X.e')�:�< �#%&(��*�&¨&(0���&¨8�?�@À�:').1.e0���*�Ò�;X')*�F:Ò� "��.e*� "&¨'X*���#7����.1�I&N0��8�?�@���').1.C�<��*���;)&({}��*�Ò� "B¦BN.1�$&<F���'X*�.DBN#� ��Ã#���Ò�E���&(') "*�.C')*¬&(0��G*�E���3���#� "B�8�?�@���').1.1�$.�6 § =�#%.9&<Ò�'X.9��E�.9.�ª*���')4��e2���{�&( �0���*�Ò�;)�G8�?�@���').1.1��.D&(0���&<#�� Á E�')#��$.C0���#�Ò�2���#��e.9E��<�< "#%&<B( "#�.9E�3�3�;) "��¯}��').1.D��0�����¯�')*�Fo6§ &(0��$*:.10� "2 0� "2ù�~��¢�¢���ï�î%ñe�����~�Íï�����Ô�ò��ÇÈ�¥"'X*�&(#� "Ò�E<����Ò�')*�¸¤����&(') "*|´ 6 º 6 ºIBN "#C�� "���<;)��&(��MN.9E�3�3�;) "��¯¬8�?�@�.9¥')����#� "4 �$./8�?�@A�<��#~BN "#%����*����ª2�0�'X;)�ª#�� Á E<'X#~')*�F¬.1')����;)�$#C0���#�Ò�2���#���6 § *���0����<&(��#/�1¥ § .10� "2½0� "2½�� "*�M4���*�&(') "*���;��<��F��ª&(��3�;)��.�����*P3��ª����&(�$*�Ò���Ò!&( �.1E<�<�� "#~&��<#���;) "��Ò�')*�F|2�')&(0� "E�&�'X*���#�����.1')*�F|&(0��ª8�?�@!��').1.�<��*���;)&({�6

º �Á���É,��� r%�t3%5�6Ê��� "�"CD�����X���� �=¶ *���')4 �I2���{:&( �0���*�Ò�;)�I����#%&(')��;)MN.1E�3�3�;) "�U¯�8�?�@À�:').1.1��.eE�.1��.e��.1')*�F�;X��MN�<��F���MN.1'XO��I����F��I&(��3�;)�I&(

.1&( "#��I�:���<��')*�F�.e��*�Ò��~��¢�¢$�ÍïUî7ñªð>ÔÍ�%��îEF��~î7ñ�Ô�ò �!&( PÒ���&(��#%��')*��I')B�&(0��I*���2Ó�:���<��')*�F:����*�.90���#��I��*�{� "B&(0���4 ��;)')ÒÀ8�?�@À3�;) "��¯�.G3���BN "#���;) "��Ò�')*�F�&(0��������<�<')*�F�')*�&( P&(0���8�?�@D6�8�0�'X.G�� "#%#���.1�< "*�Ò�.G&( P&(0���.1�����&(0�#��$�L.1&(���<.C'X*H�>.9')*�F�;)��M(����F���M(.1')O��L.1{�.1&(���Ó��.CÒ���.9��#%')3���Ò:')*H¸¤����&(') "*A»�6 � 6 ¹ 6U8�0��L*���')4��L8�?�@:��').1.�0���*�MÒ�;)��#¨').D��.KBN ";);) �2}.�Q

^ISUT�T�VXW�Y`Z�[�VXW�\�]U^ISUT�T�V�W�Y�_�aCb�cLdq m�SU\�]Ur�s�t<]Uk7p�j�j q m�v%w�_X^ISUT�T�VXW�Y�dVTSo_�S�SUV q d q m�SU\�]Ur<s�t�_X^ISUT�T�VXW�Y�u�j q m�v%w�V�d gihKj q m�v7w�V�V�kKr�s�t:n�lUT q SUv7lU^IlUW�x�y�VXv7xXVX^zhNg8¾0��}��#~ ��U� .�.ª �BK;X ��U��&i'X*�FA&N0<�}�:������'X*<F!Bi �#J&i0��}Bi��E�;�&N'X*<F!��Ò�Ò¾#�� .�.ª'�.ª&N0���.����!�}��.ª'X*À�|.�'�*�F ;X� M

����F���Mi.�'XO���.�{�.�&N���Ï6¤8¾0��}����F �}&N��3�;X�}.�&i#~E��U&NE�#~� ¥<����F���&N��3�;��}&N#7��4�� #7.���;®0���#�Ò¾2|��#~�}��*�Ò�@" �#G.� �Bi&N2|��#��*�����Ò�*� "&���0���*�F��G��*�Ò�E<.1�G&(0��e.9���:�G�<��F��G.1')O��G��*�ÒP��;)F� "#%')&(0���.1¥�')*���;)E�Ò�')*�F}#��$BN��#���*�����@��� "Ò�'X=<��Ò�3�')&E<��Ò���&(��.�6

¶ .1E<3�3�;) "��¯�8�?�@À����*!'X*���E<#���')&(0���#��}3";X "��¯P�:').1.G "#��}.9E�3�3�;) "��¯���').1. 6 § *!�}�� "���<;X�$&(��MN.1E<3�3�;) "��¯8�?�@�¥�&N0��I4 'X#%&NE���;¾��Ò�Ò�#~��.�.e �B�&(0���*���2«�:������'X*�F:��*�Ò�&N0���8�?�@�&N��F�.L��#%��.1E�B(B¦'X��'X��*�&�&( :Ò�� &(� #%�:')*����.1E�3�3�;) "�U¯���'X.1.}+¡¸¤���U&(') "*|´ 6 º 6¡»1576 § *A���<��#%&('X��;)MN.1E�3�3�;) ���¯�8�?�@�¥�&(0��IÒ���&(�}B�')��;)Ò� "B�&(0��I8�?�@�3�;) ���¯�.e��;X.1 *�����Ò�.�&( >3����� "���<��#���Ò|2�')&(0�&(0���*���2 �������<')*�F`&( `Ò���&(��#~��')*���'XB�&(0���*���2 �����<�<')*�F�#���.9E�;)&(.�')*��J.1E<3�M3�;) "��¯���').1. 6�¼�E�#~&(0��$#(¥���E<;)&(')��;)�J8�?�@H3�;) "��¯�.K�:��{I0���4 �J&(0��J.9�����J&(��FI��*�ÒH��#��J����*�Ò�')Ò���&(��.�BN "#¨.1&( "#%')*�F&(0��J*���2z�����<�<')*�F�.K'XB�&(0��JÒ���&(�L=<��;)Ò�.K�:��&(��0¨6 ¶ ���<��*�Ò�')�wË·�����<;) "#���.KÒ�')B¦BN��#���*�&���;X&(�$#%*���&(')4���.KBN "#¨.1E<3�M3�;) "��¯��:').9.���0�����¯�')*�F�'X*}�G�<��#~&('X��;)M(.1E�3�3";X "��¯�8�?�@K69©`*��/.1 ";)E<&(') �*�¥ =�#~.1&(MN&(��F�MN0�')& 0���#�Ò�2}��#���¥ #���.9E�;)&(.�')*}�.1')���<;)�J0���#�Ò�2���#��J.9 ";XE<&(') "*¨6 § Ò� �*� "&�Ò�').1��E<.1.�&(0�'X.�').1.9E��/BNE<#%&(0���#®��. § ')*�&(#� "Ò�E<���/')*�&(0��/*��$��&�.9����&(') "*��8�?�@P�:').1.D0���*�Ò�;)')*�F�&(����0�*�' Á E<��¥��<#��$;X "��Ò�')*�F�¥�&(0���&���;)')��')*���&(�$.D&(0��e*��$��Ò�BN "#�.9E�3�3�;) "��¯��:').9.D��0��$��¯�')*�F��*�ÒP��;).1 IÒ���;)')4���#%.K3���&(&(��#¨8�?�@H���$#%BN "#~�:��*�����6

?� "��Ò�')*�F|�`*���2á�:���<�<')*�F|')*�&( ��`�<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯|8�?�@! "*P�`.1E<3�3�;) "��¯|��').1.� "*�;){|#�� Á E�')#���.�.9��&(M&(')*�F� "*��J4 ��;)')ÒP3�')&�')*|&(0��J8�?�@H3�;) ���¯�¥�2�0�');)�J&(0��J#���.1&� "B�&(0��J&(��FI��*�ÒHÒ���&(�e=���;)Ò�.KÒ� �*� "&���0���*�F���6�8�0�').

7. Robert Yung, Sun Microsystems Laboratories, first suggested preloading in partial-subblock TLBs to me.

Table 5-2: Chip Area and Access Time for partial-subblock TLBs r elative to single-page-size TLBswith same number of blocks

TLBFully-associative (subblock factor) 4-way set-associative (subblock factor)

2 4 8 16 2 4 8 16

Relative Chip Area 1.01 1.02 1.05 1.12 1.01 1.02 1.05 1.11

Relative Access Time 1.00 0.99 1.00 1.01 1.00 1.00 1.00 1.03

Page 73: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

65

����*H3��e')����;)������*�&(�$Ò:3�{���')&(0���#�#��$��Ò�')*�F� "E<&�&(0��L4���;)')Ò:3�')&(.1¥¤.1�$&(&(')*�F}&(0��e3�')&���*�Ò:2}#%')&(')*�F�&(0����Ó3�����¯ "#¨3"{I��#� "4 ')Ò�')*�FI�� "*�&¦#� ";"&( �2�#~')&(�J')*�Ò�')4�')Ò�E���;"3�')&(.�')*�&(0��J4���;)'XÒH3�')&�� ¶ ²å "#®� ¶ ²·6�©>*��e3�;) "��¯I��').1.1¥8�?�@P#����<;)����������*�&� "����E<#%.K��*�ÒH&(0��J*���2z�����<�<')*�F� "4���#%2�#~')&(��.K&(0��G4�')��&(')�ù8�?�@P3�;) "��¯¾6

º �Á�8!3�576·�B� "�";D%����X����E�=!#�"�� �=���)W������%X�� �=��#�� ;X ���Ò¾'X*�F!'X*�4  �;�4 � .L��#~� Bi� &(�U0<'X*�F!'X*�&N :&N0���8¾?�@,��;X;o&N0��}�:������'X*�F�.L2|'X&N0�'�*��|����F���3�;X ��U¯!&N0���&

2�'X;X;¾ ����UE���{:&(0���.1���:�I8�?�@�3�;X "�U¯:��.L&(0��I�:������')*�F:Bi "#J&(0���BN��E�;X&('X*�F!4 ')#%&NE���;¾��Ò�Ò�#~��.�.�6���#���;X ���Ò�'X*�F0���.K&(2} ���Ò�4���*�&(��F���.� �4���#®*���')4��J8�?�@H��').1.�0���*�Ò�;)')*�F�æà#���Ò�E<����.�&(0��J*�E<��3���#® "B�8�?�@¬�:').1.9��.�.1')F�*�')=<M����*�&(;){}��*�Ò�Ò� "��.C*� "&�#�� Á E�')#��e��*�{}0���#�Ò�2���#��e.9E��<�< "#%&�BN "#�.1E<3�3�;) ���¯��:').9.C��0��$��¯�')*�F¾6���#���;) "��Ò�')*�F}����*')*���#��$��.9�e8�?�@���').1.D���$*���;)&({�¥�3�E�&���0����<&(��#/�CÒ���.1��#~')3���.D0� "2 ����F��e&(��3�;)�$.C����*¬.1E<�<�� "#~&<�<#���;) "��Ò�'X*�F}')*�<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@�.K2�')&(0� �E<&�')*���#�����.1')*�F�&(0��G8�?�@P�:').9.D�<��*���;)&({�6

��#���;) "��Ò�')*�FI�����<;) "')&(.K.1�<��&('X��;";) "����;)')&({�3�{I�<#���BN�$&(��0�')*�FI�������<')*�F�.K&( I3"��.9�J�<��F���.K2}'X&¦0�')*�&(0��J.1������<��F��J3�;) "��¯}��.K&(0��GBN��E<;)&('X*�F�4�')#%&(E<��;���Ò�Ò�#���.1.�6 § B<&(0��G�<#� "F�#~���ù#���BN��#���*�����.K&(0��G*���')F�0�3" �#~')*�F}�<��F���.D3��$MBN "#��L&(0��ª8�?�@!3�;) "��¯|').�#����<;)������Ò�¥�')&�2�'););�0�')&�')*P&(0��L8�?�@D6�¸¤')*����ª.9E�3�3�;) "��¯|8�?�@�.1¥�3� "&(0P�� "�:�<;)��&(�$M¾��*�Ò�<��#%&(')��;)MN¥�E�.1�>BN��2���#C&(��F�.J��*�Ò¿Ò����<��*�Ò� "*!.9�<��&(')��;<;) "����;)')&({P&( ¬��������*�Ò�8�?�@�#��$����0�¥�')&o').J "*�;){P*���&(E<#%��;&N0���&���#�� ;X ���Ò�'X*�FA0�� ;X��.ª#�� Ò�E��U��&i0���*<E��!3���#G �BK8�?¾@,�:'�.1.�� .�6 ¶ ����#%&N'X��;XMi.�E�3�3�;X ��U¯!8�?¾@,��#�� Bi��&N��0�� . "*�;){}&(0��J�:���<�<')*�F�.K&(0���&���#��J��#� "���$#%;){��<;X�����$Ò�2}'X&(0|#���.1�<����&�&( I&(0��J�����<�<')*�F� �B�&(0��GBN��E<;)&(')*�F}4�')#%&¦E���;��Ò�Ò�#�� .1.�6�8�0�'X.eF�E���#%��*�&(��� .e&N0���&¨��.1'X*�F�;X��8�?�@�3�;) ��U¯:').L#�����;X���U��Ò���.e��;);¾&N0����<#~ "����#%;X{:��;)����� Ò�������M�<')*�F�.K.10���#��J�L.9'X*�F�;)�J8�?�@P3�;) "��¯o6

8���3�;X����MN¹`.10� "2�.�&(0��L*� �#~����;X')O���Ò!�����$��E�&(') "*P&(')���ª.1�<����Ò�E<�!Ò�E<�ª&( ��<#~�$;) ���Ò�')*�F|#���;)��&(')4��ª&( �����#~M&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯|8�?�@�.C2�')&(0� �E<&��<#���;) "��Ò�')*�Fo6U��#��$;) ���Ò�')*�F|').C4 �$#%{���B¦BN�$��&(')4 �e��&�#���Ò�E���')*�F�&(0��L*�E<�:3��$#K "B8�?�@��:').1.1��.eBN �#/&(0��I.1�:��;X;)��#/8�?�@�.�6�8�0��I;X��#�F���#�8�?�@�.e')*��UE<#/BN��2�� #�8�?�@À�:').1.���.eÒ�E��I&( ��<#���;X "��Ò�'X*�F+ ¶ ���<��*�Ò�')�wv(5�3�E�&<Ò� �*� "&<.1�$�e��*�{}��������E�&(') "*¬&('X���e.9���$��Ò�E<�P��.D&(0��e3"��.9�e�<��#~&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@�2���.��3�;)�G&¦ I�����¬�: ".1&� "B<&(0��J2� "#%¯�')*�F�.1�$&%6

§ ��.1.1E<���/&(0���& &(0��/8�?�@¬�:').9.��<��*���;X&¦{I2�')&(0}�<#���;) "��Ò�')*�F�')*}����#~&(')��;)M(.1E�3"3�;) ���¯�8�?�@�.�').�&(0���.1���:����.')*:�I.1')*�F�;)��MN�<��F���MN.1')O��>8�?�@D6�8�0��>î7�~Ô��-ÔÍî7����ðªÔ��~�D����ò����i�dcI')*:8¤��3�;)����MN¹I.10� "2�./&(0��`3�#��$��¯�M(��4���*:�< "'X*�&¾BN "#&(0��/8�?�@¬�:').9.����$*���;)&({�2�0���#��/&(0��/#���Ò�E<��&(') "*�')*}&(0��/*�E���3���#® "B�8�?�@H��').1.1��.�').� "B�BN.1�$&�3"{I&(0��/')*���#��$��.1�')*P8�?�@:�:').9.��<��*���;)&({�6�8�0���#���BN "#��$¥�BN "#K��#���;) "��Ò�')*�F|&( }3��LE�.1�$BNE�;)¥�&(0��L8�?�@!��').1.��<��*���;)&({|��E�.1&�3��L;)��.1.&(0���*,+-��#%')&(')����;���').1.��<��*���;)&({f�D "#~')F�')*���;�8�?�@A��'X.9./�<��*���;)&({�576 ¶ .�&(0��ª��#%')&(')����;���').1.��<��*���;)&({¬').�.1����;);Xæ;)��.1.�&(0���*�»�6 ´`BN "#D.1E<3�3�;) "��¯¬BN����&( "#Dº` "#D´`BN "#D.1E<3�3�;) "��¯¬BN����&( "#L»1Ç�æà&(0��ª8�?�@A��').1.�0���*�Ò�;X�$#D��E�.1&�')��M�<;)������*�&��<#��$;) ���Ò�')*�F���B¦=<��')��*�&(;){�¥�2}0�')��0 § Ò�'X.9��E�.9.D*�����&%6

º �Á�Á!3�576·�B� "�";D%����X�����)?&(��)«�7)¿�������X�� �A=��E�!������)����E����.�"$#%/0/1����*�243�576¶ *���'X4 ��8�?�@,�:').�.L0���*�Ò�;X��#J��#���;X ���Ò�.L3�{!BN� &(�U0�'X*�F!��;);o&(0���3���.�������F����:������'X*�F�.LBi "#J&N0����<��F��

Table 5-3: Effect of preloading in partial-subblock TLBs

TLB Type #blocks

subblock factor 2 subblock factor 4 subblock factor 8 subblock factor 16

Speedupcriticalmiss

penaltySpeedup

criticalmiss

penaltySpeedup

criticalmiss

penaltySpeedup

criticalmiss

penalty

Fully-asso-ciative

64 1.05 1.33 1.06 1.65 1.02 1.41 1.04 2.05

128 1.02 1.25 1.01 1.20 1.02 1.36 1.02 2.79

256 1.01 1.16 1.01 1.38 1.01 2.00 1.00 3.76

4-way Set-Associative

256 1.01 1.08 1.01 1.21 1.01 1.38 1.00 1.19

512 1.00 1.09 1.01 1.17 1.00 1.81 1.00 1.06

Page 74: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

66

3�;X "�U¯� �B�&N0��IBi��E�;)&N')*�F:4�'X#%&(E���;¾��Ò�Ò�#~��.1.1¥��U0����U¯�'X*�F:'XB���*�{:��#~�I�<#~ "����#%;){:��;)������Ò�2�'X&(0�#���.1�����U&¨&( �&(0��BN��E<;)&(')*�FI�:���<�<')*�F�¥��� "*�.1&(#�E���&(.K�L�<��#%&(')��;)MN.9E�3�3�;) "��¯�8�?�@H3�;X "��¯I��*�ÒP;) "��Ò�.D')&�')*�&¦ I&(0��G8�?�@KQ

RASUT�T�VXW�Y?Ìa�S q VX\|Z-YUf gNhDj�VXx�y�lUv7xXm�noh(gb�rRQ�Z�[�V�W�\�]U^ISUT�T�VXW�Y�_Xa�b�cLdXfRASUT�T�VXW�Y?Ì\�SUx�SJZ�b�rUQ�Ì\�SUxXSUfRASUT�T�VXW�Y?Ìa�S q VX\$^Xt q m�v7w-ÍnS�Sik7lUxX_Xa�b�cLdT_�Z-[UfVTSo_�RASUT�T�VXW�YjÌÏÎ�t:Z�S q VXY�W�lU\�_XRASUT�T�VXW�Y�u�a�b�cedXd

S�m�n®V�Z-YJxXm`_XkEZT[UdXu�l]ÐUv%lUT�x�t q m�v7w-ÍnS�S�k7lUxX_Xa�b�cedVTSo_�v%m�^IT�SUxXVXj q lU_X[�VXW�\�]U^ISUT�T�VXW�Y�_XVÇ`�a�b�t<cLdXu�RASUT�T�V�W�Y�d�d

RASUT�T�VXW�Y?Ìa�S q VX\$^XVT_�ZJ[Ufq m�SU\�]Ur�s�t<_�RASUT�T�VXW�Y�u�j q m�v7w�VXd¬Ñ8�0��>8�?�@��:').9.J0���*�Ò�;)��#C����*:3��`.1')���<;)')=���Ò�.1;)')F�0�&(;){P')Bo&(0��`0���#�Ò�2���#��`.1E<�<�� "#~&(.J&(2� ¬4���#%')��&(')��./ "B

&N0<�fI�K'L�ØM¾N0OAP0M¾�]���I�K'�]¶� ���� #7��&N'� �*<æ·�$�Í�~ïUò��¿��*<ÒÒiJ�%��ñ¤6¤8o0���.�&N#~ �*<FA4 ��#7.�'� �*À;� ���Ò¾.ª�¬3 ��.�������F ��!������'�*�FA'�*�&i :&i0��}8¾?¾@¾¥<B('�#7.�&��U0<� ��¯�'�*�FA&N !.�� ��'XBK'�&�����*À3��}��;����U��Ò,'�*À��*<{!����#7&i'X��;XMi.�E�3 3�;� ��U¯A8¾?¾@3�;X "��¯�¥�&(0�� *ABN "#~��'X*�F:�}#�����;)����������*�&¨'XB�')&¨'X.e*� �&¨�}.1E�3�3�;X "�U¯��:').1.�6�8�0��I2|����¯:4���#%.1'X "*A;X "��Ò�.e��3���.1��<��F��J�����<��')*�F� "*�;){�')B�'X&�').D�� "���<��&(')3�;)�G2�')&(0�&(0��G.1�<����')=<��ÒP�<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@P3�;) "��¯¾6

RASUT�T�VXW�Y>Z�[�VXW�\�]U^ISUT�T�V�W�Y�_�aCb�cedXfj q m�v%w�V�Z q m�SU\�]Ur<s�t<]Uk7p�j�j q m�v%w�_�RASUT�T�VXW�Y�u�k%x�n�m�W�Y�dVTSo_�S q VXY�W�lU\�_XRASUT�T�VXW�Y�u�a�b�cedXd

S�m�n®V�Z-YJxXm`_XkEZT[UdXu�l]ÐUv%lUT�x�t q m�v7w-ÍnS�S�k7lUxX_Xa�b�cedq m�SU\�]Ur�s�t<]Uk7p�j�j q m�v%w�_X[�V�W�\�]U^ISUT�T�VXW�Y�_XVÇ`�aCb�t<cLdXuj q m�v%w�V�ujÓelUSUw�d

8�0��e*���')4��L8�?�@!��').1.C0���*�Ò�;)��#~.���#��e&(��#%#~')3�;){|')*���B�=���')��*�&���*�Ò:2�');); ����.1');){����������$Ò!&(0��e��#%')&(')����; ��').1.�<��*���;)&({�.90� "2�*�')*�8¤��3�;)����MN¹ 6�8�0���#��/��#��J&(2� �')*���B¦=���')�$*���')�$.K')*|&(0��J��3� "4��J�� "Ò���6�¼�')#%.9&(¥�')&�').K�� "*�.1&(#~E<��&(M')*�F��}�<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@À3�;) "��¯�')*A&(0���8�?�@À�:').9.e0���*�Ò�;)�$#/2�0��$*A')&¨2� "E<;XÒÀ3"�I�� "#�����B¦=<��')��*�&¨&( 0<�¤4��|&i0<�|  ����#9��&i'¦*<F�.�{�.�&i��� �¾#%����  *<.�&i#7E¾��&D���¤#7&�'���;¦Mi.�E¾3 3 ;¦ ���¯��¾8o�¾.�æ ��.`'�&DÒo ���.`B� �#L.�E��¾��#9����F���.+-¸¤�$��&(') �*�¹ 6 ¹�576�¸¤���� "*�Ò�¥�'X&�').DB(��&(��0�')*�F���E�;)&(')�<;)�G�����<�<'X*�F�.KBN#� "� &(0��J�<��F��J&(��3�;)��6

Figure 5-7: Storing partial-subblock PTEs in a linear page table

¶ .�')�:��;X��.� �;XE�&N'X �*�Bi �#/��#�� ;X ���Ò¾')*�F!'X*�&N0���8�?�@,�:'X.�.L0���*�Ò�;X� #J'X.L&N ��: �Ò�'XBi{:&N0�������F���&N��3�;X��&N .�&i �#~������#7&i'X��;�Mi.�E�3 3�;� ���¯A��8¾�¾.>�� ��!��E�&N��ÒÏ3 {A&i0<�� �����#7��&i'X*<F�.�{ .�&i���Ð �*À����F ��Bi��E�;�&N.> �#e2|0<��*À��&NM&(#%')3�E<&(��.���0���*�F���6$¼�')F�E�#��1��M%�/'););)E<.1&(#%��&(�$.�0� �2½�`;)')*�����#D�<��F��ª&(��3�;)�ª����*P.1&( "#��L����#~&(')��;�.9E�3�3�;) "��¯|��8���. 6��0�����&¦��#/�DÒ�'X.9��E�.9.1��.K��Ò����<&(��&(') "*�.D&( � �&(0��$#��<��F��G&(��3�;)�$.�6�8�0��J8�?�@P��'X.9.D0���*�Ò�;)��#¨').D��.KBN ";);) "2�.�Q

RASUT�T�VXW�Y>Z�[�VXW�\�]U^ISUT�T�V�W�Y�_�aCb�cedq m�SU\�]Ur�s�t<_�RASUT�T�VXW�Y�u�j q m�v7w�VXd

8. When preloading mappings, it is important to ensure that the TLB does not end up with multiple identical mappings.Blindly preloading on every TLB miss can result in such duplicates if some pages were mapped after a previous pre-load. AppendixD explores solutions.

✔ ���¦� � �¤ ­LÖ(Ö¬|

✔ ���¢�¤� �¤ ­LÖ(Ö¬|

✔ ���¦� � �  ­LÖ(Ö¬|

✔✕✕✔ ���¦� � �  ­LÖ(Ö¬|

✕✔✕✕ ���¢�¤� �¤ ­LÖ(Ö¬|

✕✕✕✕

✔✕✕✔ ���¦� � �  ­LÖ(Ö¬| ¦

¢¤

� L��¬��Ù � Ù ×RI¬�o�±L Ö¦Ù Øf�UN¹ÔU�

¦  ¦

Page 75: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

67

8�0�')./8�?�@A��'X.9./0���*�Ò�;)��#C')./.1')��');)��#C&( ¬&(0���&¾')*:��.1')*�F�;)��MN�<��F���MN.1')O��>8�?�@A.1{�.1&(���,6 § Bo�I�<��#~&('X��;)M(.1E�3�M3�;) "��¯`��8��|=�&(.¨'X*�&(0���.9������*�E<��3���#o "B 2� "#�Ò�.���.¨�G3���.9������F����<8���¥ &(0���8�?�@|��').1.��<��*���;)&({�B( �#¾�J����#~M&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯|8�?�@:2�')&(0P�<#��$;X "��Ò�')*�F|2�'););�3��L.9�����L��.�&(0��ª "#~')F�')*���; 8�?�@!��').1.��<��*���;X&¦{¤6�8�0�E�.9¥���;); &(0��F���'X*�.LBi#~ ��é��#~��;X ���Ò¾'X*�F:&N#7��*�.1;X��&N��Ò¾'X#~� �U&N;X{:'X*�&N :#~� Ò�E��U&N'X �*¿'X*�&N'X�:�}.1��� *�&�'X*�8¾?�@,�:'X.1.ª0���*�Ò�;X'X*�Fo6¼�E�#~&(0���#(¥�')*}.1 "���J�<��F��J&(��3�;)�$.1¥�&(0��JE<.1�/ "B��<��#~&(')��;)M(.1E�3�3";X "��¯��:���<�<')*�F�.�#��$Ò�E<����.�&(0��J.9')O��/ "B�&(0��J�<��F��&(��3�;X��.e��*�Ò��:��{:#~��.1E�;)&�')*��}BN��.1&(� #/�<��F���&(��3�;)��;) � "¯�E��À��*�ÒÀ������#%&('X��;XMN.1E�3�3�;) ���¯:8�?�@À�:').�.e�<� *���;)&N{����{�3��J���~�~�®&(0���*�&(0��G.1')*�F�;)��MN�<��F���MN.1')O��J8�?�@P��').1.K���$*���;)&({�+-��0����<&(�$#J�15%6

§ *|.1E<�:����#~{�¥�')B<&(0��G�<��F��G&(��3�;)��.K����*|3��G#��� "#�F���*�')O���ÒP&( I.1&( "#��J�<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯���8���.1¥�8�?�@P��').1.0���*�Ò�;)'X*�F:BN "#/�<��#%&(')��;)MN.1E�3�3�;X "�U¯�8�?�@�.e'X.e4���#%{:��BNB¦')��'X��*�&76 § *A&N0��I#~��.1&¨ �B�&(0�'X.e��0����<&N��#(¥ § ��.1.1E����I��#�� M;) "��Ò�')*�F�')*��<��#~&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@�.K��.K'X&�#��$.1E�;)&(.K')*���5�B(��2���#¨8�?�@H�:').9.1��.1¥�3�5�.1')���<;)��#¨0���#�Ò�2���#��$¥���*�Ò��5��< �&(�$*�&¦'X��;"BN "#¨.1����;X;)��#¨�<��F��G&(��3�;)�J.1')O���6

����#~&N')��;)MN.1E<3�3�;X "��¯�8�?�@�.9¥�;)')¯���.1E��<��#%�<��F��I8�?�@�.9¥�0���4 ���}�:E<��0A;X��#�F���#�8�?�@�#�������0A&(0���*A�}.1')*�F�;X�$M�<��F��$MN.1')O��>8�?�@A2�')&(0�&(0��>.1�����>*�E<�:3"��#C "Bo3�;) "��¯�.�6$Þ� "2���4���#¦¥�&(0���{¬#�� Á E<'X#��> "�<��#%��&(')*�F¬.1{�.1&(���Ê.1E<�<M�� �#7&�&N !E�.��}&N0��}8¾?¾@,#~�����U0À� B(Bi� �U&N'�4 � ;�{¤6¤8���3�;��7��Mi´¬.�0� �2|.ª*� �#%�!��;�'XO�� Ò,� ��� �UE�&N'X �*¿&N'��:�}.���� � Ò¾E���.2�0���*�E<.�')*�F�ò�MN3�;X "�U¯�����#~&N')��;)MN.�E<3�3�;X "�U¯�8�?�@�.e#�� ;)��&(')4 �I&N PE�.1'X*�F:��*Aò�MN3�;X "�U¯�.1'X*�F�;X��MN����F���MN.1'XO���8�?�@D68�0��/;)��BN& 0���;)B�.10� "2�.�&(0��/.1�<����Ò�E<�¬2�0���*�&(0��/ ��<��#~��&(')*�FI.1{�.1&(��� �<#� "�<��#%;){I�<;)������.Ê�<��F���.�')*���0�{�.1')����;�!� �: �#%{�6¤¼� �#G�:{A2| �#7¯ ;X ���Ò¾.�¥<&N0��}����#7&N'���;�Mi.�E�3 3�;X ��U¯A8�?¾@¾.ª#~� .�E�;X&i.ª'X*¿.�'XF *�'XBN'X�U��*�&�.���� � Ò¾E���.�6¤8¾0��#%')F�0�& 0���;XB  �B�8���3�;)����M(´e.90� �2}.�&(0���.1�<����Ò�E��|2�0���*}#~E<*�*�')*�F���')&(0���#® ";)ÒH.9 �B(&(2���#��/ "#®')*}�G.1����;X;�������M "#%{�.9{�.9&(���ù2�0���#��G��;)')F�*���ÒP������ "#%{���;);) "����&(') �*��:��{I*� "&�3��G�<#~����&(')����;É6

8�0��e3��$0���4�') "#� "B�BNE<;X;){�MN��.9.1 "��')��&('X4��e�<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@�.CÒ���F���*���#~��&(��.C&( }&(0���&< "B�.1')*�F�;)�$MN�<��F���M.1')O��L8�?�@�.�2�')&(0H&(0��L.1�����L*�E<��3���#K "B¾3";X "��¯�.�')*P&(0��ª��3�.9��*����ª "B� "�<��#%��&(')*�F|.1{�.1&(�$�«.1E<���< "#%&~6$8�0�').�').3����U��E�.���#%��*�Ò� ��é��0�{�.1'X�U��;¾�:� �: �#%{!��;X;X ��U��&N'X �*Ü+-&N0���Ò�� BN��E�;X&(5�#~��.�E�;X&N.L'X*��: �.�&(;X{!E�*���;X'XF�*���Ò,�:����M�<')*�F�.K��*�ÒP*� I�<#� "�<��#%;){I��;)������ÒP�����<�<')*�F�.KBN "#¨&(0��G�<��#~&('X��;)M(.1E�3�3�;) "��¯�8�?�@�. 6

¼� "#¨.1��&(M(��.9.1 "��')��&(')4 �J8�?�@�.1¥�&(0��J��3�.1�$*����J �B� "�<��#~��&('X*�FI.1{�.1&(��� .1E<���< "#%&�').KÒ�').1��.1&(#� "E<.�6�8�0��J�<��#%&(')��;.1E<3�3�;) "��¯P8�?�@�').J�: "#����� "���<;)')����&(��Ò¿&( ¬3�E�');)Ò�&(0���*:�I.1')*�F�;)�$MN�<��F���M(.1')O��`8�?�@¿3�E<&o#���.1E<;)&(.J')*!�I.1;) "2�MÒ� "2�*«>�8�0��J�<��#~BN "#%����*����JF���&(.�2� "#%.1�J��.�&(0��J.1E<3�3�;) ���¯�B(����&¦ �#®')*���#�����.1�$.�6�8�0�').K3���0���4�') �#®').K.1')��');)��#¨&( &(0���&o �B®�I.1��&(M(��.1.1 "��')��&(')4���.9E��<��#~�<��F��`8�?�@�E�.1')*�FH&(0��`.1E��<��#~�<��F��`')*�Ò����!+-¸¤����&(') "*|¹ 6 º 6 º�5¨��.J�I�<��#%&(')��;)M.1E�3�3�;X "��¯:8�?�@���;X.1 PE�.1��.e&(0��I.1���:�I')*�Ò�� �|3�')&N.�6�ßà0�'X;)�I��.1.1 "��'X��&('X4�'X&({Ï+-BN "E�#/')*�&(0�'X.e�������:�<;X��5�;)'X��'X&(..1 "���G;) �.9.1��.DBN "#�.1����;);�.9E�3�3�;) "��¯�BN����&( "#%.L+-E<�<&( �BN "E<#%5(¥�&(0��G�<��#~BN "#%����*����GÒ��$F�#~��Ò���&(') "*|'X.D.9&('X;);�.1')F�*�'X=<M����*�&%6

§ &�').�')�:�< "#%&(��*�&�&(0���&��G8�?�@¬�<#� "4�')Ò���#�����.1 "*���3�;)���<��#%B( "#%����*�����'X*�.1{�.1&(�$�:.¨&(0���&���')&(0���#¾#~E<*};)�$F�����{ "�<��#%��&(')*�F¬.1{�.1&(�$�:.� "#D0���4 �ª.1����;);����� "E�*�&(.� "Bo������ "#%{¬2}0��$#��ª&(0��ª "�<��#%��&(')*�F¬.1{�.1&(�$�Ê����{¬*� �&�3��.�E��U�U� .�.�BiE�;®��&���;X'XF *���Ò,��0�{ .�'X�U��;o�!� �: �#7{!��;X;X ��U��&i'X �*�6¤8¾0�E�.�¥<.�� &NMi��.�.� ��U'���&i'X4 ��'X�:��;X���:� *<&N��&N'� �*<.ª �B�<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@�.���#���*� �&���&(&(#~����&(')4 �$¥ ')B &(0���#���').�Ò� "E�3�&�')*�&(0�����4 ��');)��3�');)')&({� "B  "�<��#~��&(')*�F`.1{�.1&(���.1E<�<�� "#~&%6

Table 5-4: Execution time speedups for partial-subblock TLBs (with preloading) relative to similarsingle-page-size (4KB) TLBs

TLB Typewith OS support (subblock factor) without OS support (subblock factor)

2 4 8 16 2 4 8 16

64-block Fully-Associative 1.09 1.15 1.18 1.21 1.00 1.00 1.00 1.00

256-block 4-way Set-Assoc 1.06 1.09 1.11 1.12 1.01 1.02 0.87 0.80

Page 76: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

68

§ *A&(0�').G&(0���.9'X.9¥ § �<#~ "�� ".1�I&(0�#����I��;)&(��#%*���&(�I8�?�@À��#~��0�')&(����&(E�#���.1æà.1E<����#~����F���¥��� "���<;X��&(�$MN.1E�3�3�;) "��¯��*�Ò�����#%&N')��;XMN.�E�3�3�;X ��U¯:8�?�@�.�æà2|0�'X��0¿0���4 ����Ò�4 ��*�&N��F���.L��*�Ò�Ò�'X.1��Ò�4 ��*�&(��F�� .L��.LÒ�'X.1�UE�.�.1� Ò�'X*�¸����UM&(') "*�.D¹ 6 ´�¥�´ 6 ´�¥���*�Òt� 6 Ç 6 § *|&(0�').D.9����&(') "*�¥ § �� "*�.1')Ò���#¨��;X&(�$#%*���&(�GB(E�;);){�MN��.1.1 "��')��&(')4��G8�?�@�.K �B�&(0��GÒ�')B¦BN��#���*�&8�?�@P��#���0�')&(����&(E<#��$.D&(0���&� "����E<�<{}�� "���<��#%��3�;)�G��0�')�H��#��$��¥���.D��.1&(')����&(��ÒP3�{}&(0��G��#����L�� "Ò��$;�Ò���.1��#%')3���Ò'X*A¸����U&('X "*¬º 6 º�6�¸�����&N'X "*¬´ 6 ¹�'X*��U;)E�Ò���.L��.1')�:'X;)��#/Ò���.�')F�*�.1&NE<Ò�{:�U "*�.1'XÒ���#%'X*�F:.1'X*�F�;X��MN����F���MN.1'XO���¥��U "�:M�<;)��&(��MN.9E�3�3�;) "��¯�¥ ��*�Ò¬.1E<�<��#%�<��F���8�?�@�.�2�0���#�� § �� "*���;)E�Ò���Ò¬&(0���&�BN "#o�J=�����Ò|��0�')����#����G3�E<Ò�F��$&(¥ ')*}&(0����3�.1��*����� "B  "�<��#%��&(')*�F`.1{�.1&(�$�á.1E��<�< "#%&�B( "#o.1E<�<��#~����F���.1¥��J�� "���<;X�$&(��MN.1E<3�3�;) "��¯`8�?�@|').�&(0���3���.1&���;)&(��#~M*���&(')4 �"61¸¤����&(') "*|¹ 6 ´e��;).1 �')*���;)E<Ò��$.��e.1')��');)��#®Ò��$.1')F�*}.1&(E<Ò�{I�� "*�.1')Ò��$#%')*�FI.9��&(MN��.1.1 "��')��&(')4��/.1')*�F�;)�$MN�<��F���M.1')O��>��*�ÒABNE�;);){�MN��.1.9 ���')��&(')4��>.1E��<��#~�<��F��>8�?�@�.J2}0��$#�� § �� "*���;)E�Ò���Ò�&(0���&¾')*:&(0��`��3�.9��*����` "Bo "�<��#%��&(')*�F.1{�.1&(�$� .9E��<�< "#%&(¥��G.9��&(MN��.1.9 ���')��&(')4��/.1')*�F�;)��MN�<��F���MN.1')O��/8�?�@H').��G3��$&(&(��#®��0� "')����6 § *�3� "&(0}&(0� ".1�/.9����&(') "*�.1¥2|')&N0�&N0�����#���.���*��U�� �B� ���� #%��&('X*�F:.�{�.1&N���é.1E����� �#%&N¥�.�E�����#7����F���8�?¾@�.e#~� .1E�;X&�'X*�&N0��I3�� .1&�� ��� ��E�&N'X �*&(')����6

§ *¿&N0�'X.ª.1&NE�Ò�{ § ��F���'X*¿�U �*�.�'XÒ¾��#G&N0���.����:�}Bi �E�#J��#7� �|3�E�Ò¾F�� &N.L��.ª'X*¿¸����U&N'X �*P´�6 ¹�æÚ&N0��}��#~� �|#�� MÁ E�')#���Ò�&( �')�:�<;)� ����*�&¨BNE�;);){�MN��.1.� "��'X��&('X4��I.1'X*�F�;)��MN����F���MN.1')O��I8�?�@�.e "B�Ç�´�¥¨»1ºjb�¥�ºj��Ç}��*�Ò�� »�º}3�;X "��¯�.1æ��*�Ò!����;)��E<;X��&(�L&(0��L*�E���3���#K "B�8�?�@:3�;) ���¯�.� "B�&(0��L����#~&(')��;XM(.1E<3�3�;) ���¯�¥�.1E<�<��#%�<��F��L��*�Ò:�� "�:�<;)��&(�$MN.1E<3�M3�;) "��¯`8�?�@�.¨&(0���&�2�'););�=<&�')*�&(0���.1��������#��$�hÕ�678¤��3�;)����M��J.10� "2�.�&(0���*�E<��3���#o "B 8�?�@¬3�;) "��¯�.�BN "#¾&(0���Ò�'XB(MBN��#���*�&o8�?�@���#���0�')&(����&(E<#��$.J�� "*�.1')Ò��$#���Ò�')*:&(0�'X./.1&(E<Ò�{�6�È� "&(�`&(0���&o&(0��`.1E<�<��#%�<��F��`8�?�@�.1E<�<�� "#~&(.J "*�;){&(0��J3���.1�G�<��F��G.9')O��J��*�ÒP�L.9E��<��#~����F��J.1')O��G "B�¹�º�Æ/@P��*�ÒH*� "&���;X;"�< �.9.1')3�;)�G.9E��<��#~����F��J.1')O���.�6

§ &(0��$*P��.9&(')�:��&(�L&(0��L��������.9.�&('X���LBN "#K��;); &(0��L8�?�@!�� "*�=�F�E<#%��&(') "*�.�E�.1')*�F�&(0��ª�� "Ò���; Ò���.9��#%')3���Ò:')*¸¤����&(') "*|º 6 ¹ 6�8���3�;)����MNÇL'););)E�.1&¦#%��&(��.D&(0��G�������$.1.D&(')���G*� �#~����;X')O��$Ò�2�')&(0|#��$.1�<����&�&( I&(0��J.1')*�F�;)�G�<��F��G.1')O��8�?�@¬ �B��� "���<��#%��3�;)�/��#��$� 618�0��/�<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯I8�?�@�.���#��/B(��.1&(��#®&(0���*}&(0��J.9')*�F�;)��M(����F���M(.1')O��J��*�Ò¬.1E�M�<��#%�<��F��G8�?�@�.D��.C&¦0��$#��G��#��GBN�$2���#�&(��F�.D��*�Ò�&(0��G&(��F�.D��#��G.10� �#~&(��#~6�¼� �#¨;)��#�F��e��#����L3�E�Ò�F���&(.1¥�&(0��G�� "��M�<;)��&(��MN.9E�3�3�;) "��¯�8�?�@�.D��#��eB(��.1&(��#�Ò�E��G&( I&(0��eB(��2���#�&(��F�.�6�8�0��eÒ�')B�BN��#���*����e')*|��������.1.D&(')����¥�0� "2���4���#¦¥�')..1����;);<��*�Ò�.1')*����`&(0���{H �����E��<{P�� "���<��#%��3�;)�`��0�')�A��#�����¥�&(0��`')���<;)������*�&(��&(') "*!�� ".1&(./BN "#�&(0��`Ò�')B�BN��#���*�&8�?�@�./��#��>�� "���<��#%��3�;)��6�8�0���#��$BN "#���¥"8�?�@��<��#~BN "#%����*����>')./�� �#��>')���� "#~&(��*�&¾��#~')&(��#%')��BN "#C.9��;)����&(')*�FH3��$M&(2����$*|&(0���.1�J8�?�@�.�6

9. Since a TLB cannot have fractional number of blocks or fractional subblock factor, the TLB size has an area closestto the budget.

Table 5-5: Number of blocks in alternate fully-associative TLBs of equal area

Area(rbe)

Single-page-size

Superpage(32KB)

Partial-subblock Complete-subblock

2 4 8 16 2 4 8 16

7984 64 62 64 63 61 57 51 35 20 9

15298 128 123 127 126 122 114 102 72 44 23

29928 256 247 255 252 244 228 206 147 92 51

59186 512 494 509 504 489 456 413 297 188 107

Table 5-6: Access time for alternate fully-associative TLBs of equal area

Area(rbe)

Single-page-size

Superpage(32KB)

Partial-subblock Complete-subblock

2 4 8 16 2 4 8 16

7984 1.00 1.00 1.00 0.99 0.99 1.00 1.01 1.03 1.06 1.13

15298 1.00 1.00 1.00 0.99 0.99 1.00 1.00 1.01 1.04 1.10

29928 1.00 1.00 1.00 0.99 0.99 0.99 0.99 0.99 1.00 1.05

59186 1.00 0.99 1.00 0.99 0.98 0.97 0.96 0.92 0.90 0.93

Page 77: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

69

8¤��3�;X�1��M7�L.10� �2�.L&(0��I*� "#%�:��;)'XO���Ò����¤����E�&N') �*�&('X�:�I.1����� Ò�E��ÀBN �#/&N0���8�?�@�.e.10� �2�*�')*�8���3�;X�1��M��#��$;)��&(')4���&¦ H&(0��`#��$.1�<����&(')4���.1')*�F�;)��MN�<��F���MN.1')O��`8�?�@�æà��.1.9E���')*�FP*� H.1E<3�3�;) ���¯P�<#���;) "��Ò�')*�FP')*!&(0���8�?�@��').1.K0���*�Ò�;)��#~6�8¤��3�;)����M�bL.90� "2�.K&(0��J*� "#%����;)'XO��$ÒP��������E<&(') "*|&(')���G.9�<����Ò�E��¬��.9.1E���')*�F�.9E�3�3�;) "��¯��<#���M;) "��Ò�')*�F¾698�0����<��#%B( "#%����*����� "B �<��#%&(')��;)MN.9E�3�3�;) "��¯`8�?�@�.�').�3��$&(&(��#o&(0���*�&(0���&� "B &(0����� "�:�<;)��&(��M(.1E<3�3�;) ���¯8�?�@�.�6 8�0��`�<��#%&(')��;)MN.9E�3�3�;) "��¯H8�?�@�.J')*���E<#�BN��2��$#�8�?�@¿��').1.1��.J3��$����E�.1�`&(0���{H0���4��`�� "#��`8�?�@¿3�;) "��¯�.��*�ÒP�L;)��#�F���#¨8�?�@P#�������0|&(0���*|&(0��J�� "����;)�$&(��MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@�.�6

@¾ �&i0À.�E�����#7����F ����*<ÒÏ����#9&N'���;�M�.�E�3 3 ;� ���¯A8¾?o@¾.>.�0< �2ÿ.�E�3 .�&i��*<&i'���;¨.�������Ò¾E���.> �4���#G&i0<��.�'�*<F ;�� M����F�� MN.�'XO��}8�?�@�.�6�����#%&N'X��;XMN.�E�3�3�;X ��U¯!8�?�@�.L��#����: �#�����&N&N#%����&N'X4 ��2|'X&N0���#���;X ���Ò�'X*�Fo6�8�0�������#7&('X��;XMi.1E�3�M3�;) "��¯�8�?�@�.K2�')&(0|.1E<3�3�;) "��¯�BN����&( "#¨ "BUbe �#/»1ÇL0���4��J�L3���&(&(��#¨.9���$��Ò�E<�H&(0���*|.9E��<��#~����F��J8�?�@�.�6

8�0��G.1E<3�3�;) "��¯}B(����&¦ �#� "B<�L����#~&(')��;XM(.1E<3�3�;) ���¯}8�?�@�����*|3��G')*���#�����.1�$Ò�2�')&(0¬4���#~{};)')&(&(;)�G "4 �$#�0�����Ò�')*0���#�Ò�2|��#�����*�Ò,.1 �Bi&(2|��#���6�¸�E����� �#7&('X*�F!��;X��#�F�� #/.�E���� #%����F���.�'XO���0���.L;X'X&N&N;X�� �4 ��#�0�� ��Ò,'X*�0���#�Ò�2|��#��3�E�&¨0���.e �&(0���#/�� �.1&(.1æÚ')*��U#�����.1'X*�F:&(0��I.�E<����#%�<��F��I.1'XO��I#�� Ò�E�����.e&N0��I*�E��:3���#/ "B�.1� F��:��*�&(.e&N0���&¨����*E�.���.�E���� #%����F���.ª��*�Ò,'X*���#~����.�� .L&N0������: �E�*�&� �B�'X*�&N� #%*���;oBi#%��F��:� *�&N��&N'X �*¿��*�Ò��!���: �#7{!E�.���F���6 § *�M��#��$��.1')*�F|&(0��e.1E�3�3�;) "��¯�BN����&( "#�'X*H�>�<��#%&(')��;)MN.9E�3�3�;) "��¯�8�?�@:Ò� "��.C*� �&�0���4��L&(0���.9�L "4 �$#�0�����Ò�.�6�8�0�E�.9¥�')&').D�� �#��G;)'X¯���;){�&(0���&���*¬ "�<��#~��&(')*�F�.1{�.1&(���ù2�'););�.1E<�<�� "#~&<�L�<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯}8�?�@P2�')&(0¬.1E<3�3�;) "��¯}B(����M&( "#/»1ÇL&(0���*|�L.9E��<��#~����F��J8�?�@P2�')&(0|.9E��<��#~����F��J.1')O��G "B�Ç�´�Æ/@D6

§ B¨ "�<��#~��&(')*�F�.9{�.9&(���å.1E<�<�� "#~&®BN "#�.1E<�<��#~�<��F��� �#��<��#%&(')��;)M(.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@�.G').G*� �&®��4���');)��3�;)��¥�&(0���')#��� #%Bi �#7�:��*��U�}Ò¾� F � *�� #7��&i� .ª&N :&N0<��&� �BK�|BiE�;�;X{ Mi��.�.� ��U'X��&N'�4 �}.�'X*<F�;�� Mi����F�� M�.�'XO��}8¾?¾@,2|'�&N0>ø��EiG�7�G8¾?¾@3";� ���¯".�>�8<� 3";��¯� M(³G�1 "�P��� #��$.�&¦0 �/�����$�1E<&¦'� �*�&¦'��P�/.9�����$Ò<E<��.�B( �#o&¦0 ��.9� �P��8�?<@<.�� .9.9E��P'�* F�&¦0 �� ��<��#~� &¦M')* FP.1{�.9&¦���åÒ� ���.J*� "&oE<.1�`.1E<����#~�<��F"��.J "#�Ò� H�<#~ "�<�$#��<0�{�.9')����;��P���� �#%{P� ;);) �����&¦') "*®6��C "���<;)�$&¦��M(.1E<3"M3";� ���¯`8�?<@<.�� #~���G3��$&¦&¦��#o� ;�&¦�$#�* � &¦'�4��/� .�������;�� '�* �$Ò¬'�*�¸��$��&�'� "*�´�6 ¹

.§ *�.1E�������#%{�¥�B( "#C�I=<����ÒA��0�'X�!��#��$�I3�E<Ò�F��$&(¥��<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯H8�?�@�./2�')&(0��<#��$;X "��Ò�')*�FH "B¦BN�$#C&(0��

3���.9&®8�?�@¿�<��#~BN "#%����*�����6 8�0��`;)��#�F���.1&o.1E�3"3�;) ���¯HBN����&( "#�&(0���&o2� "E�;)Ò¿��;);) "2Ã&(0��`��8��¿&( H=<&®')*!�I.1')*�F�;)�2� �#�Ò�.10� �E�;)Ò�3�����0� �.1��*�æÖb� �#�»1Ç�6 § *�&(0��I��3�.1��*����I �B� ��<��#%��&('X*�F:.1{�.1&(� �Ñ.1E����� "#%&(¥��U "�:��;)��&N��MN.1E�3�M3�;) "��¯�8�?�@�.K��#��J�L3���&(&(��#¨��0� "')����6

Table 5-7: Execution time speedups relative to single-page-size (4KB) TLBs of equal area

Area(rbe)

Single-page-size

Superpage(32KB)

Partial-subblock Complete-subblock

2 4 8 16 2 4 8 16

7984 1.00 1.18 1.04 1.09 1.15 1.17 1.03 1.04 1.01 0.81

15298 1.00 1.13 1.05 1.10 1.11 1.15 1.02 1.04 1.05 1.03

29928 1.00 1.07 1.04 1.05 1.06 1.08 1.02 1.03 1.01 1.00

59186 1.00 1.03 1.01 1.01 1.03 1.03 1.00 1.00 1.00 0.99

Table 5-8: Execution time speedups using preloading in subblock TLBs relative to single-page-size(4KB) TLB of equal area

Area(rbe)

Single-page-size

Superpage(32KB)

Partial-subblock Complete-subblock

2 4 8 16 2 4 8 16

7984 1.00 1.18 1.09 1.15 1.18 1.21 1.08 1.12 1.13 0.98

15298 1.00 1.13 1.07 1.11 1.13 1.17 1.06 1.09 1.10 1.12

29928 1.00 1.07 1.05 1.06 1.07 1.08 1.04 1.05 1.03 1.04

59186 1.00 1.03 1.01 1.02 1.03 1.03 1.01 1.01 1.01 1.01

Page 78: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

70

§ *!&(0�').G.9����&(') "* § �� "������#���&(0��`�� ".1&(.G��*�Ò¿3���*��$=�&(.G "B®')*���#�����.1')*�FP8�?�@¿#�������0!E<.1')*�FP�<��#~&(')��;)MN.1E<3�M3�;X ���¯!8�?�@�.L#~��;X��&N'X4 ��&N �E�.�'X*�F:.�'X*�F�;X��Mi����F���Mi.1'XO�� ¥�.1E�����#%����F�� ¥���*�Ò��U ��:��;X� &(� MN.�E�3�3�;X ���¯!8�?�@�.L2|'X&N0&(0��J.1���:�J8�?�@P#�������0¨6

º �×���V��%)���� ����.�"�#�/</1����*�2!r�"�l"�� �=�����. ���=���.�"�� s��3�576�"CØ��E��D!"�������3%5�6·)W����*�D8�0�').e.1�$��&N') "*A�� "�:�<��#���.e&(2� PÒ�'XB¦BN��#���*�&¨�����<#� "����0���.G&( P')*���#�����.1')*�F�8�?�@�#��$����0�æà�};)��#�F���#�.1')*�F�;)��M

�<��F��$MN.1')O��e8�?�@� "#��ª.1����;);)��#¦¥¤.1����#%&¦��#��<��#%&(')��;)MN.9E�3�3�;) "��¯}8�?�@K6U8�0��G����#~&(')��;XM(.1E<3�3�;) ���¯�8�?�@�0���.C2� "#~.1�8¾?�@,��� #%Bi �#7�:��*��U�}��*�Ò,#~� Á E�'X#~��.ª ���� #%��&('�*�F!.1{ .1&N� �é.�E����� �#%&�3�E�&� ��U�UE���'X� .L�|�:E���0¿.��:��;X;���#G�U0�'X���#��$�L��*�ÒP0���.K�L.9')F�*�')=�����*�&(;){�.9�:��;);)��#¨��������.9.D&(')����6

¶ ����#~&(')��;)M(.1E�3"3�;) ���¯I8�?�@P')*���#�����.1��.�')&(.K8�?�@H#��$����0�3�{I;)��#�F��JBN����&( "#~.KE<.1')*�FIBN��2z�$��&(#%�e&(��FI3�')&(.���*�Ò.1 "���e�� "*�&(#� ";�;) �F�')��6 § *���#��$��.1')*�F�&(0��e8�?�@�#�������0¬')*¬�>.9'X*�F�;)��MN�<��F���MN.9')O��e8�?�@:3�{}�>.9')�:');)��#����� "E�*�&<#���M.1E<;)&(.�')*P��E���0P;)��#�F���#e+-��*�Ò!.1;) "2���#%5�8�?�@�. 6 ¶ Ç�´�M(3�;X "��¯|�<��#%&(')��;)MN.9E�3�3�;) "��¯|8�?�@!2�')&(0P.1E�3�3";X "��¯|BN����&( "#b�¥�BN "#/�������:�<;)��¥�0���.e&(0��I8�?�@�#~������0A �B��J� »1º�MN3�;) "�U¯�.1')*�F�;)��MN����F���MN.1')O��I8�?�@�¥�2�0�'X��0A "�U��E<��')��.e.1��4���*&(')����.K;X��#�F���#¨��#����L��*�ÒP').K´�â�ã .1;) "2���#¨&( I��������.9.�6

8�0���;)��BN&®0���;)B¨ "B�8¤��3�;)�1��M7»1â}.9E�������#%')O���.G&(0��I��#~�$�} "4 �$#�0�����ÒÀBN "#��}�<��#~&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@À�� "�:M����#���Ò�&( P��.1')*�F�;X��MN�<��F���MN.1'XO��I8�?�@À2�'X&(0A&N0��I.1�����I8�?�@À#%�����U0�¥�Ô�­ ��­ £�&(0��I�<��#%&(')��;)MN.1E�3�3�;X "��¯:8�?�@�2�'X&(0.�E�3�3�;� ��U¯!Bi���U&N �#G��0<��.�»¾@��/&N'X�!� .L&N0<��*<E��:3�� #G �BK3�;X ��U¯ .L'X*¿&N0<���U �#%#~� .1�� �*�Ò¾'X*�F!.�'X*�F ;X� Mi����F � MN.�'XO��8�?�@K6

¶ �<��#%&¦'X��;)MN.9E�3�3�;) "��¯¬8�?�@�¥�3���')*�F¬��E���0�.9�:��;);)��#¦¥�')./��;).9 ¬B(��.1&(��#C&¦ ¬�������$.1./&(0���*�&(0��>;)��#�F���#D.1')*�F�;X�$M�<��F��$MN.1')O��G8�?�@�æà��.D.90� "2�*|')*|&(0��J#%')F�0�&�0���;)B� �B�8���3";X����M7»1â 6�8�0��GB(E�;);){�MN��.1.1 "��')��&(')4��G8�?�@�.D2�')&(0|;)��#�F��$#.�E�3 3�;� ���¯ABi���U&N �#7.>.�0� �2ÿ'X*<�U#%� ��.�'�*�F ;�{!.��:��;�;X��#G�����U��.�.ª&i'X�!� .>��.>&N0<�}����#7&N'���;�Mi.�E�3 3�;� ��U¯A8¾?¾@¾.ª0<��4����E���0¬.9�:��;);)��#�&(��F���*�Ò�Ò���&(�ª��#~#%��{�.C��*�Ò�.1����;);)��#���#%#~��{�.D0���4��eB(��.9&(��#��������$.1.C&(')����.�6�8�0��e.9��&(MN��.1.9 ���')��M&(')4��e8�?�@�.D.10� "2 �*�;){}�L����#�F�')*���;);){}3"��&(&(��#���������.1.D&(')���G��.C&(0��G&(��F}.1')Ò��G �B<&(0��G8�?�@�').D "*¬&(0��G��#%')&(')����;�<��&(0P��*�Ò!#���Ò�E���&('X "*P')*H&(0��LÒ���&(�`� ¶ ²Ð.1')O��ªÒ� "��.�*� "&�0���;)�:&(0��ª "4���#%��;);��������$.1.�&(')����6�8�0��L&(��F|��������.1.

Table 5-9: Execution time speedups using base pages relative to single-page-size (4KB) TLBs ofequal area (without preloading)

Area(rbe)

Single-page-size

Superpage(32KB)

Partial-subblock TLB Complete-subblock TLB

2 4 8 16 2 4 8 16

7984 1.00 1.00 1.00 1.00 0.99 0.98 1.02 1.04 1.01 0.81

15298 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.99 1.02 1.04 1.05 1.03

29928 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.02 1.03 1.01 1.00

59186 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.99 1.00 1.00 1.00 0.99

Table 5-10: Chip Area and Access Time for partial-subblock and single-page-size TLBs with sameTLB r each

TLB typeSingle Page Size

Relative Chip Area Relative Access Time

2 4 8 16 2 4 8 16

#blocks N N/2 N/4 N/8 N/16 N/2 N/4 N/8 N/16

Fully-associative256 1.00 0.51 0.27 0.15 0.09 0.91 0.85 0.82 0.80

512 1.00 0.51 0.26 0.14 0.08 0.83 0.76 0.72 0.70

4-way set-associative256 1.00 0.58 0.36 0.26 0.22 0.98 0.98 0.97 0.99

512 1.00 0.55 0.32 0.20 0.15 0.94 0.92 0.92 0.93

Page 79: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

71

&(')���ªÒ� ��$.�*� �&�')���<#� "4��ª��E���0P.1')*����ª&(0��ª��E<;X&(')�<;)�ª4���;)')ÒA3�')&(.�')*P&(0��ª&(��F�.� "B¾�<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯¬8�?�@�.'(*���#7���¤.��H&É0��H&É��F��$ ����o�¤#9�P�¤*�Òà��Eo;(&É'¦�o;(����  #`Ò®#1'(4���#>Ò®��;¦��{�.Uæ &�0�'(.��$��*ä3��P ��o&�'(��'¦O���ÒÚBÉEo#1&É0���#&(0�#� "E<F�0|.1')O�')*�F�&(0��GÒ�#%')4���#~.�6

8���3�;X����M7»�»�.10� "2�.�&(0��ª*� "#~�:��;)')O���Ò!��������E<&(') "*�&(')���ª.1�<���$Ò�E<�<.�BN "#D�<��#%&¦'X��;)MN.9E�3�3�;) "��¯|8�?�@�.`+-2�')&(0�<#���;) "��Ò�')*�F�5�#���;)��&(')4 �L&( }.1')*�F�;X�$MN�<��F��$MN.1')O��L8�?�@�.�2�')&(0P&(0��L.1�����L8�?�@!#�������0¨6�������0P#� "2á "B�8���3�;)����M7»�»E�.1��.e��º?��Ç�M� "#+��»1º�MN3�;X "�U¯�.�')*�F�;X��MN����F���MN.1'XO���8�?�@���.e&(0��I3���.1�I8�?�@���*�Ò������U0A�U ";XE<�:*�E�.1��.e.1E����U��.1M.1')4���;){�BN��2��$#��<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@P3�;X "��¯�.D2}'X&(0|;)��#�F���#�.1E<3�3�;) "��¯�BN����&( "#%. 6�8�0� "E<F�0|&(0��G�<��#~&(')��;)M(.1E�3�M3�;X "�U¯�8�?�@�.e0���4 �IBN��2|��#/&(��F�.�¥�&(0�� {�0���4 �I�U "�:����#%��3�;)���<��#%BN �#%�:��*����I&N P&N0��I;X��#7F�� #(¥�.1;) �2���#/.1'X*�F�;X��M�<��F��$MN.1')O��L8�?�@�.�6�¸¤E<3�3�;) ���¯�')*�F�¥�0� "2���4���#(¥�').� "*�;){|��B¦B(����&(')4��ª2}0��$*P&(0���#��L��#��L��*� "E�F�0P&(��F�.�&( ��$����;) "')&.1�<��&(')��; ;) "����;)'X&({�6Uß�')&(0H4���#~{�BN��2Ý3�;) ���¯�.1¥¤.1E<3�3�;) "��¯�')*�F�').C*� "&�E<.1��BNE<; ��.C8�?�@:3�;) ���¯�.CF���&�#��$��;)������Ò:3"��MBN "#��J&(0��J��#� "F�#~���ùE<.1��.K��;X;"&(0��G.9E�3�3�;) "��¯�.�6

�� "������#~')*�F}.1��&(MN��.9.1 "��')��&('X4��e8�?�@�.C'X*¬&(0��L;)��.9&�&(2� �;X')*���.C "B�8¤��3�;)�1��M%»�»�¥¤.90� �2}.�&(0���&<��.1.1 "��')��&(')4 ')&({').e')�:�< �#~&N��*�&¨'X*A�}�<��#~&N')��;XM(.1E�3�3�;X "��¯�8�?�@K6 ¶ �<��#%&('X��;)MN.1E�3�3�;) ���¯�8�?�@�Ò�������*�Ò�.G �*A&(0��I��3�');)'X&({� �B¨&N0��8�?�@¿&( P.9&( �#�����E�;)&(')�<;)��8�?�@À3�;) "��¯�.G2�')&(0!&(0���.1������÷/�<@�ÈÌ+-3�E�&®Ò�')B¦BN��#���*�&®4 ��;)')Ò¿3�')&(.15¨&( H������ "�:�� "MÒ���&(�/�<��F���.�&(0���& 0���4��/')*��� "���<��&¦'X3�;)���:���<�<')*�F�. 6 ¶ *}��.1.9 ���'X��&(')4�')&({�F�#�����&(��#®&(0���*} "#®� Á E���;�&( `&(0��/.1E<3�M3 ;¦ ���¯¿B����$&i �#�+�´P'�*�&�0<'�.��������A��;¦��5C#~��.�E¾;�&�.`'�*�F� �  Òä�¾��#9B� �#9�A��*����|B� �#L&�0<�|�¾��#9&i'��¤;�M�.�E¾3 3�;� ��$¯�8o?o@&(0� "E�F�0H')&�0���.�BN�$2���#K&(��F�.�6�?���#�F���#K.1E<3�3�;) "��¯|BN����&( "#~.�����E�.9�ª&(0�#~��.10�')*�F|&(0���&�&(0��ª��.9.1 "��')��&('X4�')&({�����*�*� "&0���*�Ò�;)�JBN "#¨E�*���;)')F�*���ÒP��*�ÒP')*��� ����<��&(')3�;)�G�<��F��G3�;) "��¯�.�6

§ *A.�E����:��#%{U¥�����#%&N')��;XMN.1E�3�3�;X "�U¯:8�?�@�.L "B(Bi��#/��;X��#~F���8�?�@�#������U0ABi "#/��;X �2Ó�U ".1&�3�E<&�Ò�������*�Ò� �*.�����&N'X��;¾;X ��U��;X'X&N{!��*�Ò,��#~ �����#J��0�{�.1'X�U��;o�:� �: �#%{!��;X;X ��U��&N'X �*�6�¼� �#J&N0�� .1�}2� �#%¯�;X ���Ò�.�¥�F�'X4���*¿� *� �E�F�08�?�@H3�;) "��¯�.e+-Ç�´e "#®;)��#�F���#~5N¥���.9.1 "��')��&(')4 ')&({�+¡;X��#�F���#¨&(0���*� "#®� Á E<��;"&( �&(0��J.9E�3�3�;) "��¯IBN����&( "#~5N¥���*�ÒH�<#� "���$# "�<��#%��&(')*�F�.1{�.1&(�$�Ó�<0�{�.1')����;��:�$�: "#~{���;);X "����&(') "*�¥¤�<��#~&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@�.� "B¦B(��#��� "�����$&('X&(')4��e�<��#%BN "#~M����*����G&( ��L��E���0|;)��#�F��$#¨��*�ÒP.9;) �2}��#¨.1')*�F�;)��M(�<��F���M(.1')O��G8�?�@K6

º �×�8�V��%)���� ����.�"�#�/</1����*�2!r�"�lz�#����)E���=���3�576�"CØ��E��D!"����B�t3%5�6Ê)¿����*�D©`B�&(0��ª8�?�@�.��� "*�.1')Ò���#��$ÒA')*P&(0�').�&(0���.9'X.9¥"�<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯|��*�ÒA.1E<�<��#%�<��F��ª8�?�@�.�2�')&(0P&(0��ª.9�����

8�?�@¿#�������0!��#�����;) ".1�$.1&®')*A')���<;)������*�&(��&(') �*!�� ".1&(. 6 ¶ �<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@¿2�')&(0!.1E<3�3�;) ���¯PBN����&( "#��0���.G&N0��I.1�����I8�?�@À#�������0A��.e�}.1E��<��#%�<��F��I8�?�@�&(0���&�.9E����< "#%&(.e�}.1')*�F�;X���:��Ò�'XE<�:MN.1')O���Ò�.1E<����#~����F��+-.9E��<��#~����F��L.9')O��e� Á E<��; &( }&(0��L�<��F��L3�;) "��¯�.1')O���5���*�Ò:0���.C&(0��L.1�����L*�E<��3���#K "B�8�?�@:3�;) "��¯�. 6��<��#%&(')��;)M.1E<3�3�;) "��¯P8�?�@�.J��Ò�Ò�.J.1E<3�3�;) "��¯P4���;)')Ò¿3�')&(.J&( ¬.1E<�<��#~����F��`8�?�@�.J��*�Ò¿��#��`BN#%����&(') "*���;);){P�� "#��>�� ����<;)')M����&(��Ò|&( >3�E<');XÒK67Þ� "2���4���#¦¥ �J�<��#%&(')��;)MN.9E�3�3�;) "��¯`8�?�@|3�;) "��¯`.10���#���8�?�@|3�;) "��¯�.��� "#��� "B(&(��*�&(0���*�.1E��<��#~M�<��F��$.�Ò�E<�L&( }.1')����;)��#�#���.9&(#%')��&(') "*�.���*�Ò!')*���E�#~.�BN��2}��#K8�?�@:��'X.9.1��.�6U¼�E<#%&(0��$#(¥��<��#~&('X��;)M(.1E�3�3";X "��¯�8�?�@�.#�� Á E�')#��G.9')�:�<;)��#¦¥��: "#��G�$B¦=���')��*�&� ��<��#~��&(')*�F�.1{�.1&(���ù.9E��<�< "#%&%6

Table 5-11: Execution time speedups for partial-subblock TLBs relative to single-page-size (4KB)TLBs with same TLB reach

TLB typeSingle Page Size

(4KB)

Partial-subblock with preloading(subblock factor)

2 4 8 16

#blocks (N) N/2 N/4 N/ 8 N/16

Fully-Associative256 0.98 0.99 0.99 0.97

512 0.99 0.97 0.97 0.98

4-way Set-Associative256 1.00 1.00 0.98 0.88

512 0.99 0.99 0.98 0.95

Page 80: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

72

�� "������#~')*�F�&(0��L��0�')����#��$�>#�� Á E<')#��$Ò�¥¤&(0��L;)��BN&�0���;)B� "B�8���3�;)�1��M%»1º`.90� �2}.�&(0���&�&(0��L&(2� }8�?�@:&({����$. "����E<��{��� "���<��#~��3�;)�G��#��$� 6�8�0��GÒ���&(�L=��$;XÒ�.D "B�������0|8�?�@�3�;) "��¯���#��G�� "�:�<��#~��3�;X�JBN "#�3� "&(0|.1E<�<��#%�<��F����*�Ò¿�<��#~&('X��;)M(.1E�3�3�;) "��¯H8�?�@�.�6 § *:&(0��`&(��F�.1¥��I�<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯H8�?�@¿0���.J;) "F

2+-��5®BN��2��$#�÷/�<Èù3�')&(.J3�E<&

0<��.¬+Í�~M1»�5D�: �#~��4���;�'XÒÏ3 '�&N.�6 ¶ .�E���� #7����F ��8¾?¾@Ï3�;� ���¯A0���.ª��*À��Ò¾Ò¾'�&N'� �*<��;®;� �F2+��~5D² ¶ ¸"Æ 3 'X&i.�6¤¼  �#

.1����;);�.9E�3�3�;) "��¯¬B(����&( "#%.1¥"&(2� � "#DBN "E�#¦¥"�`����#~&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯¬8�?�@A "����E<�<')��.���.1����;);)��#D��#���� 6$¼� "#D;)��#�F��$#.1E<3�3�;) "��¯�BN����&( "#%.9¥��L�<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@P "����E<��')�$.D�� "#��J��#���� 6

�� ��!����#7'X*�FA&N0������U�U� .�.L&N'X�!��'�*¿&N0��}#%'XF 0�&�0���;�B� �BK8���3�;X�7��M9»�º�¥<&N0��}����#7&N'X��;XMi.1E�3�3�;X ���¯!8�?¾@�.ª��#%��!��#%F�'�*���;�;X{ABi��.�&i� #G���¤�U����&KBi �#G�¬.�E�3 3�;� ���¯ABi���U&N �#G �Be»�Ǭ2|0<� #9�}&i0�� {A��#~���!��#%F�'�*<��;�;�{!.�;X �2|��#76¤8¾0<�Ò� "*¨ìí&NMN����#��I3�'X&(.e')*��}BNE�;);X{�MN��.1.1 "�U')��&N')4 �I.1E<����#%�<��F��I8�?�@À3�;) ���¯�Ò���F�#~��Ò���&(0��I&N')�:�I&(��¯���*ABN �#/&(0��I&N��F�� "������#���6 § *|�L�<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@�¥�&(0��JBN��2��$#�&(��F�3�')&(.K')����#� "4��G&(0��J&(��F��� "�:�<��#��G&(')���G2}0�');)�J&(0������&(#~�L4���;)')ÒP3�')&(.DÒ���F�#%��Ò��J')&%6

8"��3 ;��w��M1»U¹H.�0<  2¬.>&�0<�|8o?¾@ä�¾��#9B� �#9�!��*����| �BC���¤#7&�'���;�M�.�E¾3 3 ;¦ ���¯�8o?o@¾.`#7��;���&�'�4��|&i �.�E��¾��#7�¾��F��8�?�@�.1æà������#~&(')��;XM(.1E<3�3�;) ���¯�8�?�@À2}')&(0A.1E<3�3�;) "��¯�B(����&( �#��C'X.G�� "���<��#���Ò¿2�')&(0A��.1E<�<��#%�<��F���8�?�@À&(0���&.1E<�<�� "#~&(.G��.1')*�F�;)������Ò�')E<��MN.1')O���Ò¿.1E<�<��#%�<��F���.1')O���� Á E���;�&( H&(0����<��F��`3�;) ���¯P.1')O���6 8�0���.9��&(MN��.1.9 ���'X��M&(')4��>.1E<�<��#%�<��F��>8�?�@�.�E�.1�ª&(0��>.1E<�<��#%�<��F��>')*�Ò�����6 ¶ �<��#%&(')��;)MN.9E�3�3�;) "��¯¬8�?�@A2�')&(0� "E�&���#���;) "��Ò�')*�F¬')*�M��E¾#9.`�!  #%�|�A'�.�.���.`&�0<��*,�H.�E¾�¾��#7�¾��F��|8o?¾@ü3 ���$��E¾.��|'�&C&i��¯���.`�!E¾;¦&i'��¾;��|8o?o@ä�A'�.�.���.`&� A;¦ ���Òü&i0���:������'X*�F .LBN �#G&(0��}3���.1������F���.ª2�'X&N0�'X*¿�|����F���3�;X ��U¯!2�0�'X;X�}��.�E���� #%����F���8�?¾@��U��*¿;X ���Ò,�:E�;X&N'X��;X��������<')*�F�.C')*¬�L.1')*�F�;)�G8�?�@���').1.�6���#���;) "��Ò�')*�F}')*¬�<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯}8�?�@�.C�$;X')��')*���&(��.D&(0�'X.D��Ò�4 ��*�&(��F�� "B¨.1E��<��#~�<��F��$.e��*�ÒÀ&(0���#%')F�0�&¨0���;)B¨ "B�&(0���&(��3�;)��.10� "2�.G&(0���&®�<��#%&(')��;�.9E�3�3�;) "��¯�')*�F�').e�� ����<��#%��3�;)��&( E�.1'X*�F:�:��Ò�'XE��:MN.1'XO��I.�E�����#%����F���.�6�8���3�;X��.L')* ¶ �<��� *�Ò�'X�wv�BNE�#%&N0�� #/.10� �2«&(0���&�&(0����<��#%&N')��;XMN.�E�3�3�;) ��U¯8�?�@�./')*���E<#CBN��2}��#C��').1.1�$./&(0���*�.1E��<��#~�<��F��ª8�?�@�.9æà&(0� "E<F�0�&(0��ª#���Ò�E���&('X "*�Ò� "��./*� "&¾#��$.1E�;)&¾')*���*� "M&(')������3�;)�J��������E<&(') "*|&(')���G.1�<���$Ò�E<�HBN "#¨&(0���.9�G2� "#~¯�;) "��Ò�.�6

8¾0<�}����#7&i'���;�Mi.�E�3 3�;� ���¯A8¾?¾@�.>'X�!��#~ �4 ��.�{ .�&N���Ð����#7Bi �#7�:��*<�U��'X*À �&N0<� #G2¬��{ .ª&i0<��&K�:��¯ �}&i0������ "#��J��&(&(#%����&(')4��G&(0���*|����Ò�')E<�:M(.1')O��G.1E<�<��#~����F���.�6

¼ '�#7.�&i¥�.�E�����#7����F ��.�{ .�&i���!.>'�*<�UE¾#e.� ��!������*<��;X&i{�Ò¾E���&i !'�*<&i��#7*<��;®B�#7��F �!��*<&N��&i'� �*<æ·'�*���#1� ��.���Ò�<��F�')*�F § @�©`¥�����F��e')*�')&(')��;)'XO���&(') "*¬ "4 �$#�0�����Ò�æà2�0�')��0H&(0��e�<��#~&(')��;)M(.1E�3"3�;X "��¯}.1{�.1&(�$�ÓÒ� "��.C*� "&%6 ¶ �<��#~M&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯�.1{�.1&(���ÓE<.1��.C&(0��L.1�����L���� "E�*�&< �B������� �#~{���.�')*H�>.9'X*�F�;)��MN�<��F���MN.9'XO��e.1{�.1&(���,6U8�0�').�').��*|')���< �#~&(��*�&�3���*��$=�&�&(0���& § Ò� I*� �& Á E<��*�&(')BN{�0���#��"6

Table 5-12: Chip Area and Access Time for partial-subblock TLBs r elative to superpage-TLBs

Superpage TLB TypeChip Area

subblock factor:superpage sizeAccess Time

subblock factor:superpage size

2:8KB 4:16KB 8:32KB 16:64KB 2:8KB 4:16KB 8:32KB 16:64KB

Fully-associative 0.99 0.99 1.01 1.07 0.99 0.99 0.99 1.01

4-way Set-associative 0.99 0.99 1.01 1.06 0.99 0.99 1.00 1.02

Table 5-13: Execution time speedups for partial-subblock TLBs relative to superpage TLBs

TLB Type #blocksWithout subblock preloading

subblock factor:superpage sizeWith subblock preloading

subblock factor:superpage size

2:8KB 4:16KB 8:32KB 16:64KB 2:8KB 4:16KB 8:32KB 16:64KB

Fully-associa-tive

64 0.96 0.95 0.98 0.96 1.00 1.00 1.00 1.00

128 0.98 0.99 0.98 0.98 1.00 1.00 1.00 1.00

4-way Set-associative

256 0.99 0.99 1.00 1.04 1.00 1.00 1.01 1.05

Page 81: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

73

¸¤���� "*�Ò�¥�E<.1�e "B��<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯���8���.C#���Ò�E<����.��<��F��L&(��3�;)�L.9')O��L3�{�º�â�ã½&( H��â�ãá�� "#��L&(0���*H.1E<M�<��#%�<��F��ª��8���.�Ò� A+-8¤��3�;)�I�1MNÇ�576$8�0�'X.��$B¦BN����&�����*P3��ª�: "#��ª.1')F�*�')=<����*�&�&(0���*;G�E�.9&¾&(0��ª������ "#%{|.1��4�'X*�F�.��.ª'X&�#~� Ò�E��U��.ª�U���U0<���� �;X;XE�&N'X �*¿��*�Ò,����F �}&N��3�;X�}.�����#~�U0¿&N'X�!� ¥�2|0�'X�U0¿&i#%��*<.1;���&N� .L'�*�&N :.��:��;�;X� #J8¾?�@��').1.K���$*���;)&({�6

8�0�'X#�Ò�¥�����#%&N')��;XMN.�E�3�3�;X ��U¯:8�?�@�.L��;X.1 �.�E����� �#%&�.1E���� #%����F����:������'X*�F�.L3�{!������#% "��#7')��&N��;X{!.1��&N&N'X*�F&(0���.1E<3�3�;) "��¯�4���;)')ÒÀ3"'X&(.I+ ¶ �<�<��*�Ò�'X�ªÞ}576 § B¨&(0��� "�<��#%��&(')*�FP.1{�.1&(���å��0� " ".1��.G&( HE<.1��.1E<�<��#%�<��F���.1¥ &¦0������F��}BN��E�;X&�;X��&N� *���{!�U��*¿3��}#%��Ò¾E��U��Ò,3�{!E�.�'X*�F!&(0��}.1E�3�3�;X ��U¯!Bi����&NE�#%��&N :#~����Ò, �*�;X{!&N0���3���.1�}����F��+-.9E�3�3�;) "��¯�5<*�����Ò���ÒP=�#~.1&���*�ÒP�� ����<;)��&(�G&(0��G#���.9&�')*¬&(0��J3�����¯�F�#� �E<*�Ò�æà�LB(����&(E�#��G&(0���&����R�±.9E�3�3�;) "��¯������0���.K��;).1 I�����<;) "')&�&( �#���Ò�E����G������0��J0�'X&�&(')����6

¼� "E�#~&(0�¥�#���BN�$#���*�����')*�BN "#%����&(') "*}').���4 ��');)��3�;)����&�&(0���F�#~��*�E�;)��#%')&({` �B �J3���.1������F���.1')O���698�0�').�����*}#���M.1E<;)&�')*�3���&(&(�$#¨�<��F��J#����<;X�����$�:�$*�& Ò��$��').1') "*�.� "#¨����*�3��/E�.9��ÒHBN "#®�: "#��J��B�=���')��*�&��<��F��J�<#� "�� "&(') "*���*�ÒÒ����� "&('X "*¬Ò�����').1') "*�.D'X*|�ª.1E��<��#~�<��F��G.1{�.1&(����æà2�0���#��G#���B(��#��$*����G')*�BN "#%����&(') "*¬').C "*�;){}��4 ��');)��3�;)�e��&<��� "��#%.9��#�F�#%��*�E<;)��#~')&({�6�¸�'��P'�;�� #�;�{�¥��P �Ò<'�=<��ÒH'�* B¦ �#~�P� &¦'� �*}2}'�;�;�3��/� 4�� '�;�� 3";��/� & &¦0 ��F"#~� * E�;�� #~'�&¦{� �B �G3"� .9���� F"�C.9'�O �C'�*������ #~&¦'�� ;�M¦.9E�3"3";� ���¯ª8�?<@}2}'�&¦0�#É�$��;�'���� &¦�$Ò}2}#�'�&¦�$M¦�<��#~�P'�.7.9'� �*�3"'�&" �#�'�B�.7�$��� #~� &¦�D8�?<@}3";� ���¯".� #���E�.9��Ò¬B( �#oÒ<'�#�&¦{�� * Ò¬�1;��$� *}.7E<3�3";� ���¯". 6

¼�')BN&(0�¥�')*P.1{�.1&(�$�:.�&(0���&�����')*�&(��')*P��&(&(#%')3�E<&(�L')*�BN "#%����&(') "*P��&�&(0��LF�#%��*�E<;X��#~')&({| "B��`3���.1�L�<��F��L.1')O���¥�$­ ��­ £<����F�� Mi3���.���Ò,Ò¾'X.�&(#7'X3�E�&N� Ò,.�0���#%� Ò,�:� �: �#7{!.1{ .1&N� �:.�¥�.�E�����#7����F ��.ª����F�� .ª��#%��;X� .�.L;X'�¯�� ;X{!&N :3��E�.���ÒÏÒ¾E���&N !&i0���Ò¾'�BNBi� #%� *<�U��'�*À��&i&N#9'X3 E�&N��.ª �#e0� �;�� .�6¤����#7&i'X��;�Mi.�E�3 3�;� ��U¯�8¾?¾@¾.ª����*À.�&N'�;�;®.�0<��#%��8¾?¾@3�;) "��¯�.KBN "#¨��E�;)&(')�<;)�J3���.1�J�<��F���.K2�')&(0�')*|�e�<��F��/3�;X "��¯I&(0� "E�F�0�&(0���#��J����{�3��J0� ";)��.K "#¨Ò�')B¦BN��#���*�����.K')*��&(&(#%')3�E<&(��.�6

?���.1&(;){�¥"�<��#%&(')��;)MN.9E�3�3�;) "��¯|.1{�.1&(�$�:.�E�.9�ª "*�;){|�`.1E<3�.1��&� "B�&(0��ª "�<��#%��&(')*�F|.1{�.1&(���«������0���*�').1��.�#���MÁ E<')#���ÒPBN "#�����Ò�'XE<��MN.1')O���ÒP.1E��<��#~�<��F��G.1{�.1&(�$�:.9æà#�� Á E�')#��$.C "*�;){}4���#~'X��3�;)�G.1')O��GBN#�����;)').1&��:��*���F�������*�&��*�ÒA����#���BNE<;��<0�{�.9'X����;������� "#%{|��;);) "����&('X "*¨6��� "*�.1� Á E<��*�&(;){U¥��`����#~&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯¬.9{�.9&(���«').��� �#��ª��B�=�M��')��*�&%6

§ *H.9E�������#%{�¥¤�ª����#~&(')��;)M(.1E�3"3�;X "��¯}8�?�@:')*���;)E�Ò���.C��;);�&(0��e�<��#~BN "#%����*����e3���*���=�&(.C "B�E<.1')*�F��>����Ò�')ME��:Mi.1'XO�� Ò�.�E���� #%����F�����*�Ò,��Ò¾Ò�.L.1 ��:���: �#~��6 ¶ ����#7&('X��;XMi.1E�3�3�;X ���¯!8�?�@,'X*��UE�#%.LBi��2|� #/8¾?�@��:'X.�.1� .&(0���*}�G.1E<���$#%�<��F��/8�?�@¬2�')&(0}&(0��/.1�����/8�?�@¬#�������0}��*�Ò¬0���.�BN��2}��#® "�<��#~��&('X*�F�.1{�.1&¦���½�� �.9&(.�698�0��/�<��#%M&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯|.9{�.9&(����.���#��L��&�&(0���')#K3���.1&�2�')&(0H�>8�?�@!��').1.�0���*�Ò�;)��#K��*�Ò!�<��F��L&(��3�;)�L&(0���&�.9&( "#~�$.�����#~M&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯���8���.�6

º �×�Á�V��%)���� ����.+r�"�l*����,�����$���C"�#�/0/1����*�243�576�"CØ��E��D!"�������3%5�6·)W����*�D����#~&(')��;�.1E<3�3�;) "��¯�')*�FP').J��;) "2�MN�� ".9&®��;)&(��#%*���&(')4��`&( H�� "�:�<;)��&(�$MN.1E<3�3�;) "��¯�')*�FP3�E<&®Ò���;)')4���#%.J�� "���<��M

#%��3�;)�L8�?�@:�<��#%B( "#%����*�����6 ¶ �� "���<;X�$&(��MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@!')*���#��$��.1��.�8�?�@:#�������0H3�{���#� "4 ')Ò�')*�F|.9�������LB( "#.1���<��#~��&(�e�����<�<'X*�F�.DBN "#���4���#%{�3���.1�G����F��G2�')&(0�')*¬�ª�<��F��G3�;) ���¯�æà�ª0�')F�0¬�� ".9&<')*¬3� "&(0|��0�')�P��#����L��*�Ò�����U��.1.G&N')���I3�E�&¨Ò���;X')4 ��#�.1E��<��#%') �#�8�?�@��<��#%BN "#%����*����I2�')&N0� "E�&¨ "����#%��&(')*�F�.1{�.1&(���Ì.1E<���< �#~&%6 ¶ �<��#~M&N')��;XMN.1E�3�3�;X ���¯!8�?�@�¥� �*�&(0��� �&(0���#J0���*�Ò�¥���#~ �4 'XÒ���.L "*�;X{:��.1'X*�F�;)���U "��{: �B�&(0�����������'X*�F:Bi "#J����F�� .2�')&(0�')*!���<��F��`3�;) "��¯P2�')&(0!')*�Ò�')4�')Ò�E���;�4���;)')ÒÀ3�')&(.J��;);) �2}'X*�FP��E<;)&('X�<;)�`8�?�@¿3�;) ���¯�.J&( H�:����Ò�').kG� "')*�&(..1��&¦.e "B�3"��.9�I�<��F���.e "B¨�}�<��F���3�;) "��¯�æÚ��;) �2à "4 �$#�0�����ÒÀ')*A3� "&(0A��0�')�¿��#����}��*�ÒÀ��������.1.G&(')���I3�E<&¨#���MÁ E<')#���.K "�<��#%��&(')*�F�.1{�.1&¦���ù.1E<�<�� "#~&%6

8�0��I;)��B(&¨0���;)B� "B¨8¤��3�;X����M7»1´}�� ����<��#���.e&(0��I��#����}#�� Á E�')#���ÒÀ&N P3�E<');XÒÀ�<��#%&(')��;XM¨��*�ÒÀ�� "�:�<;)��&(��MN.1E<3�M3�;) "��¯�8�?�@�.e2�')&(0!� Á E<��;�8�?�@À#~�$����0�6�¸¤')*������}�<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@À.10���#~��.G�� ".1&¨ "B¨&(0��I8�?�@À3�;) "��¯ "*�;){}#�� Á E�')#~')*�F���Ò�Ò�')&(') "*���;�.1E<3�3�;) "��¯}4���;)')Ò�3"'X&(.D��*�Ò���*¬�$��&(#%�L��&(&(#%')3�E<&(�e3"'X&(¥��L�<��#~&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯}8�?�@3�;) "��¯�').K�:E<��0|.1����;);)��#¨&(0���*|�L�� "���<;)��&(��MN.9E�3�3�;) "��¯�8�?�@P3�;) ���¯o6

Page 82: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

74

8�0���.��:��;X;X��#J8�?¾@�3�;X ���¯ .L��;X.� �&N#%��*�.�;X��&(��&N :BN��.�&(� #J���U��� .1.L&N'X�:��Bi �#J&(0�������#7&('X��;XMi.1E�3�3�;X ���¯!8�?�@¾.+-&(0��L#~'XF�0�&�0���;XB� "B�8���3�;)�1��M%»�´�5%6�@� "&(0H8�?�@�.�0���4��L&(0��L.1�����L*�E���3���#K "B�÷���Èá3�')&(.�')*H&(0��L&(��F|3�E<&��<��#~M&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯H8�?�@�.J0���4��>�I;) "*�F���#C&(��FH�� "���<��#��>&(')���`Ò�E��>&( ¬&(0��>.1E<3�3�;) "��¯H4 ��;)')Ò�3�')&(./')*���;)E�Ò���Ò�')*&N��F!�U ��:����#7'�.� �*<æÚ�U ��:��;X� &N��Mi.�E�3 3�;X ��U¯!8¾?¾@¾.ªE�.��}�¬3�;X ��U¯ Mi4 ��;X'XÒÏ3�'�&76¤Þ| �2|��4 � #�¥<&i0��}.��!��;�;X� #GÒ¾��&N�� ¶ ² ')*ABNE<;);X{�MN��.1.1 "��')��&('X4��I�<��#%&(')��;)MN.1E�3�3�;) "��¯�8�?�@�.G0���.e�}.9'XF�*�')B('X����*�&(;){�BN��.9&(��#/;) " "¯�E<�¿&N')����¥ #~��.1E<;)&(M')*�F�')*H��*H "4���#~��;);�BN��.1&(��#���������.9.�&(')����6 § *H.1�$&(MN��.1.1 "��')��&(')4��L�<��#%&(')��;)MN.9E�3�3�;) "��¯�8�?�@�.1¥¤&(0��eÒ���&(�ª� ¶ ²Ì����M�U��.�.ª&N'��:��'X.ª*< �&� �*¿&i0��}��#7'X&N'��U��;o����&N0À3�E�&�&i0��}�!E�;X&i'X��;X� �� �#GÒ¾#7'�4 � #7.>��#��}B���.�&i� #G��.>&N0���{!Ò¾#7'�4 ��&N0��.1')F�*���;).D����#� �.9.D�e&(0�'X*�*���#¨� ¶ ²Ñ&(0���*|')*��� ����<;)��&(��M(.1E�3"3�;X "��¯I8�?�@�. 6

¶ �<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@PÒ���;)')4���#%.K�� "���<��#%��3�;)�J8�?�@P�<��#%B( �#~����*����G&( �&(0���&� "B��L��E���0�;)��#�F��$#¨��*�Ò.�;X �2|� #G�U ��:��;X� &N� MN.�E�3�3�;X ��U¯A8�?¾@ +Í8���3�;X�7��M9»±��576¤8���3�;X� .�vNM9»�â|&N ~vNMi¹��ª'X* ¶ ����� *�Ò¾'X�Ùv�.�0� �2«&N0<��&�&N0��*�E���3��$#� �B�8�?�@��:').9.1��.C')*���E�#~#��$Ò:')*H�ª�<��#~&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@:').C "*�;){��ªBN��2Ý�<��#�����*�&��� "#��e&(0���*¬')*H��� "����;)�$&(��MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@D6U8�0�').�').�')���< "#%&(��*�&�.1')*����L�>B(��.9&(��#K�<��#~&('X��;)M(.1E�3�3";X "��¯�8�?�@:��������.1.C&(')�:�e�:��{')����#� "4 �>�<#� "����.1.9 "#���{���;)�>&(')�:��¥�2�0�')��0:��B¦B(����&(./��#� "F�#~���ÿ��������E<&(') "*:&(')���`�� "#��`&(0���*:��BN��2 ���$#�����*�&��0���*�F��J')*|&(0��J*�E���3���#¨ "B�8�?�@P��').1.1��.e+-8���3�;)���1M���5%6

¶ ����#7&N'���;XMi.�E�3�3�;X ��U¯!8¾?�@Ï0���.L�! �#��}�:'�.�.�� .L&i0���*¿��*¿� Á E�'�4 ��;X� *�&��U ��:��;X� &N� Mi.�E�3 3�;X ���¯!8¾?�@ÏBi �#&N0�#�� ��#~����.� �*�.�6�¼�'X#%.�&N¥�����F�� .L2|'X&N0�'X*¿������F��}3�;X ���¯!&N0���&�0���4 ��Ò�'XB¦Bi� #�� *�&���&N&N#%'X3�E�&N� .L.�0���#���&N0��}.1���:��� "����;)�$&(��MN.1E<3�3�;) "��¯}8�?�@�3�;) "��¯}3�E�&�#�� Á E<')#��G.1���<��#%��&(�G����#~&(')��;XM(.1E<3�3�;) ���¯}8�?�@:3";X "��¯�.�6�8�0�').D#���.1E<;)&(.C')*�L.1����;);)��#¨��B¦BN�$��&(')4 �J8�?�@P#��$����0���*�ÒP�� "#��J8�?�@P��'X.9.1��.K')*|�L����#~&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@D6�8�0��J��B¦B(����&(¥�'X.K*� "M&(')������3�;)��B( �#�&(0���.1��&(M(��.1.1 "��')��&(')4���8�?�@¿2�')&(0!.1E�3�3";X "��¯PBN����&( "#>»1Ç}2}0��$#���&(0�����.1.1 "��')��&(')4�')&({P �B®´�;X')��')&(.&N0���*�E��:3���#J �B�����#%&N'X��;XMN.�E�3�3�;X "�U¯!8�?�@,3�;) ��U¯�.LBi �#J&(0���.����:������F���3�;X ���¯!&N0���&�����*¿�U "#7��.�'XÒ���'X*�&N0��8�?�@D6�¸¤���U "*�Ò�¥�4�')#%&(E���;���Ò�Ò�#���.1.e��;);X "����&N') "*ABN �#����� "�:�<;)��&(��MN.1E�3�3�;) ���¯�8�?�@À').eÒ���*�.1��#�&N0���*A'X*A�}����#%M&N'X��;)Mi.�E�3�3�;X ��U¯:8¾?�@�.�{�.�&(� �Aê ú &N0���&�#�� .1E�;X&(.L'X*¿�: �#���.�0���#7'X*�F:'X*¿���U ��:��;X��&N� MN.�E�3�3�;X ��U¯:8¾?�@D6�8�0�'X#�Ò�¥2�0���*:&(2� H "3�G�����&(.J��#��`�������<��Ò¿&¦ H��Ò�Ò�#��$.1.1��.J2�')&(0�')*!&(0��`.1������4�')#%&(E<��;��<��F���3�;) "��¯�¥���.1')*�F�;)���� "��M�<;)��&(��MN.9E�3�3�;) "��¯|8�?�@A3�;) "��¯¬').�E�.9��ÒK6$¼� "��&(#� "&���;);) "����&(��.�Ò�')B¦BN�$#���*�&���0�E�*�¯�.� "Bo�<0�{�.1')����;������� "#%{ ê%êJB( "#&(0��J&(2� I "3�G�����&(.K#��$.1E<;X&(')*�F�')*�&(0��JE<.1�J �B���E�;)&(')�<;)�G�<��#~&(')��;)M(.1E�3"3�;X "��¯I8�?�@P3�;) "��¯�. 6

8�0��e8�?�@:��').1.C�<��*���;X&¦{�BN "#���#���;) "��Ò�'X*�F�')*¬����#~&(')��;XM(.1E<3�3�;) ���¯�8�?�@�.C').C.1����;);X�$#K&¦0���*¬'X*¬�� "�:�<;)��&(�$M.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@�.�6�ß�')&(0��L�<��F��J&(��3�;)�J&(0���&�.1E<�<�< �#~&(.K�<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯��<8���.e+-¸¤����&(') "*���6 ´ 6 ¹�5N¥��e�<��#%&(')��;)M.1E<3�3�;) "��¯¬8�?�@A��').1./0���*�Ò�;)��#DBN��&(��0���.���.1')*�F�;)�>2� "#�ÒABN#� "�Ê�:�$�: "#~{¬2�0���#��$��./���� "���<;)��&(��MN.9E�3�3�;) "��¯

10. This is an artifact of Foxtrot’s virtual address allocation strategy for partial-subblock systems (Section6.3.1)11. Foxtrot allocates contiguous aligned physical pages foreach object but the two chunks of memory are not alignedto each other.

Table 5-14: Chip Area and Access Time for partial-subblock TLBs r elative to complete-subblockTLBs

TLB TypeChip Area Access Time

2 4 8 16 2 4 8 16

Fully-associative 0.81 0.59 0.39 0.24 0.97 0.94 0.90 0.84

4-way set-associative 0.73 0.48 0.29 0.17 1.00 0.99 0.97 0.92

Table 5-15: Execution time speedups for partial-subblock TLBs relative to complete-subblock TLBswith same subblock factor, number of blocks and associativity

TLB type #blockswith preloading subblock factor

2 4 8 16

fully-associative64 1.00 1.00 1.00 1.00

128 1.00 1.00 1.00 1.00

4-way set-associative 256 1.00 1.00 1.00 0.98

Page 83: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

75

8�?�@��:'X.1.L0���*�Ò�;X��#/Bi��&N��0���.L�:E�;X&('X��;)��2� �#~Ò�.�6�8�0�E�.1¥�&N0� "E�F�0�������#%&N')��;XMN.1E�3�3�;X ���¯!8�?�@�'X*��UE�#%.L�� �#~�8�?�@:�:').9.1��.�&(0���*H�`�� "���<;)��&(��MN.9E�3�3�;) "��¯�8�?�@�¥��<��#~&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯|8�?�@�.�����{|.9���$*�Ò:;)��.1.�&(')���L')*H8�?�@��').1.K0���*�Ò�;)')*�Fo6

§ *�.�E��:�:��#%{U¥�����#%&N'X��;XMN.�E�3�3�;X "�U¯!8�?�@�.L �B(BN� #J�� ��:����#7��3�;X��8¾?�@���� #%Bi �#%�:��*��U��&( :�U ��:��;X��&N� MN.�E�3�M3�;) "��¯�8�?�@�.1¥�3�E<&� "����E<�<{��L.9'XF�*�')=�����*�&(;){�.9�:��;);)��#¨��0�')�H��#����L��*�ÒP0���4��G�eBN��.1&(�$#��������$.1.K&(')�:�"6�Þ� "2���4�M��#�¥o�¾��#9&É'¦��;¦MÉ.UEo3�3�;(  �$¯�8®?o@à�¾��#9BÉ �#1�A��*��$�HÒ®���o��*�Ò®.I  *ä  �o��#1�¤&�'(*�F�.U{�.U&����ý.UEo�¾�o  #1&�'(*Ï�o0�{�.U'¦�$��;������ "#%{���;);) "����&(') �*¨6

¸����U&N'X �*f��6¡»L'X*�&N#� �Ò�E���� Ò,����#7&N')��;XMi.1E�3�3�;X ��U¯:8¾?�@�.L2�'X&N0¿ "*�;X{!.1E�3�3�;X ��U¯:4 ��;X'XÒ,3�'X&N.�6�©�&N0���#J4 ��#%'X��M&N'� �*�.>��#%�}�� �.�.�'X3 ;X��2|0<� #%�}&N0<��Ò���&N�¬.�&i �#~� .> �&i0���#GB('�� ;�Ò�.>��� #~Mi.�E�3 3�;� ��U¯ æÚ�! �Ò¾'XB('�� ÒÏ3 'X&i.�¥< �&N0<� #e��&iM&�#9'¦3�E¾&���.U¥¾�¾�oÈ¿­ ¶ �$  �A�¾;¦��&���MÉ.UE¾3�3�;¦  �$¯¿8®?o@Ü'¦.���&i#1'¦4�'¦�¤;�4��¤#9'¦�¤&�'¦  *�¥¾2H0���#~�H�¤;¦;�&�0��¬Bi'¦��;¦Ò®.�'¦*,&�0���:���<��')*�F���#��I.1&( �#���ÒÀ����#/.1E�3�3�;) ���¯o6�8�0���#��I'X.e�}&(#%��Ò��� �B¦B�')*���0� " ".1'X*�F:3���&(2|����*A��#� "4 ')Ò�')*�F�.1&N "#%��F��BN "#K.1E�3�3";X "��¯|��&(&(#%')3�E<&(��.� �#K.10���#��$ÒA��&(&(#~')3�E�&(�$.�BN "#D�`8�?�@!3�;) "��¯¾6 ¶ .90���#���Ò!��&(&(#~'X3�E<&(�ª0���.�&(0��ª��Ò�4���*�M&(��F��J "B��e.1����;);)��#®8�?�@H3�;) "��¯I��*�ÒH&(0��/8�?�@H��')&(0���#® "����E��<')��.��e.9�:��;);)��#®��#����e "#®����*�=<&��� "#��/3�;) "��¯�.K')*&(0��>.9���:�ª��#��$��6$¸¤0���#���ÒA��&(&(#%')3�E<&(�>=<��;)Ò�.�0���4 �ª&(0��>Ò�').1��Ò�4���*�&(��F��ª �B¾#�� Á E<')#%')*�F¬.1���<��#~��&(�ª8�?�@A3�;) "��¯�.')B�3���.1�G�<��F���.K2�')&(0�')*|�L�<��F��G3�;) "��¯�0���4��GÒ�')B¦BN�$#���*�&���&(&(#%')3�E<&(��.�6

§ *H�<#%����&(')���$¥�B( �#�.9�:��;); .9E�3�3�;) "��¯�B(����&( �#~.C&(0��e����&(#~�>��0�')����#����>#�� Á E<')#���Ò:&( ���#� "4�'XÒ��e�<��#�MN.9E�3�3�;) "��¯.1')*�F�;X�I3�'X&¨��&(&N#%')3�E�&(�IB¦'X��;)Ò�.e').e*���F�;X')F�')3�;X��6�8�0��I'X���� "#%&(��*�&¨�U "*�.1'XÒ���#~��&('X "*A'X.e2�0���&N0���#/&(0��I.1E�3�3�;X "��¯�M��8��¬BN "#%����& 2�'););"�� "*�&(')*�E<�/&( �=<& ')*��G.1')*�F�;)�/2� "#�ÒH��BN&(�$#®#��$��;)')����&(')*�F��: "#��/3�')&(.�6m�ª.1')*�FI�G.1')*�F�;)�/2� "#�Ò��8��P').K�<#���BN��#~��3�;)�J��.K&(0��/8�?�@P��').1.K0���*�Ò�;)�$#¨').K�� �#��J��B¦=<��')��*�&���*�ÒH').K����.1')��#®&( IÒ� ���&¦ ���')�CE��<Ò���&(�J "B�<��F��J&(��3�;)��.1æà��E<;)&('XM(2� "#�ÒP��&( "��')��E<�<Ò���&(��.K#�� Á E<'X#��JE�.1�J "B< "&(0���#¨.9{�*���0�#� �*�')O���&(') "*|����&(0� "Ò�. 6

u ÷¾��;X')Ò!3�')&(.�Q$²���*�{¬��Ò�4���*�&(��F���.� "B¾.9E�3�3�;) "��¯|8�?�@�.���#��ªÒ�E��ª&( �.1E<3�3�;) "��¯¬4���;)')ÒA3�')&(.�6�����Ò�E<��'X*�F § @©½3���*�Ò�2�')Ò�&(0�¥�#���Ò�E�����Ò��:�$�: "#~{!E<.1��F�����*�Ò,2}'XÒ���#J���<�<;)')����3�');X')&({:&(0���*¿.1E<�<��#%�<��F���.L��#���&(0����:��')*��Ò�4 ��*�&(��F���.�6 § �����<����&o�� ".1&o.1E�3"3�;) ���¯�MN8�?�@�.J&( ¬.1E<���< "#~&®.9E�3�3�;) "��¯P4���;)')Ò¿3�')&(. 6

�� "*�=�F�E�#~��&(') �*�.`&(0���&CÒ� �*� "&D��#� "4 ')Ò��¬.9E�3�3�;) "��¯¿4���;)')ÒÜ3�')&(.`��#��|�� ".9.1')3�;)��6�8�0���{¿��#��|.1')����;)�$#ª&( ')����;)�$�:�$*�&(¥���­ �®­ ¥�2�'););�*� "&o#�� Á E�')#��`Ò����� "Ò�'X*�FH �B®;) "2�MN "#�Ò���#�÷���Èù3�')&(.J&( HÒ���&(�$#%��')*����I8�?�@¿0�')&(¥���*�Ò0���4��P��BN��.1&(�$#>��������.1.I&(')����6�8�0�� ¶ ��²�Ç���â:��*�Òà&(0��H��¸U@¤Ç�â�â�â��<#� "����.1.9 �#~.1¥oBN "#>�$�����:�<;)��¥o��;);) "2ÌBN "#Ò�')B¦BN��#���*�&®��&(&¦#%')3�E�&¦��.GBN "#�.1E<3��<��F��$.e3"E�&®#�� Á E�')#�����;);�.1E<3��<��F��$.G&( P3���4���;)')ÒD6�8�0�').G'X.GE<.1��B(E�;�2�0���*!&(0�� "�<��#%��&(')*�Fý.9{�.9&(��� "# ���<�<;)')����&(') �* #�� Á E<')#���.½=<*��$MNF�#%��')* �<#� "&(����&(') "*�.1¥,��­ �¨­ £,Ò���&¦��3"��.9�Ê;X "��¯�')*�F�¥F���#%3���F��I�� ";);)����&(') "*¨6�8�0�').e��;).1 H����*A3��I4�')��2��$ÒÀ��.G��;);) "2�')*�F�.9E�3��<��F��I��&(&(#~')3�E�&(�$.e')*A�}.9E��<��#~����F��� �#.1')*�F�;)��MN�<��F���MN.1')O��`8�?�@K6

¶ *� "&(0���#� ��<&(') "* ').�&( .1&( "#��ä��*Û�$*��� �Ò���Ò 4���#%.9') �* "B}&¦0��Ï4 ��;)')Ò 3�')&�4 �$��&( "#9êUë�6�8�0�').�0���.�&(0����Ò�4 ��*�&(��F��� "B/��;);) �2}'X*�F�;X��#�F���.9E�3�3�;) "��¯,BN����&( "#~.!+¡¹�º�¥®Ç�´�5/2�')&(0ü.1����;);D0���#�Ò�2}��#��P�� �.9&/3�E<&/0���.�&(0��Ò�').1��Ò�4���*�&(��F��>&(0���&¾')&¾��;X;) "2�.� �*�;){¬��BN��2 4���;)')ÒA3�')&¾����&(&(�$#%*�.�6$8¤2� |�$�����:�<;)��./'););)E<.1&(#%��&(�ª&(0�'X. 6�¼�')#%.1&(¥"�.1E<�<��#%�<��F��}8�?�@Ï').ª�|&(#%')4�')��;®���������<;)��¥<2�0���#��}�¬.1')*�F�;)�}3�')&K�$*��� �Ò���.ª&(0��}4���;)'XÒ,3�')&�4 �$��&( �#~6¤8�0��}8�?�@3�;) "��¯�').>.10���#���ÒÏ �*�;){�')BD��;);¨3���.9�|�<��F���.>��#����� "�:�<��&(')3�;)��6�¸¤�$�� �*�Ò�¥��H.9E�3�3�;) "��¯�B(����&( �#e "BDÇ�´H����*À3����*��� "Ò���Ò���.J&(2� ¬Ç�M(3�')&o=���;)Ò�.I+¡')*�.9&(����Ò� "B®�IÇ�´�MN3�')&o4�����&( "#~5Næà&(0��`�< ".1')&(') "*: "B®&(0��>=�#%.9&o��*�Ò¿;)��.9&o4���;)')Ò3�')&(.J2�')&(0:��;);<3�')&(.J')*!3"��&(2�����*:.1�$&�+-�I#~E<*�576 8�0�').J��;);) �2}.J��*�{H�� "*�&(')F�E� "E<.J.1��&o "B®3���.1�`�<��F���.J&(0���&o��#����;);��<#� "�<��#%;){¬�<;)������ÒA&( |.10���#��ª��.1')*�F�;)�>8�?�@�3";X "��¯�¥"Ô�­ �U­ £�&(0��${H*����$Ò�*� "&¾.9&(��#%&¾ "#D��*�Ò���&¾���<��F��>3�;) "��¯3� "E�*�Ò���#%{�6 ©>&(0���#`���� "&(')�|��*��� "Ò�')*�F�.���#��P�< �.9.1')3�;)��3�E<&/�� "���<;)���A0���#�Ò�2���#��,+¡ "#�.9 �B(&(2���#���5/����{,3��*�����Ò���Ò &( ÏÒ��$�� "Ò��!&(0��!��*��� "Ò�')*�FüÒ�E<#%')*�Fü&(��Fü�� "���<��#%').1 "*�æà�¿BNE<;);�4���;)')Ò 3�')&e4�����&( "#�#���.1E<;)&(.|')*Ú�.1')���<;)��')����;)������*�&(��&(') "*¨6�¼�E<#%&(0���#¦¥��$*��� �Ò�')*�F:��;)�����$.L&(')F�0�&(�$#J�� "*�.1&(#~��')*�&¦.L "*�2�0���*�3���.1���<��F���.L����*

12. Encoding was first suggested to me by Russell Kao, DEC WRL.

Page 84: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

76

.10���#��:��8�?�@ 3�;) ���¯ä��*�Ò·.10���#���.�8�?�@ 3�;) "��¯�.|;)�$.1.� �B(&(��*�¥���­ �®­ £�.1E<�<��#%�<��F��:8�?�@�.���#��:;)��.1.���B�BN����&(')4��&(0���*!�<��#~&('X��;)M(.1E�3�3";X "��¯H8�?�@�.I+-¸¤����&(') "*�� 6 Ç�6 º�576u ��0<{�.�'�����;K����F �HȬE��!3 ��#¬+Í�¾��Ȭ59Q�8o0<'�.IB('�� ;�Òà'�.I&i{ ��'�����;�;�{�&i0<�H;���#~F ��.�&�'�*Ï�:8¾?o@Ü3 ;� ���¯®ì.IÒ¾��&i��6²� ".1&� "B�&(0�����#����� �4���#�0�����Ò, "BK�� ����<;)��&(��.1E<3�3�;) "��¯!8�?�@�.ª').LÒ�E���&( :0���4�')*�F!.1E<3�3�;) "��¯!���<È«=���;)Ò�.�6Þ|��4�'X*�F¿��.1'�*�F ;X�¬.�0���#~� Òü�U ���{¿ �BC&i0�'X.�B('X� ;XÒüBi �#L&N0<�¬.1E�3�3�;� ��U¯ .`'�*,�P����F��¬3�;X ��U¯¿��;�;X �2|.��P�!E��U0.1����;);)��#�8�?�@¿&( ¬3���3�E<');)&®��*�Ò¿').J&(0��`��#~')����#~{P��Ò�4 ��*�&(��F��` �B®&(0��`�<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯P8�?�@�.�6 Þ� "2��$4 �$#¦¥&(0�������#%BN �#~�:��*����|')�:�<#~ "4 ���:��*�&K'X.>�� �*�Ò�')&N') �*���;®&N !&N0��� ��<� #%��&('X*�F�.1{�.1&(� �ÐÒ� "'X*�FA&N0������<��#% "��#%')��&(��<0�{�.9')����;������� "#%{H��;);) "����&(') "*¨6

§ &�').I��;).1 ¿�< ".1.1')3�;)�H&( ¿�� "*�.1')Ò���#>��*Ï')���<;X�$�:�$*�&¦��&(') "*Ï&(0���&�.10���#���.� "*�;){À�Jø1��i "B�&(0��H�<��ÈÌ3"'X&(.9¥��­ �¨­ £¾&(0��¬�� ".1&C.1')F�*�')=<����*�&C3�')&(.9¥¾2�0�');)�¬�:��')*�&(��')*�')*�FÀ.1�$����#~��&(�¬�� "��')��.`BN "#ª&(0��¬;) "2Ì "#�Ò���#ª3�')&(.�6"8�0�').2�'););¨�<;)������;)��.1.>.1&(#~'X*�F���*�&K�� "*�.9&(#%��')*�&(.> "*�&(0��� ��<��#~��&(')*�F�.1{�.1&(���Ð��*�ÒÏF�')4���.>&(0��� ��<��#~��&(')*�F�.1{�.1&(���Æ�����')3�');)')&({�')*¬��0�{�.1')����; ������ "#~{���;);X "����&(') "*¨6U²�{������<��#~')��*����L2}'X&¦0H "�<��#%��&(')*�F�.1{�.1&(�$�:.C.1E<F�F��$.1&(.C&(0���&&(0��e�� "�:�<;)����')&({} �B���;);) "����&(')*�F}BN "#�&(0��L;)��.9.�.9&(#%')*�F���*�&�.9{�.9&(���Ó "B��� "*�.1&(#%��')*�&(.C').�*� "&<�:E<��0H�$��.1')��#�&(0���&BN "#�&(0��`�� "#��`.1&(#~')*�F���*�&o.1{�.1&(�$�:¥�0� "2��$4 �$#(¥�&(0�').J').J��*! "�<&(') "*!&( ¬�����<;) "#���6

©`*ä&(0��� "&(0���#`0���*�Ò�¥®.1&( "#%')*�F,&(0��P;) "2Ð "#�Ò��$#`3�')&(.} "B/&(0��P����Èé�<��#`.9E�3�3�;) "��¯�¥®2�0�');)��.9&( �#~')*�F,�.10���#��$Ò �� "��{ä �Be&(0��!0�'XF�0Ú "#�Ò��$#}3�')&(.9¥KF�')4���.|&(0��A "�<��#%��&(')*�Fü.9{�.9&(���ÚÆ�����')3�');)')&({ü')*Ú�<��F��A�� ";) "#%')*�F¾6¸¤0���#%')*�F�&(0��LB(E�;); �<��ÈÝ2�');); ����¯��e&(0��L "�<��#%��&(')*�F�.1{�.1&(���Ó��;);) "����&(�L�<0�{�.1')����; �<��F��$.�2�')&(0H�� ";) "#%.C.1�������.A&(0��,4 ')#~&(E���;ª��Ò�Ò�#���.9.1��.ä+-�� �Ò�E<;) &(0��,�<��F��,3�;) "��¯ .1')O���576¨8�0�').A')*�&(��#~BN��#���.!2�')&(0 �<0�{�.1')����;ª�<��F���� ";) "#%')*�F|BN "#D;)��#�F��ª�<0�{�.1')����;);){¬��Ò�Ò�#���.9.1��Ò!������0���.�6 ¶ *�{¬.9¯��$2½')*P&(0��ª4 ')#~&(E���;���Ò�Ò�#���.9.1��.�E<.1��Ò!3�{|&(0�����<��;)')����&(') "*Ü2�'););C.90� "2ÐE��Ú')*Ü&¦0����<0�{�.9'X����;D�� ";X "#~')*�F,&( � �6�÷�')#%&(E<��;C�� ";) "#Iâ�¥¨BN "#����������<;)��¥�').}E<.1��ÒBN#�� Á E<��*�&(;){ ��.��:��*�{ .1��F�����*�&(.¿.1&(��#~&}��&}�à�<#� ��<��#~;){ ��;)')F�*���ÒÝ��Ò�Ò�#��$.1.�6K�� "*�.1� Á E��$*�&(;){�¥G��0�{�.1')����;�� ";) "#�â�2�'););�3��`0�����4�');){PE�.9��Ò¿')B®&(0��� "�<��#~��&(')*�FH.1{�.1&(���å��&(&(�$�:�<&(.J&( H "�<&(')��')O��`BN "#��<��#%&(')��;)MN.9E�3�3�;) "��¯8�?�@À�<��#~BN "#%����*�����6�¸¤&( "#%')*�F�.9 �����;) �2}MN "#�Ò���#�3�')&(.G �B¨&(0������<ÈÓ�<��#�.9E�3�3�;) "��¯���;);) "2�.G&(0��� "�<��#%��&(')*�F.1{�.1&(�$�Ó&( �'X���<;)������*�&<�>Ò�')B¦B(��#���*�&<�<��F��e�� ";) "#%')*�F}��;XF� "#%')&(0��,6U8�0�'X.C��;).1 ���;)')��')*���&(�$.C&(0��L*��$��Ò:BN "#�&(0��¸¤@���&(&(#~'X3"E�&(�>��*�Ò�&(0��>��E�;)&(')�<;)���� "#C')*:�<0�{�.1')����;<��Ò�Ò�#���.9.JF���*���#~��&('X "*�¥�')B®&(0��>8�?�@�.1&( "#��$.J3�;) "��¯H "B¦BN.9��&3�')&(.J�<��#�.1E<3�3�;) "��¯ êUÅ�6

u ¶ &(&(#~')3�E�&(�$.�Q ¶ &(&(#%')3�E<&(��.G'X*���;)E<Ò��I=��$;XÒ�.G.1E���0!��.G�<#� "&(����&(') "*�¥ ������0��$��3�'X;)')&({�¥ �<��F���.1')O���¥ #���BN�$#���*�����Ò��*�Ò,�: "Ò�')=���Ò,3�')&(.�6 ¶ Ò�����').1') "*¿&( :.10���#��} "#G#����<;)')����&(�}��E�.9&�3��}����Ò���BN "#G�$����0¿=���;)Ò,')*�Ò�')4�')Ò�E���;);){�6@���.1�I�<��F���.e')*A���<��F��I3�;) "��¯:&(0���&¨0���4��IÒ�')B¦BN�$#���*�&¨4���;XE<��.eBN "#/�}#����<;)'X����&(�$Ò���&(&(#~'X3�E<&(�I����*A.1&('););¾.10���#����.1')*�F�;)��8�?�@¿3�;) "��¯P��*�Ò¿')�:�<#� "4���8�?�@À�<��#~BN "#%����*�����6 ¼�')��;)Ò�.J2�0�')��0!����*!3����$���<����&(��Ò¿&( H3���Ò�')B¦BN��#~M��*�&oBN "#��� "*�.9����E<&(')4 �`4�')#%&(E<��;��<��F��$.G.90� "E<;)Ò¿3��`#����<;)')����&(��Ò�¥���­ �®­ £�2�#~')&(��MN�<��#~��'X.9.1') "*!3�')&(.�6 ª').1&(#~')3�E�&(��Ò.�0<��#~��Òà�!���!  #7{� �����#9��&i'�*<F�.�{ .�&i� �A.I&i0<��&�E�.��H���¤F ��Mi;���4���;K��#~  &i� ��&i'� �*�.I&i À'��!��;����!��*<&��� �0<��#~��*<&������ "#%{�¥�BN "#J����������;)��¥�2� "E<;)Ò,.1��&�2}#%')&(��MN�<��#~��').1.1') "*¿3�')&(.L��&�&(0��}F�#%��*�E<;)��#%')&({! "BK3���.9�}�<��F���.ª�� "#��BN#�� Á E<��*�&(;){P&(0���*:')*!.9')*�F�;)��M(*� "Ò��`�� "����E<&(��#~.�6 ¸¤ "���`��&(&(#%')3�E<&(��.1¥�.1E���0!��.J&(0��`�<#%')4�');)��F���Ò¿3�')&(¥�&(��*�Ò¿&( 3���')Ò���*�&('X����;®BN "#G����F���.>2}'X&(0�')*À�¬�<��F��}3�;X "��¯A��.>&(0���{AE�.9E���;);X{A3��$;X "*�FA&( !&(0��}.1������4�'X#~&(E���;® "3�G�����&(¥��*�ÒÀ����*A3��I.90���#���ÒÀ���� "*�F�.1E<3�3�;) ���¯�.�6�¸¤�$��&(') �*-� 6¡»�6 ¹�Ò�').1��E�.1.9��ÒÀ&(0��I&(#~��Ò��$ �B�B�')*A#����<;)')����&(')*�F��� "Ò�')M=��$Ò¿3�')&(.�6

§ *A.1E��:����#%{U¥�2�0�');X�I&(0���#~�I��#~�I����*�{:�� ".�.1')3�;X�I����#%&N')��;)MN.1E�3�3�;) ���¯:8�?�@��� �*�BN'XF�E�#%��&N') �*�.L�< �.1.1'X3�;)�3�{|��0� " ".1')*�F|Ò�')B¦BN�$#���*�&�3�')&(.� "#e+-�< �#~&(') "*�.� "B(5¾=<��;)Ò�.�&( }.10���#��L����#� �.9.�.9E�3�3�;) "��¯�.1¥�&(2� }')���� "#~&(��*�&��� "*�M.1&(#~��')*�&(.C;)')�:')&<&(0��L��0� "')����.1æà&(0��L��4���');)��3�;)�L��0�')����#��$�> �#���������.9.�&(')���L��*�Ò:��8��:BN "#%����&%6U8�0��L�<0�{�.1')����;�<��F��ª*�E<�:3"��#D=���;)Ò!'X.�&(0��ª;)��#�F���.1&���*�ÒA�� ".1&� �3�4�') "E�.� "*��ª&( |.90���#��>3�E<&�#�� Á E�')#���.� ��<��#~��&(')*�F¬.1{�.1&(����<0�{�.9')����;������� "#%{¬��;);) "����&(') �*P&( |3��ª��B¦B(����&(')4���6$¸¤E�3�3�;) "��¯|4 ��;)')ÒA3�')&(.�F�')4 �ª&(0��ª�: ".9&¾')���� "#~&(��*�&¾�<#� "�<M��#~&(')��.G "B®.1E<3�3�;) ���¯P8�?�@�.J��*�Ò¿��#��`��.1.1��*�&(')��;É6 ¸¤E�3"3�;) ���¯P�� "Ò�')=���Ò¿3�')&(.J����*!3����$B¦BN����&(')4�����&o#���Ò�E<��')*�F

13. This is important for a subblock factor of 2, where storing one additional low order bit of the PPN, eliminates theneed for the SB attribute and the multiplexor, but adds a column multiplexor to select the subblock.

Page 85: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

77

§ @�©±��*�ÒP.10� "E�;)ÒP3��J�� "*�.1')Ò���#��$ÒP'XB�&(0��J��8��PBN "#%����&���;);) "2�.KBN "#¨')&%6

8�0����<��#%&(')��;)MN.9E�3�3�;) "��¯`8�?�@¬��#���0�')&(�$��&(E�#���¥ ').��G¯���{`�� "*�&(#%')3�E<&(') �*� "B ��{�&(0���.1'). 6 § 0���4���.1&(E<Ò�')��Ò|&(0��').1.1E<��.¨')*�4� ";)4���Ò|')*�')�:�<;)������*�&(')*�F`�J�<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯`8�?�@|��*�Ò|�����<;) �#���Ò|��;)&(��#~*���&(��2���{�.�&( >0���*�Ò�;)�8�?�@!��').1.1��. 6 § 0���4��ª.90� "2�*P&¦0���&��`����#~&(')��;)MN.1E<3�3�;) ���¯¬8�?�@!'X.�3���&(&(��#K&(0���*P&(0��ª.9&(��&(��MN "BNMN&(0��L��#%&�.9E��<��#~M�<��F��J��*�ÒP�� "����;)��&¦��MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@P')���<;X�$�:�$*�&(��&('X "*�.�6

¶ ����#%&N'X��;XMN.�E�3�3�;X ��U¯!8�?�@,��;X;) �2|.L3���.1������F����:������'X*�F�.L&N0���&���#~����#~ �����#7;X{:��;X���U��Ò,'X*���0�{�.�'X�U��;������ "#%{�&( `.10���#��/�G.1')*�F�;)�/8�?�@¬3�;) "��¯¾6m�ª.1')*�F�.1�<��&(')��;�;) "����;)')&({�')*}�<#� "F�#~����.1¥��G�<��#~&(')��;)M(.1E�3�3";X "��¯�8�?�@E<.1��.�BN��2���#o&(��F�.�&(0���*}�J.1')*�F�;)�$MN�<��F���M(.1')O��/8�?�@¬2}'X&¦0}&(0��/.1������8�?�@¬#�������0¨69¼�E<#%&(0��$#(¥ E�.9')*�F�')*�&(��;);)')F���*�&�<0�{�.9')����;������� "#%{`��;);) "����&(') �*�3�{`&(0��� "�<��#~��&(')*�F`.1{�.1&(�$�:¥��J����#~&(')��;XM(.1E<3�3�;) ���¯`8�?�@|E<.1��.�;)��.9.�Ò���&(������&(0��0�')�H��#����L&(0���*|��')&(0���#�.9')*�F�;)��M(����F���MN.9')O��J "#��� "����;)�$&(��MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@�.K2�')&(0|&(0��G.1�����G8�?�@P#�������0¨6�@�{�<#� "4�')Ò�')*�FP.1E<3�3�;) "��¯P4���;)')Ò¿3�')&(.1¥��<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯P8�?�@�.G')*���E<#�BN�$2���#�8�?�@¿�:').9.1��.J&(0���*!��*!� Á E<'X4���M;)��*�& .9E��<��#~����F���8�?�@¬3�E<& #�� Á E<'X#��� �*�;){�3��$.1&(MN��B�BN "#%&���0�{�.1')����;������� "#%{���;);) "����&(') "*}BN#� "�½&(0��/ "�<��#~��&(')*�F.1{�.1&(�$�Ï6

¸¤��&(Mi��.1.1 "�U')��&(')4 �I�<��#%&(')��;)MN.1E�3�3�;X "��¯:8�?�@�.e0���4���.1')�:');)��#/��0���#~����&(��#%'X.1&(')�U.e&( P.1E�����#%�<��F���MN'X*�Ò����|.1��&(M��.1.1 "��')��&(')4��>.1E<�<��#%�<��F��>8�?�@�.�6$8�0��${¬��#��>�$B¦BN����&(')4��>2}'X&¦0� ��<��#~��&(')*�F¬.1{�.1&(���Ê.1E<�<�� "#~&¾BN "#D.1E<���$#%�<��F��$.3�E<&<E�.9�e.1E<3�MN "�<&(')�:��;�')*�Ò����`3�')&(.D2�0���*¬*� "&<E�.9'X*�F}.1E<�<��#%�<��F���.�6�¼�E�;);){�MN��.1.1 "��')��&(')4��e')����;)�$�:�$*�&(��&(') "*�.Ò���F�#%��Ò��eF�#%������B(E�;);){}&( ��<��#~BN "#%�Ã�� "���<��#~��3�;){}&( ��ª.1')*�F�;)��MN�<��F��$MN.1')O��e8�?�@:2}'X&¦0¬&(0��e.1�����e*�E<��3���#� "B8�?�@P3�;) "��¯�.�6

§ *�&N0���*�� ��&�&(2| ��U0�����&N��#7.1¥ § Ò�'X.1�UE�.�.L&(0��} "��� #%��&N'X*�F:.�{�.�&(� �Ì�!���U0���*�').��:.L*�� ��Ò�� Ò,&( :.1E����� "#7&�<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯I8�?�@�.G+-��*�ÒH.9E��<��#~����F��/8�?�@�.15���*�ÒH�<��F��/&(��3�;)��.�&( `.1&( "#��/����#~&(')��;)M(.1E�3"3�;) ���¯P+-��*�ÒH.1E<M�<��#%�<��F���5������<�<')*�F�.�6

Page 86: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

78

÷�'X#~&(E���;������� "#%{À°¡Â>�$*�*��1â µ��� "���<E�&(��#D.1{�.1&(����./#�� Á E�')#��>����;) ".1�>')*�&(��#%����&(') "*�3���&(2����$*:&(0��>0���#�Ò�M2|��#��|��#~�U0�'X&N���U&NE�#~�|��*�Òü&N0��| ���� #%��&N'X*�F¿.�{�.1&N� �Ï6"©�����#7��&N'X*�F�.�{�.�&N��� .�E����� �#7&DBi �#L4 'X#%&NE���;��:� �: �#%{2�')&(0��I.1')*�F�;)�>=�����ÒA����F��>.1')O��>').J.9E�3�.9&(��*�&(')��;�3�E�&¾2���;);)MNE<*�Ò���#%.1&( " "ÒÜ+

e.g.¥��>È § �±°¡8�0� "�,�1´�¥�@�����0pb�Ç�¥

?���B¦Bi³�â�¥R˪')*�F$b ��3¾µ-¥�÷/²�¸Ï°-?���4 {$b�º�µ-¥�È�8±°Í��E�.1&N³�¹�µ-¥�² ¶ ��Þý° ¶ �U����b�Ç�¥�����.10Çb?b�µ-¥�©`¸R@�ºÀ°-Æ/ �F��?bjb µÍ576 § &')*���;)E�Ò���.ª�¬4�')#%&(E<��;®������ "#%{A����*���F��$#e&¦0���&���;);X "����&(��.ª4�')#%&(E<��;®��Ò�Ò�#~�$.1.1��.9¥��$*�B( "#�����.ª��#� "&(����&(') "*�¥�')*�')M&(')��&(��. § @�© ��*�Ò�;) ���Ò�.?@¤E�*�;) "��Ò�.C�����<�<')*�F�.CBN#� "�Ó�ª�<��F��e&(��3";X�¿Û¤ "*��e �#��: "#��e=�;)�e.1{�.1&(�$�:.D&(0���&<����*�M��F��!�¤*�Ò ����'(*�&���'(*à.�&�#1Eo��&ÉEo#7�Ç@��� �0���#9��*��$�! �Be �3jGi����&É.� �*àÒ®'(.�¯¹@�*���&É2P  #�¯ÇÛ����o0�{�.U'(����;������� �#1{����*���F���#�&(0���&®����*���F���.?@���;);) "����&(��.J��0�{�.1')����;��<��F���.mÛ���*�Ò¿���<��F��`&(��3�;)������*���F��$#�&(0���&®').9 �;)��&(��.J�<��F��&N��3�;)�|��*�Òä8�?�@äÒ���&N��'X;X.>'X*��H�:���U0�')*���MiÒ�������*�Ò���*�&D�: "Ò�E�;X��¥��$­�®­ ¥�¸hÜ�¸�÷·�>È § �BÝAL�Ö�;X��{�� #}°-², �#%�jb?b�¥@���;X��³�º µ ��*�Ò¿²�����0A×A}~L�×!;)��{���#ª°-����.10pb?b µN6

8¤ !3�����B¦BN����&N')4 ��¥<0� "2�� 4���#¦¥�.1E��<��#%����F�����*�Òä�<��#%&(')��;)MN.1E�3�3�;X "�U¯A8�?�@�.>#É� Á E�')#��� "����#%��&('X*�F�.1{�.1&N���.�E����� �#%&D'X*���#�� ��.` �&(0�� #L&(0���*,8�?�@ü��*�Òü����F��|&N��3�;X�|�:��*���F�� �:��*�&L+Í��0�����&N� #/�`Ò�'X.���E�.1.���.`����F��|&N��M3�;)��.15%6 8�0��`�<#~'X����#~{H�� �*�&(#~')3�E�&(') "*: "Bo&(0�').J��0����<&(��#C').J&(0���& § ')Ò���*�&(')BN{H&(0��> "���$#%��&(')*�FH.1{�.1&(���ÿ.9E��<�< "#%&#�� Á E�')#���Ò¿��*�Ò¿Ò�').1��E�.9.G��;)&(��#%*���&(��.9 �;)E<&(') "*�. 6�©>*���*��$2Ã�� ";)')��{P��*�ÒÀE<��&¦ P.9'X��*��$2Ã�:�$��0���*�').1��.G����{3��`#�� Á E<'X#���Ò�&( H�� "*�4���#%&o�I.1')*�F�;)��MN�<��F���MN.1')O��` "�<��#%��&(')*�FH.1{�.1&(���ÿ&( H "*��`&(0���&o.1E<���< "#~&(.J.1E��<��#~�<��F��` "#�<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯:8�?�@�.�6�8¤��3�;)�JÇ�M7»L.10� "2�.L��;)&(�$#%*���&(��8�?�@�&({��<��.L2}')&(0�&(0���������0���*�').1��.L&(0���&���#���#���MÁ E<')#���Ò�¥� "�<&(') "*���;< "#�*� "&®���<�<;)')����3�;)�H+-ȸ@ ¶ 5®BN "#�������0¨6

¸�E����< �#7&('X*�F�����#%&N'X��;XMi.1E�3�3�;X ��U¯�8�?�@�.`#�� Á E�'X#���.`&N2� ��:���U0���*�'X.1�:.�æÚ4���#7')��3�;X��.�'XO��|Bi#���� ;)'X.�&D�:��*�M��F�������*�&�&( P��;);) "����&(���� �*�&(')F�E� "E<.e#��$F�') "*�.e "B���0�{�.1')����;������: "#~{:��*�Ò�����#���BNE<;¾�<0�{�.1')����;¾������ "#%{���;)M;X ��U��&N'X �*�&N �����ï����~�%��cP�����Uî9�e4 '�#%&NE���;¨����F�� .`'X*,��0�{�.�'X�U��;��:� �: �#7{à+Í8���3�;X�}»�M9»�596"©`��&N'X �*���;X;X{U¥��PF���&N0�� # "�<��#%��&(') "*�����*A�� "#%#�����&���').1&(��¯���.e')*��<0�{�.1')����;¾������ "#%{:��;);) "����&(') "*�3�{:�� "�<{�')*�F�3���.1�I����F���.e&( �&(0��$'X#�<#� "�<��#��<;)������.�6

¸¤E<�<��#%�<��F��> "�<��#%��&(')*�F¬.1{�.1&(���Ê.1E<�<�< �#~&¾')*���;)E�Ò���.���*��$2 �< ";X')��{�æà����� �~óN�~ÔßÞ��D���~�~Ô � ò�ðª�~òo���< ";X')��{�æ&(0���&¨Ò�����')Ò���.G2�0���*A&( PE<.1��.1E<�<��#%�<��F���.1¥ 2�0���&¨.9'XO���.1E<�<��#%�<��F���.1¥ ��*�ÒÀBN "#�2�0�')��0A��Ò�Ò�#��$.1.G.1�<�����I#���MF 'X �*<.�6�����F���Mi.�'XO��¬��.�.�'XF *��!� *�&��U��*,3 �|�$�Í�¤�ÍÔ)î à·&N0��¬Ò¾� �U'�.�'X �*,'X.��!��Ò¾�¬ �*<�U�¬��*<ÒüÒ¾ �� .�*< �&C��0���*<F�� "4���#K&(0��L;)')BN��&(')���L "B�&(0��L�<#� "����.1.1æà "#K�?c�ò���ð>ÔÍîEàà&(0��L�<��F��L.9'XO��L��0���*�F���.� "4���#K&(')����6U¸¤E��<�< "#%&(')*�F�.1E<M�<��#%�<��F���.C2�')&(0¬�ª.1&(��&(')������F���M(.1')O��e��.9.1')F�*��:�$*�&<�< ";)')��{�#�� Á E<')#���.C4���#%')��3�;)�e.1')O��eB(#�����;)').1&<����*���F��$�:�$*�&%6§ *A��Ò�Ò�')&(') "*�¥ &(0��I "�<��#~��&(')*�F�.9{�.9&(���ÑÒ���&(�}.1&(#~E<��&(E<#���.G��*�ÒÀ')*�&(��#%BN�����$.e.90� "E<;)ÒÀ.1E<���< "#~&¨�}&(#~E<���:E<;)&(')M��;�� M�����F ��Mi.�'XO��HBi#9���:��2¬ �#9¯®6�ßä'�&N0ä��.�&i��&N'��}����F � M�.�'�O��¬��.�.�'�F *<�!� *<&��� �;X'���{$¥o'�&���;�.� ¿.�E�BNBN'��U��.�&i ¿E�.������#��$BNE�;<�<0�{�.1')����;<�:�$�: "#~{P��;);) "����&(') �*:')*:�I.1')*�F�;X�$MN�<��F��$MN.1')O��`BN#~���:�$2� "#%¯H��*�Ò��I�<��F��`&(��3�;)�`&(0���&o�� "M��;)��.1���$.e�� "������&(')3�;)�I3"��.9�I�<��F��������<�<')*�F�.G')*�&( P.1E��<��#~�<��F��$.�6�¸¤&(��&(')�ª�<��F���MN.9')O�����.1.1')F�*��:�$*�&¨').e�<#%����M

a. Static page-size assignment requires at least one of the two mechanisms—multiple page-size frameworkor careful physical memory allocation.

Table 6-1: Operating system mechanisms for superpage and partial-subblock TLBs

TLB TypePage-size

Assignment Policy

OS Mechanisms

VariableSize

FreelistGather

PagePromotion/Demotion

MonitorReferencePatterns

Multiplepage-size

framework

CarefulPhysicalMemory

Allocation

Partial-subblock áHâWã ä�åmæ?çaè¥ä�åmé optional áHâWã áHâWã áHâWã äoåmæ?çaè¥ä�åméSuperpage êWë�ìyë è¥í ä�åmæ?çaè¥ä�åmé áHâWã áHâWã áHâWã optionala optionala

Dynamic ä�åmæ?çaè¥ä�åmé äoåmæ?çaè¥ä�åmé äoåmæ?çaè¥ä�åmé ä�åmæ?çaè¥ä�åmé optional äoåmæ?çaè¥ä�åmé

Page 87: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

79

&(')����;<')*� �*�;){H��BN��2 .1')&(E<��&(') �*�./��./')&oÒ� "��./*� "&¾�<#� "4 ')Ò��>�I2���{H&( |#����� "4���#CBN#� "�ÿ2�#� "*�FHÒ�����').1') "*�./ "#E<.1�`.1����;);X�$#��<��F��`.1')O���.J2}0��$*!������ "#%{H').J.1����#�����6

¶ Ò�{�*����:')�`�<��F���MN.9')O�����.1.1')F�*��:�$*�&��� ";)')��{!��;);) �2}.ª&(0��}�<��F��}.1')O��}B( �#J�|4�')#%&(E<��;o��Ò�Ò�#���.9.ª#��$F�') "*&N ��U0���*�F��¬'X*�#~� .1�� �*�.��|&N ��U0���*�F�� .`'�*�#~��Bi� #�� *��U�¬����&N&N� #%*�.� �#L��4 ��'�;X��3�;X�|��0<{�.�'X�U��;¨�!���! �#%{¤6"8¾0�'X.1¥0� �2�� 4 ��#(¥�#�� Á E�'X#���.`��Ò�Ò�'X&('X �*���;¨ "��� #%��&N')*�F�.�{�.1&N��� �:���U0���*�'X.1�:.�æÚ����F��|��#� "�: �&N'X �*���*�Òü����F��|Ò�� M�! �&N'� �*Ï�!���U0<��*<'�.��!.I&N ¿��0<��*<F �¬&i0<�H����F �H.�'�O���¥¾��F ��&i0<� #>�:����0���*<'�.�� &N ¿�� �;�;X����&�3���.��H����F � .I&i &(0���')#K�<#� "���$#K�<;)������¥���*�Ò:�>�:�$��0���*�').1�Ó&( }�� ";);)����&��<#� �F�#~���Ó#���BN��#���*����L�<��&(&(��#~*�.C&( }0��$;)�:����¯��L�<��F��$M.1')O��`��.1.1')F�*�����*�&®�< ";)')��{PÒ�����').9'X "*�.�6

¶ � ���dF��~�� ��<��#~��&(') "*H�� "4 �$.�3���.9�L�<��F���.C&( !ç1�<#� "���$#$è��<0�{�.1')����; �<��F���.C.1 }&(0���&<�>.1E<�<��#%�<��F��e�:���<M��'�*<F� �#`���¾��#7&i'���;�M�.�E�3 3 ;� ���¯��A������'�*<F�����*ä3 �HE¾.���ÒC6 8¾0<'�.�#%� Á E�'�#%��.I;� ���¯ '¦*<FÀ�¾��F ��.I'�*ä�!���! �#9{�¥�� "Ò�')BN{�')*�F¬�<��F��ª&(��3";X�$.���*�Ò!���$#%BN "#~�:')*�F¬8�?�@A.10� " "&(Ò� "2�*�.�&(0���&���Ò�Ò�.�.1')F�*�'X=<����*�&¾ "4���#�0�����ÒA&( �&(0������&(E<��;��� "�<{H�� ".1&(. 6 § *�.9&(����Ò�¥ § �<#� "�< ".1�>�I�<0�{�.1')����;��:�$�: "#~{H��;);) "����&('X "*���;)F� "#~')&(0��:¥������ �D���~�~�~��î����-ÔÍï�ò�£&i0���&�����#~� B�E�;�;X{���;X;� �����&i��.Pç���#~ ���� # èI��0�{ .�'��U��;�����F � .I'�*Ï&i0��HB('�#7.�&���;X�����H��*<Òà��4� �'�Ò¾.I&N0<�H�� ���{ '�*<F®6����F��>#���.1�$#%4���&(') �*�2} �#~¯�./3�{¬#��$.1��#~4 ')*�F¬���<0�{�.9'X����;��<��F��>3�;) "��¯¬BN "#D.1�<����')=��G3���.1�ª4�'X#~&(E���;��<��F���./��*�Ò0� ";)Ò�')*�FH&(0��`3���.9���<0�{�.1')����;<����F���.J��&o&(0��`��*�Ò¿ "B®&(0��`BN#����$;X').9&%6 ßà0��$*!&(0��`�<#� "F�#%���ÿ#���BN�$#���*�����.J&(0��$.1�4�'X#%&(E<��;®�<��F���.1¥<&N0��� "�<��#%��&N')*�F�.9{�.1&(���Ð2�'X;);®��;X;) "����&(���<#É��4�'X "E�.9;X{A#���.1��#%4���Òä�<#� "�<��#%;){��<;)������ÒÏ�<��F���.�6Þ| �2|� 4�� #N¥�'XB�#~� .�� #74 � ÒÜ����F � .`#%� ���U0,&N0<�|0<� ��Òü �BC&i0��¬Bi#~� � ;X'�.�&C2|'X&N0< �E�&C&N0��¬��#~ �F�#7���ý#~� Bi� #~��*<�U'X*<F&(0�����¥¤&(0���{���#��e#�����;);) "����&(��ÒK6��<��F��L#��$.1��#~4 ��&(') "*H����¯���.��ª¢��~���-óN�ÎøÍø1ï�����&( }�<#� "�<��#%;){��<;)�����e��0�{�.1')����; �<��F�M��.C2�')&(0H;) "2á "4���#�0�����ÒK6�8�0�').�').�.9E�B¦=<��')��*�&�BN "#��>�<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯�.1{�.1&(���Ó��*�Ò:#��$Ò�E<����.ª+-��;)')��')*���&(�$.15F���&N0���#e�U ".1&N.>2�0�� *ÀÒ�����'XÒ�')*�FA3���&(2�� ��*À3���.1�|�<��F���.`��*�ÒÏ�H.1')*�F�;)��.�E<����#%����F���.1'XO���6a˪��&N0���#e �����#%��M&(') "*�.�����*P3��LE<.1��Ò:&( }�� "#%#�����&���*�{�')�:�<#� "�<��#K�<;)����������*�&� "#K&( }��E�F�����*�&��<��F��L#��$.1��#%4���&(') "*HBN "#K�� "#���<��F��`.9'XO��$.�6

8�0��}#���.9&K "BK&(0�'X.ª��0����<&(��#GÒ�'X.9��E�.9.1��.ª����F���M(.1')O�����.1.9')F�*�����*�&K�< ";)')��')��.ª��*�ÒÏ&(0���Ò�')BNBN��#���*�&K������0���M*�').1�:.ª')*ÀÒ���&(��');É6�¸¤�$�U&(') "*|Ç 6¡»ªÒ�').1��E�.9.1��.>��;)&(��#%*���&(���<��F��$MN.1')O��}��.1.1')F�*�����*�&K�< �;)')��')��.�6¤¸¤����&('X "*�Ç 6 º¬Ò�').1M�$Eo.U.U��.}'(�A�o;¦���A��*�&��¤&�'¦ �*Ü  BG&�0���Ò®'¦B�BÉ��#7��*�&J�����$0��¤*�'¦.U�A.Uæ BÉ#7����;¦'¦.U&J���¤*���F�������*�&�¥�F��¤&É0���#�¥��¾��F���<#� "�� "&('X "*«@�Ò����� "&(') "*�¥��<��F���#���.1�$#%4���&(') �*�¥<�� "*�')&( �#~')*�F�¥<��*�ÒÏ��0���*�F��$.>#~� Á E�')#��$ÒÏ&( !�� "4 �}��*À "�<��#%M��&N'X*�F¿.1{ .1&N��� &N A�H�:E�;)&N'X��;X� MN����F�� MN.�'XO��|BN#%���:� 2| �#%¯o6"¸¤� �U&N') �*�Ç�6 ¹HÒ�'X.1�UE�.�.���.`'X*�&N��#7���U&N'X �*�.`3�� &N2�� � *&(0���*���2å�� ";X')�U')� .>��*�Òä�:���U0���*�').1�:.>2|')&N0�����'X.1&N')*�F� "����#%��&('X*�FA.�{�.�&(��� �� �;)'X��'X��.`��*�Òä��� ��0���*�'X.1�:.�6��0�����&¦��#/�JÒ�').1��E<.1.1�$./�<��F��>&(��3�;)��.�&(0���&¾����*�.1&( "#��ª��*�ÒA.1��#~4�')���>8�?�@���').1.9��./BN "#C.9E��<��#~�<��F��>��*�ÒA����#~M&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯P�����<��')*�F�.�6

¶ ����� �~óN��ÔïÞ��/���~�~Ô ��ò�ðª�~òo����ï��ÍÔ�îEc�����¯���.L��&(#%��Ò��� "B¦B�3��$&(2�����*�&(0����� ".1&(.L��*�Ò�3���*���=�&(.e �B�E�.1')*�F:.1E<M�<��#%�<��F���./'X*�Ò�����')Ò�')*�FH&(0��`�<��F��`.1')O��`&( ¬E<.1�>BN "#��$����0:4 ')#~&(E���;<��Ò�Ò�#��$.1.�6�8�0��`�<#~')�:��#~{H3���*���=�&¾ �BoE�.9M'X*�F¿.1E�����#7����F�� .`'X.`�P#~��Ò¾E��U&N'X �*�'X*,&N0��|*�E��:3�� #L �BC8�?¾@ä�!'X.1.�� .H+-��0�����&N� #K¹�596"8�0��|�U �.�&N.` �BCE�.1'X*�F.1E���� #%����F���.`'X*��U;XE�Ò�����5D �4 ��#~0�����Òä'X*��� �*�'X&( �#%'X*�F�&(0���#~� BN��#�� *����|����&N&(� #%*� �BD&N0��|2� �#%¯�;X ���Ò�¥�3�5C')*�M��#�����.���ÒÏ'X*�&(��#%*���;®BN#%��F��:��*�&(��&(') �*�¥<Ô�­ ��­ ¥<;X��#�F���#e2� �#%¯�'X*�FA.1� &K.1')O�����*�Òä')*���#É����.1��Òä�<��F���')*�')&('X��;X')O���&('X "*�U �.�&N.P°Í8���;X;�³�º�µÍ¥���5�����F��¬��#� ��: �&N'X �*,�U �.�&N.P+͸�� ��&N'X �*HÇ�6 º�6 ¹�5i¥���*�ÒÜÒ�5�'�*��U#~� ��.��¬'X*,8¾?¾@ü�!'X.�.���� *���;X&N{+-��0����<&N��#J�1576�����F�� MN.1')O�����.�.1')F�*��:��*�&K����*�3�����'X&(0���#e.1&(��&('X�� �#GÒ�{�*�����'X����*�Òä&(0�').`.1����&N') �*ÀÒ���.1�U#%')3�� .&i2¬ À��;���.�.���.� �B�Òo{ *<���A'����� �;¦'���'���.�æ·2¬ �#9¯ '�*�F�.���&�&i0<#%� .�0<  ;�Ò °�8��¤;�;�³�º�¥®8���;¦;�³�´���µ¨��*<Òà��  �!����&i'�&�'�4��°-�� "�:�$³j� µ(6

¶ ���¡���-Ô�îD����� �~ó(�~ÔïÞ������~��Ôí� ò�ð>�~ò¾�"��ï���ÔÍîEc>�:��¯���.�&¦0��eÒ��$��'X.9') �*H "*����L��*�Ò:=�����.C&(0��L�<��F��e.1')O��L "4 �$#K&(0��;)')BN�I "B�&(0��I�������<')*�F¾6�ª��4�'X���I����F���.e��*�ÒÀ*� "*�MN�<��F�����3�;)�I������ �#~{:����*AE<.1�I�}.1&(��&(')�ª�� ";)')��{� "B�E�.1')*�F&(0��>;)��#�F���.1&¾.1E<���$#%�<��F��>.9'XO��>&(0���&¾�:���<./&(0��> �3¿G�����&C+

e.g.¥"¯���#~*���;<&¦����&(¥�BN#~���:�>3�E<B¦BN��#~.1¥�Ò���&(��3���.1�>3�E�B¦B(M

��#~.1576�©>�<��#%��&(')*�F:.9{�.9&(����.e�� �E<;)Ò���;).1 PE�.9�I.1')����;)�I0���E<#%').1&(')��.eB( �#�.1&(��&(')�ª����F���MN.9')O��I��.9.1')F�*�����*�&¨�< ";X')M

Page 88: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

80

��')��./3���.1��Ò� "*:&¦0��>&({��<�` "Bo "3�G�����&o��*�Ò���4���');)��3�;)�`BN#��$�`������ "#%{�6�¼� "#��$�����:�<;)��¥��I.9&(��&(')�e�< ";)'X��{H�� "E�;)Ò��.1.1')F�*:3���.1�`�<��F���.JB( �#C.1&(����¯P�<��F���.J��*�Ò¿����Ò�')E���MN.9'XO��$Ò¿.1E<�<��#%�<��F���.JBN "#�0������A����F���.�6

¶ �?c�ò���ð>Ô�îL����� �%óN�~ÔïÞ��G���%�~Ôí� ò�ð>�~ò¾����ï���Ô�îEc¬').>�: "#���B¦;X����')3�;X����;X;) �2�')*�FA&(0����<��F���.1'XO���BN "#e�H4�')#%&NE<��;��Ò�Ò¾#�� .�.`#~� F�'X �*,&N ��U0���*�F��¬��*�Òü'X.`E�.���BiE�;�'X*,&N2| �.1'X&NE���&N'X �*�.�6"¼�'�#%.�&N¥�2|0�� *�&N0<�| ���� #7��&N'X*�F¿.�{�.�&N���Ò� "��.ª*� "&K¯�*� "2Ê��*� "E�F�0¿��3� "E�&�&(0��}�� ".1&(.ª��*�ÒÏ��0���#~����&(��#%').1&¦'X��.L �BK�������$.1.1��.ª&¦ !��*¿ "3�G�����&�&( :�:��¯��}�.1&(��&(')�GÒ�����').1') "*�¥"��Ò�{�*����:')�J�� ";)')��{¬��;);) �2}./')&¾&( |F�E���.9./���<��F��ª.1')O��>��*�ÒA�: "Ò�')BN{¬&(0��>�<��F��>.1')O��>��B(&(��#�� "*�')&( "#~')*�F�&(0����<#� "����.1.GBN "#��}2�0�');)��6�¸¤�$�� "*�Ò�¥ E�.9'X*�F�.9E��<��#~����F���.G')*���#�����.9��.e')*�&(��#~*���;���*�ÒÀ����&(��#%*���;BN#%��F���� *�&N��&N') �*���*�Òä2�'X;);¨'X*��U#�����.�������F�'X*�F�&N#%��B¦B¦'X��'XBD&N0��|.1{�.1&(� �Ð'X.>.�0� �#%&K �BD��0�{�.1')�U��;¨�:���: �#%{�æÚ�Ò¾{ *<���!'��}�� �;�'���{À��;�;� �2|.I&i0<�H �����#7��&i'X*<F�.�{ .�&i� � &i ¿��Ò¾����&�����F ��Mi.�'XO��H��.�.�'�F *<�!��*<&�&i ¿��0<��*<F � .I'�*.1E<��0!.9{�.9&(���å�<��#~������&¦��#%.�6

¶ i/ï��%ñ�Ô�ò �¿�%���D�dF����~��F�ïU���¬��ï���Ô�îEcH��#� "�: "&N��.>����F���3�;X "�U¯�.`2�0���*�&(0���2� �#%¯�'X*�FA.1� &K�� �*�&N��'X*�.>�: �#��3���.1�>����F���./ �Bo�I�<��F��`3";X "��¯H&(0���*:�I�<#���Ò���&(��#~�:')*���Ò�&(0�#���.10� ";)Ò�¥�&(0��`����ï�ð>ï��-Ô�ï�òÀ�dF����~��F�ï��Í��+-��­ �¨­ ¥��$'XF�0�&´�ÆJ@Ï3���.1���<��F���.>2�'X&(0�')*À�HÇ�´�ÆJ@Ï����F���3�;) ���¯�576 § &KÒ����� �&(��.>.1E��<��#%����F���.>&( !3���.1���<��F�� .ª �#e.1����;);)� #.1E<�<��#%�<��F���./2�0���*�&(0��>2� "#%¯�')*�FH.1��&¾�� "*�&(��')*�./BN��2���#D3���.1�>�<��F���./B(#� "�ÿ&(0��>�<��F��`3";X "��¯¬&(0���*:��*� "&(0�M� #L��#�� Ò�� &N��#7�:'X*�� Òä&N0�#~��.�0� �;XÒ�¥�&N0��|���%ð`ï¤�-Ô)ïUòÜ�ßF����%��F�ïU�)�À+Í�$­ �¨­ ¥�B¦'X4��|´�ÆJ@ä3���.��|����F�� .`2|'X&N0�'X*��PÇ�´�ÆJ@����F �¬3�;� ���¯�596��K ��!� #ª�$�®�U�É­��U0<��#7���U&i� #7'XO��¬.�E��U0Ï�� �;X'��U'�� .���. ¶ ¸ ¶ � +Í��.�Mi.� � �*<Mi��.�Mi�� �.�.�'�3�;�� 5��� �;�'X�U'�� .°-�� "�:�$³j� µ(6�¼� "��&(#� "&o')���<;)������*�&(./�I2� "#~¯�')*�F�MN.1�$&o&(0�#��$.10� ";XÒA�< �;)')��{¬��*�ÒA�:��¯���./�< ";)')��{HÒ�����').1') "*�./3���M&(2����$*!&(2� ¬�<��F��`.9'XO��$.I°-8¤��;);)³�´�� µN6

¸¤E<�<��#%�<��F���8�?�@�.G��*�ÒÀ�<��F���&(��3�;)��.GÒ� H*� "&®F���&(0���#�#���B(��#��$*����`')*�B( "#%����&(') �*!��&®3���.1�`����F���F�#~��*�E<M;)��#%')&({ABN "#e.1E<���$#%�<��F��������<��')*�F�.1æà&N0���#É��').> "*�;){A�¬.1')*�F�;)��#���BN�$#���*�����ÒÏ��&(&(#%')3�E�&(��3�')&K�<��#G.1E<����#~����F����8��K6�8�0�E<.1¥���;);¾3���.9�I����F���.e "B��}.1E��<��#~�<��F��I��#��I'X*A&(0��I2� "#%¯�')*�F:.1�$&� "#/*� "*��I��#��$¥�Ô�­ �U­ ¥�')B�&(0��I�� "#%#���M.1�< "*�Ò�')*�FP.1E<���$#%�<��F���').G')*A&(0���2} �#~¯�')*�FP.1�$&¨2}������*�*� "&®Ò���&(��#~��'X*���&¦0���&®���<��#%&(')��E<;)��#�3���.1���<��F���').*� �&D'X*�&N0��|2| �#%¯�'X*�F�.���&76 ¶ ����F��|#�� ��;X����� �:� *�&C�� �;X')�U{¿����*,��0� � �.��|&( ���'X&N0�� #e#~����;X���U�|.1E�����#7����F���.&(0���&K��#���*� "&D')*�&N0��|2� �#%¯�'X*�F�.1��&D "#eÒ�� �� �&(�|&(0����Ï6�������;X���U')*�F�&(0���.�E��<� #%�<��F���'X.>�: "#�����&(&N#%���U&('X4 �&(0���*!Ò����� "&(')*�FP')&(¥���.J')&o').J*� "&o')*!E<.1�`��*�{�2���{�6

8�0��}��#� "�� "&('X "*À&(0�#���.10� ";)ÒÏ'X.ª��*À'X���< "#%&(��*�&�����#~������&(��#G')*À2� �#~¯�')*�FA.1��&�&N0�#���.10� ";XÒÏ�< ";X')��')��.�6 ¶0<'�F�0ä&i0<#%� .�0� �;�ÒàE¾.���.�.�E��¾� #9���¤F ��.I;¦��.�.� �B�&i��*<¥®#~��Ò¾E¾��'�*<F�&i0<�P*<E¾�!3 ��#>  B����¤F �P��#~  �! �&i'�  *<.I�¤*<Ò�:� �: �#7{¿E�.���F�� ¥�'X*<�UE�#%.�;X� .1.�'X*�&N� #%*���;¨Bi#7��F��:� *�&N��&N'X �*,3�E�&C'X*��UE�#%.`�! �#%�|8¾?�@ü�:'X.�.�� .`&N0���*,2|'X&N0��;) "2���#C&(0�#���.10� ";)ÒD6 ¶ &(0�#���.10� ";)Ò� "Boâ�ãù��;X2}��{�./E<.1��./.1E<�<��#%�<��F���./��*�Ò��I&(0�#���.10� ";)Ò� "B�»1â�â�ãùE�.9��./.1E<M��� #7����F � .` �*<;X{¿Bi �#LBiE�;X;X{¿�� ���E�;X��&N� Òü����F��¬3�;X ��U¯�.�6�¼� �E�#LBi���U&N �#%.�Ò�� &N� #7�:'X*��¬&N0��¬&N0�#�� .�0� �;XÒDQ�����F����#~ ��: �&N'X �*��U �.�&N¥����¤��� �U&N��Òü��#~ �F�#%��� #~��Bi� #�� *��U�|����&N&N��#7*�¥����: �E�*�&C �BCBN#~� �|��0�{�.�'X�U��;¨�:� �: �#7{U¥���*�Ò�<��F���BN��E�;)&K;)��&(��*���{¤6 § BD&(0��}��#� "F�#%���Ð').>����������&(��ÒÏ&( A#���BN��#���*��U�}�: ".1&K "#e��;X;® "BD&(0����<��F���3�;) ���¯�¥�&(0��&(0�#��$.10� ";XÒ,.10� "E<;XÒ,3��}â�ã|æàÔi­ ��­ ¥<E�.9�}.1E��<��#~�<��F��$.ª��;X2}��{�.1æà��.ª')&�').ª�� "#��}��B�=���')��*�&�&( :��;X;) "����&(�}�|.1E<M�<��#%�<��F��L.1&(��&(')����;);){|&(0���*P��;);) "����&(')*�F�3���.1�L�<��F��$.���*�Ò!;)��&(��#���#� "�� "&(')*�F�&(0����,6�¼� "��&(#� "&�E<.1�$.��>&(0�#��$.10�M ";)ÒA "B(��â�ã BN "#¯��Õ���=�;)��.1¥��m��ã BN "#¯��Õ���=�;)��.���*�Òü»1â�â�ã BN "#D0�������. 6�8�0��>��Ò�4���*�&(��F��ª �B¾��2� "#~¯�')*�F�MN.1�$&&(0�#���.10� �;)ÒÏ�� ";)'X��{A').>&(0���&K')&K').>��0������,&( !�: "*�')&( "#e&(0���2� �#~¯�')*�F�.1��&(¥���­ �¨­ £�����')*�&(��')*�'X*�FA�� �E<*�&(��#%.ª �*�<��F��`B(��E�;)&(.1¥�3�E<&o����*!E<*�*�������.1.9��#%');){P�<#� "�� "&(�`����F��`3�;) "��¯�.J&(0���&oÒ� H*� "&o')*���E�#�����*�{P8�?�@¿��').1.1��. 6

¶ �� "�:�<��&(')&(')4��e��;XF� "#%')&(0��Ó����¯���.CÒ��$��').1') "*�.C&(0���&�#���.1E<;)&�')*H�<��#~BN "#%����*����e2�')&(0�')*H�>�� "*�.1&(��*�&�B(����M&N �#e �BC��*, ���&('X�:��;¨�� �;X'X�U{���*�Òü�U "�!����&N'X&N')4 �|��;XF� �#7'X&(0��:.`0���4 �|3���� *�E�.1� Òä'X*� �&N0�� #e�U �*�&N���¤&N.1¥®�$­ �¨­ £°-Æ/��#%;�bjb�¥�ÆJ��#%;X³ »�¥�¸¤;X���?bj��¥����� �³�´�µN6��� "�:��#ª��������­�#~������*�&(;X{A��#� ��< �.1��Òä�Hî7ï�ð>�����-Ô��ÍÔïî��G�������~óN�~Ô�Þ��G���%�~Ôí��ò�óð>�~ò¾����ï���Ô�îEc`&(0���&¾������ "E�*�&(.�BN "#D&(0��>�� ".1&� �B¾8�?�@A��').1.1�$./��*�ÒA�����<&(E�#���./#���BN�$#���*����ª�<��&(&¦��#%*�.�3�{¬E��<Ò���&(M'(*¾Fü�� �E®*�&É��#�.¬B� �#}��4<��#�{ü3��".��!�®��F<�!�"*�Ò .�E®�o��#��o�"F��A �*Ú8¨?¨@ ��'N.�.���.�°X�� ��¿��³a��µ�6�8¨0��A�o �;('(��{�<#� "�� "&(��./�<��F��$./2�0���*�8�?�@���').1./�� ".1&(./�$��������ÒA��&(0�#���.90� ";)ÒA3���.1��ÒA �*��<��F��>��#� "�: "&(') "*��� ".1&(.�6�8�0����Ò�4 ��*�&N��F���').>&(0���&(¥�3�{������U "E�*�&N')*�F�BN "#e&(0���2� "#%¯�;) ���ÒDìí.>8�?�@Ï�:').1.>����&N&(��#%*�.1¥��� �������&('X&(')4 ���< �;)'X��')��.����*¿����¯����|3���&(&(�$#G�<��F���MN.1')O�����.9.1')F�*�����*�&(¥� "BN&(��*¿0���4��};)��.9.ª')*�&(��#~*���;¾BN#%��F�����*�&(��&(') �*�¥���*�Ò,E�.1��;)��.1.�<0�{�.9')����;o������ "#%{:&(0���*¿2� "#~¯�')*�F�MN.9��&�&(0�#���.90� �;)Ò��< �;)')��')��. 6�8�0���Ò�').1��Ò�4 ��*�&(��F��� "B��� "�:�<��&(')&(')4����< ";)'XM

Page 89: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

81

��')��.�').�&(0��L')*���#�����.1�ª')*P8�?�@!��').1.��<��*���;)&({�¥"��­ �®­ ¥"B(#� "�«¹�â�&( A»1¹�â`��{���;)��.1¥���*�Ò!������ "#%{| "4 �$#�0�����Ò!��*�Ò������0����< ";);)E�&(') "*!Ò�E��`&( H&(0�������&(#%���� "E<*�&(��#%.1¥��U­ �®­ ¥�¹ 6¡»1º?���� "E�*�&(�$#%.J���$#�3���.1�`�<��F��H°-�� "����³?� µN6 @�{�E<.1M')*�FA.1E<�<��#%�<��F���.1¥<&(0���.9���� �.9&(.ª��#��} �B�BN.1��&�3�{A&¦0��}Ò�����#�����.1�}')*À&(0��}*�E���3���#G "BK8�?�@Ï��').1.9��.ª��*�ÒÏ�<#� "MF�#1�¤�A.}.U0�  2 �A*���&/Òo���$#%���¤.U��'¦*Ü���"���$Eo&�'¦  *Ü&�'¦�A��6��o�¤F���Ò®����  &�'¦  *�.�  �$�$E¾#N¥¨'(BJ�¤&J�¤;¦;¦¥¨2H0���*Ü&�0��.1E<�<��#%�<��F��`').G.9��;)����&(��Ò�BN "#��<��F��`#����<;)����������*�&%6

¶ *�{A�<��F���MN.9'XO��}��.1.1')F�*�����*�&K�< ";)')��{A��E�.1&�.1E<���< "#~&K�<��F��}Ò����� �&¦'X "*¿BN "#GE�.1�$#e���<�<;)')����&(') �*�.ª&(0���&�U0���*�F�����&(&N#%'X3�E�&N��.`BN �#e3���.1������F���.`2�'X&(0�'X*��H.1E�����#%����F���6"ª'X.1&N#%'X3�E�&N��Òü.10���#7� Òä�:���: �#%{��:���U0�')*�� .&(0���&®E<.1���<��F���MN;)��4���;��<#� "&(�$��&(') �*�.J "#�F���#%3���F����� �;);)����&(') "*!.9{�.9&(����.1¥ B( "#����������<;)��¥�BN#�� Á E��$*�&¦;X{P��0���*�F����&(&(#%')3�E<&(��.���&�3���.9�L�<��F��LF�#~��*�E<;)��#%')&({�6 § &�').�E<*�;)')¯��$;X{�&(0���&� "�<��#%��&(')*�F�.1{�.1&(����.�2}'X;); ��0� " ".1�L.9E��<��#~����F�M��.�BN "#K.9E���0H���<��;)')����&(') "*�.1¥�E<*�;X�$.1.�&(0��L�����<;)')����&(') "*�.���#��L��2���#��L "B�&(0��LE�.1�L "B�.1E<�<��#%�<��F���.�3�{|&¦0��L "�<M� #%��&N'X*�F¿.1{�.�&N��� ��*�Òä��ÒlG¦E�.�&D&(0�� 'X#L��&(&N#%'X3�E�&N�|�U0���*�F��|#É� Á E�� .1&N.�6�����#%&N'X��;)Mi.1E�3�3�;X ��U¯�.�{�.1&N� �:.`��#É�|;X� .1.��B(BN����&(��Òä3�{A.1E���0���0���*�F���.>��.>&(0���#���.1&K �BK&N0���E�*���B¦BN����&(� ÒÏ3���.1���<��F���.>2�'X&(0�'X*À&(0����<��F���3�;X "�U¯A����*�� "*�&(')*�E��`&( ¬.10���#��`�I.1')*�F�;)�`8�?�@�3�;) "��¯o6

8�0��} ��<��#%��&(')*�FA.1{�.1&(���Ð��;).1 !��0���*�F��$.>��&(&(#%')3�E�&(��.ªBN "#e3���.1�}����F���.>&(0���&K��#7�}�<��#~&K "BD.1E<�<��#%�<��F���.1¥��­ �®­ ¥�&N A')�:��;X���:��*�&±�� ���{�MN �*�MN2�#7')&N�� �#L����'X*�&N��')*��: �Ò�'XB¦')� Òä3�'X&N.�6 ¶ ����F���Mi.1'XO�����.1.�')F�*��:��*�&D�< �;X'X��{� �"*·� 0¾ � �.����¤'N&É0¾�¤#�&É Ü����&���*¾Ò &É0¾���"&�&�#�'N3<E®&���� 0��"*¾F<��B� �#�&É0¾��B�E®;N;/.$E®�®�¤#��®�"F<�� �#�Ò¨���¿ �&���'N&�6¸����U&('X �*¬Ç�6 ¹�6 ¹H'X;X;XE�.1&N#%��&N��.`&(0�'X.`3�{¿���¤��;)��'X*�'X*�F�Ò�'XB�Bi��#�� *�&K2|��{�.`��*� ���� #%��&('X*�F�.�{�.1&N��� �� �E�;XÒä0���*�Ò�;X��� "�<{�M( "*�M(2�#%')&(��.J&( ¬�I.1E��<��#~�<��F��"6 ©`&(0���#���&(&(#~')3�E�&(�`��0���*�F���.J')*�4  ";)4��`.1')��');X��#C&(#%��Ò��� "B¦BN.�6

@¾� .�'�Ò¾� .�'��!��;�� �!� *<&N'�*<FÀ�PÒ¾� B���E�;�&C����F���Mi.�'�O��H��.�.�'XF *<�:��*�&��� �;�'��U{�¥¾��*Ï ���� #7��&N'�*<F¿.�{�.�&N� �ý��;�.� �$  Eo;¦Ò·���"�¾ �#9&J.� ��A���A���$0��¤*�'(.���.}&� ,E¾.U��#��¾#%  F�#1�¤�A.$ê�¥¨�$  ���¾'¦;¦��#9.�  #�#7Eo*�MÉ&�'¦�A��;¦'(3�#9�¤#1'¦��.�¥¨� ­ ��­ ¥&(0�#� "E�F�0À&(0��-�>È § �ð}~L�ØR������Ù�.1{�.1&(�$� ����;);É6�8�0�'X.ª��;X;) "2�.>')���<;X�$�:��*�&(��&(') �*À "BK��E�.1&( "�ÐE�.1�$#%MNÒ���B¦')*���Ò�<��F��$MN.1')O��>��.1.1')F�*�����*�&¾�� ";)')��')��./&(0���&¾�����<;) "')&¾��#� �F�#~���:. ì�¯�*� "2�;)��Ò�F��> "Bo&(0���')#C��������.9./����&(&(�$#%*¨6�¸¤ "��� �����#7��&N'X*�F�.1{�.�&(� �:.`0���4 �|.1'X�:'X;X��#7;X{����¤�� �#%&N��Òä�:� ��0���*�'X.1�:.`.1E��U0���.`����F��|#�����;X���U���:��*�&L°ßÜ� "E�*pb�³�¥Þ���#~&(³�º µ-¥�.1��0���Ò�E<;)'X*�FÀ° ¶ *�Ò���³�º µ-¥���*�Ò¿������0��`�� "0���#���*����H°-���$'X*�³�´ µN6

§ *P.9E�������#%{�¥� "�<��#%��&(')*�F|.9{�.9&(����.�0���4��L�`��0� "')���L "B��`4���#%')��&({� "B¾�<��F���MN��.1.9')F�*�����*�&��< �;)')��')��.���*�ÒÒ�'XB(BN� #�� *�&D2� �#7¯�;X ���Ò�.`�:��{���#~��Bi��#LÒ�'XB(BN� #�� *�&D�� �;X'X��'X� .�6"8�0��|¯�� {�&N � �����#7��&N'X*�F�.�{�.�&(� � Ò�� .�'XF�*�'X.`&N 'XÒ�� *�&N')Bi{A��*�Òä')�:��;)� ��� *�&D&(0����:���U0���*�').1�:.>&N0���&D����*À.�E��<�� �#%&K�:��*�{���;)&N��#%*���&N���� �;)'X��'X��.�6"8�0��|*�� ��&.1����&('X "*:')Ò��$*�&('X=<��.J&(0��`3���.1')�e�:�$��0���*�').9�:.J*����$Ò��$Ò¿&( H.9E��<�< "#%&o.1E<�<��#%�<��F���.�6

¸¤E�����#%�<��F�����*�Òä�<��#%&(')��;)Mi.1E�3�3�;X "�U¯A8�?�@ä.1E��<�� "#%&D#�� Á E�')#�� .> "*��� �#e�� �#��� "BC.1')�P*���2ÿ �����#%��&N')*�F.�{�.�&i��� �A����0���*�'�.��A.�¥®3���.�'�Òo��.��¾�¤F �P&���3�;��P.�E¾�¾��  #9&`+�8��¤3 ;¦�>ǤM1»�5Éæ·4���#9'¦��3 ;¦�P.�'¦O���ÒàB�#7������0�{ .U'����¤;������ "#%{�����*���F�������*�&K+¡¸¤����&(') "*|Ç 6 º 6¡»15N¥¤�>F���&(0��$#K������0���*�').1�Ð+-¸¤�$��&(') �*�Ç 6 º 6 º�5N¥��<��F��L�<#� ��� "&(') "*«@�Ò���M�� "&(') �*P������0���*�'X.9�:.`+¡¸¤����&(') "*|Ç 6 º 6 ¹�5N¥"��������0���*�').1�«&( |�� "*�'X&( "#D#���BN��#���*����ª�<��&(&(��#%*�.`+-¸¤�$��&(') �*�Ç 6 º 6 ´�5(¥����#��$BNE�;���0�{�.1')����;������� "#%{¬��;);) "����&(') "*,+-¸¤����&('X "*�Ç�6 º 6 ��5¾��*�ÒAÒ���&(��.1&(#�E���&(E<#��>��*�ÒA')*�&(��#%B(�����ª��0���*�F��$./&( .1E<�<�� "#~&®�I��E�;)&(')�<;)��MN�<��F���MN.9'XO��`B(#%������2� "#%¯À+-¸¤����&(') "*|Ç 6 º 6 Ç�576

×�8��Cñ�)W������ "��¯�������=����B�����8�0��}�: ".1&K')���< �#~&(��*�&K������0���*�').1�Ð#~� Á E�')#���ÒÏ&( !.1E<�<�� "#%&�.1E��<��#%�<��F��$.>��*�Òä�<��#%&(')��;)MN.1E�3�3�;) "��¯�'X*�F

').J4���#%')��3�;)��MN.9'XO��$Ò¿�<0�{�.9')����;������� "#%{H��;);) �����&(') "*¨6 ²� ".1&o "�<��#%��&(')*�FP.9{�.9&(����.J&(#��$��&o��;);<�<0�{�.1')����;<������M �#7{¿��.`'�*�&N� #���0���*<F�� ��3�;�� ¥�� Á E���;XMi.�'�O�� Òü�U0<E�*<¯�.P+Í����F�� .� �#ªBi#%���:� .�5���*�ÒÜE�.��¬��*,E�*� �#ÉÒ¾� #�� ÒÜ;X'X.�&C �BBN#����I�<��F���.e��.e&¦0���BN#��$��;)').1&%6 ¶ .1E<���$#%�<��F���#�� Á E�')#��$.e��;);) "����&('X*�F��}�<0�{�.1')����;��<��F��I3";X "��¯,+-��;)')F�*���ÒÀ��*�Ò

1. The operating system would most likely treat user page-size assignment decisions as advisory and make a best-effortas it is often unacceptable in a multi-user system to allow user programs to control memory allocation.

Page 90: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

82

�U "*�&N'XF�E� �E�.`#�� F�') �*� �BC�:���: �#%{�5C� Á E���;¨&N A&(0��|.�E�����#%����F��|.1'XO���6"8�0���#%�|��#~��&N2| A'X.1.�E���.`&N0���&D��#%'X.1��6¼�')#%.1&(¥"=�*�Ò�')*�F¬��BN#����>�<��F��>3�;) "��¯HB(#� "�Ê&(0��>BN#�����;)').1&¾')./')*���B¦=<��')��*�&¾��*�Ò�*����$Ò�.�3���&(&(��#DÒ���&(��.1&(#�E���&(E<#��$.�6¸¤���� "*�Ò�¥¤.1E<�<��#%�<��F��eE�.1�e����*¬3��e;)')�:')&(�$Ò:3�{��$��&(��#%*���;�BN#~��F�����*�&(��&(') "*�¥¤Ôi­ ��­ ¥�&(0��L���� "E<*�&< "B�BN#����e������M "#%{H')./F�#�����&(��#C&(0���*:&(0��`�<��F��>3�;) "��¯H.1')O��`3�E<&o&(0��`B(#��$�`�<��F��$.J��#��>.1����&(&(��#���Ò�.1E<��0:&(0���&o�I�� "*�&(')F�E� "E<.��0�E<*�¯H').J*� �&o��4���');X��3�;)�"6

÷¾��#%')��3�;)��MN.1')O���Ò:BN#�����;)').1&�����*���F��$�:�$*�&�0���.C3�����*H.1&(E<Ò�'X�$Ò!')*H&(0��L�� "*�&(����&� "B�.1��F�����*�&(.���*�Ò!������M �#%{���;X;) �����&N "#%.H°-Æ/*� �2�Çj��¥�Þ�'X#%.���¹�¥�@���#%#%³�¹ µi6�8�0�����#~ �3�;X��� 'X.>.1'X�:�<;X��#L0���#~�|&(0���*�F���*���#%��;®�:���: �#%{��;);) "����&¦ �#~.J��.J.1{�.1&(����.J.1E<���< "#~&® "*�;){P�IBN��2ù.9E��<��#~����F��`.1')O���.J&(0���&o��#��`�< �2}��#%.J "B®&(2� �6

¶ 3�E�Ò�Ò�{�M(3�;) ���¯���;);) "����&( "#�°¡Æ/*�E�&(Ç?b���¥��<��&(�����1¥ 8¤��{�;�b »1¥��<E�#�ÒK��â�¥ @���#%¯�b�³�¥�?�����b�³���µ� �#�F���*�')O���.GBN#�����<��F��$./')*�&( |��E�;)&(')�<;)�>BN#��$��;)').1&(.1¥" "*��ª�<��#C.9E��<�< "#%&(��ÒA��;);) "����&('X "*�.9'XO��ª��*�ÒA0���./���< ";)')��{¬��*�ÒA��������0���M*�').1� &( A�� ���;X��.1����Bi#���������F���.>'X*�&N !�HBN#����|.1E��<��#%����F�����*�Òä4 ')�U��4�� #%.1� 6�@�E�Ò�Ò�{�.1{�.1&(���:.>0���4 ��3���� *����&(�$*�.9')4 �$;X{�.1&(E<Ò�')��Ò�¥ ��#��I�$��.9{:&( P')���<;X�$�:�$*�&(¥���*�Ò�����*A��B�=���')��*�&(;){�0���*�Ò�;)�I��E�;)&(')�<;)�I.1')O���.�6�¼� ���&(#� "&E�.�� .I��3 E�Ò¾Ò¾{À3 ;X ���¯À��;�;� �����&i �#96�©I&N0<��#ª��;�&N��#7*<��&N'�4���.�'�*<��;XE¾Ò¾�¬BN'�#7.�&iMiBN'�&N¥o3���.�&iM�B('�&� �#ª2¬ �#9.�&iMiBN'�&C��;�F  �M#%')&(0���.L&(0���&�.1����*�&(0����<0�{�.9')����;o�<��F���Ò���.1��#~'X�<&( "#~.L&( :=<*�Ò,��BN#������<��F���3�;) "��¯o6 ¶ �� "���: "*��<#� "3�;)���2|'X&N0,��;�;¨4���#7'X��3�;X� Mi.�'XO�� Òü�!���! �#7{¿�:��*<��F�� �:� *�&C'X.�� �¤&N� #%*<��;�Bi#%��F �:� *�&N��&i'X �*�6�8�0��¬Ò�'�B�Bi��#~� *�&C��;XF  �M#%'X&N0��:.`Ò�'XB¦Bi� #e'X*�&N0��|#7��&N�|��&D2|0�'X��0,�:���: �#7{�F�� &N.`BN#%��F��:� *�&N��Òü3�E�&D��;X;¨� 4 ��*�&NE���;X;X{�#�� Á E�')#~�|.1 ��:�B� �#7� �B���Ò¾Ò¾#%��.�.I.��������H�� ��!������&i'� �*�6 ¶ *< �&i0<� #>.� �;�E�&i'� �*ä'�.I&i ¿�¾� #9�!��*<��*<&N;�{�����#9&N'�&i'� �*ä��0<{ .�'�����;�����: "#%{A'X*�&( !�� " ";X.ªBN �#G�����U0À�<��F���.1')O��A°-Æ/��F�')³ »�µN6¤8�0�'X.ª'X.ª�HB(����.1')3�;)�� ��<&(') �*À')*À.1{�.1&(����.>&(0���&KE<.1�.1&N��&N')�I����F���Mi.1'XO��|��.1.1'XF�*��:��*�&D3�E�&D�:��{�'X*���#%����.��|�<��F��|BN��E�;X&D#%��&N�|')BC&N0���.�{�.1&N��� Ò� "� .`*� "&DE�.��|&(0��Ò�')B¦BN��#���*�&o����F��`.1')O���.J')*:��*�&(')��')�<��&(��Ò���#� "�� "#~&(') �*�. 6

�¾��#7&�'���;�M�.�E�3 3 ;¦ ���¯�.�{ .�&i���!.�����*ä.� ��!��&i'¦�!��.I�¤;�;� �����&��H.�'�O���.�&i0<��&���#1�P*< �&��� �2¬��#9.�M� �B�Mi&�2| À3 E¾&.1�:��;X;)��#e&N0���*À&N0�������F���3�;) ���¯�.1')O���¥��$­ �®­ ¥��HÇ�â�Æ/@ä "3�G�����&N¥���*�Òä#�� Á E<'X#����: "#~��F�� *���#%��;®BN#~����;X').1&D����*�M��F ���!� *�&C��;XF� �#%'�&N0��:.�6"©�*��¬.� �;XE�&N'X �*,'X.�&N ���;X;� ��U��&N�¬�P;X��#~F�� #L�� �2|� #�Mi �BNMi&N2| �����F��¬3�;X ��U¯¿��*<ÒüBi#�� ���*�{P����&(#%�I3���.1�`�<��F���.9¥�0� "2���4���#(¥�&(0�').J')*���#��$��.1��.J����&(�$#%*���;�B(#%��F�����*�&(��&(') �*¨6

×�8�8!½¸����D���)«ÂÃ��*$D%����� "��¶ F���&i0<��#` �����#9��&i'� �*ä��  ��'���.�&i0<�H��  *<&i��*<&i.� �B/3 ��.��H���¤F ��.I�$ �#7#~��.��¾ �*<Òo'�*<F�&i À�:4�'¦#7&iE¾��;K����F��

3�;) ���¯A'X*�&( !�¬�� �*�&('XF�E� "E�.ª��0�{�.9'X����;®����F��}3�;X "��¯A��*�ÒÏBN#�����.>&(0��� �#~'XF�')*���;®3���.9����0�{�.1'X����;®����F���.�6�¸¤{�.1M&(����.�&(0���&�E�.9�L����F��L�� "�<{�')*�F�Ò�E<#%')*�F��<��F��L�<#� "�� "&(') "*P&( }.1E<�<�� "#~&�Ò�{�*�����'X�/�<��F���MN.1')O��L��.1.9')F�*�����*�&�< ";)'X��')�$./#�� Á E<')#��ª��F���&(0���#D������0���*�').1�,6¿�>.1')*�F¬�<��F��>#���.1��#~4���&(') �*P&( |�<#� "�<��#~;){¬�<;)�����ª�<0�{�.1')����;��<��F���.2|0�� *�B(')#7.1&D��;X;) ��U��&(� Òä�:��{�#~��*�Ò�� #e�HF���&N0���#L�:���U0���*�'X.1� E�*�*�� �U��.�.1��#%{� �#L2� �E�;XÒä#%� Ò�E����|&N0���Bi#�� MÁ E<��*���{P "B®#�� Á E<')#���Ò�F���&(0���#C ��<��#~��&(') "*�.I+¡Ò��$.1��#%')3��$Ò¿')*!¸�����&(') "*|Ç 6 º 6 ��5%6

¶ F ��&N0�� #ª ���� #7��&N'X �*,&N{ ��'X�U��;�;X{¿'X*�4� �;X4���.�&N0��¬Bi �;X;X �2|'X*�F¿ ���� #%��&N'� �*�.�Q"��5CBi'X*�Òü��*�ÒÜ;X ��U¯¿��;�;¨&i0��3 ��.��H��0�{ .�'��U��;�����F � .�¥¾3 5�#�� �! �4��H��*<{À�!������'�*<F .�ë�&i ¿&i0���.��H��0<{ .�'�����;�����F ��.IBi#� ��ý&i0��H8¾?¾@à��*�Ò�<��F��e&(��3�;)�L&( ���#���4���*�&� "&(0���#�&(0�#�����Ò�.?@¤��#� "����.1.1�$.�BN#� "�Ó��������.1.9'X*�F�&(0��e�<��F���.CÒ�E�#~')*�F}&(0��e�� "�<{�¥���5���;)M;) "����&(�I���<0�{�.9'X����;��<��F���3�;) "��¯� "B¨&(0��I#�� Á E<')#���ÒÀ.9')O���BN#� "�Ñ&(0���BN#����$;)'X.9&(¥ Ò�5¨�� "�<{�&(0����� "*�&(�$*�&(.e "B¨&(0��3���.�������F���.1¥���*�Òä� 5DE�*�;X "�U¯���*�ÒäBi#����|&(0��|3���.1�|��0�{�.�')�U��;¨����F���.�6"8�0����U �.1&D "BC�HF���&N0���#L').`#� "E�F�0�;X{� Á E���;®&( !&(0����� ".1&K "BD&(0���BN �;);) �2�')*�FA.1E�3�MN "����#%��&(') �*�.�Q�+-.���+-�<��F���B(')*�Òð�:�<��F���;) "�U¯,�:�<��F����� "�<{°��<��F��>E�*�;) "��¯!�|�<��F��`BN#������|�H�ª+-�<8���')*�4 ��;)')Ò���&(���|8�?�@�.10� " "&(Ò� "2�*�5N5¯����0�{�.1')����;<�<��F��`3�;) "��¯H��;X;) "M�U��&N� 5i¥�2|0<��#~�|&N0��¬.�E���� #%����F��¬.�'XO��¬'X.`.�3���.��¬����F�� .���*�Òü�:'X.�&N0��¬��4 � #7��F��¬*�E��:3�� #L �B���;X'���.�� .`��� #3���.��|��0�{�.�'X����;¨����F���6"8�0��|�� �.�&D �BD� ����0�.�E�3�Mi �����#%��&N'X �*�Ò������ *�Ò�.` �*� �����#7��&N'X*�F�.1{�.�&(� � .�&(#~E��U&NE�#���¥�$­ ��­ £¾������F��H&N��3�;��¬�!��*<��F���#ª�U �E�;�Òü3 ��&i�U0Ï�!E�;X&i'X��;��¬8¾?¾@Ü.�0< � �&iÒ� �2|*<.�¥¾��*<ÒÜ��4���'�;���3 ;X�H0���#7Ò¾2|��#~�.1E<�<�� "#~&(¥���­ �®­ ¥�0���#�Ò�2���#��`.1E<�<�� "#~&®B( "#���B¦=���'X�$*�&o�� "�<{�')*�FÀ°dÜ E�*�F�³�´ µN6

2. Alternatively the mappings can be marked read-only and removed after the copy is completed.

Page 91: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

83

©`*��I�� "���<;)')����&('X "*A&(0���&¨��#%').1��.e').e&(0���&¨.1 "���I3���.1�I�<��F���.e����{:3��I;) "��¯���Ò�2}0�');)�I')*�4� ";X4���ÒÀ')* § @©Û "#C2�0��$*��<'X*�*���ÒA')*������� "#~{¬3�{¬�����<;)')����&(') "*�.�+-��­ �®­ ¥l�>È § �,}~I�K��y¶:.1{�.1&¦���Ê����;);)5o��*�ÒA����*�*� �&��<��#~M&(')��')�<��&(�`'X*:�IF���&(0���#C ��<��#~��&(') �*¨6 8�0�').J2�'););�����E<.1�`�<��F��`�<#� "�� "&(') "*�.J&( ¬BN��');É6

×�8�Á�V��A=��;V-)W�����%��� �%��ò�ó,��������� ����ÂÃ��*�D������E"$�B"ô ��� ������ï�ð>ï��¡Ô�ï�ò�'X.G&(0��I������0���*�'X.9�Ñ&(0���&¨�� "��;)��.9����.e�}.1��&¨ "B¨����F���.e&¦ ��};)��#�F���#�.1E<���$#%�<��F���6 § &¨')*�M

4� �;�4 ��.�4 ��#%'�Bi{ 'X*<F¿&i0���&C��;X;�&N0<�¬3���.��¬����F � .���#��¬.�E���� #7����F � Mi�U ��!����&N'�3�;X��¥¾E�*<;X ���Ò�'�*�FÀ��*<{À� �¤'�.�&N'�*�F3���.1�I�<��F��I�:���<�<')*�F�.eBN#� "�Ì&(0����<��F���&(��3�;)��.e��*�Ò�8�?�@�.9¥���;);) "����&(')*�F:�� "*�&(')F�E< "E�.e��0�{�.1')����;¾������ "#%{�¥��*�Ò��� "�<{�')*�FH&(0��>3���.1�ª����F���./&( |�� "*�&(')F�E� "E<./������ �#~{À+¡�

gather ��<��#~��&(') "*�5(¥�Ò� "'X*�F¬��Ò�Ò�')&(') "*���; § @¤©

+-�|��ï������Í���-�J ��<��#~��&(') �*�5(¥<��*�ÒÏE<�<Ò���&(')*�FA�<��F��}&(��3�;)��.>��*�ÒÏ8�?�@�. 6 ¶ .9E��<��#~����F��}�:���<�<')*�FA����*�*� "&K3��E�.1��ÒäE�*�&('X;¨��;X;¨&(0���3���.1�|�<��F���.>2|')&N0�'X*��H�<��F���3�;X ���¯���0� �.1��*�BN �#e����F�����#� ��� �&N') �*À��#�����#�� .1��*�&K'X*�!���! �#7{À��*<Òà����F �H��#~ ��! �&i'� �*Ï�!��{��U��E�.��H&i0<�H��#~ �F #9���ý&i ¿2¬��'�&�2|0<'�;��H&i0<�H ���� #9��&N'�*<F�.�{ .�&i� �BN��&¦��0��$.G&(0�����').1.1')*�FP�<��F��$.GBN#� "�Ñ3�����¯�')*�FP.1&( "#��H+- "#�O���#� "��.G&(0��`����F���')B®'X&o'X.J��*!E�*�')*�')&(')��;)'XO��$ÒÀ0�������<��F��$576

8�0���*�E<��3���#J "B�3���.1���<��F���.L3�#� "E<F�0�&�')*�&( ��:�$�: "#~{!Ò�E<#%')*�F!�<��F����<#� "�� �&(') "*�').L��*¿��Ò�Ò�')&(') �*���;�� ".1&¾BN "#C.9E��<��#~����F��>.1{�.1&(�$�:./ "4���#C.9')*�F�;)��M(����F���M(.1')O��>.1{�.1&(����.�6�8�0��>�� ".1&¾')*���;XE<Ò���./E<.1�> "Bo��Ò�Ò�')&(') "*���;�<0�{�.9')����; ������ �#~{�¥¤��Ò�Ò�')&(') "*���; § @¤©`¥¤��*�Ò:&(')�:�e&(0��e��#� "F�#%���Ó.1�<��*�Ò�.C')*H�< ��<E<;)��&(�L "�<��#~��&¦'X "*�.�6UÞ} �2}M��4���#¦¥�*� "&¨��;);��<��F���.e3�#� "E�F�0�&¨')*�&( P������ "#%{�3�{�&(0��I�< "�<E�;)��&(�� ��<��#~��&(') "*A��#��I2}��.9&(��ÒK6�8�0��I�<#� "F�#%����:��{¿;X��&N� #L#~� BN� #~� *��U�¬.1 ��:�¬3���.��|����F�� .���#�� Bi� &N�U0�� Òü3�{¿&N0��¬�� ���E�;���&N�| ���� #%��&N'X �*�æ·&N0�E�.���4� �'XÒ�'�*�F�<��F���BN��E<;)&(.G �*!&(0���.1���<#���B(��&(��0���ÒÀ3���.9�I�<��F���.�6 ¶ �< ��<E<;)��&(�I "�<��#~��&('X "*!&(0���&¨3�#~'X*�F�.G')*A��3���.1���<��F���.'�.��! �#%�¬� B(BN'X��'X��*�&�&N0<��*Ï.���#74 '���'X*<FÀ�:3���.��H����F �¬Bi��E�;�&N.���.�&i0��H ���� #7��&i'X*<FÀ.�{ .�&N��� �!��{À3��¬��3�;��¬&i �U ��:3�'X*��| �#L3���&(�U0��:E�;X&('X��;X�| ���� #%��&N'X �*�.>&N �*���'XF�0�3� �#%'X*�F�����F�� .1¥¾��­�¨­ £�Ò�'X.1¯ § @�©P6"8�0��|&N#%��Ò��� �B(Bi¥� �#&(0���&(0�#���.10� ";)Òä��&�2�0�')��0À�<��F��}��#� "�� �&(') "*À').>�� �#��}��B¦B¦')��')��*�&(¥�Ò����<��*�Ò�.ª �*À&(0����� ".1&(.ª �BKÒ� �')*�F § @¤©��*�Ò¿.1�$#%4�')��')*�FP�<��F��`B(��E�;)&(.�6

¼� "�¤&(#� �&D#���Ò�E���� .>����F��|�<#~ ��� �&('X �*À�U ".�&(.`')*�&(2| !2|��{�.�6"¼�'X#%.1&N¥�')&D��4� �'XÒ�.`F���&N0�� #e "����#%��&('X �*�.`3�{E<.1')*�F¬�<��F��ª#��$.1��#%4���&(') "*¨6$¸¤���� "*�Ò�¥"')&���4� �')Ò�.�Ò���;)��{|Ò�E<�ª&( ��< ��<E<;)��&¦�ª ��<��#~��&(') "*�.�3�{¬E<.1')*�F|��#���B(��&(��0�M')*�F|&( }BN��&(��0H3���.1�L����F���.�')*H&(0��L3�����¯�F�#� "E<*�Ò�æà "4���#%;)���<�<')*�F § @�© ;)��&(��*���{|2�')&(0H�� "�:�<E<&(��&(') "*�6�Þ} "2�M��4���#¦¥��<#���B(��&(��0�')*�FP����*:#���.1E<;)&o'X*:�� "#�� § @�© &(0���*:'X*:�I.1')*�F�;)��M(�<��F���M(.1')O��`.1{�.1&(���,6

¶ *P��;)&(��#%*���&(�ª2���{|&( �'X���<;)������*�&��<��F��ª�<#� ��� "&(') "*�¥"2�0�')��0 § Ò� �*� "&�')���<;X�$�:�$*�&(¥"').�&( |=<#%.1&��<��#~MBN "#~�Ó&(0��e�� "�<E<;)��&(�e "�<��#~��&¦'X "*¬')*�&( }�>*��$2�;){���;);) �����&(�$Ò:�<��F��e3�;) "��¯�B( ";X;) "2��$Ò:3�{��ªF���&(0��$#� ��<��#~��&(') "* "BD&(0���#��$.1&K "BD&(0���3���.1�}����F���.�6¤8�0�').>���<��#� "����0À��4� "'XÒ�.ª&N0��}�� �.9&K �BK����&(#%� § @�© Ò�E���&( !�<#~�$BN��&(��0�'X*�F¾68¾0�'X.��U��*,3��¬��.�� BNB¦'��U'X� *�&C��.`¼  ��¤&i#~ �&9ìí.��� �;X'��U{¿'XB�&N0<�| ���� #7��&N'�*�F¿.�{ .�&N� � �U��*, �4 � #7;X���ä&N0�� § @"©ÓBi �#�<��F��`�<#� ��� "&(') "*!2�')&(0:�� "����E<&(��&(') "*! "B®ï��dF��~�C�<#� "���$.1.1��. 6

����#~&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯¬.1{�.1&(����.�Ò� |*� "&�E�.1�ª�<��F��>�<#� "�: "&(') "*P ��<��#~��&(') �*�.���.�&(0��ª8�?�@A3�;) "��¯¬')*���;)E<Ò��$.')*�Ò�')4�')Ò�E���;�4���;)'XÒ�3�')&(.CB( "#�3���.1�e�<��F���.C��*�Ò�Ò� �*� "&<#�� Á E�')#��e��;); 3"��.9�e�<��F��$.C&( �3��e�<#���.1�$*�&�'X*¬������ "#%{&( ¬.10���#��`�I����#~&(')��;)M(.1E�3"3�;) ���¯H8�?�@¿3�;) "��¯¾6 8�0�').J').J�I¯��${P��Ò�4 ��*�&(��F��` "B®����#~&(')��;)MN.1E<3�3�;) ���¯P.1{�.1&(�$�:. 6

ô �~���>�¤�7ð�ï���ÔXï�ò,'¦.�&i0��P�!����0���*�'�.�� &�0<�¤&�3 #7���¤¯ .�E¾�Ü�!.�E��¾��#9���¤F �P'¦*<&i ���'�&i0���#`3 ��.��P�¾��F���.� �#.1�:��;);X��#e.1E<����#%�<��F���.�6 § &K "*�;){�')*�4  ";X4�� .ªE�*�;) "��Ò�'X*�F�&(0���.1E�����#%�<��F����:�����<')*�FABN#É "�Ð&N0�������F���&(��3�;X���*�Ò,8�?�@�¥<�< ".1.1')3�;){!#����<;X����')*�F!')&�2�')&(0¿*��$2Ê3���.1������F��} "#J.1����;);)��#G.9E��<��#~�<��F����:���<�<')*�F�. 6 ¶ �<��F���M.�'XO��H��.�.�'�F *<�!��*<&��� �;�'��U{��!��{ÀE¾.��H����F �HÒ¾���! �&N'� �*ä&N ÀE�.��H.��!��;�;�� #>����F �H.�'�O���.I2¬0<� *Ï&i0<��#1�H'�.I�.10� �#%&(��F��� "BDBN#~���������: "#%{¤6��<��F���Ò����: "&('X "*���;).1 A "���UE<#%.>2�0���*À��&(&(#%')3�E<&N��.>��0���*�F���BN "#e�< �#%&(') �*�.> �B.1E<�<��#%�<��F���.1¥���­ �®­ ¥��� "�<{�MN "*�MN2�#~'X&(�H+¡¸¤����&(') "*|Ç 6 ¹ 6 ¹�576

Page 92: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

84

×�8��CÂÃ����� ����)�� �=!õ¸��&(��)W����*��;V-��������)���"¶ Ò¾{ *����!'��}����F � M�.�'�O��¬��.�.�'�F *<�!� *<&��� �;X'���{À#�� Á E�'�#~� .I&i0<�¬ �����#7��&N'�*<FÀ.�{ .�&i� �ý&i ¿'��!��;�� �!��*�&��

������0���*�').1�å&( ¬�:�$��.1E�#��`&(0���#���BN��#���*����`�<��&(&(��#%*: "B¨�<#� "F�#~���:.J&( ¬Ò��$��')Ò��`&(0��`3���.1&o�<��F��$MN.1')O��`��.1.1')F�*�M����*�&%6 8�0��`��������&®')*�BN "#~�:��&(') "*:#�� Á E�')#��$Ò�¥�0� "2���4���#¦¥�Ò����<��*�Ò�.J �*:&(0��`�< ";X')��{�6

ß� �#1¯�'(*�F�MÉ.���&G&É0�#9��.�0� �;¦Ò �o �;('(�$'(��.|#7� Á Eo'(#7�!'(*�B� �#1����&É'¦ �*Ú��3� �E®&G2H0�'(��0à�o0�{�.�'(�$��;��o��F���.|��#%���#���.1��*�&K'X*À�:���� �#%{¤6�8�0�').`����*�3���#~��&(#%'X��4�� ÒÏ3�{A.1� ��#���0�')*�F�BN "#e&N0�����0�{�.1'X����;®����F���Ò���.1��#%'X��&( "#%.`BN "#&(0���3���.�������F���.`�� �#%#���.1�� �*�Ò�'X*�F�&N A&(0���4 ')#%&NE���;¨��Ò�Ò�#���.�.>#%��*�F���E�*�Ò���#e�U "*�.1'XÒ���#%��&('X "*�6�8�0�').`.1����#��U0����*¿3��}')*���B¦=<��')��*�&(¥<��*�Ò,'X*�.9&(����Ò�¥�&(0��}�<��F���BN��E�;)&�0���*�Ò�;)��#G����*¿����')*�&(��')*¿�� "E<*�&(��#%.LBN "#G������0¿4�')#%&(E<��;+- "#C��0�{�.1')����;)5®�<��F��`3�;) "��¯o6�8�0��`�� �E<*�&(��#%./��#��>�: "#��`��B¦=<��')��*�&o&( ¬.1����#���0!3"E�&o&(��¯��`E<��.9 ����`������ "#%{�6¼� "��&(#� "&�')����;)�$�:�$*�&(.C�� �E<*�&(��#~.�')*P.9��F��:�$*�&�Ò�#~')4 ��#~.�&( }����¯��LÒ�����').9'X "*�.�3��$&(2�����*H&(2� }�<��F��L.9')O��$.�6 ¶�U �E�*�&N� #L.��U0�� �!�|.�'X�!'X;X��#ª&N ��� ��:� #e�$�¾�U�É6-ìí.��U��*,.�E����� �#7&C�:E�;X&N'X��;��|����F��¬.�'XO�� .`2|'�&N0,2� �#%¯ 'X*�F MN.�� &&(0�#��$.10� ";XÒ��< ";X')��')��.J��;).1 �6

�� "�����$&('X&(')4��L�� ";)')��')��.�&(0���&�&(#%��Ò��� "B¦B�8�?�@!��').1.��� ".1&(.���F���')*�.1&��<��F��ª�<#� "�� "&(') "*P�� ".1&(.�#�� Á E�')#��L')*�MBN "#~�:��&(') "*���3� "E�&�2�0�')��0��<��F���.���#��ª')*���E<#%#~')*�F¬��;)��#�F��>*�E<�:3��$#C "B¾8�?�@A�:').9.1��.�6$8�0��ª8�?�@A�:').9./0���*�MÒ�;)��#��� "E�;)Ò��:��')*�&(��')*:.1E���0:.1&(��&(').1&(')��.9¥���­ �®6 ¥���.G�<#� ��< ".1�$Ò¿3�{P�� "�:�$#���� ����­�°¡�� "����³?� µN6

©�&i0�� #>�� �;�'X��'X��.��!��{À�! �*<'�&N �#ª�U0<��#7����&N� #7'�.�&i'X��.� �B�&i0��H.�{ .�&N���:¥��$­ ��­ £¾���: �E�*<&C �B�Bi#~� �H�:���: �#7{U¥*�E���3��$#C "BoBN#����>�<0�{�.1')����;�����F��>3�;) "��¯�.1¥"2�0���&(0���#C���<#� "F�#~���Ê')./;) "*�F�MN;)')4���Ò���*�ÒA�� "E�;)ÒA3���*���=<&¾BN#� "�E<.1�` "B®.1E��<��#~�<��F���. 6

×�8 º V�D%»�"�� *����jÂÃ������)�»�¼�� ����*������E���ö÷V-�=��;õ¸��"���)�r%�����E���²� ".1&� "�<��#%��&(')*�F!.1{�.1&(����.ª����#���BNE<;);X{!.1�$;)����&��<��F���.L&( :#����<;)������¥<3�E<&�&(#�����&DÕ�|~Ù�Ù}��0�{�.1')����;o�<��F��$.ª��.

')*�&(��#���0���*�F�����3�;)�>2}0��$*���;);X "����&(')*�F¬��*���2½����F���6$8�0�').����<�<#� "����0���B¦BN�$��&(')4 �$;X{¬&(#�����&(./�<0�{�.1')����;������� "M#%{!��.ª�¬BNE<;);){�M(��.1.1 "��')��&(')4 �}������0��} "BK����F���.ª��*�ÒÏ��;);) "����&(��.ª#%��*�Ò� "�Ð�<0�{�.9')����;®3���.1�}�<��F��$.�6¤ß�')&(0¿#%��*�MÒ� "�Ñ��;);) "����&¦'X "*�¥ �<��F�����#� "�: "&(') "*�.G#�� Á E�')#���F���&(0���#� ��<��#~��&(') "*�. 6 ô �É���������~�~��î����-Ô�ï�ò�¥ ��*���2Ã��;);) �����&(') "*��;)F� �#~')&(0�� § ��#� "�< �.9��¥¤��;);) �����&(�$.C��0�{�.1')����;��<��F���.C&(0���&<��#��e��;)#��$��Ò�{}����ï����~�~�ïcª������î7�~�ª')*�.1&(����Ò: "B�=<#%.1&<��;)M;) "����&(')*�FP#%��*�Ò� "�å�<��F��$.G��*�Ò�.1E�3�.9� Á E<��*�&(;){P�� "4�'X*�FH&(0����,6 ����F���#���.1��#~4���&(') �*:.1��&(.J��.1')Ò��`���<#� "�<��#~M;X{A��;X���U��Òä��0�{�.1'X����;¨�<��F���3�;) ���¯�BN �#e����F�� .>&(0���&K�H��#� "F�#%���Ð�:��{�#���BN��#�� *��U��.1 � �*¨6 § BC&(0�����#� "F�#%���#~� Bi� #~� *���� .�&N0�� .��¬����F � .�¥¾&N0��¬�!� �! �#7{¿��;X;� ��U��&N �#ª��;X;X ��U��&i� .�&N0���.��¬#�� .�� #74�� Òü��*�ÒÜ��#~ ���� #7;X{¿��;X���U� Ò�<��F��$.1æà��4  "')Ò�')*�F�&¦0��`*�����Ò¿BN "#���F���&(0���#� "���$#%��&(') "*¨6�ßà0���*!������ "#%{PÒ�������*�Ò¿').G0�')F�0�¥ &(0��`�:�$�: "M#%{���;);X "����&( "#/#���4� �¯���.e&(0��I#��$.1��#%4���&(') "*� "*A#���.1�$#%4���Ò��<��F���.e&(0���&�2}��#��I*� "&�#��$BN��#���*�����Ò�2�')&(0�')*A������#~M&(��')*!&(')���`��BN&(��#C&(0���#���.1��#~4���&(') �*¨6

8¾0��|Ò�� Bi��E�;�&D��0�{ .1'�����;¨�:� �! �#%{¿��;X;X �����&N �#L2| �#%¯ .`��.`Bi �;X;� �2|.�6"8¾0��¬ ���� #%��&N'X*<F�.�{�.�&N� � Ò�'X4 'XÒ¾� .�<0�{�.9')����;��:�$�: "#~{P')*�&( H� Á E<��;)MN.1')O���Ò¿�<��F���.1¥�����#~¯���Ò¿��.G��')&(0���#/Õª|~Ù�Ù� "#��R�R�y��6 ¶ �R�A�±�¬����F��`0���.J&(0���� "*�&(��*�&(.G "B® "*��`�<��F��` "B¨��*! "3�G�����&�+-��­ �®­ ¥�Ò�').1¯P=�;)��¥�0������<576 8�0��� "�<��#~��&('X*�FP.9{�.9&(���å����')*�&(��')*�.G')*�Ò����.1&(#�E���&(E�#���.>&( !�����,�<0�{�.1')����;®�<��F���.ª&N :&N0���')#G')Ò���*�&(')&({ü+�ø� "3�G�����&K')Ò��$*�&(')B)')��#¦¥� "B¦BN.9��&�ù�5D��*�ÒÏ4 ')���}4 ��#~.1� 6@��$BN �#�����;);X "����&('X*�FA�¬*���2ÿ�<��F���¥<&N0����<0�{�.1')����;®������ �#%{A��;);X "����&( "#e.1����#%��0���.>&(0��}'X*�Ò����H.1&N#~E���&(E�#���&( ��4� �'�ÒÜÒ¾E���;�'X����&N�H��;�;� ��U��&N'� �*<.�6 § B�'X&�Bi'�*�Ò¾.I*� �*<� ¥o'X&���0� � �.���.��AÕE|%Ù�ÙH����F��H��*�ÒÜE¾��Ò¾��&N��.�&i0<�¬'�*<Ò¾� �.1&(#�E���&(E<#��$.�6 ¶ .��� "#��ª&(0���*P �*��ª�<#� "����.9.��:��{|�����:&(0��ª.1�����ª��0�{�.1')����;�����F��ªE<.1')*�F¬Ò�')B¦BN��#���*�&�4 ')#~&(E���;��Ò�Ò�#���.1.1�$.1¥<&(0��}�<0�{�.1')����;o�:�$�: "#~{A����*���F��$#GE<.1��.ª��*¿E�*�' Á E��} "3�G�����&K�<��F��}')Ò���*�&(')&({A')*�.1&(�$��Ò, "BK4�')#%M&(E<��;���Ò�Ò�#���.1.9��.�6

����F���#���.9��#%4���&(') "*À��Ò�Ò�.>�|*���2Ê.1&(��&(��BN "#G����F���.1æú|~Ùj��Ù?|���Ù�Ø�6 ¶ |~Ù?��Ùj|���Ù�Ø,�<��F���0���.>��*À')Ò���*�&(')&({��*�Ò¿#���.9'XÒ���.J')*!&(0���')*�Ò�����.1&(#�E���&(E�#���.�6 Þ� "2���4���#¦¥ &(0��`�� "*�&(��*�&(.G "B¨�J|~Ù?��Ù?|���Ù�ØA�<��F�����#��`*� "&®4���;X')Ò�æ.�'X�!'X;X��#L&N ���* ç�'X*<Mi&N#7��*�.�'�&7è�.�&N��&N�¬E�.�� ÒüÒ¾E�#7'X*<F § @"©P6"8¾0<�| ���� #7��&N'�*�F¿.�{ .�&N� � �:��'X*�&N��'X*�.�|%Ùj�UÙ¾|���Ù�Ø�<��F��$.J'X*:�I���~�~�~��î��~�I��Ô����¡æà��*���;) "F� "E�.J&( ¬&(0��`BN#����`;)').1&%6

Page 93: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

85

����F �H#%� .���#74���&i'X �*ä2| �#9¯ .I��.IBi �;�;� �2|.�6�©�*Ï&i0<�HBi'�#7.�&�����F��HBi��E�;�&�&i ¿�:4�'�#7&iE���;�����F �H3 ;� ��U¯�¥¾&i0<���0�{�.1'X�U��;¨�:� �: �#%{��:��*���F���#L��;X;X �����&N��.`�H��0�{�.1'X�U��;¨����F��|3�;X ���¯�æÚE�.1'X*�F�&N� ��0�*�' Á E�� .>.�E��U0���.`&N0� �.1�Ò�� .��U#%'X3�� Òü'X*,¸�� ��&N'� �*¬Ç�6 º�6-»�6"ß,'X&N0,����F �|3�;X ��U¯¿.�'XO��|Ç�´�ÆJ@¾¥�Bi �#L� �¤���:��;X� ¥��P����F �|Bi��E�;X&C&N ���Ò�Ò�#�� .1.â���´�»1â�¹�´¬��;);X "����&N��.ª.1'X��&(����*À3���.1���<��F���.>BN "#e&(0��� "3�G¦����&K�<��F���.>�� "#%#%��.1�< "*�Ò�'X*�FA&( A4�')#%&(E���;®��Ò�Ò�#���.1.1��.â��¤´�â�â�â�â�¥oâ��¤´�»�â�â�â�¥oâ��¤´�º�â�â�â�¥i6-6-6 ¥oâ��¤´�B�â�â�â�6�8¾0<�H������� .�.�� Òà3���.��¬����F �À+Íâ���´�»�â�â�â�5�'�.I'�*<'X&i'���;X'�O���ÒÜ��*�Ò�:��#%¯���ÒÖ�A�A�y��6�©�&(0�� #e3���.1�|����F���.`��#��|�:��#%¯�� Ò°|~Ùj�UÙj|���Ù�Ø,��*�Òä��Ò�Ò���Òü&( A&N0��|��*�Òä �BC&N0��|#���.���#%4 � Ò;)').1&%6�¸¤E<3�.1� Á E<��*�&¾����F��>BN��E�;)&(./&( ¬&(0��>.1�����`�<��F��`3�;) "��¯H2�'););�.1����#���0:E<.1')*�FH&(0��>�� �#~#��$.1�< "*�Ò�')*�FH')Ò���*�M&(')&({|��*�Ò!=<*�Ò:&(0���.1�L3���.1�L��0�{�.1')����; ����F���.+|~Ù?��Ù?|���Ù�Ø�6$8�0��C|�Ù?��Ùj|ª��Ù�Ø��<0�{�.1')����;��<��F��ª2}');X; 3��L��;);) "����&(��Ò��*�Ò��:��#~¯��$Ò

busy.8�0�E�./�<��F��>#���.1�$#%4���&(') "*:��;)2���{�.J�<;)������./&(0��`�<0�{�.9'X����;<�<��F���.J��&o&¦0��>�� "#%#�����&o;) "����M

&(') "*¨6�¼�'XF�E<#��JÇ�M7»�.10� "2�.��>.1������;)�L.9� Á E<��*����L "B�����F��LBN��E<;)&(.���*�Ò!�<��F���.���;);) �����&(�$Ò!E<.1')*�F|�<��F��L#���.1��#~M4���&(') �*¨6 ¸� ����`=�;)�`.1{�.1&¦����.G��;).9 HE<.1�`.1')��');)��#C&(����0�*�' Á E��$.J&( H#��$.1��#~4 �`Ò�').1¯P.9�<�����H°¡²���Æ/ERb�´ µN6

§ Bo&(0��>�<0�{�.9'X����;������� "#%{¬�:��*���F���#C����*�*� "&¾=�*�Ò���Õª|~Ù�Ù`�<0�{�.1')����;�����F��>3�;) "��¯�¥�¼� ���&(#� "&¾#��$.1 "#%&(./&( E�.1')*�FA#%��*�Ò� ��Ð3���.1���<0�{�.1'X����;®�<��F���.�6�8�0��� "�<��#%��&N')*�FA.1{�.1&(���Ð����*ÀE<.1���¬F���&(0���#e "����#~��&(') �*À&( !�� �#~M#��$��&�&(0���.9�I#%��*�Ò� "�Ñ��;X;) "����&(') "*�.e;)��&(�$#/2�0���*�&¦0��$#��I��#��IBN#��$���<��F��I3�;) ���¯�. 6 ¶ *���;)&(��#~*���&(�� "#/ "#~&(0� �F� "M*���;¨.1 �;)E�&N') �*�2� �E�;)Òä3���BN �#e&N0��|�<0�{�.1'X����;®�:���: �#%{�����*���F���#e&N A')*�4  "¯����H�:���: "#7{A�U "�:������&( �#e&N BN#����e.1 "���L�<��F��e3�;) ���¯�.C2�0���*¬&(0��e.1{�.1&(���Ó').C.10� "#~&� "B�BN#����e�<��F��e3�;) "��¯�.C3�E�&<0���.C.1E�B�=���')��*�&<BN#����e3���.1��<0�{�.9')����;��<��F���.�6

Figure 6-1: Page Reservation

§ B�&(0��I��0�{�.1')����;������: "#~{:����*���F��$#/#~E<*�.e �E<&¨ "BDÕª|~Ù�Ù��<��F���.1¥�')&¨BN#��$��.e�<��F���.e3�{�#��$�: "4�')*�F:&(0����BN#� "�Ñ&(0��`#���.9��#%4���Ò¿;)').1&®��*�Ò¿��#%��.9'X*�FP&(0���')#�')Ò��$*�&(')&({�¥ Ô�­ ��­ ¥�E�*�#���.1��#~4 ')*�FP&(0����,6�8�0�').G0���.G&(2� H')���<;)')����M&('X �*�.�6�¼�')#%.1&N¥�&N0��|.1{�.1&(� �ÐÒ� ���.>*� �&K'X*���E�#e��Ò�Ò�'X&('X �*���;¨�<��F�')*�F����U&('X4 ')&N{�')BD'X&D#�E�*�.> �E�&K �BDBN#�� ������F���.3�E�&C0���.` �&N0���#L#~��.�� #%4 � Òü����F�� .�6"¸�� �U �*�Ò�¥�Bi �#L3���.��|����F�� .`*� �&C#�� Bi��#~��*��U� Òü3�� Bi �#��¬&(0��¬BN#~���¬;X'X.1&C3�� M�� "�:��.ª������&({�¥<&(0��}�<��F���#���.1��#%4���&(') �*À;)���<.1��.>��*�ÒÏ;)��&(��#G�<��F��}BN��E�;)&(.>2�'););®����E�.1�}�¬#%��*�Ò� "�Ð�<��F��}&( 3��>��;);) "����&(��ÒK6�8�0��> "�<��#~��&('X*�F¬.1{�.1&(�$�ÿ����*�E<.1�>��F���&(0���#D "���$#%��&(') "*�&( ¬�� "#~#�����&¾&(0���.9�>#%��*�Ò� "�ÿ��;);) "����M&(') "*�.J;)��&(�$#�2�0���*:&(0���#��`').J.1E<B¦=���')�$*�&oBN#����`������ "#%{�6

����F��}#���.1��#~4���&¦'X "*¿�<#� "4�')Ò��$.ª�|*���&(E<#%��;oBN�$��Ò�3�����¯A������0���*�').1�éBN "#G')���<#� "4�')*�FA&(0��}�$B¦BN����&('X4���*��$.1. "B�.1E<���$#%�<��F��L��*�Ò!�<��#%&(')��;)MN.9E�3�3�;) "��¯�8�?�@�.�2�')&(0� "E<&�E<*�Ò�E<;){|')*���#�����.9'X*�F��:�$�: "#~{|Ò�������*�ÒD6 § *H���$#%')M

Reserved(a)

(b)

(c)

(d)

Page 94: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

86

"Ò�.L "B�;) "2Ó�:�$�: "#~{:Ò�������*�Ò�¥��<��F���.e2�'););¾3��I��;);) �����&(�$Ò�BN#� "�û|~Ù?��Ù?|���Ù�Ø¿�<0�{�.9'X����;��<��F��$.1¥���;);X "2�')*�F�<��#~&(')��;)MN.1E<3�3�;) ���¯A8�?�@Ï3�;) "��¯�.ª&( !3���.10���#���ÒÏ��*�Òä.9E�3�.1� Á E���*�&K�<��F��}��#� ��� "&('X "*�.>&( !�<#� "������ÒÏ2�')&(0�M "E�&<F���&(0���#� "�<��#%��&(') "*�.�6 § *¬���$#%') "Ò�.C �B�0�')F�0H������ "#%{}Ò�������*�Ò�¥¤ "*¬&(0��e "&(0���#�0���*�Ò�¥¤3���.1�e�<��F���.C2�'););3���#%���<')Ò�;){!#��$�: "4���Ò�BN#� "�Ì&(0��}#���.1�$#%4���Ò,;)').1&���*�Ò,#�����;);) �����&(�$Ò�¥�F�#~������BNE<;);X{:Ò���F�#~��Ò�'X*�F:&(0�������F�����;)M;) "����&(') �*!�< �;)')��{�3�����¯P&( P&(0��I.9&(��*�Ò���#�ÒÚç1BNE�;);){�MN��.1.9 ���'X��&(')4���èG*� "*�MN.9E��<��#~����F��������<#� "����0�6�8�0�E�.1¥ &(0���#��').>*� !.1'XF�*�')B¦')�U��*�&D��0���*�F���')*À&N0����<��F���BN��E�;)&K#%��&N��BN#� ��Ð&(0���*� �*�MN.1E��<� #~����F���')�:�<;X������*�&(��&(') �*�æà� ��M�����<&oBN "#�&(0��`�� ".1&o "B®Ò� "')*�FP&(0��`�<��F��`#���.1��#~4���&(') �*�.�6

¸¤')*����ª����F��ª#��$.1��#%4���&(') "*��<#� "�<��#~;){¬�<;)�����$./�<��F���.�2�')&(0�#���.1�<����&�&( |&(0��ª.1')O��ª �B¾�<��F��>3�;) "��¯¬')*�')&(')��;)M;){P��;);) "����&(��Ò�¥ ')&®2� "#~¯�.G3"��.1&®BN "#����<��#%&(')��;)MN.9E�3�3�;) "��¯P.1{�.1&(����¥ 2�0�')��0!0���.G��=����$ÒÀ�<��F���3�;) ���¯�.1')O���6 § &��;X.� �2| �#%¯ .`2|��;�;¨Bi �#L.�E���� #%����F �|.�{�.�&N� �:.`&N0���&C�:��¯��¬Ò�� �U'X.�'X �*�.`3�� &N2|� � *�&N2| �����F��¬.1'�O���.�6"È| �&N� ¥0� "2���4���#¦¥�&(0���&�Ò�')B¦B(��#���*�&��<��#%&(.� "B�&(0��L4�')#%&(E<��; ��Ò�Ò�#���.9.�.1�<�����L����*P��0� " ".1�LÒ�')B¦BN��#���*�&�.1E<���$#%�<��F��L.1')O���.BN "#��<��F��e#��$.1��#~4 ��&(') "*¨6U¼�E�#~&(0���#¦¥¤�<��F��G#���.1�$#%4���&(') "*H����*¬����¯��GÒ�����'X.9') �*�.C3"��&(2�����*¬��E<;X&(')�<;)�e�<��F��e.1')O�M��.J��B�=���')��*�&o3�{P��4� "')Ò�')*�FHF���&(0���#��� �.9&(.J.1 "�:�$&(')�:�$.1¥�&(0� "E�F�0:*� "&o��;)2���{�.�6

¼� "#/�<��#~&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯:.1{�.1&(�$�:.9¥�����F���.e��;);) "����&(��Ò�&(0�#� "E<F�0��<��F��I#���.1�$#%4���&(') "*�����*A.10���#��I�<��#%&(')��;)M.1E�3�3�;) ���¯�8�?�@ä3�;X "�U¯�.H+-')BD��&(&N#%')3�E�&N��.>�:��&(�U0�576�¼� �#e.1E��<��#%����F���.1{�.1&N����.1¥�����F���#9��.1��#%4 ��&N') �*À#~��Ò�E�����.�<��F��`�<#� ��� "&(') "*!�� ".1&¦.1æà��¯���{H�� ".1&o �B®E<.1')*�FPÒ�{�*����:')�e�<��F��$MN.1')O��`��.1.1')F�*�����*�&®�< ";)')��')��.�6

×�8�×CÂÃ#������������$.E���=���.�"�� s�'&()�������Ø���)�2¶ Á E<��.1&(') "*:&(0���&®����{P3��` "B®')*�&(��#���.1&o&( H "�<��#~��&(')*�FH.1{�.1&(���ÿÒ���.1')F�*���#%.J').�Q Þ} "2ù�:E<��0: �B®�I�� "��M

�A��#~�$'���;D ��¾��#9��&i'¦*<F,.�{ .�&i��� '�.��¤B¦B�����&i��ÒÚ3 {�.�E¾�¾��  #7&�'�*<F,.�E¾����#9�¾��F���.�Ä § 0���4��P������;¦ �#���Òà&�2¬ À���¾M��#~ ����U0<� .�'X*Ï'X�!��;X� �!� *<&N'�*�FÀ¼� ��¤&i#~ �&Næ·��5��U0���*�F '�*�FÀ&N0<�¬4 '�#7&NE���;��!� �! �#7{À.�{ .�&N� �ý&N ¿�P�!E�;X&i'X��;X� M����F � M�.�'XO��¬B�#7���!� 2¬ �#7¯À��*�ÒÜ3 5�#%� &N��'�*�'�*�FÀ&i0��H �#7'�F 'X*<��;�.�'X*<F ;X� M�����F � Mi.�'XO��¬Bi#7���!� 2| �#7¯À��*�ÒÜ'��:��;�� M����*�&(')*�F:&(0���*���2Ó�:�$��0���*�').9�:.e&( � "�<��#%��&(�I "*�.1��&(.e "B��<0�{�.1')����;¾�<��F��$.�6 § BN "E�*�Ò�')&¨����.1')��#/&( �#���&(��')*&(0��`.1')*�F�;X�$MN�<��F��$MN.1')O��`BN#~������2} �#~¯¾6

8¾0<��#%�H��#~�H&i2¬ ¿B�E�*<Òo���!� *<&i��;K��#�  3�;����!.I'�*ä��0<��*<F '�*<F�&N0<�P �����#7��&i'�*<F�.�{ .�&i���ý&i À���!E¾;�&N'��¾;�� M�<��F��$MN.1')O���BN#%������2� "#~¯o6�¼�')#%.9&(¥�&(0��� "�<��#%��&(')*�F�.1{�.1&(�$�Ñ0���.G&(0���')Ò����� "B���.1')*�F�;)���<��F���.1')O���'X*�F�#~��')*���Ò��&¾��;);�;)��4 �$;).�6�²� ".1&¾�� "Ò��>��*�Ò�Ò���&(��.1&(#�E���&(E<#��$./��.1.1E<���>���� "*�.9&(��*�&«�a­�ü-ÔR�A��ý¹Ô�6�²���*�{H')*�&(��#~*���;���*�Ò����&(�$#%*���;<')*�&(��#~BN������./��.1.9E����>��.1')*�F�;)�>=�����Ò��<��F��>.1')O��>��./��*�')����;)')��')&¾�<��#~������&(��#ª+¡��­ �®­ ¥'���AK�Ø�Ù`')*�&(��#~MBN�����P°¡Æ/;X�$'�b�Ç µ¡576 ¶ ��E<;X&(')M(��#� "����.1.9 �#��:E<;)&(')MN&(0�#��$��Ò���Ò¿ "�<��#%��&(')*�F�.9{�.9&(��� °-�����:�<³ »1¥ ��{�¯�0�³�º�¥ Æ/0���;)³�´ µ0���.�&N �.�{ *���0�#~ �*�'�O��¬�U �*���E�#7#~� *�&C ���� #7��&i'X �*�.���*<ÒüE�.�'X*<F¿.�E���� #7����F � .�#�� Á E�'�#~� .��P#~� Ò�� .�'�F�*Ï �B�&N0<�.1{�*���0�#� "*�')O���&(') �*H�<#� �&( "�� ";).�6U¸¤ "���L=�;)�L.9{�.9&(����.���.1.9E����L&(0���&�&(0��L�<��F��L.1')O��e'X.C.1����;);X�$#K&(0���*H&(0��L=<;)�3�;) "��¯:.9'XO��$¥���*�ÒÀ.1 P �*¨6 § *A�� �4�')*�F:¼� "��&(#� "&�&( P����E<;)&(')��;)�$MN�<��F���M(.1')O��IBN#%������2� "#~¯�¥ § 0���Ò�&( P�� �Ò�')BN{;)��#�F��>�<��#~&(./ "B¾&(0��>4�')#%&(E<��;������� �#~{¬.1{�.1&(���Ê��*�ÒA=<;)�>.1{�.1&(�$�:.�Å�6$8�0��>¯���{¬Ò���&(��.1&(#�E<��&(E�#��>��0���*�F��>#���MÁ E�'�#~��Òà'�.I&i ¿��;�;�  2Ì��0<{ .�'�����;�����F ��.IÒ¾��.���#7'���&i �#7.�&N ÀÒ¾��.��U#9'�3 �H��'�&N0<��#>�:3���.��H��0<{�.�'�����;K����F �H �#>��<0�{�.9')����;��<��F��L3�;) "��¯�æà�:E<��0P "B�&(0��L ��<��#~��&(')*�F|.1{�.1&(���Ó ��<��#~��&(��.� "*P�<0�{�.9')����;��<��F��$.���*�Ò!&(0��L�<0�{�.9M')����;��<��F��`.1&(#~E<��&(E<#��`').J "BN&(��*:���<��#~������&(�$#%6

8�0��ª.9���� "*�ÒA�<#� "3�;)���«').�2�')&(0��<0�{�.1')����;��<��F���.�&(0���&¾0���4��ª3� "&(0�3"��.9�ª����F��ª��*�ÒA.1E<�<��#%�<��F��ª�:���<M�<')*�F�. 6$ßà0���*HÒ�')B�BN��#��$*�&��<#� "����.1.9��.�.10���#��L�<0�{�.1')����; ����F��L3�;) ���¯�.�&(0��ª "�<��#~��&('X*�F|.9{�.9&(���«����{|0���4��ª&( .1E����< �#%&K ��<��#%��&('X "*�.> �*À'X*�Ò�')4 ')Ò�E���;¨3���.1����0�{�.1'X����;¨����F���.1¥���­ �¨­ £<;X "�U¯�'X*�F� �*���3���.1�|�<��F�� ¥���Ò�Ò�'X*�F��3���.1�I�<��F��I�:���<�<')*�F:&( P&(0��I�������<')*�F:;)').1&~6�8�0���#��I��#��I��&�;)�$��.9&¨&(0�#����I2���{�.e&( P.1E��<�< "#%&¨.1E<��0A "���$#%��M&('X "*�.�Q¤��5DÒ����: "&N��&(0�����0�{�.1')�U��;®����F���3�;) ���¯�.>&( !3���.1���<��F���.> �#G3�5D�<#7 ��� �&(��&(0���3���.����<��F��� "����#%��M&(') �*�.>&( ! ��<��#%��&(�� "*À&N0���BNE<;X;®�<��F���3�;) "�U¯A "#e��5D����'X*�&(��'X*À')*�Ò�')4 ')Ò�E<��;®.1E<3�3�;X "��¯�MNB�')��;)Ò�.>')*À&(0�������F��.1&(#�E���&(E<#��"6UÞ� "2���4���#¦¥h�>È § ��.1������*�&(')��.CÒ� }*� "&<��;)2���{�.C�:��¯��e')&<�< �.9.1')3�;)�e&( }Ò����� "&(�e�<��F��e3";X "��¯�.C "#��#� ��: "&N��3���.1�|�<��F��| "��� #%��&N'X "*�.`&( A����F���3�;) ��U¯�.1¥���*�Òä�:��'X*�&(��'X*�')*�F�.1E�3�3�;X ���¯�MiB('X��;XÒ�.`').`*� "&D�:E��U0

3. I did not complete it as it was easier to implement the mechanisms within a single-page-size framework.

Page 95: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

87

Ò�')B¦BN��#���*�&oBN#� "�ÿE�.1')*�FH&(0��� "#~')F�')*���;<.1')*�F�;)�$MN�<��F���M(.1')O��`BN#%������2� "#~¯o68�0��e "&(0���#K "�<&(') "*H').�&( }E<.1�e&(0��e.1')*�F�;)��MN�<��F��$MN.1')O��LB(#%������2� "#%¯�')*H&(0��e "���$#%��&(')*�F�.1{�.1&(���Ó��*�Ò:')�:M

�<;)������*�&¾��;);�&(0��>*���2½������0���*�').1��.�&( |�� "����').9&¾2�')&(0P&(0��ª �;)Ò!�:�$��0���*�').1��.�6$8�0��ª¯��${¬').�&( |#��$�:����3��$#&(0���&��`.1E<���$#%�<��F��L.1')O��ª').���*P��&(&(#%')3�E<&(�ª "B¾&(0���î�Ô����¡��������Ò�Ò�#��$.1.���*�Ò!*� "&�&(0��ª�?F?c��~Ô�î7��� ��Ò�Ò�#���.1.�6�¸¤E��<��#~M�<��F��e��*�Ò:�<��#%&(')��;)MN.9E�3�3�;) "��¯�.1E<���< "#%&�����*H3��e��Ò�Ò���Ò:&( }��*P "�<��#~��&(')*�F�.1{�.1&(�$�«3"{| "*�;){�#�� Á E<')#%')*�F�&(0��4�')#%&(E<��; ������ "#%{}.1{�.1&(�$�Ó&( ��<#� "�<��#~;){��<;)�����e�<��F��$.C')*H�<0�{�.1')����;������� �#~{�æÚ�U­ �®­ ¥�E�.9'X*�F}�<��F��e#���.1�$#%4���M&('X �*À �#eE�.1'X*�F�F���&(0���#e �����#%��&('X "*�.1æÚ��*�Òä�H�<��F���&N��3�;)�|����*���F���#e&N0���&D����*À#����U "F�*�')O�����*�Òä�U "��;X��.1�U�3���.1�e�<��F��e��8���.C')*�&( �.1E<���$#%�<��F��e �#�����#~&(')��;XM(.1E<3�3�;) ���¯��<8���.�6U¼� "��&(#� "&(¥¤BN "#����������<;)��¥¤')���<;)������*�&(.C��;)M;) "����&(')*�F��I����F���3�;) "��¯P��.J��;);) "����&(')*�FP��.1��&o �B®3���.1�`����F���.JBN#� "�å&(0���BN#�����;)').1&(¥�')����;)������*�&(.J�<��F��`#��$.1M��#14���&É'( �*Ú��.|��Ò®Ò¨'(*�Fü��E®;(&É'(�o;(�!3���.��A�o��F���.|&É ä����'(.�&�'N*�Fü0���.�0à&É��3�;(��.�¥���*�Ò¨¥�'(���o;(������*�&É.¬�o��F����#� ��� �&(') �*À��.>BN��&(��0�')*�F�E�*�#���Bi��#���*�����Òä3���.1������F���.>2�')&N0�'X*À&(0����<��F���3�;X "��¯�')*�&( !��#���#���.1��#%4���Òä3���.1��<0�{�.1')����;®�<��F���.�6¤8�0�').>0���.>&(0�����Ò�4���*�&(��F��}&(0���&�&(0��}��0���*�F���.>����*À3��};X "����;)'XO���ÒUe�6 § &K0���.ª&(2� !Ò�').1��Ò�M4 ��*�&(��F���.�6�¼�'X#%.1&(¥�&(0��� ��<� #%��&('X "*�.>'X*���E�#e*� !;X��.1.> �4 ��#É0�����ÒÏ&N0���*À'X*À�H.1')*�F�;X��MN����F���MN.�')O���.1{�.1&(���Ï6 ¶ * �����#7��&i'X*<FÀ.�{ .�&i� �ý2|'�&N0Ï���:E�;�&N'���;X� M�����F � Mi.�'XO��¬Bi#7���!� 2| �#7¯À�U��*Ï� �!��;� �{À.�� 4�� #7��;� ���&N'��!'XO���&i'� �*<.�¥��­ �®­ £<��� Á E<'X#����¬.1')*�F�;X�};) ���¯ABN "#G�¬.1E<����#~����F���¥< �#G')*�'X&(')��&(���¬.1')*�F�;X�}Ò�').1¯ § @�© BN "#e�|.1E��<��#%�<��F��"6�¸¤����M �*�Ò�¥� ��<� #%��&('X �*�.`&(0���&D "��� #%��&N�| "*�.���&N.> �BD����F���.`��� Á E�'X#����:E�;X&N')��;X��;X ���¯�.`��*�Òä�U �E�;)Òü����E�.1�|Ò�����Ò�M;X ��U¯�.�6�¼� ��¤&N#� �&CE�.�� .��P.�'X*<F�;�� MN����F � Mi.�'XO��¬Bi#7���:� 2| �#%¯À��*�ÒÜ#�� Á E�'X#~� Òü�U0���*�F � .`&N ¿.�� F��:� *<&CÒ�#7'X4�� #%.��*�Ò¿&(0��`�<0�{�.9')����;������� "#%{H;X��{���#~6

¶ ��;)E�.9&(��#��$Ò:����F��e&(��3�;)��¥ § �<#� ��< ".1�e')*H¸¤�$��&(') "*���6 ¹�¥¤').C��.1�<����')��;);){�.1E<')&(��Ò:BN "#��� "*�.1&(#�E���&(')*�F�.9E��<��#~M�<��F��`��*�Ò¿����#~&(')��;)M(.1E�3"3�;) ���¯P�<8���.G')*!��*!')*���#�������*�&(��;�BN��.10�') "*!��*�Ò¿BN "#��� ���;)��.9��')*�F�3"��.9���<��F���������M�<')*�F�.J')*�&( H.1E<�<��#%�<��F��`�:���<�<')*�F�. 6 ¶ Ò�Ò�')*�FP.9E��<��#~����F��`�:���<�<')*�F�.J&( ¬��.1��&o "B®3���.1�`��0�{�.1')����;��<��F���.��;X.� ¿�� ��!��;X'��U��&N��.�&i0��HÒ���.�'�F�*Ï �B�&N0<�¬�!������'�*�F .I;X'�.�&N.�¥¾ �#ª.�{ *� �*<{��ý&i��3 ;X� 6�¸�� ��&N'� �*ä��6 ��Ò¾� .���#7'X3 � .0� "2«�}.1{�*� "*�{��Ì&(��3�;)�I����*�3��I�: "Ò�')=���Ò�&( P.1E��<�< "#%&¨��*���#%3�')&(#~��#%{:��')�¬ "B�.1E<�<��#%�<��F�����*�Ò��<��#%&(')��;)M.1E<3�3�;) "��¯P�����<��')*�F�.J&( ¬��.1�$&® "B®3���.1�`�<0�{�.1')����;��<��F���.�6

����#%&('X��;XMN.1E�3�3�;X "�U¯�8�?�@�.`��#~����.��<� ��'X��;X;){�� ��.1{�&N !.�E��<�� �#%&K2|')&N0� �E�&KE�.�')*�F��¬�:E�;X&('X�<;X��Mi�<��F���MN.1'XO��BN#~���:�$2� "#%¯�æà&(0���{�#�� Á E<'X#��� �*�;){�4���#~'X��3�;)��.1')O���BN#��$��;)').1&®�:��*���F�������*�&¨��*�ÒÀ�<#� "�<��#��<0�{�.1')����;������� "M#%{¿��;X;X ��U��&N'X �*�6"¸�E���� #%����F �|8�?�@¾.`�U��*�E�.��|�P�:E�;X&N'X��;X� Mi����F�� MN.�'XO��|Bi#%���:� 2| �#%¯¿&N A'X�:��;X� �:� *�&D.� ��:� "�<��#%��&(') "*�.J��B¦=<��')��*�&(;){P3�E<&®#�� Á E<')#��`.1E<3�.1&(��*�&(')��;< ��<��#~��&(')*�FP.1{�.1&(���ÿ�� "Ò�')=�����&(') "*�.�6

8�0��e����F���M(.1')O��L��.1.1')F�*�����*�&��< �;)')��{���*�Ò:&(0��L������0���*�').1��.�Ò���.1��#~')3���Ò:'X*H¸�����&(') "*�.�Ç 6¡»���*�Ò:Ç 6 º>��#��.1E<B¦=���'X�$*�&o&( ¬')*��� "#%�< "#%��&(�`.9E��<��#~�<��F��`��*�Ò�����#~&(')��;)MN.1E<3�3�;) ���¯P.1E<�<�< �#~&o')*:��*: "�<��#%��&(')*�FH.1{�.1&(���,6 8�0����B�BN����&(')4���*���.1.� "B�.1E��<��#~�<��F��L��*�Ò!�<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯|8�?�@�.�����*P3��L')����#� "4���Ò!3"{|�<#� "�<��#%;){|����*���F�'X*�F'X*�&N��#7���U&N'X �*�.`2�'X&N0�&N0��|4 'X#%&NE���;¨��Ò�Ò¾#�� .1.`��;X;X ��U��&('X �*,�� �;X')�U{U¥�.�0���#�� Òä �3�G�� �U&N.1¥��U ���{�MN �*�Mi2�#7')&N�|'X�:��;X� M����*�&(��&(') "*�¥"=<;X�ª.1{�.1&(���Ê#�����Ò�MN��0�����ÒA��*�ÒA��;XE<.1&(�$#%')*�F�¥��<��F��>#��$�<;X�����$�:�$*�&��< �;)')��{�¥"��*�ÒA����F��ª�� ";X "#~')*�F&(0���&o���� "*�4���*�&(') "*���;< "�<��#%��&(')*�FP.9{�.9&(���å��;)#�����Ò�{H')�:�<;)������*�&(.�6

×�Á��!þ{�E)���#����p�%X�X�)W��"$"C���E����*������ ���²Ï��*<{À ���� #7��&i'X*<FÀ.�{ .�&N���:.I.�E����� �#7&��:������� ÒÜBN'�;�� .I �#>&N0<�HB(;����¤'�3�'�;�'X&i{À&i ¿.���� ��'XB�{À.�&i��#7&i'�*�F���Ò¾M

Ò�#���.1.1��.> "BD.1��F�����*�&(.> "#e3� �&(0�6¤��0� � ".1'X*�FA&N0����� �#%#~����&K4 ')#%&(E���;¨��Ò�Ò�#~��.1.>').>')�:�< �#%&(��*�&K&( A3�����3�;X��&( E�.9��.1E<����#~�<��F���.ª �#G�<��#~&('X��;)MN.1E<3�3�;) ���¯�')*�Fo6 ¶ .1.1')F�*�'X*�FA.1&(��#%&(')*�FA4 ')#~&NE<��;®��Ò�Ò�#%��.1.9��.>��;)'XF�*���ÒÏ2�')&(0À#���M

4. “Localized” changes is a relative term. In implementing Foxtrot, I had to modify about 100 source files in Solaris2.1 and rewrote all of the physical page layer and large parts of the virtual memory system. I chose to emulate thesuperpage TLBs and did not modify the page tables (hat layer). In retrospect, it is possible to restrict the changes tothe physical page layer by accepting a slightly inefficient implementation.

Page 96: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

88

.1�<����&¨&( �&(0��I;)��#�F���.1&¨.1E<���$#%�<��F���.9'XO��I�����<����&(�$Ò�&( ������À&(0��I "3�G�����&(¥���;);) "2�.e.1E��<��#~�<��F��$.L&( P3���E<.1��Ò�� "#��I �B(&(��*�&(0���*�&(0���Ò���B(��E�;)&�#~��*�Ò� "�Ì4�')#%&(E<��;¾��Ò�Ò�#���.9.L��;);) "����&(') �*¨6�²������<')*�F:��´�²�@�BN#~���:�I3�E<B¦BN�$#�¤&/÷ ¶ â��"´¤â¤â�⤥¨B�  #����"���A�¾;¦��¥®�¾#7��4���*�&�.�&�0���E¾.���  BJ�!´�²ä@·.�E¾�¾��#9�¾�¤F���+)��4���*ü'¦B/2H'¦&i0ü�¾#9  �¾��#9;¦{��;)')F�*��$ÒÀ�<0�{�.9'X����;��<��F��$.1576�8�0���.1���:�������<�<')*�FP��&¨÷ ¶ â���´�â�â�â�â���;);) "2�.G&(0���E<.1�� "B¨ �*���´�²�@À.9E��<��#~M�<��F��"6�÷�')#%&(E<��;���Ò�Ò�#���.9.���;);) "����&(') "*P').��: "#��L'X���< "#%&(��*�&�&(0���*H�<#� "�<��#K�<0�{�.9'X����; ������ �#~{|��;);) "����&('X "*H��.4�')#%&(E<��;���Ò�Ò�#���.1.1�$.G "*����`��;);) "����&(��Ò¿����*�*� "&®3��`��0���*�F���Ò�æàF���&(0���#� "�<��#%��&(') "*�.G����*:�� "#%#�����&®�$#%#� "*��� "E<.��0�{�.�')�U��;¨�:� �: �#%{¿��;X;X "�U��&N'X �*�.�6"����F�� Ò�Mi.1� F��:��*�&N� Òä��#7�U0�'X&(� �U&(E�#~��.H°Í����Ò�'Tb�º�¥���0���*�³�â�¥�?�����b�³�3oµ��U��*#%� ��.�.�'�F *ä4�'�#9&iE���;K��ÒoÒ¾#~��.�.�� .�3 {��! �Ò¾'�B�{ '�*�FÀ&i0��H.�� F��!��*<&�&i��3 ;¦�H3 E�&�����*<*< �&���4� �'�Òà&i0<�P��#% �3 ;������ "����;)�$&(��;){P��.J&(0��`.1��F�����*�&o �B�BN.1��&o����*�*� "&®3"����0���*�F���ÒK6

¼� ���&i#%  &���0<   �.���.��!4�'¦#7&�E��¤;K�¤Ò¾Òo#~��.�.���;¦'�F�*<��ÒÚ2¬'�&i0ü#~��.�������&�&i �&i0<�P;¦��#~F���.�&��¾��F��P.�'�O��P&�0<�¤&�'�..1����;);)��#/&(0���*�&(0��I.1')O��� "B�&(0��I "3�G�����&(¥�')B�&(0���E<.1��#/Ò� "��.e*� �&¨.1�<����')B({:��=<����Ò���Ò�Ò�#���.9.�6�8�0�').eÒ� "��.e*� "&��0� " ".1�`&(0��> ��<&(')����;<��;)')F�*�����*�&oB( �#C�IF�#� �2}'X*�FH.9��F��:�$*�&C+-��­ �¨­ ¥�0������<576 § *�.1&(����Ò�¥�E<.1�$#��<#� �F�#~���:.9¥�����*E�.����`È § �±;�'�3�#7��#7{ÒI����}¸L�×}¸LjIkI�K'��+Í �#C}¸}�L�×B@"Ò¾��4«@"O�� #~ �5�&N ¿��;�;X �����&i�¬;���#~F �HÒ���&i��.�&i#%E��U&iE�#~��.�&i &N#%'XF�F���#L¼� "�¤&N#� �&%ì .`0�� E�#%'X.1&N'X�U.>Bi �#e��;X;X "�U��&N')*�F���;X'XF�*���Òä4 'X#%&NE���;¨��Ò�Ò�#���.�.1� .`&( A'X*��U#�����.���&N0��|��B(BN���U&N'X4�� M*���.1.e "B�.1E<�<��#%�<��F���E<.1��F��"6�8�0��I*���'X4��I.1 ";)E�&(') "*� "B���;)2���{�.L��;);) "����&¦'X*�F: "3�G�����&¦.L��&�4�')#%&(E<��;¾��Ò�Ò�#���.1.9��.��;)')F�*��$ÒA2�')&(0P#���.9���$��&¾&( �&(0��ª;)��#�F���.1&�.1E<�<�� "#~&(��ÒA.9E��<��#~����F��ª.1')O��|+¡��­ �®­ ¥�»1Ç�²�@�5¾').�*� "&���&(&(#%����&(')4��ª��.�')&#�� .1E�;X&N.`')*�4 � #%{�.�����#%.1�|��Ò�Ò�#~��.�.`.1�������|E�.���F��|&N0���&D����*���B(Bi���U&D����F��|&N��3�;X�|����#%Bi �#%�:��*���� ¥��$­ �¨­ ¥�'X*��;)')*�����#��<��F��`&(��3�;)��6

×�Á�8�z�D���)W��X4ÿ,/�����*$��"C����X!5��E/0)���)�� ��"²Ï��*<{¿��#~ ���� .�.�� .�.�0���#~�¬�!������� ÒÜB('�;X� .�¥¾Ò�{ *����!'X�U��;X;�{ Mi;X'�*�¯ � ÒÜ;X'�3�#7��#7'X� .�¥¾��*�Òܸ�{ .�&i� �:÷ .�0<��#%� Ò

������ "#%{P�<��F���.�6 8�0�').J#%��').1��.J&(0�#����`')*�&¦��#���.9&(')*�FH�<#� "3�;)����.J')*!�<��F���MN.1')O���M(��.1.1')F�*��:�$*�&%6¼�')#%.1&(¥"&(0��ª=�#~.1&���#� "����.1.�&(0���&¾�����<.���.10���#���ÒA "3�G�����&D+-��­ �®­ ¥$I����R�15¾2�'););�#���.1E<;)&¾')*P&(0��ª "�<��#%��&(')*�F¬.9{�.9M

&N��� ��;X;) ��U��&N'X*�F���#� ���� #%;X{���;X���U��Òü��0�{�.1'X�U��;¨�:� �: �#%{¿BN �#L.�E�����#7����F���.`2|'X&N0�#���.���� ��&D&N �&(0��|4 'X#7&(E���;��Ò�Ò�#���.1.C&(0�'X.C�<#� "����.9.�E<.1��.�6U��#� "����.1.9��.�2�0�')��0H������&(0��L.9�����e �3¿G�����&�;)��&(��#���E�.1&<��0� " �.9�L��;)')F�*��$Ò!4�')#~M&(E<��;���Ò�Ò�#���.1.1�$.e2�')&(0!#���.9���$��&¨&( H&(0��I.9E��<��#~����F����:���<�<')*�F���.1&(��3�;)').10��$ÒÀ3�{�&(0���=�#~.1&¨�<#� �����.1.G "#���;).1���E�.9&¨E<.1��3���.1���<��F��������<��')*�F�.�6�¼� "��&(#� �&%ì .G4 ')#~&(E���;���Ò�Ò�#��$.1.G��;);X "����&(') "*A3"��.9��ÒÀ "*!&(0���=<;X��.9'XO�����;);) "M����&(��.ª�� "#%#�����&(;){A��;)')F�*��$ÒÏ4�'X#~&(E<��;o��Ò�Ò�#���.1.1��.ª')*À�$����0À�<#� "����.1.ª2�')&(0� "E<&K��*�{A')*�&(��#�MN�<#� "����.1.ª�� " "#�Ò�')*���M&(') "*�¥�2�0���*:�:���<�<')*�FP&(0��`BNE<;);�=<;X�"6

¸����U �*�Ò�¥�&N0��|Ò¾{�*����:'X��;)'X*�¯�� #L'X*�¸� ";X��#7'X.>º�6-»`�:����.` �*�;X{�&N0��|BN'X#7.1&D����F��| �BC&N0��|.10���#~� Òä;X'X3�#%��#%{��*<ÒÚ;���&i��#>�A����.�&i0<�HB�E¾;�;KBN'�;¦�À+���B�&i��#>#%����Òo'�*<F�&i0��H0<����Òo��#>'�*�Bi  #7�A��&i'� �*�596 8¾0�'�.I&i2¬  Mi.�&i���Ü�¾#% �����.�.3�#�����¯�.C.1E<�<��#%�<��F��L������ "#%{}��;);) "����&(') "*HBN "#�.10���#���Ò:=�;)��. 6U©`*H&(0��e=�#~.1&��������� "B��ª.1')*�F�;)�e3���.1�e�<��F���¥����F ��Mi.�'XO��|��.1.�'XF�*��!� *�&D2| �E�;XÒü��;X;X ��U��&N�¬�H#7��*�Ò� �� 3���.��|��0�{�.�'X�U��;�����F��¬��.`'X&C�U��*�*� �&CÒ�'X.�&N'X*�F�E�'X.�0&(0�').>BN#� ��Ð��*�{A �&(0���#e3���.1���<��F���MN.�')O���Òä�����<����ÒÏB('X;)��6�ßà0���*À�:���<��')*�FA&N0���BNE�;);®B(');X��;)��&(��#(¥�&(0�'X.>B¦')#%.1&3���.1�ª�<��F��ª����E<.1��.��<��F��>�<#� "�: "&(') "*P&( |BN��');� �#D#�� Á E�')#��$.���F���&(0���#D "�<��#%��&(') "*¨6$¼� "��&(#� "&� "��&(')��')O���.�&(0�').�� "���: "*¿����.1�}3�{!Ò� "')*�F!����F���M(#���.9��#%4���&(') "*ÀB( �#J�¬B(E�;);o�<��F��}3�;) "��¯!2�0���*¿&(0��}=�#%.9&K�<��F��} "BK�¬=<;)�}').�������<��Ò�æà&(0�').J��;);) �2}.G&¦0��`E<.1�` "B®��.9E��<��#~�<��F��`BN "#�&(0��`BNE<;);�=<;)��6

8�0�')#�Ò�¥��|�<��F���MN.9')O��I��.9.1')F�*�����*�&��< ";)')��{!�� "*�')&( "#%.L&(0��������� "#%{:E<.1��F��I �#/8�?�@��:').1.e#%��&(��E<.1')*�F4�'�#7&NE���;���Ò¾Ò�#%� .�.�� .� �B���.�'�*�F ;��H��#~ ���� .�.�6�¸"0���#~� Òà �3?G¦���U&i.�.�0���#~�H&N0<�H.����!�¬��0<{ .�'��U��;�����F � .I���U#~ �.�.�:E<;X&(')��;)����#� �����.1.1��.>��*�ÒÏ�HF� � "Òä�<��F���MN.1'XO�����.1.1')F�*��:��*�&K�� ";X')��{������U "E�*�&(.>BN �#e.1E<�U0À.10���#%')*�F�2�0�');)�����;)��E�;)��&(')*�F������� "#%{�E�.9��F��e �#�8�?�@:��').1.��� ".1&%6U²� ".1&�.10���#���Ò:;X')3�#~��#%')��.C����*H3��L�������<��Ò:2�')&(0H.9E��<��#~M����F���.`��.>&N0��|B¦'X#%.�&D�<#~ ���� .1.`��;)#~����Ò�{���#~ "��� #%;X{���;X����� .>&N0��|B¦'X;X�|')*���0�{�.�')�U��;¨�:���: �#%{¤6"¼� ���&N#� �&DÒ� ���.*� "&¾������ "E�*�&¾B( �#D&(0�')./.10���#~')*�F¬��.�'X&�'X���<;)������*�&(./�<��F���MN.9'XO��ª��.1.1')F�*��:�$*�&��� ";)')��{¬')*�.1��F�����*�&¾Ò�#%')4���#%.9¥2�0�')��0À��#����<��#�MN4 ')#~&(E���;®��Ò�Ò�#��$.1.>.1�<��������*�&(')&(')��.�6�8�0�'X.ª#��$.1E�;)&(.>')*À������0À�<#� �����.9.>')*�Ò����<��*�Ò��$*�&(;){A������M��E<&(')*�FP&(0��`�<��F���M(.1')O�����.1.9'XF�*�����*�&®�< ";)')��{P��*�Ò¿Ò�����')Ò�')*�F�2}0��$&(0���#�&¦ H�:����&(0��`.10���#���Ò¿=<;X�`2�')&(0!.1E<M����#%�<��F���.�6 ¶ *À��;)&N��#%*���&(�|')�:�<;X���:��*�&N��&N') �*À2� �E�;)Òä3���&N !�:��')*�&(��'X*À����#~MNB¦');X��E�.1��F����U "E�*�&(.>&(0���&D����*

Page 97: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

89

������ "E�*�&¾BN "#D.1E���0�.10���#~'X*�F¬��*�Ò�')*���E<#%./;)��.1./ "4���#�0�����ÒK6�8�0��>Ò�').1��Ò�4 ��*�&(��F���¥�0� "2���4���#¦¥�')./&(0��>�� "Ò�')=<M�U��&N'� �*�.I*���� Ò¾� ÒÜ&N ¿�!E�;X&i'X��;��¬B('�;X�H.�{ .�&N���ý'X�!��;X� �!� *<&i��&i'X �*<.�¥¾�$­ ��­ ¥®�¾Õ��W¡�¾Õ��W¡�]L¾�]ݾÙ�Õ��]¡(L�ÕE�]¡¾Ök}!×¾Õ��W¡�y�-L�×�Õ���6

¸¤0���#��$Ò¿=�;)�$.J��;X.9 H#���.1E<;)&®')*:��E�;)&(')�<;)�`4�'X#~&(E���;<��Ò�Ò�#���.1.1�$.J���$#��<0�{�.9')����;<�<��F���¥�����ÔÍ���~�~��6 ¶ ;)'X��.J����*�M��F � �!��*�&�3 ���U ��!� .I�� ��!��;X'�����&N��ÒÜ'�B�.� ��!�H��#� ��U��.�.�� .IE�.��¬.�E���� #9����F �H�!������'X*<F .I��*<ÒÜ �&N0<��#7.IE�.��3���.1�ª�<��F��ª�����<�<'X*�F�.�BN "#D&(0��ª.1�����ª��0�{�.1')����;�����F���.�6$¸�����&(') "*���6 �`Ò���.9��#%')3���.�&(0�#����ª.1 ";)E�&(') "*�.�&( |0���*�MÒ�;)��&¦0�').J.9'X&(E<��&(') "*¨6

8�0��e��3� "4��e.1')&(E���&(') "*�.C "����E<#�2�0���*¬��#� "����.1.1�$.C.10���#%')*�F��<��F���.C��#��e.1')��E<;X&(��*��� "E<.1;){�����&(')4���6U�<��F��$M.1')O�����.9.1')F�*�����*�&®').e��;).1 P��B¦B(����&(��ÒÀ2�0���*!�}�<#� "����.1.GE<.1��.G����F���.G��#�����&(�$ÒÀ3�{���*� "&(0���#��<#� "����.9.1¥ ��­ �®6 ¥ ��� "����');)��#/��#�����&(��.e��*���������E<&(��3�;)��&(0���&��$������E<&(��.L.9 " �*A��B(&(��#~6 § B�&(0����� "���<'X;)�$#J�<#� ����$.1.LE<.1��Ò�#~��*�Ò� "�3���.1�I�<��F���.eBN "#/ "E�&(�<E<&¨=�;)��.1¥��}F���&(0���#/ "�<��#%��&(') "*�').e#�� Á E�')#��$Ò�&( PE�.1�I.9E��<��#~����F���.eBN "#/&¦0��I&(�$��&�.9��F�M����*�&¨2�0���*A�����$��E�&(')*�F�&(0��I�<#� "F�#%���,6�8�0�').e.1')&(E<��&¦'X "*A "����E<#%. Á E�')&(�IB(#�� Á E���*�&(;){�3�E<&¨')&¨'X.G*� �&¨�<#~����&(')M����;`&~ �� � �#�ÒK'É*¨� &~�ä&%0¨�Ï4o'É#�&%E�� ;>� ÒKÒK#U�".�. ��.���*¨ÒÝ��0¨{¾.�'���� ;>� ÒKÒK#U�".�. ��.AEK. ��Ò 3�{ &~2A *¨ �*¨M�� "*�&(�����< �#~��*��� "E�.J�<#� "F�#~����.�6

×�Á�Á!qC���»�.�����.�Ø�)�� ���²���*�{A "���$#%��&(')*�FA.1{�.1&(����.ªE�.9��&(0��}�� "�<{�M( �*�M(2�#%')&(�} "��&(')��')O���&(') �*à°-����.90Çb?b µ�&( !#���Ò�E<���������� "#%{

Ò����:��*�Òä3�{�.�0���#%'X*�F�#~����Ò�MN �*�;){�����F���.`E�*�&N'X;¨2�#%'X&(&N��*·+���­ �®­ ¥���#� �F�#%��� Ò���&N�H.1� F��:� *�&N576 ¶ �U "��{�MN �*�M2|#%'X&(�| �����#7��&N'X �*�#����:����.`�H4 'X#%&NE���;��<��F��|&N A�H�U "��{¿ "BC&N0��� �#7')F�'X*���;¨��0�{�.1'X����;¨����F��|��Ò�Ò�')*�F¿#�����Ò�M2�#%')&N���<��#%�:').1.1'X "*�.�6 ¶ .>&(0�').>��0���*�F���.>3� �&(0�&(0�����#É "&N����&('X "*À��*�Òä���<ÈÿBN �#G �*���3���.1���<��F���2�'X&(0�')*À�����F��|3�;X ���¯�¥��H�U ���{�Mi �*�MN2|#%'X&N�|�U��E�.1� .`����F��|Ò����: �&N'X �*���*�Òü0���.`&N2| A'X�:��;X'X�U��&('X �*�.` �*�.�E���� #%����F��E<.1��Q

¼�')#%.1&(¥�&(0��`�<��F���MN.1')O��`��.1.1')F�*�����*�&®�< ";)')��{P��E�.9&®������ "E<*�&®B( �#��< ".1.9')3�;X�`#����������<')*�FP "B®3���.1�`�<��F���.'X*À����F��|3�;X "�U¯�.>�:��������Òä�� ���{�MN "*�MN2|#%')&N��6 § BD�H����F���3�;) ��U¯A'X.>� ��������&N��Òä&N !3���#%��#7��;X{A2|#%')&N&(� *Ú+Í��­ �®­ ¥�<#� "F�#%���é&(����&(5N¥<&(0���*¿&(0��}Ò���B(��E�;)&��< �;)')��{!BN "#G&(0���=<;)������*¿3��}E�.9��ÒK6 § BK�|�<��F��}3�;) "��¯A').ª�����<����&(�$ÒÏ&( 3��L.1�<��#%.1�$;X{� �4���#~2�#%')&(&(�$*�+-��­ �®­ ¥��<#� "F�#%���«Ò���&(�`.1�$F�����*�&(5(¥"&(0���*H��')&(0���#K��4  "')Ò!�<��F��ª�<#� "�: "&(') "*P "#K')*�M4� �¯����<��F���Ò����: "&(') "*À �*À&(0��}B�')#%.1&K�� "�<{�M( �*�MN2�#~')&N�"6 § BD�¬�<��F���3�;) "�U¯A').ª�����<����&(��ÒÏ&N :3��}�� "�:�<;)��&(��;){ �#e�� �.1&(;X{A �4 ��#%2�#%')&N&(��*·+Í��­ �¨­ £�A�y�>.1� F��:��*�&(5N¥�&(0���*��¬�U "��{�Mi "*�MN2�#%')&N�� ��<��#%��&('X "*� "*�&(0���BNE�;);¨.1E��<� #%M�<��F���').G�� "#��`��B¦=���')��*�&®&(0���*!')*�Ò�')4�')Ò�E<��;�3"��.9���<��F����� "�<{�MN "*�MN2�#%')&(�$.�6 § *!����#~&(')��;XM(.1E<3�3�;) ���¯P.1{�.1&(�$�:.9¥&N0��¬����F��¬3�;� ��U¯¿'�.`'�*�'X&i'X��;X;�{¿��#~ ���� #7;X{À��;X���U� Òü'X*Ï��0�{ .�'X�U��;��:� �: �#7{�6��� ���{�Mi �*�Mi2|#7'X&N&N� *,����F�� .�F � &#%��*�Ò� "��;X{!��;);) "����&(��Ò,3���.1���<��F��$.ª3�E<&� "&(0���#J3���.1������F���.L�� "*�&('X*�E<�}&( �.10���#����|.1')*�F�;)�}8�?�@,3�;) "��¯¾6 ¶BNE<#%&(0���#C "��&(')��')O���&(') �*:2� "E<;)Ò¿3��`&( ¬�<#� "�<��#~;X{H�<;)�����`��;X;<&(0��`Ò���.1&(')*���&(') "*!�� "�<{�MN "*�MN2�#~')&(�`����F���.J��;).1 �68�0�E�.1¥<&(2� A�<��#%&('X��;)MN.1E�3�3�;) ���¯A8�?�@Ï3�;) "��¯�.>.1E<B�B�'X����æà&(0��} �#%')F�'X*���;X¥<E�*�2�#%')&(&(��*��<��F���.ª.10���#��} �*���8�?�@3�;) "��¯!��*�Ò,&(0���2�#~')&(&(��*¿�<��F���.L.10���#�����*� �&(0��$#%æà2�0�');)���|.1E<�<��#%�<��F���8�?�@,2� "E<;XÒ�E�.9�}��;);¾3���.1���<��F���������<')*�F�.�6U¼� "��&(#� "&<')���<;X�$�:�$*�&¦.C����F��eÒ����� "&('X "*¬ "*¬=�#%.9&��� "�<{�MN "*�MN2�#~')&(�e��;X2}��{�.C��*�Ò�Ò� "��.C*� "&<')��M�<;)������*�&®B(E�#~&(0���#� "�<&(')�:')O���&(') "*�.�6

¸¤���� "*�Ò�¥<�¬�� "�<{�M( �*�M(2�#%')&(�} "���$#%��&(') "*À&(0���&K#���.1E<;)&(.>')*¿�¬�<��F��}Ò����� �&(') "*¿'X*¿ "*��}�<#� "����.9.>#���.1E<;)&(.'X*��H��0�{�.1'X�U��;��<��F��|0���4 ')*�F�.� ��:��.�E�����#7����F��|��*�Òä.1 ��:�|3���.1�|����F��|�:������'X*�F�.�6 § BC&N0��| �����#7��&('X*�F.1{�.1&(�$�ÐÒ� "��.L*� �&�.1E��<�< "#%&�&(0���&(¥� "*��}.1 ";)E<&(') "*¿'X.L&( :Ò����� "&(�}&(0��}.9E��<��#~����F��}')*¿��;);o�<#� "����.1.9��.ª.10���#~M'X*<F¿&N0��¬����F��¬3�;� ��U¯ ¥�2|0�'��U0,0���.`&i0��¬E�*<Ò�� .�'X#7��3 ;X�¬�U0���#7����&N� #%'�.�&N'X�� �BC �*��¬��#7 ��U� .�.���B(Bi� �U&N'�*�F¿ �&N0�� #��#� �����.1.1��.�ì�8�?�@Ï����#%BN "#%�:��*��U��6 ¶ *� "&N0���#e.1 ";XE�&(') �*À').>&N !Ò� !�� ��<{�MN "*�MN2�#%')&(��BN �#G&N0���BNE�;);¨.1E<����#%�<��F����;X2|��{�.�¥�2|0�'��U0�2|��.1&i��.��:� �: �#%{¤6"8¾0��¬*���'X4��|.� �;XE�&N'X �*, �BC*�� 4�� #LE�.�'X*<F¿.�E���� #7����F � .`Bi �#ª�U ���{ Mi �*�M2�#~')&(�>#���F�') "*�./')./*� "&¾���������<&(��3�;)�>��./����*�{H&(����&o.9��F��:�$*�&(.���;);) "2 �� "�<{�M( "*�M(2�#%')&(�>B( �#D.1��;)BNM(�: "Ò�')BN{�')*�F�� "Ò��� �#�Ò�{�*�����')�ª;)')*�¯�')*�F���*�ÒÀÒ���&(��.1��F�����*�&(.G��#���')*�0���#���*�&(;){��� "�<{�MN "*�MN2�#~'X&(�"6��� "��{�MN "*�MN2}#%')&(�� "�<M��#~��&('X "*�.J��;).1 ¬ "����E�#�B(#�� Á E���*�&(;){H2�0���*!.9&(��#%&(')*�FP�<#� ����$.1.1��.JE<.1')*�FP&(0��C�>È § �àÕ�K�|�¶A.9{�.9&(���å����;);É6

Page 98: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

90

×�Á��Cñ������;"�»�"������ )W����X�.��%D�����X!����X!*��#�"�����)�� �A=©`�<��#~��&(')*�F:.1{�.1&(����.e')*���;)E�Ò��I.1 "�:�I=<;X�I.1{�.1&(�$�Ì#�����Ò�M(��0��$��Ò���*�Ò���;)E�.9&(��#%')*�F:&( P��#���BN�$&(��0�*���')F�0�M

3� �#7'�*�F¿3���.1�¬����F�� .�6�8¾0�� #~�¬��#~�¬&N2| �#~� ��.� �*�.�Bi �#ª.�E��U0ÏB('X;X�¬.�{�.�&i���ý'X�:��;X� �!� *�&N��&i'X �*<.�6�¼ 'X#7.�&N¥���#~ �MF�#%����.���#��ª;)'X¯���;){|&( ���������.1.�*���')F�0�3� "#~')*�F|3���.1�L����F���.�.1 " �*PÒ�E<�ª&( �.1�<��&(')��;�;) "����;)')&({|��*�Ò!�<#���BN��&¦��0�')*�F "BN&(��*¬0��$;)��.C#��$Ò�E<���L�<��F��LB(��E<;)&�;)��&(��*���{� "*H;)��&(��#��<��F��LBN��E<;)&(.�6U¸¤���� "*�Ò�¥¤.1 "���e=�;)�L.9{�.9&(����.���;)E<.1&(��# § @© ��<��#~��&(') "*�.>&( !.1&( "#��}B¦'X;)��.ª�� "*�&(')F�E� "E�.9;X{A "*ÀÒ�'X.9¯A��*�ÒÏ�<#���BN��&(��0�')*�FA&(0��}*��$��&K.1����&( "#e "BN&(��*À�� "����.BN "#�B(#����`')*!�IÒ�').1¯ § @�©¬6 8�0�').J')*�&(��#~����&(.J2�')&(0!.9E��<��#~����F���.J')*:&(2� H2}��{�.�Q

¼�')#%.1&(¥"#�����Ò�MN��0�����ÒA ��<��#~��&(') "*�.��:��¯��>')&¾;)')¯���;){H&(0���&¾3���.1�>�<��F���./#���.1��#~4 �$Ò� "*�&(0��>=�#~.1&¾�<��F��>B(��E�;)&&( ��>�<��F��e3�;) "��¯�2�'););�3��eE<.1��Ò:.9 " �*¨6U8�0�E�.C')B�&(0��e#�����Ò�M(��0��$��Ò�').C;)')¯��$;){�&( �#���.9E�;)&<')*H3"#%')*�F�')*�F}')*H�ª.1E<M�<��#%�<��F��ª2� "#%&(0P "BoÒ���&(��¥"�<��F��ª#���.1�$#%4���&(') �*P').���3���&¦&(��#D��;)&(��#%*���&(')4��ª&( |��;);) "����&('X*�F|#%��*�Ò� ��«3���.1�ª�<��F�M�¤.�'i�À�À�¤Ò�'i��&��¤;i{ÚB~ <;N;i <2:�¤Ò 3�{Ú�,�¨��F��À�¨#� <�À <&�'N <* ��*oÒ �,F���&�0o�¤#U6o¸  <;i��#�'i.Pº¾6�»�'N�À�¨;i���¿��*o&�..�&N#7��'XF�0<&NBN �#%2|��#�ÒÜ#�� ��Ò¾MN��0�� ��Òü3�E�&D¼  ��¤&N#� �&C'X�:��;X� �:� *�&N.`���%�U��ói�U��ïU��ò���æ·#�� ��Ò¾.`3���.��¬����F � .`&N0���&D��#��2�')&(0�')*P&(0��L.1�����ª�<��F��ª3�;) "��¯|')*�.1&(�$��Ò: �B�3�;)')*�Ò�;){|#�����Ò�')*�F|BN#� "�Ó&(0��L*�����&��<��F��L3�;) "��¯o6�¼� "#K����������;)��¥ �*��H����F��|BN��E�;X&D&( A÷ ¶ â��¤´j��â�â�â�¥�¼� ��¤&(#� �&D'X*�')&N'X��&(� .`#�� ��Ò�MN��#� �E�*�ÒäBi "#L÷ ¶ #7��*�F�� .>â��¤´�â�â�â�â�6¡6 â��¤´�´�B¦B¦B��*�Ò¿â���´�Ç�â�â�â 6¡6 â���´�B�B¦B¦B76

¸"���� �*<Ò¾¥o.� ��!�P#~����Ò¾M���0<����Òà ��¾� #9��&i'� �*<.�#~��.�E¾;�&�'¦*Ï��#%��Bi��&i��0<'�*<F�3 ��.��H�¾��F ��.I&i0<��&�3 ��;� �*<F�&i À��<��F��ª3�;) "��¯|*� �&�{���&�#���B(��#��$*����$ÒA3�{|&(0��ª�<#� �F�#~���Ï6 ¶ .�¼� "��&(#� "&¾Ò� "��.��<��F��>#���.1��#~4���&(') �*P "*�;){¬ "*��<��F��BN��E<;)&(.�&( �&(0��ª�<��F��ª3�;) "��¯�¥"&(0���.1�L�<��F���.�����{|3��L;) ���Ò���Ò!')*�&( �#%��*�Ò� "�Ê3���.9�ª�<��F��$.�6$¼� "��&(#� "&��<#���4���*�&(..1E<��0!#�����Ò�MN��0�����ÒK6 ©`&(0���#� "�<&(') "*�.J')*���;)E<Ò��`Ò� "')*�FH�<��F��`#���.1��#~4 ��&(') "*: �*:Ò�������*�Ò� "#���;);) "����&(')*�FP#~��*�MÒ� "�å3���.1�`�<��F���.JBN ";);) �2}��Ò¿3�{H��F���&(0���#� "�<��#~��&(') "*:Ò�E�#~'X*�FH�<��F��`�<#� "�� "&('X "*¨6

×�Á º V��A=��;)W��������*��$�B�����?��<�>M(3���.1��ÒA#����<;)����������*�&¾�< ";)')��')��.1¥��U­ �®­ ¥"��;X "��¯¿°-����.1&%�1³ µ-¥"2� "#%¯¬��./')*���.1')*�F�;)�$MN�<��F���M(.1')O��>.1{�.1&(�$�

')B¾.9E��<��#~����F��ª�����<�<'X*�F�.�Ò�E<��;)')����&(�L&(0��L#��$BN��#��$*����ª��*�ÒA�� "Ò�')=���Ò!3�')&(.�')*P��;);�&(0��ª3���.1�L�<0�{�.1')����;��<��F��Ò���.1��#~')��&( "#~.�6$8�0�E�.9¥�3���.9�>�<��F��$./2�')&(0�.1E<�<��#~����F��>�����<�<')*�F�.���#��>&(#�����&(��ÒA.1')��');)��#%;){�æà��;);�#����<;)������ÒA "#*� "*���#����<;X�����$ÒD6 ¶ *¿ "��&(')��')O���&(') "*À2� "E�;)ÒÏ3��}&( !#����<;)��������;);®&(0��}3���.1�}�<��F���.ª')*À "*��}��&( ���')�` ��<��#~��M&(') "*�¥ 2�0�'X��0A����{�#���.9E�;)&®')*A��B¦=<��')��*�&¨Ò�').1¯ § @�©¬6 § B����<��F���3�;) "��¯�0���.G�}��')�| "B¨3���.1����*�ÒÀ.1E<���$#%�<��F���������<')*�F�.1¥<&(0��}#���BN��#���*����}3�')&(.ª����{!3��}.1E<��0¿&(0���&�')&�#����<;)������.ª "*�;){A.1 "���}3���.1�}�<��F���.ª2�')&(0�')*¿�|.1E<M�<��#%�<��F���¥�����E<.1')*�FP�<��F��`Ò����� "&(') "*�.�6

8�0��ª����')*�')*�&(��#%����&(') "*�2�')&(0P����F���M(.1')O��>��.1.9')F�*�����*�&¾').�&(0���&¾�<��F��>#����<;)����������*�&¾#���.1��&¦./&(0��ª�< �;)')��{BN "#D������F��>3�;) "��¯¾6$����F��>#��$��;)����������*�&¾B(#�����.���;);�&(0��ª�����<�<')*�F�./��*�Ò��<0�{�.1')����;������� "#%{�6 ¶ ;)��&(��#C�<��F��BN��E�;X&D#���.�&(��#%&(.`&N0��|����F�� MN.1'XO�����.1.�')F�*��:��*�&D�� ";X'X��{�E�.���F��|�� �E�*�&(.�6 ¶ *� �&(0�� #e ���&('X �*À'X.`&( A#~���:� ��3���#&(0��ª ";)Ò!����F���MN.9')O��ª��.1.1')F�*��:�$*�&��� ";)')��{| "E�&(�� "���ª��*�Ò!#��$E�.1�L'X&�B( "#D&(0��ª;)')BN�ª "B�&(0��L��#� "F�#%���,6$8�0�').�0���.&(0�����Ò�4 ��*�&(��F��| "BD��4� �'XÒ�'X*�F�&(0��� �4���#�0�����Òä �BD#�� Ò���&N��#%�:')*�')*�FA&N0��� ���&(')�:��;®����F���.1'XO���3�E�&K0���.>&(0��Ò�').1��Ò�4���*�&(��F��`&(0���&o�<��F���3";X "��¯�.J "*����`��#� "�: "&(�$Ò�¥�*���4���#�F���&oÒ����� "&(��ÒK6

����F��>#����<;)����������*�&¾��;X.9 ¬�� "E<;XÒA'X*�&(�$#%����&¾2�')&(0:4���#%')��3�;)��MN.9')O��>BN#�����;)').1&¾�:��*���F�������*�&¾&( ¬#���Ò�E<���`�$��M&(��#%*���;®BN#%��F��:��*�&(��&('X "*¨6�@�{A��#���BN��#���*�&('X��;X;){�BN#�����')*�FA�<��F�� .ª&N0���&K2� "E�;)Òä��#�����&N��BN#������<��F���3�;X "�U¯�.1¥�BN "#���������<;)��¥��<��F���#��$��;)����������*�&�����*�0���;)�ÀBN#�����;)').1&�����*���F��$�:��*�&�&( �0���4����� "#����<0�{�.1')����;¾����F���3�;) "��¯�.&( ¬��;);) "����&(��6 § 0���4 �`*� "&o�����<;) "#���Ò�&(0�').G')*�&(��#~����&(') "*! "#�')&(.J��B¦B(����&o "*!.1{�.1&¦���å�<��#~BN "#%����*�����6

×�Á�×�V��A=��tqC������)�� �=����F��>�� ";) "#%')*�F¿°-8���{�;)³�â�¥�Æ/��.9.1³�º�¥���0�')E�³�º µ���;).1 |����#���BNE<;);){H.1�$;)����&(./�<0�{�.9')����;<�<��F���./BN "#D4 ')#~&(E���;���Ò�M

Ò�#���.9.1��.L3�E<&�BN "#J��Ò�')B�BN��#���*�&���E<#%�< ".1����*�Ò�'X*���Ò�')B�BN��#���*�&�2���{!&(0���*��<��F���#���.1��#~4���&(') �*¨6��<��F����� �;) "#~M'�*�F�B� �#`��0<{�.�'����¤;�M�'�*<Òo������Òà�¾0<{�.�'¦����;¦Mi&���F F���Òà���¤��0<��.�.�����¯ .�&i À#%��ÒoE¾���P������0<�P��  *<BN;¦'���&��A'�.�.���.I3�{

Page 99: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

91

�<��#%&(')&(') "*�')*�F�4�')#%&(E<��;���*�ÒÀ�<0�{�.9'X����;��<��F���.e')*�&( P� Á E<')4 ��;)��*����I��;)��.1.9��.e��*�Ò�#���Ò�E���')*�F�&(0�����#� "3���3�'X;)')&({ "BD��;);X "����&(')*�FA4 ')#%&(E���;¨�<��F���.>BN#� ��ÐÒ�')B¦BN��#���*�&K÷/��Èÿ� Á E�')4 ��;)� *�������;X��.1.1��.>&N !&(0���.1���:���<��Èÿ� Á E�')4 ��M;X� *��U�|�U;X��.1.�6"����F��¬�U �;X �#%'X*�F¿BN �#L4�'X#%&NE���;XMi'X*�Ò�� �¤��Òü��0�{�.�'X�U��;XMN&N��F�F ��Òü�U���U0���.`.�� ��¯ .`&N A#~� Ò�E��U�|�U���U0��B(;XE�.�0�� .`3�{¿��&N&N� �:��&N'�*�F¿&N ���;X;X ��U��&N�¬��0�{�.�'��U��;�����F ��.�&N �&N0��¬.����:�¬÷/��Èå� Á E�'X4 ��;���*<�U�|�U;���.�.`��.�&N0���<#���4�') "E�.J�����<�<')*�FH&( H&¦0��`�<0�{�.1')����;��<��F���6

����F��>�� ";) "#%')*�F�¥"0� "2��$4 �$#(¥"Ò� "��.�*� "&¾��&(&(������&�&( |��;)�����>�� �*�.9����E�&(')4��>4�')#%&(E<��;��<��F��$./')*�&( |�� "*�.9����E<M&(')4����<0�{�.1')����;��<��F���.1¥���.J�<��F��`#���.9��#%4���&(') "*!Ò� "��.�6 8�0��`�<��F��`�� ";) "#%')*�FP��;)F� "#%')&(0��å')*!¸� �;)��#~').Gº 6λGE<.1��.�¬#� "E<*�Ò�MN#� "3�'X*À.9��0�������3�E<&K��;).1 !.1����#���0���.>��0�����Ò »1â�â¬3�E<��¯���&(.>&( !��;);X "����&(���¬�<��F��}BN#É ��Ð&(0��};X����.1&(ME¾.���Òà3�E��$¯ ��&96 8o0�'�.�#9��*�Ò¾  �!'¦O���.���0�{ .U'����¤;K�!���A �#9{,��;¦;� ��$��&i'¦ �*ü��*<Òo¥®��4���*ä'�B/��  *<.����$E�&�'�4��P���¤F �BN��E<;)&(.L "����E<#J&( ��� "*�.1����E<&(')4���4�')#%&(E<��;¾����F���.1¥�#%��#���;){:��;);) �����&(�$.L�� "*�.1����E<&(')4 �I�<0�{�.1')����;¾�<��F���.�6�¼� "��&(#� "&Ò�').1��3�;)��.L�<��F����� ";) "#%')*�F!')*�.1E��<��#~�<��F�����*�Ò,�<��#%&(')��;)MN.9E�3�3�;) "��¯!.9{�.9&(����.�6 § 0���4���*� �&�.1&(E<Ò�')��Ò,&(0�����BNMBN����&® "B®&(0�').J "*!������0��`3���0���4�') "#%6

¸¤E�����#%�<��F�����*�Òä�<��#%&(')��;)Mi.1E�3�3�;X "�U¯A8�?�@�.>��#~�|�� "�:��;)��&N��;){�'X*���B(BN���U&('X4���'XBD ��<��#%��&('X*�F�.1{�.1&(���:.>Ò� *� �&C.�E����� �#%&C&N0�� �Ï6"ß� �#%.�� ¥�.�� &NMN��.�.� ��U'X��&N'X4��|.�E���� #7����F��¬��*�Òü����#7&N'X��;XMi.1E�3�3�;X ��U¯¿8�?¾@ä'��:��;X� �:� *�&N��M&i'X �*<.I0<��4 �H.�'XF *<'�BN'��U��*<&i;X{�2| �#7.��¬����#7B� �#9�!��*<���H&N0<��*Ï� Á E�'�4���;X��*<&��U �*<4�� *<&i'� �*���;�.�'�*�F ;���Mi����F � M�.�'�O��8�?�@�.�6 8�0�'X.J��0����<&(��#�����¯���.J&(2� ¬')�:�< "#~&(��*�&o�� "*�&(#%')3�E<&(') "*�.�6

¼�')#%.�&(¥ § 'XÒ���*�&N')Bi{�&(0��� ��<� #%��&N')*�F�.1{�.1&N��� �< �;X')�U')� .>��*�Òä�:���U0���*�'X.1�:.>#~� Á E�'X#���Òä&N !.�E<���� �#%&K.1E��U08�?�@�.�6 § *��<��#%&(')��E<;X��#¦¥���*���2«�< �;)')��{:��*�Ò,E<��&¦ :.1')�¬*���2«������0���*�').1��.L����{!3���#�� Á E<')#���Ò·+-8���3�;)�GÇ�M7»15%6@���.1')Ò���.eÒ���.9��#%')3�')*�F:��;)&(��#%*���&(�I�< �;)')��')��.e��*�Ò�')�:�<;)������*�&(��&(') "*�.LB( �#/&(0��I�:�$��0���*�').1��.1¥ § ;)').1&¨&(0���')#J')*�M&(��#~����&(') �*�.J2�')&(0:����').1&(')*�FH "���$#%��&(')*�FP.1{�.1&(�$�:.J�< ";)')��')��.J��*�Ò¿������0���*�').1��.�6

¸¤���� "*�Ò�¥ § �<#� "�< ".1����*���2Ã�<0�{�.9'X����;������� "#%{P��;);) �����&(') "*!��;)F� "#~')&(0��:¥�����F���#��$.1��#~4 ��&(') "*�¥ &(0���&®��;)M;X ��U��&(� .`��0�{�.1'X�U��;¨�:� �: �#%{¿.1E��U0�&N0���&D.�E���� #%����F��|��*�Òä����#%&N'X��;XMN.�E�3�3�;X ���¯�.`�:������'X*�F�.`�U��*�3��|E�.���Ò2�')&(0� "E�&o')*���E<#%#%')*�FH&(0����� �.9&® "B®�� "�<{�'X*�FH3���.1�`�<��F��$.J'X*�&( ¬�� "*�&(')F�E< "E�.J������ "#%{�6

¼�  �"&i#7  &i¥¨�A{Ï  �¾��#1�¤&i'¦*�FÏ.�{�.U&i��� �¾#%  &�  &�{��¾��¥¨'¦�A�¾;¦���A��*�&�.}�!BÉE¾*���&�'¦  *��¤;D.U��&/  BJ�¾  ;¦'¦�$'¦��.}�¤*�Ò������0���*�').1��.J&( H.1E<�<�< �#~&o&(2� H�<��F��`.1')O���.J��*�Ò¿�<��#%&(')��;<.1E�3"3�;) ���¯�')*�F¾6

Page 100: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

92

¶ �������>�-��¢�����.1&( "#���.G&(#%��*�.9;X��&(') "*�¥ ��#� "&(����&(') "*�¥���&(&(#~')3�E�&(��¥ ��*�ÒÀ.1&(��&(E<.e')*�BN "#~�:��&(') "*ABN "#�4�')#%&(E<��;���Ò�MÒ�#���.9.1��.`°¡Þ�E<��¯�³�¹�¥���0���*pb?b�¥�?���4�{�b�º�¥"¸¤');)0�³�¹�¥"?����¿b�³�3¾µ(6 ¶ ����� �e�-��¢������~ò¾�-��cH+-�<8���5¾.9&( �#���.�&¦0��L')*�B( "#%����M&N'� �*ÀBi �#G �*<�}����F���6¤8¾0<�}8�?¾@Ï�:'�.�.ª0���*�Ò¾;X� #G�����U� .�.�� .ª&N0<�}����F��}&i��3�;��} �*À�|8¾?¾@,�!'X.�.ª&N !;X ���ÒÏ&N0�����<��#� "�<#%')��&(�/��8��H')*�&( `&(0��/8�?�@D6 ¶ *}')Ò�����;��<��F��/&¦��3";X�/2} �E<;)ÒHB(����'X;)')&(��&(�/�GBN��.1& 8�?�@¬��').1.�0���*�Ò�;)��#�¥�E�.9�;)')&(&(;)�/4�')#%&(E<��;� "#®�<0�{�.1')����;������� "#%{�¥ ��*�ÒfÆ�����'X3";X{�.9E��<�< "#%& ��;)')��.1��. 61¸¤�$��&(') �*A��6 ºG#��$4 ')��2}.��� "*�4���*�&(') �*���;�<��F��e&(��3�;)��.9æà;)'X*�����#¦¥¤BN "#~2���#�Ò�MN�����<���$Ò�¥¤��*�Ò�0���.90���Ò�æà��*�Ò:Ò�').1��E<.1.1�$.C&(0��L��0���;);)��*�F���.C "B�����&(�$*�Ò�')*�F�U �*�4�� *<&N'� �*<��;®����F �}&N��3�;�� .ª&N !.�E����� �#7&�Ç�´�Mi3 'X&K��Ò¾Ò¾#~� .�.ª.������U� .�6 § &����¤��;���'�*<.ª2|0<{!3  �&i0¿;�'X*<� ��#G��*�Ò0���.10���Ò:�<��F��e&(��3�;)��.C��#��e4�'X��3�;)�$¥¤��*�Ò�2�0�{�BN "#~2���#�Ò�MN�������<��Ò��<��F��e&(��3�;)��.C��#��e�<#� "3���3�;){�')���<#%����&(')����;��.K������0|8�?�@P��').1.K#�� Á E�')#���.D��3� "E<&�.9��4���*|������ "#%{�#���BN��#���*�����.�6�²���*�{��<#� "����.9.1 "#%.K*� "2 .1E<�<�� "#~&�8�?�@��').1.�0���*�Ò�;)')*�F¬')*P.1 "BN&(2���#��ª2�')&(0P.1 "���>0���#�Ò�2}��#��ª��.1.1').1&(¥"�U­ �®­ ¥"² § ��¸:°-Æ/��*���³�º µ-¥ ¶ ;)��0��H°-¸¤')&(��³�¹ µ-¥l�ª;)M&(#%��¸�� ¶ ��� °dÜ�E<*�F�³j� µ¡¥�� ¶ ��»1â�â�° ¶ .1�<#%³�¹ µN618�0�').K����¯���.K�<��F��/&(��3";X�/Ò���.9')F�*���*� "���$#%��&(')*�F�.9{�.9&(��� 'X.9.1E<���*�Ò!F�'X4���.� "�<��#%��&(')*�F|.1{�.1&(���ÓÒ���.9')F�*���#~.��� "#���Æ��$��')3�');X')&({|&(0���*P&(#~��Ò�')&(') "*���;�0���#�Ò�2���#���MNÒ���=�*��$Ò!����F��&(��3�;)��.�6

¸¤����&(') "*���6 ¹G')*�&(#� "Ò�E����$.�&(0�������'X*��� "*�&¦#%')3�E<&('X "*� �B &(0�').���0����<&(��#�Q9�Gî7�������-�~�É�~�G����� ���¡��¢�����6 § & ').��G*���2�<��F��e&(��3�;)�e.9&(#~E���&(E�#��e&(0���&<����*¬3��e4�')��2���Ò���.C�>0���.10���Ò��<��F��e&(��3�;)�e��E<F��:�$*�&(�$Ò:2�')&(0¬�~��¢�¢$�Íï�î7ñ�Ô�ò�� ¥¤')*�ª����*�*��$#���*���;) "F� "E<.C&( �.1E<3�3�;) "��¯�'X*�F}BN "#�8�?�@�.ª+-��0����<&(��#~.C´ª��*�Ò~��5%6UÞ}��.90���Ò�����F��e&(��3�;)��.D��.1.1 "��')��&(��I&(��FH2�')&(0:��4���#~{H3���.1�`�<��F��`�<8��K6 ��;)E<.1&(��#���Ò��<��F��>&(��3�;)��.J��.9.1 "��')��&(�`�I.1')*�F�;)�`&(��FHBN "#C�I�<��F��>3�;) "��¯o6��;)E�.9&(��#��$Ò:�<��F��e&(��3�;)��.C��#��L�$B¦BN����&(')4��e2�0���*¬.1�<��&(')��; ;) "����;)')&({�����¯���.C')&�;)')¯���;){�&¦0���&<�� "*�.1����E<&(')4��L�<��F���.��#��I')*��� "*�&(���:�< �#~��*��� "E�.eE�.9��6�¼� "#/&(0��I��.1.1E�����&(') "*�.e')*A¸¤����&('X "*À��6 ¹�¥ BN �#����������<;X��¥ �U;)E�.9&N��#���Ò��<��F��&(��3�;)��.�2}')&(0H.1')��&(����*H�<��F���.��<��#��<��F��e3�;) ���¯�E<.1�L;)�$.1.������� "#%{�&(0���*H0���.10���Ò:�<��F��L&¦��3�;)�$.�')BN¥¤ �*H��4���#~M��F � ¥<.�'X�P �#G�! �#~�}����F � .>��#~���� ���E�;���&N��ÒC6¤�¾������#7'��!� *<&N��;®#�� .�E�;�&N.¬+Í8���3 ;�����MiÇ�5K.�0< �2ÿ&i0���&K�U;�E�.�&i� #~� Ò����F��}&N��3�;X� .ªE�.��};X� .�.L�!���! �#7{!&N0���*¿&N0<��3�� .�&��U �*�4�� *�&N'X �*<��;o����F ��&N��3�;X� .�æÚ;X'X*�� ��#J����F��}&N��3�;X� .ªBN �#Ò���*�.1�L��Ò�Ò�#���.9.�.1�<������.C��*�Ò:0���.10���Ò:�<��F��e&(��3�;)��.�BN "#�.1�<��#%.9�L��Ò�Ò�#���.1.C.1�<������.�6U��;)E<.1&(��#���Ò:�<��F��e&(��3�;)��.2�');X;�3��I')*���;)E�Ò���Ò�')*A��*�E<���� "�:')*�F:#���;)����.1�I "B�¸¤ �;)��#%').1¥��}�� �������#���')��;¾ "�<��#%��&N')*�F:.1{�.1&(���ÑBN#� "�Ѹ¤E�*²�')��#� ".1{�.1&(�$�:.e°-Æ/0���;)³?��� µN6

��0�����&¦��#%.�¹�¥"´�¥"��*�Ò¸��Ò���.9��#%')3���Ò!E�.1�ª "B¾�~�����~�~����� �~�K��*�Ò!�~��¢�¢$�Íï�î7ñ�Ô�ò��H'X*P8�?�@�.�6$8�0��$.1�ª&(����0�*�' Á E<��.��#��e4���#%{}��B¦BN�$��&(')4 �e��&�')���<#� "4�')*�F�8�?�@:�<��#~BN "#%����*�����6UÞ� "2��$4 �$#(¥¤2�')&(0� "E�&<.1E<���< "#~&�')*H&(0��e�<��F��e&(��3�;)�&( `.1&( "#��/.1E<�<��#%�<��F��/��*�Ò¬.1E�3�3�;) "��¯��<8���.� "#®�G8�?�@H0���*�Ò�;)��#®&( `&(#~��4���#%.1��.1E<��0}����F��/&(��3�;)�$.1¥�&(0���.9�/8�?�@&(����0�*�' Á E<��.K��#��J�� "�:�<;)��&(��;){�')*���B�BN����&(')4���6

¸¤����&(') "*���6 ´I��#���.1��*�&(.J&(0��`.9���� "*�Ò¿�� "*�&(#%')3�E<&(') "*! "B®&(0�').J��0����<&(��#$Q�����&(��*�Ò�')*�FP�<��F��`&(��3";X�$.J&( H.9E��<M�� �#7&K.�E���� #7����F �}��*<ÒÏ.�E�3 3�;� ��U¯���8¾�¾.�6��K� ��;�'X����&N'�*<FA&N0<��.�E���� #7����F �� �#e����#7&i'���;�Mi.�E�3�3 ;� ���¯A��8¾�¾.>��&������0¬3���.1�L�<8���.1')&(�e����&(��*�Ò�.���*�{��� �*�4���*�&(') "*���; �<��F��e&(��3�;)�e&( }.1E<�<�< �#~&�&(0��e*���2Ý��8��:BN "#%����&(.C2�')&(0�M "E�&¨��B¦BN����&('X*�F:8�?�@���'X.1.e�<��*���;X&({�6 § Ò�').1�UE<.1.e��;)&(� #~*���&(��.1 ";)E�&('X "*�.e&(0���&¨0���4���Ò�#%��2|3�����¯�.e3�E�&¨��#��IE�.1M��3 ;���'�*�.��¾� ��'�BN'���.�'�&iE���&i'� �*<.�6 § &i0<��*�.�0< �2å0< �2ÿ��;�E�.�&i� #%��Òä����F ��&i��3 ;���.>��#%��'�Ò¾����;®B� �#e.�E����� �#9&i'�*<F�:� Ò�'XE��Ì.�E���� #%����F�� .L �#J.1E�3�3�;X ���¯�.�¥���.L&N0�� {!#�� .�E�;X&�'X*�.��:��;X;X��#J����F���&N��3�;)� .�¥�2|0�'X;X��#���&N��'X*�'X*�F:Bi��.1&8¾?�@,�:'X.�.L0���*�Ò�;X'X*�F!��*<Ò,B¦;X� �¤'X3�'X;X'X&N{¤6�6¤ßÚ0�� *¿8�?�@¾.LÒ� :*� �&�.�E����� �#7&�.�E�����#7����F�� .ª �#J.�E�3�3�;X ��U¯ 'X*�F�¥�<��F��`&(��3�;)��.G����*!E<.1�`.1E<���$#%�<��F��` "#��<��#%&(')��;)MN.9E�3�3�;) "��¯P&(����0�*�' Á E<��.J&( H#���Ò�E����`�<��F��`&(��3�;X�`.1')O���3�{P��* "#�Ò���#¨ "B��:��F�*�')&(E�Ò��I+-8¤��3�;)�I�1MNÇ�5

©���� #%��&N'X*�F!.�{�.�&N� �:.ªE�.�'X*�F!�|��#%'�4 ��&N����Ò¾Ò�#~� .�.L.������U�}�: �Ò�� ;X¥<�$­ �¨­ £Ç�`È § �Û°Í8�0� ��ä��´�µÍ¥��:��'X*�&N��'�* "*��ª�<��F��L&(��3�;X�L�<��#K�<#� "���$.1.� �#K��.1.9 "��')��&(�L�>��#� "����.1.�')Ò���*�&(')=���#K2�')&(0H������0P�<8��!')*P�>.10���#��$Ò!����F��L&(��M3�;¦� 6�©I�¾��#9�¤&�'¦*�F¿.U{�.U&i���A.�E¾.U'¦*�F¿���¾#9'¦4��¤&��¬�¤ÒoÒo#~��.U.�.��¾�¤�$�¬�A  Òo��;��AE¾.U&C.UE¾�¾�¾  #9&��A���o�¾'�*�F�.�BÉ  #

Page 101: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

93

.�0<��#~��ÒÏ �3?G¦���U&i.�¥��$­ �¨­ ¥<.�0<��#~� Òä;�'�3�#7��#7'���.¬°ßË>'�*�F'b�����µi6�ß·0���*À&i2| AÒ¾'XBiB�� #~��*<&K4�'�#7&NE¾��;¨����F ��.>�!���Ï&N A��<0�{�.9')����;��<��F��$¥�&(0���&(2} H4�')#%&(E<��;��<��F���.J��#��`¯�*� "2�*:��.J��c�ò�ï�ò�c�ð>�ª+- "#����ÍÔ����~�~�~5%6 ¶ *! "�<��#~��&('X*�FH.1{�.1&(���Ò���&(��.1&(#~E<��&(E�#���¥"2�0�'X��0 § ����;);�&(0��>�ªc�ò�ï�ò�c�ðÃ�-��¢$�Í�~¥�¯������<.�&(#%����¯¬ "Bo&(0���.1�>��;)')��.1��. 6�¸¤����&('X "*A��6 ��������;) "#���.2���{�.D&¦ I')*��� �#~�< �#~��&(�G.9E��<��#~�<��F��J��*�ÒP����#~&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯���8���.K')*|�L.9{�*� "*�{��ù&(��3�;)��6

8�0�������F��/&(��3�;)��&(����0�*�' Á E��$.�Ò���.1��#~')3���Ò¬')*}&(0�').���0�����&(�$#®��#��/� Á E���;);){����<��;)')����3�;)�/&( `.9'X*�F�;)�/��Ò�Ò�#��$.1..1�<�����/.1{�.1&(����.1¥���­ �®­ ¥�©`�<��;�°-��0���.1³�´ µ� "#®²,©>È ¶ Â>¸|°-�� �.9��b?� µ-¥���*�ÒH.1��F�����*�&(��ÒH.1{�.1&(�$�:.�&(0���&�E<.1�/F�;) "M3���;���B¦B(����&(')4��/4�')#%&(E<��;���Ò�Ò�#��$.1.1��.9¥���­ � £�Þ���°-?�����b�³�3¾µN69Þ���.90��$ÒH��*�Ò¬��;)E�.9&(��#���Ò¬����F��/&(��3�;)��.���#�����.1�<����')��;)M;){���&(&(#%����&(')4��J')*|&(0���.1�J.1{�.1&(����.K��.D&(0��${�0���4��J�L4���#~{�.1�<��#%.1�J��Ò�Ò�#���.1.K.1�<������6

¸¤� ��&N') �*���6 Ç�F�')4 ��.L�<� #%BN �#%����*�����*�E��:3�� #%.1¥�2�0���#�� § .10� "2«&(0���&¨�U;)E�.1&N��#���Ò�����F���&(��3�;X��.eE�.��I;X��.1.������ "#%{�&(0���*P��*�{� "&(0��$#K�<��F��e&(��3�;X�e��*�Ò:��#��eBN��.1&(��#�&( ��������$.1.�2�0���*HE<.1')*�F|.9E��<��#~����F��L "#K.9E�3�3�;) "��¯��8���.�6�¸¤����&(') "*���6Î�D#���')&(�$#%��&(��.K&(0��G�� "*�&(#~')3�E�&(') "*�.�6

8�0�').�.1����&(') "*�#��$4 ')��2}./�� "���: "*�;){�MNE<.1��ÒA�<��F��ª&(��3�;)��.1æà;)')*�����#(¥"BN "#%2}��#�Ò�MN�������<��Ò�¥"��*�ÒA0���.10���Ò�æ��*�ÒÀÒ�').9��E�.9.1��.G����&(��*�Ò�')*�FP&(0��$�Ñ&( P.1E<�<�� "#~&¨Ç�´�MN3�')&¨4�')#%&(E<��;���Ò�Ò�#%��.1.9��.�6 ¶ Ò���&(��');)��ÒÀÒ���.9��#%')�<&(') �*!����*3���BN "E<*�ÒÀ')*!Þ�E<��¯���*�Ò¿Þ���{�.�°-Þ�E<��¯�³�¹�µ(6�¼� �#���;);��<��F���&(��3�;)��Ò���.9')F�*�.1¥�Ç�´�M(3�')&®��Ò�Ò�#���.1.G�����<�<'X*�FP')*�MBÉ �#��A��&É'( �*ä2H'(;(;K#7� Á Eo'(#7�P��'(F�0�&�3�{�&É��.�¥o��­ �K­í¥®�o �2P��#1�®�«°)²ü��{�³�´<µX¥ ¶ ;(�o0��ä°)¸�'¦&É��³¤º�µX¥(��;¦&É#1��¸�� ¶ �C�°dÜ�E<*�F�³?��µN6�8�0��IE��<����#�MN#%')F�0�&¨�� "#%*���#/ "B�¼�')F�E<#��I�1M7»L'););XE<.1&(#%��&(��.e����������;)�I�������<'X*�F�'X*�BN "#%����&(') "*�&(0���&�� "*�&(��'X*�.e "*��I4 ��;)'XÒÀ3�'X&(¥ ��º?b�MN3�'X&¨�<��ÈÐ+-´�â�MN3�'X&¨�<0�{�.1')����;���Ò�Ò�#É��.1.e2�')&(0A´�Æ/@À����F���.15N¥¨»1º}3�')&(.e "B�.1 "BN&NM2���#��J "#¨0���#�Ò�2���#��J��&(&(#%')3�E<&(��.1¥���*�ÒP� ¶  3�')&(.KBN "#¨BNE�&(E<#��GE<.1��6

Figure 7-1: Linear Page Table Organizations and PTE format

¶ ��Ô�ò��~�U������� ���-��¢$������ �*��U���<&NE���;X;){:.1&( �#���.e��;);¾��8���.LBN "#/����#� �����.�.e')*���.1')*�F�;X�I��#%#%��{�6�8�0��I4 ')#%&NE���;�<��F��e*�E<��3���#$+¡÷/�<È�5�')*�Ò�������.C&(0��e��#~#%��{�¥���.�.90� �2}*P')*H¼�')F�E<#��I�1M7»�6��� "����;)�$&(�L;)')*��$��#K�<��F��L&(��3�;)�$.���#��4���#%{`;)��#�F�����*�Ò¬��#��� "*�;){��<��#%&(')��;);){`�� "�<E<;X��&(�$ÒD67�� "*�.1� Á E<��*�&(;){U¥�&(0���{�#���.1')Ò���')*�4 ')#~&(E���;¤��Ò�Ò�#���.1.�.9�������$¥Eo.�'(*�FÀ�¾�¤F��HB���E¾;¦&�.I&� ¿�¾ ��¾Eo;¦�¤&��H&�0��H&��¤3�;¦�HÒo{�*��¤�A'(�$�¤;¦;¦{Ú+X� ­ ��­í£o÷ ¶ �DM�»$»�°)?®��4�{pb¤º�µ�¥o² § �o¸A�C´¤â¤â¤â°-Æ/��*���³�º µ-¥ ¶ ;)�<0��H°-¸¤')&(��³�º µ-5%6 ¶ .���8���.���#��ª��;);) "����&(��Ò!�`�<��F��L��&��`&(')�:�$¥".1�<�����ª "4���#�0��$��Ò!').�0�')F�0P')B¾��*��Ò�Ò�#���.1.J.9�������>E�.1��F��`').J.9�<��#~.1��6 ¶ .1�$����#~��&(�`Ò���&(�I.9&(#~E<��&(E�#��`.1&( "#��$.J�������<')*�F�.J&( ¬&(0��`�<��F��>&(��3�;)�`')&(M.1��;)B(¥"��­ �®­ £"�`��E�;)&(')MN;)��4���;�&(#��$�> "B¾;)')*�����#D�<��F��ª&(��3�;)��.�6¿�ª;)&(#%')�IE�.9��.���&(2� "M(;X�$4 �$;�&(#����ª��*�ÒA©>¸¤¼@�»/E<.1��.��&(0�#�����MN;)��4 ��;�&N#����I �*A&N0��I² § ��¸¬��¹�â�â�â!°-È���F�;X³�´�3oµN6 ¶ .1&(#%��'XF�0�&(BN "#%2���#�Ò�����&(��*�.1') �*A "B�;X')*�����#/����F���&(��M3�;)��./&( ¬Ç�´�MN3�')&o��Ò�Ò�#���.1.9��.JE<.1��./�I4�'X#~&(E<��;<��#~#%��{H2�')&(0:´I�:»1â 15 ��*�&(#%')��./��*�Ò��I.1')��MN;)��4���;<&(#����"6 8�0�')./Ò���M.1')F�*H').C�<#%����&(')����;)¥¤��.C�>�< "#%&(') "*H "B�&(0��e8�?�@:').�#��$.1��#~4 �$Ò:BN "#��:���<�<')*�F�.C&( }&(0��e�<��F��e&(��3�;)��.ª°-È���F�;)³�´�3¾µ��*�Ò¬&(0��/&(#����/').�#%��#���;){�&(#%��4���#~.1��ÒK6 ¶ ;)&(��#%*���&(')4���;){�¥ �G;)')*��$��#®�<��F��/&(��3�;)���� "E�;)Ò¬3���3�����¯��$Ò¬3�{� "&(0��$#®Ò���&(�.1&(#�E���&(E<#��$.1¥���­ �®­ ¥��e0���.90��$ÒP�<��F��J&(��3�;)�G "#¨�LB( �#~2���#�Ò�MN�����<�<��ÒP�<��F��J&(��3�;)��°¡¸¤')&(��³�º µ-¥�Ò��$.1��#%')3��$ÒP*�����&%6

OffsetVPN

000Base VPN

Array of PTEs (8 bytes each)

Virtual Addr ess

Page Table

. . Data structurefor mappings topage tablesBase Address

PPN ATTRV PAD0124063

12

Page 102: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

94

� ï���i/������ó(ð>�������~�ª�������J�¡��¢����~��.1&( "#��e�<8���.C')*H*�MN��#~{�&(#�����.1¥¤2}'X&(0�������0¬;���4��;  "B�&(0�e&(#����e'X*�Ò���� �$Ò:E<.1M')*�F|=�� ��Ò!��Ò�Ò�#���.1.�=���;)Ò�.�'X*H&(0��L÷/�<Èå+¡¼�')F�E<#��I�1MNº�576�8�0�ª;�����B�*� �Ò���.�.1&( "#��L��8���.�2�0�');��ª')*�&���#����$Ò�')��&��*� "Ò��$.C.1&( "#��e�< "'X*�&��$#%.C&( �&(0�G*��$��&<;���4��;)¥¤�<��F��e&(��3�;��e�< "')*�&���#%.L+-�<8���.95K+-��­ �®­ £�¸¤� ¶ ���ü���$B���#���*����e²�²��°-¸¤� ¶ ��³ »�µ-576 ¶ Ç�´�MN3�')&���Ò�Ò�#���.1.�.9������������&���*�Ò�.�&(0��*�E��:3���#o "B ;���4��;).�&¦ `.���4��*:+-�J¹�º�MN3�')&���Ò�Ò�#���.1.¨.1�<�����E<.���.D&(0�#�����576�¼� "#%2���#�Ò�M������<����Ò��<��F��e&(��3�;��$.C��#��G'��:�<#~����&¦'X����;�BN "#�Ç�´�MN3�')&���Ò�Ò�#���.1.D.1�<������.1¥���.D��*¬ "4��#~M0����Ò¿ "B®.��$4��$*������� "#%{H��������.1.��$.JBN "#���4��#%{H8�?�@ ��').1.J').J*� "&o���������<&(��3�;���6 8�0��#��`��#��`&�����0�*�' Á E���.J&( .10� "#%&(M(��')#���E<')&�.1 ����J;!�$4��$;X. 6±ËLE���#�Ò���ÒP�<��F��J&(��3";!�$.L°¡?�'���Ò�³?� µ���#��G.9 �����&¦'!����."��B�B�����&(')4�G3"E�&�2� "E�;)ÒP.1&('););#�� Á E�')#��`&(0�#����`&( ¬BN "E�#C;���4��$;).�6 ¶ *:')*�&���##����Ò�')��&��`*� �Ò��`������0�`����*!�������$;���#%��&��`�<��F�`&(��3�;��`��������.9.1¥���­ �®­ ¥��8��H������0�G')*|¸�E�����#~¸¤� ¶ ���±°¡@�;)��*�³�º µ-¥����$F�') "*|?� " "¯���.9'XÒ��J3�E�B�B���#¨')*|Þ}��?À°-��0���*�³?� µN6

Figure 7-2: Forward Mapped Page Tables

?®�¤#7F��P�¤Ò®Ò®#$��.U.�.U�o�¤���H.U{�.U&%�&��.I �BÉ&%��*äEo.'��F¤��� F��9�)()Ô�òÇî��9� �X�9�+*����%���|�X�$¢����9�|°)?,�&�jb�³�3�¥o�G0��¤*Abhb�¥Þ�E���¯�³�¹�¥�²,��{�³�´ µ���.e&(0���{�E�.��-������ �#~{:��#~ "�� "#%&('X "*���;�&( �&(0��I*�E���3��#/ "B����U&(')4��I4 ')#%&(E���;¾�<��F���.�ê�6 ¶.�'!�!��;.�}'!�!��;.�/����*�&N��&N'X �*¿E�.0� .ª��*À ���� *¿0<��.�0À&N��3 ;!�}��*<Ò,�¬0���.�0¿BiE�*���&N'X �*¿&N0<��&��!����.ª�|÷J��ÈÊ&N !�3�E��U¯��&N¥��$­ �¨­ ¥ 6������U0���8��')*}&(0�/0���.10}&(��3�;��/.9&( �#���.������<�<')*�F�')*�BN "#��:��&(') "*}BN "#o "*���3���.��/�<��F���¥��G&¦��F�')Ò���*�&(')BN{�')*�FI&¦0���÷/�<È�¥ ��*�Ò����Ùj��Ö¨�� �'X*�&�� #%6�8¾0���0���.�0�&N��3�;!��0���*�Ò¾;!��.ª �4���#7B(;X �2|.L2|'X&N0� �����*¿�U0���'X*�'X*�Fä+-¼�'XF E�#��}��Mi¹�576�8¾0���0���.�0B�E¾*��$&i'¦  *,'�*�Ò1������.�'¦*<&� ��¤*,��#1#9��{À �B�0���.U0,*<  Ò1��.U¥�&�0��|B('¦#9.�&2��;3�4�5��*<&�.� �B�&�0��¬0���.U0,3 E¾�$¯��&�.�¥��¤*�Ò&(#%��4��#~.���.K&(0�G0���.90|3�E���¯���&�BN "#¨�L�<8��P2�')&(0��L&(��F6����&(��0�'X*�F�&¦0��JBN��E<;)&(')*�FI��Ò�Ò�#��$.1.�Q

S�m�n®_XT�xXnoZ87:9�SUk#9�]UxXSUj q l]^!9�_Xa�b�cLdT_Xf�T�xXn1;¡Z�c:<�s�s�f�T�xXn®Z}T�x�n�Z!=�W�l]ÐUxXdVTSo_�xXSUY�]U^�SUx�v#9�_�T�xXnXu¾SiSUp q xXVXW�Y�]UxXSUY�dXdPn�lUxXp�n�W�_�T�xXn�Z!=�^ISUT�T�VXW�Y�dXf

T�SUY�l]S�SUp q xX_�dXfFigure 7-3: Hashed Page Tables and PTE format

1. In the absence of aliases, hashed page tables use memory proportional to the number of physical pages.

+++

+

RootPointer

PhysicalAddr ess

Level 7 tablesLevel 6 Tables

Level 1 Table

64 * 4K PTEs64 * 256K PTPs

256 * 64PB PTPs16TB

I5 I6 I7 Offset0121824

I1 I2 I3 I440 32485663

. . .

h PID VPN,( ) PID 4«( ) VPN( )⊕( ) mod nbuckets( )( ) sizeof PTE( )×( ) HashBase+=

Open Hash Table

OffsetVPNVirtual Addr ess

+Hash Base

hash

Hashed Page TableEntry Format(3 8-byte words)

VPN_tag

PPN ATTRVnext

Page 103: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

95

���¤&�� *�Ò�')*�F!0���.�0� Ò�����F��&N��3�;!��.L&N �Ç�´�MN3�')&���Ò�Ò�#�� .1.0��.L'X.L.1&N#%��'XF�0�&NBN �#%2|��#�ÒD6 ¶ Ò�#%��2|3����U¯:'X.L&N0���&&(0��I&(��F:��*�ÒÒ��Ù?��Ö®�� "'X*�&���#���#��I*� "2>��'XF�0�&¨3�{�&���.:������0�¥�#���.1E�;)&N')*�F:')*�.1')��&�����*A3�{�&���.e �B� "4���#~0�����Ò�BN "#������0���')F�0�&�3�{�&���.D �B������<�<')*�F}')*�BN "##����&(') "*¨6U©`*�e "�<&('���'XO���&(') "*¬').C&( }�<����¯}3� "&(0H')*�&( 6��')F�0�&<3�{�&���.C3�{E<.1')*�F|�>.10� "#%&3��#���Ùj��Ö��� "')*�&���#���*�Ò:*� "&�.1&( "#%')*�F�&(��F|3�')&(.�&(0���&�����*H3��L')*�B���#~#���Ò:BN#� ��Ó')*�Ò�����'X*�F�&(0�L&(��M3�;��`°-Þ�E<��¯�³�¹�µ(698�0�').� "��&('���')O���&(') �*�#���.9&(#%')��&(.��<��F��&(��3�;�����;)����������*�&���*�Ò¬����*}.1;) "2 .1 "BN&(2���#���8�?�@���').1.0���*�Ò�;)')*�F¾6 § Ò� `*� "&��� "*�.9')Ò��$#o'X&�BNE<#%&(0�$#(¥ 3�������E<.�����;)E<.1&���#���Ò¬�<��F��&(��3�;���.9æà��#� "�� ".���Ò¬')*}¸ ����&(') "*���6 ¹�æ "B¦B��$#?�� "#��@��B¦B�����&(')4�G2���{�.K&( I#���Ò�E<���J �4��#�0����ÒK6

8¤2} H4���#~')��&(') �*�.J "B®0���.90��$Ò¿�<��F��`&(��3�;���.J'X*���;)E<Ò���')*�4��#%&��$Ò¿����F��`&(��3�;���.G��*�Ò¿.9 �B(&(2���#��`8�?�@�.�6/ANò�óî��~���-���L����� ���-��¢��Í�~�~¥���­ �®­ £�')* § @�²å¸¤{�.1&�����@�¹?b}° § @�²·�mb µ-¥�0���.90|&( ���*���#~#%��{I "B��� "')*�&���#~.K&(0���&�2�0��*|Ò���#���B(M��#���*�����Ò¿ �3"&(��'X*!&(0��=<#%.1&1��;�������*�&® "B¨&(0��0���.10!3�E<��¯�$&�+-¼�'XF�E<#����1MN´�576 8�0�B�$��&(#%��;���4��;� "B¨')*�Ò�')#�����&¦'X "*.1;) "2�.e8�?�@C��'X.1.G0���*�Ò�;)'X*�F���.e')&¨ "BN&���*A#���.1E<;)&N.G')*A �*�I��Ò�Ò�')&(') "*���;�������0�-��').1.}°-Þ�E<��¯�³�¹ µN6�8�0��#�����#��&N2¬ !��Ò¾4���*<&N��F�� .> �BD&N0��}'�*�Ò¾'�##� �U&i'X �*Ú°Í�K� �!�jb�»�µ�6 § *�4� #7&D� ÒÏ����F���&N��3�;.� .ªE�.�E���;�;X{AE�.0��&N0��}��0<{ .�'X����;�<��F�JÒ���.9��#%')�<&( "#%.D��.D&(0�G0���.90¬*� "Ò���.�6�8�0��{�����*¬.9��4��@������ "#%{�3�{�*� "&<.9&( "#%')*�F}&¦0��J����Èz')*|�ª�<8��P��.')&�����*P3��ª')*�B���#~#���Ò!BN#� ��«&(0��L�� ".9'X&(') "*P "B¾&(0�ª�<��F��ªÒ���.1��#~')��&( "#K')*�&(0�L��#~#%��{�6 ¶ ;).1 "¥"�<��F��ª&(��3�;��ª��������.9.&('�����'��:�<#� �4��.G3�{PÒ�{�*��4��')����;X;){E�� �4�')*�F�&(0�B�� ".1&®#��$����*�&(;){���������.9.���ÒC�$;!�����$*�&¨&( H&(0��0����ÒÀ "B¨&(0�0���.10A3�E<��¯���&®;)'X.9&/°-���4���jb »1¥ Þ}E���¯�³�¹ µN6 ¶ *!'X*�4��#~&���ÒÀ�<��F��I&(��3�;��B����.1');){�')*��� "#%�< "#~��&��$.e&¦0�').G "�<&('��:')O���M&(') "*�3�{B����')*�&(��')*�')*�F`&(0��0���.10�3�E���¯���&(.¨��.¨��')#���E�;)��#o;)').9&(.���*�Ò|E<��Ò���&(')*�F�&¦0���0��$��Ò¬�< "')*�&3��#o��BN&��$#1��4��#%{�<��F�J&(��3�;��J;X " "¯�E���6

Figure 7-4: An Inverted Page Table

F ï�ø��ßi/�U����ô�õ�ö��I+Í��­ �¨­ £�.�2|8�?�@C°-Þ|E���¯ ³�¹�µÍ¥�8�¸�@ °ßÜ�E�*�F�³�´�µÍ¥�¸�8¾?�@D°Í@���;X��³�´�µÍ¥��� �2G��#7����ìí.ª����F�}&N��3�;!�°-²���{�³�´ µ-5���;)'���')*���&��G�>0���.10�$Ò:�<��F��e&(��3�;���ìí.¯��Ù?��Ö��< �')*�&���#~.C3�{}�<#���MN��;);) "����&(')*�F�B���2Ý��8���.D���$#�3�E<��¯�$&%6¼�')F�E<#��I�1M��`.90� �2}.��>.1 "BN&(2���#��L8�?�@!2�')&(0H��.1.1 "��')��&(')4 ')&({|&¦2� �6$8�0��{|��#��L.1 "MN*��4����Ò�¥"3��$����E�.��L&(0��{|����*3���4�'.� 2���ÒÏ��.H���4�! �#7{ M�##� .�'�ÒI��*�&D;.� 4��;�Mi&i2¬ !8¾?o@¾.>2|'�&i0À �4��#7Bi;� �2ÿ0<��*<Ò¾;.��ÒÏ'�*C�A��*<{�2¬��{�.�¥���­ ��­ ¥0���.10�MN#���0���.10!.1��0������.�° ¶ F���#�b?b�¥�8�0���¯�b�Ç�µ  �#�.���&®#����<;)����������*�&�°-²���{�³�´ µN6�ßà0�');���.1 "BN&(2���#���8�?�@�.G����*3��>&(0�>*���&(')4�>�<��F�>&(��3�;��>.1&(#�E���&(E<#��$¥���­ �®­ £��<��F��>&(��3�;���./BN "#C&(0�>�� "28��#~����¥�&(0��{H��#��H�� "#��>�< ��<E<;)��#%æ��*�Ò���B�B�����&(')4�L��;).1 "æà��.��`������0�L "B�#��$����*�&(;){|E<.���Ò:&(#%��*�.1;)��&(') "*�.�6�8�0��{G����{�#���.1')Ò��L3���&(28���$*P&(0�L8�?�@��*�Ò¿�I*���&('X4�`�<��F���&¦��3�;��`&( ¬#���Ò�E<���`��4��#~��F�`�������$.1.J&('�����B( "#���.9;X "2ù*���&(')4�`����F��`&(��3�;���¥���­ �®­ ¥���BN "#~M2���#�Ò�M������<����Ò�����F��e&(��3�;��}°¡Þ�E<��¯�³�¹�¥�@���;)��³�´�¥hÜ E�*�F�³?� µN6U8�0�:����&��$*�.9') �*�. § Ò���4��;) "�PBN "#�0���.10��Ò��<��F��&(��3�;���¥�Ò���.1��#%')3���Ò:*����&(¥���#��L���<�<;)')����3�;!�e&( �')*�4��#%&��$Ò!�<��F��L&(��3";!�$.���*�Ò!.1 "BN&(2}��#��L8�?�@�.���;).1 "¥¤��. § .10� "2')*|¸��$��&(') �*A��6 ´ 6¡��6

Physical Page

OffsetVPNVirtual Addr ess

hash bucketheaders

Hash Base

ÝUL��±Ý Descriptors

Page 104: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

96

Figure 7-5: A Software TLB

ß·0<'��U0�����F���&i��3�;.��.�0< �E�;�ÒäÇ�´�M�3 'X&D.�{ .�&D�/�!.>E¾.0� Ä/?¾'�*�� ��#e����F���&i��3 ;.� .>2¬ �#7¯�2G��;�;®2¬0�� *J�! �.�&��8���.e'X*5������0A����F�I "B�&N0�I����F�I&(��3�;��I��#��I4 ��;)'XÒ�¥�3�E<&�����#%BN �#��Ì�< � "#%;X{�BN �#�.��<��#%.��I��Ò�Ò�#%��.1.e.��<���'��.�6Þ���.90��$Ò��<��F�G&(��3�;���.D0���4�e=<� ��Ò� "4��#�0��$��Ò�æà#���F���#�Ò�;!�$.1.D "B<2�0��&(0��#���Ò�Ò�#��$.1.D.1�<�����GE�.��G').DÒ���*�.��G "#.1����#%.���æà3�E<&�&(0�'X.e "4���#�0����ÒÀ'X.eº�â�â�ã +-.1')��&�����*A3�{�&���.eBN �#K��')F�0�&�3�{�&���.1576 ¶ *A')Ò�����;��<��F���&(��3�;!�I2� "E�;XÒ0���4���&N0��;X "2�MN "4��#�0����ÒÀ "B�;)')*�����#��<��F��I&(��3�;���.e')*A&(0�I�� ����� "*A����.��I "B�Ò���*�.��I��Ò�Ò�#���.1.G.1�<������E�.���¥2�0�');��>#���&(��')*�')*�FH&(0�H�� �#��>F�#~������BNE<;<Ò���F�#%��Ò���&(') "*: "Bo0���.10��Ò��<��F��>&(��3";!�$.JB( "#C.1�<��#%.��>E<.���6 § *��$��&o')*�M&(#� �Ò�E<���G��;)E<.1&���#���ÒP�<��F�J&(��3�;���.K&( I����0�'���4�G&(0�').KF� ���;É6

��;)E�.�&�� #�� Ò�����F���&N��3�;!��.L��#��I0���.10���Ò,�<��F��&(��3�;!� .e&N0���&�.1&N �#%�6�:���<��'X*�F:'X*�Bi "##�:��&N') �*�BN �#J.���4�� #%��;�U �*�.0���UE�&N'X4��}����F� .�+-�$­ �¨­ ¥�.�'X�¤&���� *�5�2|'X&N0��|.�'X*�F�;!��&N��F!��*�Ò���Ùj��Ö¨�� �'X*�&�� #%6�8�0�E�.1¥<BN �#JÒ�� *�.0����Ò�Ò¾#�� .1..1�<�����IE<.���¥�.1�<��&(')��;¾ "4��#�0�����Ò�.G��#��-�:E<��0�;���.1.e&(0���*�2�')&(0A0���.10��Ò��<��F�I&(��3�;!��. 6�¼� "#/.1�<��#%.��I��Ò�Ò�#%��.1..1�<�����LE<.���¥� "4��#�0����Ò�.C��#��L��E���0H;���.9.�&(0���*P2�')&(0H;)')*����#K�<��F��L&(��3�;���.�3�������E<.��LB���2ÿ+-��­ �®­ £�.9')��&�����*�5�*� "&����*�{À+¡��­ � £�� »1ºt�}´�Æ/@%@hb�@�51�����<�<')*�F�.�*�����ÒA3��>��;);) "����&���ÒD6 § *���Ò�Ò�')&(') "*�¥���;)E<.1&���#���ÒA�<��F��>&(��3�;���./����#~MBN �##�Ì')Ò�� ��;X;){:'X*�����.���.L2�0���#��I.�� 4� #%��;¾�U "*�.����UE�&('X4��I����F��.L��#��IE�.0��Ò�&( �F��&(0���#I+-��­ �¨­ £����Ò�')E��:MN.1'XO&��Ò �3¾GD����&É.}��*�ÒÚ3<EoB�B���#1.�5�6�8®0�'N.�.M����&É'( �*ü'(*�&É#9 �Ò¨Eo����.}��;(Eo.�&%��#���ÒÚ�o�"F���&É��3�;���.}B� �#`´�ÆL@·3���.M�P�®��F���.�6¸�����&(') "*���6 ´ 6 �L�$��&���*�Ò�.D&(0��� &( I2� "#%¯�2}'X&(0�.1E<���$#%�<��F�$M<��*�ÒP.9E�3�3�;) "��¯�MN8�?�@�.�6

��;)E�.9&���#��$ÒP�<��F��J&(��3�;���.�E�.��J.1E<3�3�;) "��¯�'X*�FI&( B�$��&���*�ÒH0���.90��ÒH�<��F��/&(��3�;!�$.�61������0�*� "Ò��J')*�&(0�J0���.10&(��3�;��L.1&( "#���.� "*�L&(��F�3�E�&�.1&( "#��$.N�����<�<'X*�F�.�BN "#"��E�;)&(')�<;��ª3���.��ª�<��F���.�&(0���&�3���;) "*�F|&( }&(0�ª.9�&���L�<��F�3�;X "��¯�æà.1'!��'X;)��#/&N P�}�U ��:�<;!��&���MN.1E�3�3�;X "��¯:8�?�@·+-��0�����&���#¨´�576�8�0�I*�E��:3���#/ �B�3���.��I����F��.e')*��}����F�3�;) "��¯}').C&(0�G.1��¢�¢���ï�î7ñ�ø1��î��¡ï��~6�¼�')F�E�#��I�1MNǪ.10� "2�.D&(0�eBN "#��:��&� "B��ª��;)E<.1&���#���Ò��<8���2�')&(0¬�ª.9E�3�3�;) "��¯}B(����M&N �#J �B�BN �E�#J��*�Ò,��*¿ �����*¿0���.10¿&(��3�;!���U �*�.1&N#~E��U&���Ò,E�.�'X*�F:&N0����Ï6�²,��*�{!����F��&(��3�;!�� ���� #%��&N'X �*�.L��#��.�'��:'X;X��#J&N �&N0� �.��}')*¿��0���.�0���Ò,����F��&N��3�;!��6�Â>E�#%'X*�F!����F��&(��3�;!��;X � �¯�E���¥�&N0���4 'X#%&NE���;¾����F�}*�E��:3�� #.1��;X'X&N.e'X*�&N ���4 'X#%&NE���;¾����F��3�;X ��U¯:*�E��:3�� #I+-÷/��@�È|5���*�Ò��|3�;X ��U¯: �BXBi.�� &J+-@� �B¦Bi576�8�0���÷/��@�È«����#7&('X�U'XM�<��&���.J')*:&(0�`0���.10:B(E�*���&(') "*:��*�Ò�&(0��>3�;) "��¯P "B¦B(.���&o')*�Ò���� ��./')*�&( ¬&(0�>��#%#%��{H "B,�����<�<')*�F�./'X*:&(0�>��8��2�')&(0P�H�:��&(��0�')*�F|&(��F¾6�8�0�L8�?�@���').1.�0���*�Ò�;���#K').�')Ò���*�&(')����;�2�')&(0H&(0���&� "B¾�>0���.90��Ò!�<��F�L&(��3�;��ª2}0��$*&(#%��4��#~.1')*�F�&(0�J0���.90|;)').1&���*�ÒPÒ�')B¦B���#~.K �*�;){��Xø �-�~�®=�*�Ò�'X*�F��e��8��P2�')&(0G����&(��0�')*�F�&(��FoQ

S�m�n¾_XT�x�n�Z67L9�SUk#9�]Ux�SUj q l]^!9�_�aCb�t<cLdT_Xf�T�xXnI;ÎZ}c:<�s�s�f�T�xXn�Z}T�xXn�Z!=�W�l]ÐUxXd gih�9�SUk#9�lU\}T�SUY�l�x�SUj q l'O49�_Xa�b�ced hNgVTSo_�xXSUY�]U^�SUx�v#9�_�T�xXnXu¾SiSUp q xXVXW�Y�]UxXSUY�dXd

n�lUxXp�n�W�_�T�xXn�Z!=�^ISUT�T�VXW�Yj^Xt�mjS�Sk_XdXf gih#9�SUk$9�lU\�T�SUY�lJxXSUj q l'O�n�lUxXp�n�W�_XT�x�n�Z!=�^ISUT�T�VXW�Y�d�hNgT�SUY�l]S�SUp q xX_�dXf

OffsetVPN Virtual Addr ess

P L��±ÝfP«L���Ù

ÝUL��±Ý. . .

&¦� F�ú

&¦� F ê�P� ����'�* F ê

bucketx

&�� F ú

&¦� F ê�P� ����'�* F ê

�P� ����'�* F ú

�P� ����'�* F�úbucket0

�UN«ÔfL�|ª|¨L��EQ¥��Ù Ö3RoL��±�±Kl�±�¬L Öo�¬���¦Öo��Ö¬�JK�S

Page 105: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

97

Figure 7-6: Format of Base Clustered PTE (subblock factor 4) and Hash Table

¼�')F�E<#��I�1MNÇ`E<.���.��`.1E<3�3�;) "��¯¬B(����&( �#K "B¾BN "E<#D&( �.1'�����;)')BN{|&(0�ª'););)E�.9&(#%��&(') "*¨6$���$��;�'����<;�������*�&(��&(') �*�.����{�E<.��J�L;)��#�F�$#¨.1E<3�3�;) "��¯�BN����&( "#/+¡��­ �®­ ¥�.1')��&�����*�5�Ò���&���#��:')*��ÒH3�{�&(2} I').1.9E���. 6�¼�')#~.1&(¥�;)��#�F���#®.1E�3�3�;) "��¯BN����&( "#~.J#���Ò�E����H������ �#~{H "4��#�0����Ò�2}0��*��� ".1&1�$*�&(#~'���./��#��>E�.���Ò�¥�3�E<&o')*���#�����.��H������ �#~{H "4��#�0����Ò2|0�� * �:������'X*<F�.ª��#��}.�����#7.0��6�¸+� �U �*<Ò�¥<;X��#%F� #J.�E�3�3�;X ��U¯ABN���U&N �#7.L�����U¯��:������'X*<F�.ªBN �#J�U �*<.�� �UE�&N'X4�����F���.ª�U;X �.0��&N �F���&N0�� #(¥<'!�:��#~ �4 'X*�F!&N0�� 'X#G.1����&N'X��;o;X ��U��;X'X&N{!��*�Ò,�� �&���*�&N'���;X;X{!#���Ò¾E��U'X*�F!�U���U0��T�:'X.�.0� .2|0�'X;.��.0� #74 'X�U'X*<F!8�?¾@U�:'�.1.0� .�6 § B�&N0���.�'XO �� �B�&N0�����#7#7��{! �B"�:������'X*<F�.ª'X.L;���#~F���#G&N0���*¿�|�U���U0��};X'X*�� ¥0� "28��4��#¦¥�')&��:��{��<;X�����/&(0�/÷���@�ÈÛ&(��F���*�ÒV�������<')*�F�'X*�B( �#�����&('X "*}')*}&(2� �Ò�')B¦B��$#���*�& ������0�/;)')*��.1¥��< "M&���*�&(')��;);){�����E�.9')*�FI��*���Ò�Ò�')&(') "*���;"������0�@��').1.KÒ�E�#~'X*�F�8�?�@E��'X.9.D0���*�Ò�;)'X*�F¾6

��;)E�.9&���#��$ÒP����F��J&(��3�;���.D0���4�J��&�;�����.1&�BN "E�#¨��Ò�4 ��*�&(��F���.K "4��$#�0���.10�$ÒP����F��J&(��3�;���.�6u ¼�'X#%.1&N¥�&(0�� {:�&�: �#%&N')O&����� #~MN��8��� �4�� #�0�� ��Ò, �4���#W�:��*�{!�� "&�� *�&N'X��;I�:�����<'X*�F�.�6�����F��&N��3�;!��.1'XO&��'X..�����;);���#D'XBI��*� "E�F�0������<�<'X*�F�./2}')&(0�')*��`����F��>3�;) "��¯¬��#��ªE�.��$ÒD6$¼� "#C.1E<3�3�;) "��¯¬BN����&( "#D.1')��&�����*�¥"BN "#X����M�&�:��;�� ¥�����;XE�.�&���#���Ò,����F��&N��3�;!��E�.0��.L&N0��.��4���6���/�: "#7{:��.L��0���.10���Ò,����F��&N��3�;!��2|0� *�.�')���:����M�¾'�*<F�.`��##�|E¾.���Òo¥���*�Òä�¤3  �E¾&D  *���M�&�0<'�#7Òä&�0��G�5�4�!  #9{�'¦BC��;�;���#$�|E�.���Ò�6"8o0<'¦.`0<��.���*��¤*<�¤;� �F�{¿&i A��� �����;��$&���MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@P#�� Á E<')#%')*�F�.�����;);���#¨��0�')�H��#��$�L&(0���*|�L.1')*�F�;���MN�<��F���MN8�?�@H2�')&(0|&(0�G.9�4���J8�?�@#��$����0�+-¸�����&('X "*�´ 6 ´ 6¡»1576u ¸����� "*�Ò�¥ .1&( "#%')*�F��������<')*�F�.GBN "#K��E�;)&(')�<;!��3���.��I�<��F���.G'X*A�}.1')*�F�;!����8��À#���Ò�E�����.G&(0�I*�E���3���#/ "B��8���.K')*|�e�<��F�J&(��3�;��"6�8�0�').K#��$.1E<;X&(.�'X*�.10� "#~&���#¨0���.10�&(��3�;��J;)'X.9&(.1¥��e0���.10�&(��3�;��J2�')&(0|B���28��#¨3�E<��¯���&(.1¥� �#3� "&(0¨6�¸¤0� "#~&���#�0���.10!&(��3�;���;)').1&(.J#���Ò�E����`0���.90!&(��3�;!�`.�����#���0!&('����� "*!8�?�@ �:').9.���.�°¡Æ/*�E�&(Ç?b�3�¥ ²� "#~#%Ç?b�¥vN "0�*�Ç »�µN6u 8�0�')#�Ò�¥���;)E<.1&���#��$Ò�����F��e&(��3�;���.D�4�� �#~&(')O4�e&(0�e "4��#�0�$��Ò� "B<��;X;) "����&(')*�FT������ "#%{}BN "#��ª��8�����*�Ò�')*�M.���#~&(')*�F`'X*�&(0��0���.90�;)'X.9&� "4��$#1��E<;X&(')�<;����<8��|')*�.���#~&(') "*�. 69Þ}��.90��Ò|����F���&(��3�;���.¨')*���E�#¾�J=�� ��Ò| "4��#�0����Ò "B������� "#~{���;X;) "����&(') "*�¥�;)'X.9&�')*�.���#~&(') "*|��*�ÒP&(��F�')*�'X&¦'X��;)')O���&(') "*|BN "#Y������0|�<8��P��Ò�Ò���ÒP&( I&(0�J�<��F��J&(��3�;���6¶ ��;)E�.9&���#��$Ò���8����4�: "#~&(')O4��.D&(0�'X.D "4��#�0��$��Ò� "4��$#?�:E<;)&(')��;��G3���.��G�<��F�@�����<��')*�F�.D&(0���&<3���;) "*�F}&( I&(0��.1�4���L�<��F�e3�;) ���¯¾6�8�0�').�').��>.1')F�*�'X=<����*�&�3���*��=�&���.��<��F��L&(��3�;��L����*�')�<E<;X��&(') "*�.���#��L��������*�.1')4��¥+�$.1����M��')��;);){�')*G��E�;)&(')MN&(0�#�����Ò���ÒP "���$#%��&(')*�F�.1{�.1&�����.K2�0��#��@��E<;X&(')�<;��J;) ���¯�."��E�.1&�3��J��� Á E�')#���Ò�°-Æ/0���;)³�´ µN6u ¼� "E�#~&(0�¥� "����#~��&(') "*�./ �*��I4�'X#~&(E<��;���Ò�Ò�#���.9.J#~��*�F��>��#��Z�� "#��H��B¦=<��'���*�&%6 8�0�` "����#~��&¦'X*�FH.9{�.9&����ÿ "BNM&���*:E��<Ò���&���.J��8���.JBN "#����� "*�&(')F�E� "E<.J#%��*�F��� "B®��Ò�Ò�#���.1.��$.1¥���­ �®­ ¥ E<*�������<')*�FP��*! "3�G.�$��&® "#���0���*�F�'X*�F�<#� "&�����&(') "*�./B( "#C��.���F����$*�&%6$Þ���.90��$ÒA����F��>&(��3�;��$./#�� Á E<'X#��> "*�>�<��F��>&(��3�;��ª&(#%��4��#%.9��;����$#C3���.��>�<��F�$¥2�0��#�����.D��;)E�.9&���#��$Ò��<��F��G&(��3�;���.D#�� Á E�')#��G "*�G���$#��<��F�J3�;X "��¯¾6 § &�').D��;).1 -��B¦=<��'���*�&�&( �Ò� I#%��*�F��G "���$#%��M&(') �*�.e')*�;)')*����#���*�ÒÀBN �#~2|��#�Ò�M������<����Ò��<��F�I&(��3�;!��.e2�')&(0A��;)')*����#���#~#%��{:.1����*A �#���Ò�����&(0�MNB�'X#~.1&¨&N#����.�����#���0¨6

Open Hash Table

OffsetVPBNVirtual Addr ess Boff

VPBN_tag

ATTR0

W"ly�xPPN0V

`[GS�k�9ªj"S�k%l9

ATTR1PPN1VATTR2PPN2VATTR3PPN3V

PADPADPADPAD

Page 106: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

98

�/;XE�.�&���#�� ÒÏ����F���&N��3�;.� .>����*À����#7Bi �#$�Ð2¬ �#7.��}&i0<��*À0<��.�0�� Òä����F���&N��3�;.� .�¥<0< �2G��4���#i¥<'�BD��Ò¾Ò¾##� .�..1�<������E�.���').e4��#~{�.1�<��#%.��� "#�'XB¨������0�I����#~BN "##����*����� �*!8�?�@C�:').9.���.G').e2� "#~.��I2�0�$*A&(��F���*�ÒC�:���<M�<')*�FP')*�BN "##����&(') "*:#���.1')Ò��`')*:.����<��#%��&��`������0�`;)')*��.�6 ��������#~'�����*�&(��;<#���.9E�;)&(.1¥�0� �2T��4��$#(¥�.90� �2ù&(0���&o&(0���Ò�4 ��*�&(��F���.C "B���;)E<.1&���#���Ò:�<��F��L&(��3�;��$.� "4��#��� ����e&(0��')#�Ò�').1��Ò�4���*�&(��F���.�6U@���BN "#��e�<#��$.���*�&(')*�F�&(0��.��e#���M.�E�;X&N.|+-¸+� �U&N'X �*À��6 Ç�5i¥�0� �2G� 4�� #(¥ § *����¤&�Ò�'X.��UE�.1.\���¤&�� *�Ò¾'X*�F!����F�}&N��3�;!� .L&N :.�E����� �#%&�.�E���� #7����F�}��*�Ò.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@�.�6�8�0�').K2�'););�Ò����� �*�.9&(#%��&��J��Ò�Ò�')&(') "*���;"��Ò�4���*�&(��F�$.D "B���;)E�.9&���#��$ÒP����F��J&(��3�;���.�6

8�0�').�.��$��&(') �*��<#���.���*�&(.�&(0�/.����� "*�Ò¬�� "*�&(#%')3�E<&(') "*} "B &(0�').���0����<&���#�Q9Ò�').9��E�.1.9')*�F`�<��F���&(��3�;�����0���*�F���.&( 8����¯��ª.9E�����#~����F��L��*�Ò!.9E�3�3�;) "��¯|8�?�@�.���B¦B�����&(')4��6�8�0��#��ª��#��L&(2� }��ï��-�~ò¾�-Ô�������Ò�4 ��*�&(��F���.� "B¾��Ò�Ò�')*�F.1E<�<�� "#~&�B( �#o&(0��$.��/8�?�@�.�61¼�'X#~.1&(¥�E<.1')*�FI&(0�/*��2Û8�?�@�.K#���Ò�E<����.�&(0�/*�E���3���#® "B�8�?�@V��').1.��$.K3"{Ù��â�ãz&( ³�³�ã +Í�/0<����&D� #9.>º�M�´�596�¸����U �*<Ò¾¥�.�E�����#7����F�����*<ÒÏ����#9&N'���;�M�.�E�3 3 ;� ���¯A��8o�¾.¬+ÍÒ1� .��U#9'�3��Òä3��;� �2|5D.�&i �#���:������')*�F!')*�Bi "#$�:��&N'X �*]�: �#����� ��:�����U&(;X{:&N0���*��U "*�4�� *�&N'X �*���;o��8���.�¥���*�Ò��U��*�Ò����U#�� ��.0������F���&N��3�;!������� "#%{IE�.1��F���6�8�0�').K.�����&(') "*8�����4��')*��.K��Ò����<&(')*�F��� �*�4��*�&(') "*���;���*�ÒH��;)E�.1&��$#���ÒH�<��F��J&(��3�;���.K&( �.1E<�<M�< "#%&�.1E�����#~�<��F���.9¥�����#~&(')��;)M(.1E�3"3�;X "��¯�')*�F�¥���*�ÒP�<#���;) "��Ò�')*�F�')*�&( I�� ����<;!�$&���MN.1E<3�3�;) "��¯�8�?�@�.�6^ �����z�#����)E���=��C����X!V-��)���� ����.�z�#%/0/1����*�2!V 3%9�"8�0�I*���')4���2���{:&( P.���#%4�'X����8�?�@J��').1.���.G'X*A.9E�����#%�<��F����*�ÒÀ�<��#%&(')��;)MN.9E�3�3�;) "�U¯�8�?�@�.e.1&( "#_��.G "*�;){

3���.����<��F�����8���.�')*}&(0�/�<��F��/&(��3�;���698�0���8�?�@���').1.�0���*�Ò�;���#o.1����*�.��<8���.�BN "#o*��$'XF�0�3� "#%')*�F�3���.��/4�')#%&(E<M��;��<��F���.G&( H�� �*�.9&(#~E���&o.1E<���$#%�<��F�` "#�.1E�3�3";X "��¯E�����<�<')*�F�.JÒ�{�*��4��')����;X;){�6 ¶ .W�����<;)��')*��$Ò¿')*!¸�����&(') "*�.¹ 6 ¹>��*�Ò�� 6 ¹ 6λ1¥�&(0�'X.�').�4��#~{|')*��B�=���'���*�&���*�Ò!����*E�� "#��L&(0���*H "B¦BN.���&���*�{�����#%B( �#�����*����L3��$*��$=�&(.�BN#� ��«�#��$Ò�E<��&(') "*|')*|&(0�J*�E���3���#¨ "B�8�?�@E��'X.9.���.�6

¶ .1'!�:��;!��.1 �;XE�&('X �*�'X.L&N �0���4��&N0��� �����#%��&N'X*�F!.1{�.�&��/�Ì�U �*�.�&(#~E���&���*�Ò,.1&N �#���.������U'X��;o.1E���� #%����F���*�Ò¬����#~&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯���8���.�'X*�&(0����<��F��&(��3�;���618�0�').�.1'����<;)')=���.�&(0�/8�?�@���').1.�0���*�Ò�;���#o��.�')& ����*};) "��Ò����8¾��'X*�&( :��8�?�@�2|'X&(0� �E�&���Ò�Ò�'X&N') �*���;¾��#~ ��'��.�.1'X*�Fo6 ¶ .e8¾?�@J�:'X.1.0��.L ��U��E�#W�: �#��IBi#�� Á E�� *�&(;X{:&N0���*�<��F��&(��3�;��/E��<Ò���&���.1¥ &(0�/'��:�<����&  "B���*T��B¦=<��'���*�& 8�?�@��:').9.�0���*�Ò�;���#o').��� "#��/.1')F�*�')=�����*�&%61¼�E<#%&(0��#¦¥�&(0� "����#%��&(')*�F}.1{�.1&����à "B(&���*¬����*¬Ò�����')Ò��G2�0��*¬&( �E<.��G.1E���0¬�<8���.1¥���­ �¨­ ¥¤Ò�E<#%')*�F}�<��F�G��#� ��� �&(') "*�¥� "#�����*�� "*�.1&(#~E<��&�.9E���0���8���.K;)��O�');X{�¥���­ �®­ ¥�Ò�E<#~'X*�F�F���#~3���F��J�� ";);�����&(') "*�6

¼�')F�E<#��I�1M7��.10� "2�.�.9�4�:�<;���.1E<���$#%�<��F��/��*�Ò¬�<��#%&(')��;)MN.9E�3�3�;) "��¯��<8���.�&(0���& § �<#� ��< ".���.1&( "#~')*�F`')*}&(0�*���&(')4��/�<��F��J&(��3�;���6 ¶ .1E<���$#%�<��F�/�<8��H��Ò�Ò�.��e.9'XO4�/=��$;XÒ¬&(0���& .1������')=��$.K�G�� "28�$#�MN "BNM(&(2� �.1')O4�/&(0���&�&(0���8����:���<.�6 ¶ .9MN3�')& =��$;XÒ¬����*}.1������')B({I "*�� �B º `�Ò�')B�B���#���*�& �<��F��/.9')O4��.�61²�E<;)&(')�<;!��3���.��/�<��F��/��8���.1¥� "#o�.1')*�F�;��I.1E�����#%�<��F��I��8���')B��< �.1.1')3�;���¥�:���¿�}����F��3�;) "��¯o6 ¶ ����#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯:�<8�����Ò�Ò�.e�}4���;)')Ò�3�')&4����&( "#o&(0���& .1������'X=���.��G.1E<3�.��$&  "B 3���.�������F���.�2�')&(0�')*}�J����F���3�;) "��¯�&(0���& &(0�').���8���������. 6 ¶ .9MN3�')& =���;)Ò��;);) "2�.e�}�<��F��I3�;) "��¯�.9'XO4�� "B�E<�<&( P.e3���.��I�<��F���.�6 § &¨').e�< ".1.1')3�;���&( E�����¿�}�<��F��3�;) "��¯�E�.9')*�F��$')&(0��$#��E�;)&(')�<;���3���.��I�<��F�����8���.9¥� "#���.1')*�F�;����<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯��<8���¥  �#N��E<;)&(')��;����<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯��<8���.2�')&(0|Ò�').�G� "'X*�&�4���;)'XÒP3�')&�4��$��&( �#~.1¥� "#��L�� ���3�'X*���&(') "*| �B<3���.��G����F��G��*�Ò��<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯}�<8���.�6�8�0�G¸B¦'!��;XÒ�æÚBN �#BF E�3�3�;X "�U¯(@�F E�����#%����F��æÚÒ�').�&('X*�F�E�'X.�0� .e������#%&('X��;XMN.1E�3�3�;X ���¯!��*�Ò�.�E���� #%����F����8���.LBN#� ��3���.��J�<��F�J��8���.D��*�ÒE������0| "&(0��#¦¥�.1')*����J��;X;"#���.9'XÒ��J')*|&(0�G.9�4���J�<��F�J&(��3�;���6

Figure 7-7: Superpage and Partial-subblock PTE format (mapping portion)

8�0��*��2 ��8��|BN "##����&(.1¥�0� �2T��4��#¦¥ #�� Á E<'X#����J�<��F���&(��3�;�����3�;���&( >.9&( �#���.9E���06�����<�<'X*�F�.���*�Ò|�J8�?�@

PPN ATTRV PADSZSuperpage Mapping

PPN ATTRV15..0 PADPartial-Subblock Mapping

?

4

ab#cd#e f#gab#ch�ad#e h�i

subblock factor 16

(any power of two size - SZ) Unused bitsin PPN

h�aS

S

Page 107: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

99

��').1.G0���*�Ò�;���#�&¦0���&®����*!&(#%��4��#%.���.1E���0!�<��F��&(��3�;���. 6�8�0���<��F��I&(��3�;��$.@�:E<.1&®.1E<���< "#~&¨=<*�Ò�')*�F�����8�� "*|�ª8�?�@E��').1.DE�.9')*�F�&(0�GBN��E<;)&('X*�F���Ò�Ò�#���.1.L+-2}'X&(0� "E<&�����#~') �#~'�¯�*� "2�')*�F�&(0��G�<��F��G.1')O4��5<��*�ÒP2�')&(0� �E<&.1')F�*�')=�����*�&(;){�')*���#��$��.1')*�F�&(0��8�?�@C��').1.G����*���;)&({�6�8� P&(0��3��$.1&® �BY��{P¯�*� "2�;���Ò�F���¥ ��E<#%#���*�&®�� �������#~M��')��;¤ "����#%��&(')*�F`.1{�.1&�����.¨Ò� >*� "&�')*���;)E<Ò���.1E<��0�����F���&(��3";!��.1E<���< "#~&(¥ #���*�Ò���#%')*�F`&(0��0���#�Ò�2}��#���8�?�@G�$��M&���*�.1') "*�.KE�.��$;���.1.�6

¸¤E<����#%�<��F��e��*�Ò��<��#%&(')��;)MN.1E<3�3�;) "��¯}�<8���.C.9')F�*�')=�����*�&(;){}#���Ò�E����G�<��F�G&(��3�;��G.1')O4�e��*�Ò�����*¬#���.1E<;)&<')*BN��.1&��$#�8�?�@���').1.D0���*�Ò�;)')*�F} "#�3���&¦&���#����U� ������0�G3���0���4 ') "#%6 ¶ .1 "BN&(2���#��G8�?�@���'X.9.C0���*�Ò�;��$#���;);) "2�.C��<��F�J&(��3�;��J&( �.1&( "#��J�<8��PB( "##����&(.KÒ�')B¦B���#��$*�&�BN#� ��ù&(0�J0���#�Ò�2���#��J8�?�@H3�;) "��¯�BN "#��:��&�2�')&(0�.1 ����@�$��&(#%�2� "#%¯|')*�&(0�ª8�?�@���'X.9.�0���*�Ò�;���#D&( �&(#%��*�.1B( �#��Ê&(0�ª�<8��K6$¼� "#X�����4����;��$¥"E�.1')*�F|.1E<���$#%�<��F�ª "#D�<��#%&¦'X��;)M.1E<3�3�;) "��¯I�<8���.�2�')&(0��G0���#�Ò�2���#��/.1')*�F�;���MN�<��F���MN.1')O4�/8�?�@H "#®E<.1')*�FI.1E<����#%�<��F��/��8���.�2�')&(0}�<��F��/.1')O4��.;)��#�F���#�+-��­ �®­ ¥¨»1Ç�²�@�5¨&(0���*A&(0�-������'!��E��Ì.9E��<�� "#~&��$Ò��<��F��I.1')O4��+-��­ �®­ ¥ ´�²,@�5�#���Ò�E<���I�<��F��I&(��3�;��I.1')O4�2�')&(0|;)')&(&(;��J��B¦B�����&� "*|&(0�J8�?�@E��'X.9.D0���*�Ò�;���#%6^ ���8�z�#�����%)���� �=!z�#�7�$)E���=���"Þ8�$#�� § Ò�').1��E<.1.C��Ò�����&(')*�F}�� "*�4��$*�&¦'X "*���;��<��F�G&(��3�;!�$.C&( �.1E<���< "#~&<.1E�����#~�<��F�e�<8���.�6�8�0��#��e��#��$¥¤��&

;�����.1&(¥ &(2} `.1 ";)E<&('X "*�.�BN "#o.1E<�<�< �#~&(')*�F�.1E<����#%�<��F���.�&(0���& 2� "#~¯�BN "#o��*�{��<��F���&(��3�;!�"Q�j��~����Ô�î%���-� ô ô+k��¾��*�Òl �����-ÔÍ����� ô ��� ��ô1��¢����~��6

� Ù�×RI��o�yL�ÖNÙÙ�RN¹ÔA�y²¤8�0�')./.1 ";)E�&(') "*�.1&( "#��$.J��.1E<����#%�<��F��>��8�����&¾&(0�`�<��F���MN&(��3�;��>.1')&��> "B1��4��#~{H3���.��$M�<��F����8��¬�� "4��$#���Ò¬3�{�&(0�/.9E�����#~�<��F���698�0�E<.1¥ &(0�/')*�BN "##����&(') "*}BN "#o�GÇ�´�Æ/@¬.1E�����#~�<��F���F�$&(.�#���������&���Ò��&�.9'X��&�����*�3���.��J�<��F��J.9'X&��$.�61©`*��G8�?�@V��').1.1¥�&(0�/0���*�Ò�;���#®=�*�Ò�.K&(0�K�������<')*�FI��.�')B�&(0�/��Ò�Ò�#���.1.�0���.K�3���.��e�<��F�e.1')O4��¥¤3�E<&�;) "��Ò�.C�H�����<�<'X*�F�B( "#K&(0�e2�0� ";��L.9E�����#~����F���6U¼�')F�E<#��I�1M�b>.90� �2}.��|»�Ç�Æ/@�.1E�����#~M�<��F�L��8���¥������<�<'X*�F|&(0�L4�'X#~&(E���; ��Ò�Ò�#��$.1.�#%��*�F��ªâ���â 6¡6 â���¹�B¦B¦B(¥".9&( �#���Ò!')*P�`;)')*����#K��*�Ò!�`0���.10��Ò!�<��F�&(��3�;��JE�.1')*�F�&(0�').K�����<#� �����0¨6

8�0�').C.1'��:�<;��L.9 �;)E<&(') "*H'X.C.1��&(').1BN����&( "#~{¤6 § &�#���.1E<;)&(.�')*H3���&(&��$#K8�?�@:����#%B( �#�����*����e&(0���*P2}'X&¦0P�� "*�4��*�M&(') "*���;<8�?�@�.J3�{H����#��:')&(&(')*�FH.9E�����#~����F��`�<8���./&( ¬#���Ò�E����>&(0�`BN#�� Á E���*���{H "B®8�?�@]�:').9.���./2�')&(0� �E<&o��BNMB�����&('X*�F¬&(0�>8�?�@5��'X.9./����*���;)&({�6 § &¾0���.�&(2� |Ò�#~��2�3�����¯�.�6�¼�')#%.1&(¥"')&¾Ò� ���.�*� "&¾��;);) "2 E�.��> "Bo.1E<���$#%�<��F�$.&N ��:��¯�}����F���&N��3�;!� .L.0�:��;X;!� #76¤¸+� �U �*�Ò¾¥�&N0��}#�� ��;�'X�U��&�� Ò,��8��¾.L�!��¯�}��Ò¾Ò�'X*�FA�|.1E���� #7����F�����8¾�, �#��&( ���'X����8���E��<Ò���&��@�: "#��e�� ����<;�����¥ ��.1������')��;);){}')*���E�;)&(')M(&(0�#�����Ò���Ò�¥ �:E<;)&(')��#� "����.1.9 �#� "����#~��&('X*�F}.9{�.9M&�����.e°¡�<{"¯"0 ³ º ¥ �C;�� #~³�� ¥ ²À� {"³ ´�µ(6

Figure 7-8: Storing superpage mapping for (VA3-VA0) in a hashed page table

�Ö�RINÖ��N×RINÙw�AL?��ÙCN�L?�RINÙ?�y²�8�0�').�.1 ";XE<&(') "*P��#��$��&���.�.����<��#%��&��L����F��L&(��3�;���.�B( "#X�$����0P�<��F�L.1')O4�L')*PE�.���6©`*!��8�?�@C��').1.9¥ &(0��0���*�Ò�;���#������0��.1.���.J��*�Ò¿.�����#���0��.G&(0���<��F���&(��3�;���.G')*!.1 ������<#��$Ò��$&���##��')*��ÒÀ "#~MÒ���#~6 8�0�`�<��F��>&(��3�;���.J�<#� "3���3�;){H.10� "E�;)Ò�3��`.�� Á E���*�����Ò�BN#� ��ÿ&(0�>����F��>.1')O4�H�: ".1&(Mo&( |;!�$��.1&(MN;)')¯���;){H&( ����E<.��G�e8�?�@E��').1.1æà "BN&���*�&(0�G "#�Ò���#¨').K&(0�G.��:��;);���.9&�&( I&(0�J;)��#�F���.1&�����F��J.1')O4��6

8�0�').�.1 ";)E<&('X "*P����������#~.�;!�$.1.�F� " "ÒA&(0���*�&(0�ª=�#~.1&�.1 ";)E�&(') "*¨6 § &(./�<#~')*���')�<��;�Ò�').1��Ò�4���*�&(��F��ª')./&¦0���&�')&2|'X;X;I�:��¯���8�?¾@J�!'X.1.L0���*�Ò¾;X'X*�F:.�;X �2G� #i¥�E�*�;!� .�.L�: �.�&�8¾?�@U�:'X.�.�� .LF� :&N � �*�������F��.�'XO&��6�¼�E�#7&N0���#7M�� "#���¥�&(0�`.1�<��&(')��;< �4��#�0����Ò¿ "B®.1E<�<�� "#~&(')*�FE����*�{H�<��F�`&(��3�;���.W��')&(')F���&���.J')&(.J�� "&��$*�&(')��;<&( H'����<#� "4��<��F�`&(��3�;��`.1')O4��6�ß,')&(0:;)')*����#��<��F�`&(��3�;���.9¥���8���.JB( �#CÒ�')B�B���#��$*�&o�<��F��`.1')O4��.J����*�*� �&o.10���#��`����F��`&(��3�;��

16K/0x016K/0x116K/0x216K/0x3

Þ�� .90��$Ò|�<� F���8�� 3";m�?<'�*��$� #o��� F���8�� 3";m�0123

✔ 16KB 5300 Attr✔ 16KB 5300 Attr✔ 16KB 5300 Attr✔ 16KB 5300 Attr npo+q�rIstVu,v?w

q�r2x ypq,z{B|�}Hu,~�Y�.�I��M�2�,�?����2�&�p� }1�+��N� �Y� ~��+�8�D� �

Page 108: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

100

���4����4�'�J�����V��4����������4��:���4������������4���V���� �¡������2¢����������:���������E£�¤�¥����4 ������4���:����¦4���'§\������¥#¨�4����©����ª���&���I��¤����! ��&�����4��-���4������: '¤����!�J����&¥��-�����-���&¢��6���� �¡�����L�4�?�T �¤����?¤�£?�!¤�¨����¥K��&���] ����4�!¨�4�&«������L�4��¬��¥�¤��4 ��T¢��4ª���N�4����¥#�4 �����©�K£�¤�¥1����¤�¥#��¨�B��������¥#���4���K­�«�®�����¨T��¤�£���¯8�4¥��N«�°�±���¯8���¥��K�@��������¥#�� 0�&���4¥1��¥�¤�¬ �������¤�¥X ��4¨���² �� 0�����\�B«�°�±�¢������K��4¨������¥X£�¤�¥X��¯8¤G���4���H����¦&���K��¨E �¤�¢����4¥��&���!�\����¢��\��¤G�B���!¨�����\���4�������¦4�W«�°�±E¢������X��4¨������¥K³µ´K¤�¨��¶&·4�&¸���¨��¶4¹4� ´K��4��¶4º4��»��«����¥��W�4¥��W�&����¤-��¤�¢��@��������¥����4���W����¥#�4����������"����4��¤�¨��ª6¯8¤�¥#¡-£�¤�¥Y������ ���¼� 2���4���W���4�������4�½I¾�¿IÀ&Á ÂWÃ#¿�ÄDÀ&Â#Å5À&Æ�¾DÁ ÄDÀGÇGÈÆIÀ&É'Ê °��.¨��/�&¥@��� ��T���&���!�/�\����� �����0�T�G¢����.���!¬D�!�/©�/�1��¥��/�T�0��¥#�� '����¥��6 M�&¨

����¤�¥��N��������¥����&���N­�«�®��?�4����¨����¥�¢��������4���N��¥����N¨¤������/���J�!�3�TË4´K±����&���N���4�����?�4¨�����!������ª����N­�«�®�����£�¤�¥��² �4¢�����������4 �����¨��¥#ªV��¨�����Z���4���1����©����¤�£,��¨����¥�¢��������4���Z¨¤������W��¤���¨���W��¤��6���4���Z¤�£,¹Ì�·-­�«�®��4�/«�������¤��������!¤�¨8�4�!��¤�¯8�"����@��¨����¥#¢��������&���W¨¤����W��¨��¥�ª6��¤-����¤�¥��@�:��������¥����&���W­�«�®E �¤�©��¥#��¨�6����W���4¢��@©��¥#����¬�4�������4 ��-͵·4ÎJ±JÏZ¹Ì�·4Ð�Ë4´K±�Ñ$�«�����:��¤��!������¤�¨5��������¤�¥#���:��������¥#���4����:¯8�����5�8¢�¤��������Y��¨� �¥����4���-��¨5«�°�±J¢��!���@���4¨������¨������!¢���͵��¤

���� ������L¯8��������¥��4¨V��¨�����¥#¢��������4���L¨¤����:�����H��������¥#���4���L­�«�®�¤�¥"��¤���¨����2��¤T����L¨��² ������©����!Ñ#�M«���L«�°�±¢������W��4¨������¥�¯8¤���������¤�¯8��©��¥3����3�!����¼�¥����1�4 � ������W����Z���4���Z���4���Z­�«�® �������Z�4¨�]��¨ ���¥2�6¨���������]«�°�±¢������4�'Ò����2¡��ª8���!���4��©�4¨���4���L���2����:�!�4 �¡T¤�£�Ó���²&�����!������ª �'Ò���¤�¨���ªT��������¤�¥#���2���4��:����¦4���2����4�� �¤�¥�¥�������¤�¨����¤��!¨�����¥#¢������!�4���-¨�¤����/����Ô�Õ Ö,Õ ��·4ÎU±��YÌ0×L±��¹Ì0·4×\±���·4¹&Ø&«�±����4¨��JØ&Ë4­�±X�&ÒD¨]���&¥#���� '�����&¥.��!�?��������¤�¥#���L¨¤¢���������¢�¬�����¦4�W��������¥#���4�����4�

Figure 7-9: Forward Mapped Page Table with Superpage mappings (64KB and 256KB PTEs)

Ù�ÈÂ�Ú8Á4Â�Æ�Û�ÜÝÁ4Þ�Þ�À4Æ�Ã�¿�Ä�À4Â�Å�À4Æ�¾�Á4Ä�À@Ç8È�Æ�À4É�Ê�ß ¤�¥#¯T�&¥���¬�¢��4�����������4���K���4�������?�4¥��K�W¢���������¬�����©���+��¥��������¥��� �����¥��N�4¨�� ��4¨T����¤�¥��N��������¥#���4���K­�«�®��?�4����¨����¥�¢��������4���N��¥����N¨¤������/��§à����©����Ø@���4�����K��¨��3¥#ª��/£�¤�¥,��² ¬�&¢����!���� '¤����!�U�0��¤�¥��T�8· ¹&Ø&´W±U�������/¥#���&��T­�«I®����&�\����¤�¯G¨]�.¨ ß �!���¥��Tá0¬D¶� ß ��¥#������¥$¢�¤�¥��/�������T��¥��/�âã���¥��&¨ ����¨��£��4 ���¤�¥X ��4¨����H�4������¥����5��¤G��������¤�¥��I�4¨ª���������¥����4��\����¦4����«���H��¥��4¨ ���!¨��£��& ��3¤�¥X¤�£1�B��¤�£���¬¯G� ¥��/¬D��¥$� ©�/¥$�0�/�)£D¤¥#¯��&¥#�I¬D¢�� �����/�)���&���T�D�&��.�T�.�\£��.�/²��.��.��Íä��¨��!�.¡�8�!�.¨��/� ¥@��� ���T��� ��.�/�\¯G���/¥$�T�����¨���¢���/¥W¤�£�­�«�®��\����¥@���&��6£��!²����L�����T��¥$�&¨� '���!¨���£��& '��¤�¥W¤�¥W���&¥#��¯G�&¥��6��¥#�&©��/¥$���/�U���&��6���&��!�/�L�����&���4©�K¼�² ������¥��4¨ ���!¨�Z£��4 ���¤�¥#��Ñ$��Ò�¨ ß �����¥��-á�¬�¶4�/£�¤�¥1��²&�&¢��������/����N��¥#�4¨ ����¨�B£��4 ���¤�¥1£�¤�¥I�!��©�����á? ��4¨T������������¥2£�¤���¥2¤�¥2����² ��ª�¬�£�¤���¥2��������¨����¨��¤�¨�¯8��������¥2�B·4¹4Ø4´K±]¥�������¤�¨��������KØ4Ë4´K±]­�«�®��W¤�¥2Ë4´K±]­�«�®��4�Ò�¢�������¢���¨����¨�V����H£�¤�¥#¯T�&¥���¬�¢��&�������]���4���Z���4�����H�4�W�B±�¬���¥�����³µå�¤�¢���á�¶�»��4����¤�¯8�K���4 �����¨����¥#¢��������4���¨¤����N��¤H¢��4�8�@©�4¥#���4�����N�4¢�¤���¨�¤�£�¢���¢�¤�¥#ªZ�4¨��G ��4¨T¥������������¨T£���¯8��¥1����©�����4��æT¤�¯T��©��¥��/�W±�¬���¥����N¥���¬ç����¥����N�Z����¨��4¥�ª������4¥� ����4�����4 �������©���¤�£I����\��¥����\��¨�������4�5¤�£I��¨����² ��¨��¯8������¼��������K£�¥�¤�¢è����\©���¥������4��4����¥������4�0Ò���4©�W¨�¤����² ����¤�¥����E����W��¥#�4����¤�£3£�£���¥#�����¥��é�ê Þ�À&Â�Þ�Á4ëÀ4Û�Ã#¿�Æ�À&ìTí8Á&É�î�À4Æ�Êï ¨�6¯8�4ª���¤E��������¤�¥#�Y��������¥#���4����:�!¨5 '¤�¨�©�/¨����¤�¨�&�����4�������J���4��

���4�������2������¤T�4��¯8�4ª����4������¢��:�H������ ���¼� N��������¥#���4���L����¦4�:��¨V����L��4���V£���¨ �����¤�¨V�4¨����¤T�4����¤� ����4���:¯8�����

+++

+

RootPointer

PhysicalAddr ess

Level 7 tables

Level 6 Tables

Level 1 Table

64 *4K PTEs

64 * 256K PTPs

256 * 64PB PTPs16TB

I5 I6 I7 Offset0121824

I1 I2 I3 I440 32485663

. . .2

4

4 * 64K PTEs

ð/ñ/ò/óõô�ö?÷

Page 109: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

101

�Z���� �¡�����4����&����¥�¤���¥#���4���L��������¥����4��L�4¨������4���L���&���\­�«�®��4�Må���4������¥?ºZ������ 0¥#���������Z����¢������4¥"�� ����¢��£�¤�¥I��4¥���¯8�4¥�����������¥����&����«�°�±����/¯T����¥��N������¬��4����¤� ����4����©�N«�°�±��Y��������¤�¥#����¯8¤H���&��������¦4���?������¨�Z����N����¬���4¥$��� ���8�.¨��I�4²��+�õ���4¨C��� �0���.¨��]¤¨CØ Ë ´@±)�������4¥$��� ���/����£D¤¥:�4²�� ¢����.�4������� ¥$�D�. M���.� ¥:Ø Ë ´W±p¥��/���.¤¨ �¤������5���H¢��4�������5��ªCÍø�4Ñ1¤�¨��HØ4Ë4´K±5��������¥#���4�����I͵��Ñ1���!²&������¨�Ë4´K±]���4���H���4��������¤�¥L͵ �Ñ1��¯8¤]Ì�Ø4´K±]����¬����¥#���4�����:�4¨��C�������Y���&���-���4����4�4«���!�:¯8¤������C¥����������Y��¨5¤�¨�������² ������¨���¤�¥N����¨]­�«�®��@ '��4�!¨���C��¤������0� ¢��8��� '¡��/�@Íä���/�0�.���4�\�&¨�ª5¤��D���/¥@­�«I®I�\¢��&�����.¨��5�D¤��D���T���&¢��T��� '¡��/�DÑ���«I���.�\�0¤�!���D�!¤¨ �.�\¨�¤����¤��¤�¤����4���� ��4�����K����K��¤�¨����¥,��4���T ���4��¨���¯8�����+��¨ �¥����&���W«�°�±V¢���������&¨������¨�-����¢�����Ò�¨8�4�����!����¤�¨�4��������¥#¬���4����"���4¥�����¥,����4¨8����W����¦4�K�������� ������V£�¤�¥,��4�����¨�-¢����������W��4¨�������E�4¨¤������¥,¯8�4ª �0«���W����¥�£�¤�¥#¢��4¨ ��¤�£�������?��¤���������¤�¨T��������¨���?¤�¨6����N�4����������ªB¤�£������¤�����¥��4����¨�B��ª������¢ù��¤H��������������¥����4����4��Ò�£��4�������� ��&�3�!¤�¨¤�¥N¢���¢�¤�¥#ªE �¤�¨�����¥#�4��¨���@¥�������¥#�� ��,�����B¤�£Y��������¥#���4������������B��4�������������@�����,©��¥#ªE��¤�¨��¯8���������4���B���4���­�«�®����4¨������L����¥�£�¤�¥#¢��4¨ ��L����¯T¤�¥����:����&¨V�\ �¤�¨©��¨����¤�¨�4����4����������4��:���4�������Mú ����¬��4����¤� ����4����©�L����¬����¥#���4���@«�°�±��"���¤�¯û����¢������4¥Y����¥#£�¤�¥#¢��4¨ ��6͵« �4�����Wº4¬�·4Ñ$�Ò�¨E����¢�¢��4¥�ª�������L¥��������� ��4������¬�­�«�®�¢������¤����!����¥�¤����4����ªG����\��������¢������¤�����¤�¬�£��4¥"£�¤�¥"��������¤�¥#����¨�

¢������!��¢�¬�����¦&���C�0������¥#���&�����:�!¨5 �¤�¨©���¨����¤�¨��4�I���&���-���&���!���4�&Ò��Y���� �¥����4�����:£�¥���ç����¨� �ª�¤�£?«�°�±J¢��!�������üKý_þµÿ����Iþ ��¨� �¥����&����¨������-«�°�±J¢������:����¨��4����ª&�4°��4¥����-��������¥#���&�����: ��4¨]�����-�4¨�ª�¤�£?�����-¤������¥K¢������¤���������� �¥��������E�4����¤��&�4�X�����¥��@�4¥��@£���¯ ���� ��8¢��4������¨��"�4¨�E�����ª6¢������"�������"¤�£�����¨G��¨8�L«�°�±"�

���������� ����������������������������! ��� �"#"$�!��%�&�����«����!�:�0�������/ ����!¤�¨]�&�������!�/�:�0�����/¥#���4��6���4��6���4��!���L��¤��0������¤�¥#����¨������&¥#���!�&�!¬���������!¤� �¡�­�«�®��TÍä��¤���¬

��¤�¢ ¤�£ ß �!����¥��-á�¬$á�Ñ$��­��4���K���4�����W��������¤�¥#��£�¤�¥,���4¥������4��¬�����������¤� 0¡-­�«�®�����������¢������&¥,��¤Z��������¤�¥#�3�!¨�B�:���4������4��\����¦4�\�&¨�5�B����¨����\��������¥����4��\����¦4�H��ç���&���¤G����H���4���\���4��\����¦4�H����¢����N����H����������¤� �¡�£��4 ���¤�¥#��§��� ¥#���!� �!¬D�0�����!¤ '¡�­�«I®U¥��/�0�!�I�/�L�!¨ �G���&��T���&��!�T�/²��& '���.ª�¯G���/¥��6�G '¤¥#¥��/����¤�¨��I�!¨����0�����/¥#���&��T­�«�®¯�¤��I�!�p���&©�8¥��/���.�I�/�2�+­�� ���8��.¤ M¡��H����� �" M�&¨�¨�¤�"���0�8��� ¥$�D�.� �!¬_�0�������!¤ M¡5­I«I®I�H '� ¨C�����8�� ���8��� ���­�«I®I�&��§Z¨�¤�����/¥@¤���D�!¤¨ �.�\���0�T¢����!�D�!���!�8��� ¥$���.�&�.¬D�0�����.¤� M¡�­�«I®I�\¤¥@�G M¤�¢���.¨�� ���.¤�¨C¤�£X�� �0�T���&���­�«�®��@�&¨� ���&¥������4��¬�����������¤� �¡�­�«�®��@��¤E¢��4� �6���4��B����¤� �¡I�4«������@���@�4¨�4��¤��¤����@��¤E�6���&¥������4��¬�����������¤� �¡«�°�±G����4������N¢��������������N«�°�±�����¤� �¡��?��¤H����¤�¥��N��¨ �¤�¢����4���������N¢��4������¨���?£�¤�¥I�@���4���N����¤� �¡I͵ú��� �����¤�¨G¹��øÌ�Ñ#�ú��� �����¤�¨]á4� Ë�� ØL���¤�¯T�X¢�¤�¥��W �¤�¢�������²\¤������!¢���¦4�4����¤�¨�4�«����6�4��©��&¨���&����L¤�£���������¤�¥#���!¨������&¥#���!�&��¬D��������!¤� �¡�­�«I®��L¤�©���¥W��������¥#���&��-­�«I®��L�&¥#�6£�¤���¥�¬D£�¤����X�ß ��¥#���������4¥#�����4��¬�����������¤� �¡�«�°�±��N�4¥��\¢�¤�¥��\��£3£��� 0���!©�\����4¨���������¥#���4���H«�°�±��Z͵å���4������¥Y¹4Ñ$��ú��� �¤�¨�������4¥�¬

���!�&��¬D�0������!¤� '¡�­�«�®��L¥����I�� '�6���&��6���&��!�6�0�!¦4�T¢�¤�¥��6�/£�£��/ ����!©��/�!ª������&¨]�0�����/¥#���&��6­�«I®��8͵«+�&��!�Tá0¬�Ø&Ñ��«,����¥��,�,�1�+¥0�%���+��¬%�M�1������¤ �¡���¨��U¥��&ç��1��¥�� �6�M��¢]�1��� ¥Z¤�1�&¥0�+�%��¨��U�'ª��M�%� ¢ �M�1�1�1¤¥0�N�%���+¨ �M�1�1� ¥��1�+��� �ÍäåN���&������¥"Ø&Ñ$� ß ¤���¥#�������G���&¥#���!�&�!¬D�0�����!¤� �¡�­�«�®U�!�L�G¨��&����¥#�&�1�!¨����/¥#¢��/���!�&���6£D¤�¥#¢��&��£D¤�¥W���&��6���&��!�/�����4�1 0¤�¨����¥��� 0�1��������¥#���4���H­�«�®��K��¨ �¥���¢���¨��3�&����ª ��«����H�������4��©��4¨���4���H���W�3���4�I���4¥����H����������¤� �¡�£��4 ���¤�¥#���ÔMÕ ÖYÕ '�º4·B¤�¥X���4¥�����¥3���&¥��\¨�¤�����¥#�4 ����� ��4�������H��¤8����H����¢��������5¨��¢�����¥X¤�£1©�4�����5�������N��¨��B­�«�®"��«���\��² ����¨�¬����¤�¨�@������ �¥#������� ��¨5ú��� �����¤�¨]á4� Ë�� ·T£�¤�¥K��������¥����&���B­�«�®��:�4¥��-�4����¤V�4�������� ��4�����B��¤E����¤�¥���¨��E���4¥������4��¬�������¬����¤� �¡6­�«�®��4�

(KÀ4Þ*)�¾,+�Á4Ä�À ô�ö?÷ É ��«�����K��¤���������¤�¨�����¤�¥����K�B���4¥#�����4��¬�����������¤� �¡V­�«�®5¯8������¢��������!�����H©�4���!�5�������K�����I�4�����K���4���K���4�����K�������N¤�£��©��¥�ª-���4���K���4��N­�«�®V �¤�©��¥����V��ªB����K���4¥������&��¬����������!¤� �¡B­�«�®��.-.�������4�?�@��������¥#¬���&���-­�«�®"�&«������:��¤��!�����!¤�¨5�!����¤�¯8��©��¥����!�����@�&����¥#�4 ����!©�-£�¤�¥K���&¥������4�!¬����������!¤� �¡�­�«�®��:�����4¨5£�¤�¥N��������¥#¬�I� ����­�«1®1� ��ú��I���4¥��I� ��G­I«I®1�Z¥��4ç���3¥#�G¢�¤��I�3£��3 M� �_�.¤¨U¤£2¢5�I�.�D�3���3�G­�«1®1�Z¤¨��.ª �I�I¥��.¨��]¥��&�.� �_�.©��4�.ª��¨£�¥���ç����¨��¤�����¥��4����¨�G��ª������¢ ����¥��� ����������4���L��¥�¤�¢�¤�����¤�¨E¤�¥"����¢�¤�����¤�¨V¤�����¥��4����¤�¨��/�M�Ý���¨V�4¨E¤�����¥�¬�4����¨�G��ª�������¢ �4������¤�¥"�����������������4���\���4���\¢��4������¨���N£�¥�¤�¢ ����L���4���\���4�������+���� ��4¨E �¥����&���L�4¨�5¢��4��¨¬���&�!¨ ���&¥$���!�&�!¬D�0�����!¤� '¡�­�«I®��\�!¨� '¥��/¢��/¨����&�!�!ª���«����!�L¥��/ç����!¥��/�\¢�¤��I�!£Dª�!¨��5¢����.���!���!�T­�«�®I�L¤¨ �&�!¢�¤�0���©��¥�ª6���&���W���4�����@¤�����¥��4���!¤�¨Y�Ü ê )�Ä�¾�Þ*)�À-Þ�Á4ëÀ-Ä�Á�/*)�À4É �/«���!�W��¤��!������¤�¨� �¥����4�����W¤�¨�Z���4��Z���4�����Z£�¤�¥����4���Z���4�����W�4¨� �4¨¤������¥�£�¤�¥

����-���4��-����¤� �¡�����¦4��͵�4��¤�¨��¯8�����5�4¨�ª�£�¤�¥N�!�4¥%���¥N��������¥����4���-����¦4����Ñ$�4ú���¨ '�B�T���4¥����!�4��¬����������!¤� �¡�­�«�®

Page 110: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

102

 '�&¨]¤£����/¨]�0��¤�¥��6�0�����/¥#���&���6­�«I®��L¤�£��G�0¢��&�!�!�/¥W��������¥$���&��6�0�!¦&�6�����&¨ �����6���&��T���!¤� '¡��0�!¦&����£D�/¯G��¥���4��H���4�������K�4¥��H¨����������]����4¨�����Z¨��¢�����¥2¤�£1��������¥#���4���H����¦4���K��������¤�¥#�����]�4¨�]��¢���¥�¤�©����K���4���H���4¬��.�T�& ' M�/�0�\���!¢��� ß ��¥$�����/¥���¯G�!���C�0������¤�¥$��£D¤¥@��¥�¤���/¥@����ª���! '� �1¢��/¢�¤¥#ª5���!�& M�/¢��/¨����������T¤�¥��I�/¥@¤�£�����4¥� ����¨������-���4���-���4���!���:���¤������C£��4©�¤�¥N����B���4¥#�����4��¬����������¤� �¡�­�«�®��:¤�©��¥N����B���&���B���4���-���4�����-�4����4¥#�����4��¬�����������¤� �¡6­�«�®��X¯8���������@�4 � ����������E¢�¤�¥��W¤�£�����¨8�����4¨8���4���@���4���W­�«�®��4�½I¾D¿IÀ Á Â10.Ù�È�Â$ÚGÁ Â#ÆIÛDÅ5Á&ÞIÞIÀ Æ)¾_¿�Ä_À&Â$Å�À ÆI¾DÁ ÄDÀ�¿IÈ�ÆIÀ É'Ê °I�.¨��4�&¥:�&¨��)£_¤�¥�¯G� ¥��I¬D¢��&�����/�p��� ���8��� ���!�4�

 ��4¨8¥#�4¥�����ª6����¤�¥��W���4¥����!�4��¬����������!¤� �¡-­�«�®��"�4��������¥Y��¨����¥�¢��������4���W¨¤������4� ß ��¥#�����&���4¥������&��¬����������!¤� �¡-­�«�®����4©�H�B��¢��4��������������¤� �¡�£��& ��3¤�¥LÍ32B¤�¥LÌ0Ø4ÑI¯8������H �¤�¢�¢�¤�¨���¥��4¨� 0����¨��£��4 ���¤�¥��K£�¤�¥X����H��¤�¯8�����I����©����¤�£����:��¥����:�4¥��:¢��� ������&¥�����¥@ÍøØ&Ë\¤�¥?¹�Ì0·4Ñ#�'ú��� �¤�¨�����4�������:¤������¥���¤��!������¤�¨�2�4����¤�¯ ���4���:���4���:­�«�®��X��¤T������0�/�)£_¤�¥:¢�� �����.¨���H�����&�" M�&¨�¨�¤�"�0���&¥��8�����T��� ¥$���.�&�.¬D�0������.¤ '¡5­�«I®2�54"�/���.�& M�!¨��5�����8�!¨����4¥$¢��4���.� ���¨¤����B¯8�������6���4¥������4�!¬�����������¤� �¡E­�«�®C£�¤�¥� ����@�����B¤�£Y���4���B���&�����@£�¤�¥�����-£����������&���B����¤� �¡���£Y��©��¨�¤�¨�¢��4������¨�����N��¨ �¤�¢����4�������������Ý������\������K���N¨¤G¯T¤�¥����\����4¨�����\��ç�����©�4����¨�I��������¥����4���\­�«�®5��¤��������!¤�¨�������¤����"¨¤����² ����¤������4�����������"¤�£����4¥����!�4��¬�����������¤� �¡6­�«�®��4�é�ê Þ�À&Â�Þ�Á&ëÀ4Û�¾D¿�Æ�À&ì8î�Á&É'î�À&Æ�Ê ­��4¥#�����&�!¬���������!¤� '¡�­�«�®��L¥������� ��6�����-�!��¨�����]¤�£?�����6��&���]���!�����:��©��/¨

¯8���¨�������¨�E��������¥����4�����4��ÎJ�������������Z���4���Z���4���Z­�«�®��W����4�1 �¤������ ¨¤��1�����Z�-��������¥����4��Z­�«�®]�4���]��¤����W���4¢��W��4���G���� �¡����#� ï ¨�W¤�¥Y��¯8¤-���4¥#�����4��¬�����������¤� �¡6­�«�®��X ��4¨8¤�£�����¨G¥��������4 ��@�3���W���4���W���4��W­�«�®�������¤�¥#����¨�!¨�T�����:���������/�MæT¤�¯8��©��¥3��¯8���¨V����:¤�����¥#�4����¨�8��ª�������¢>��¤�����¨¤�����¤6��¥�¤�����¥����ª����� ��4��¢���¢�¤�¬¥#ª-�&����¤� ��4����¤�¨�&�!¤�¨�6��4���8�!�������X£�¤�¥Y���4���@���4���@¢��4������¨���"¯8����������������¤� � ���¥#�

����������6�87�!����9����:�;�� ���������=<���?>@��AB�6�C7���7D ��� �"E"$�C��%�&GF�H�I�J§H¨�¤������/¥K���&¥���¯8�&¥��6���� '��¨��!ç���6£D¤�¥W�!¨� �¥����&�0�!¨��������6�&����¥����0�L�����& '�6¢��&�����/�J�ª��8«�°�±U�!�L '¤�¢�¬

����������¬�����������¤� �¡���¨�1��§  �¤�¢�����������¬�����������¤� �¡�«�°�±5¥���ç�����¥����K¨¤G������ ����4��¤�����¥#�4����¨����ª�������¢è¤�¥X���4��\���4¬�����:��������¤�¥��#� ï ¨V�\«�°�±�¢�������������:��4¨������¥�¢���¥�����ªT�����4¥� ������2�4¨ª8���4���:���4�����:£�¤�¥�����:���4���:���4���:­�«�®�4¨�E��¤��4���"������¨��¤-����W«�°�±*KÝ��² �4 �����ª6�4�X��¨8�L����¨������¬����4����¬�����¦4�W��ª�������¢U�§  �¤�¢����������/¬����������¤� �¡�«�°�±�����¤�¯8�/©��¥����¨� ���¥��ML8N ��OQP ¢��!�������:�4¨���R � L8LSN ��OQP ¢����������T͵ú+�� ����!¤�¨GË� ·4Ñ$�

±���¤� �¡6¢����������2�4����¤� ��4���@�\¨��¯ «�°�±�����¤� �¡�� ¤�£�����¨�¥��������4 ���¨�T�&¨G¤�����«�°�±����!¤� �¡I��ú���������¤� �¡6¢����������2�4����:¨��¯û­�­UTû�4¨�V�4����¥#���������W��¨£�¤�¥#¢��4����¤�¨G��¤B�4¨8��² ��������¨�-«�°�±E���!¤� �¡��&¯T�!���¤���� ��4������¨�-�:¥������!�4 ���¢���¨�#�ú���������¤� �¡�¢����������N 0�&¨E���\������¢���¨��4���������¤�¯8��©���¥3�+�!£I���& 0������¤� �¡�¢������N��¥�����¤��4���N�4���¢��4������¨��N�4����¤� ���¬�4�����C¯8�����5�����@���4����4�@����-ÎJÒ�­�ú64�Ë�V�V�VT��¤����:£�¤�¥N��¯8¤V­�«�®��6³µ´K�4¨��¶4·�»��4ú���������¤� �¡E��¥����!¤��4����¨��¨��©���¥��¤����!�������"�L«�°�±E��ª6¥��������4 ���¨�6¢�¤�¥��W������£�����¢��4�����!¨�����&���� 0�&�����W����¨��©���¥Y ��4�������"��²&��¥#�L¥��������4 ���¢���¨���³µæT���!�W2�á4»µ�&������¥������� ����"����W¨��¢�����¥Y¤�£�«�°�±E¢��!�������"������¨�!¼� ��4¨����ª�͵å���4���3��¥YË&Ñ#�§ ��¥��4¯8���4 �¡T¤�£�����������¤� �¡T��¥�����¤��4����¨�T���2����@��¨� �¥����4�������3�!¢��@��¤6����¥�©�! ��@«�°�±�����¤� �¡T¢����������/�'«�����

����¨�4����ª6�!�"���4¥����@£�¤�¥Y��4������E���&���@�3�&��������� �4�"�!�¥���ç����¥����X¢��������!�����@��4���G��¥�¤������4�0«�����X����¨�4����ª6���X¥����4¬��¤�¨�4�����L£�¤�¥�����¨���4¥3�+£�¤�¥�¯8�4¥���¬�¢��4���������+�4¨�� �����������¥��������4���:���4�����������4������:�4����������¤�¨��4�¢��4������¨��2¥���¬���!���6��¨]�4�X-.�& ���¨��Y���4��-���4���!�-¢���¢�¤�¥#ª �&«����-����¨�&����ª�¥������� ��/�:£���¥#������¥K��£�����6 ��!���0����¥����J­�«�®C£D¤�¥#¢��4�¢��4�� �����"�����W£�¤�¥�¢��4�¤�£�����W��4¥���¯8�4¥��W �¤�¢�����������¬�����������¤� �¡6«�°�±E����¤� �¡I�

�������Y��6�����������! ��� �"E"$�C��%D&�����9��� ��7��Q�����7@�ZF�[�J@���G>��! �J���7��87�9;�����7�F���"$�C7�J«I���8�0�/ '�D�!¤¨ £��.¥$�0���4²��&¢��.¨��/�\�.¨� '¤�¥$��¤¥#� ���.¨��5���&¥$�D�!� �!¬D�0������!¤ '¡��!¨��5�!¨���¤� '�.�������/¥��4�U��� ��T�D�&���!�/�&�

«�����?�������G���?¨��4����¥#�4���/����¨ ��K�@¨¤����K��¨T�@ �����������¥��������4��N���4�����B͵£�¤�¥,���4���N���4����?¤�¨��ªÑ�����¥�¤�¨����ªB¥�������¢�¬�������K�B �¤�¢��������3��¬�����������¤� �¡V«�°�±5����¤� �¡I��«�����K���� �����¤�¨������¨���¨ �¤�¥#��¤�¥#�4�����K��������¥����4�����K��¨��¤G ��������3��¥�������4��W���4�������4�«���:¢��&�� 0�V������¯8����¨V���4¥������4�!¬�����������¤� �¡8«�°�±��2�4¨�� �����������¥��������4��:���4�����������2��������¯8���¨V��¤����V�����

����N���4¢��N����������¤� �¡Z£��4 ���¤�¥#� ß ������¥��-á�¬$Ì.V-͵����£���Ñ���!��������¥��4�����?�W���4���N �����������¥����G­�«�®G¯8�����6����������¤� �¡Z£��4 ���¤�¥

Page 111: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

103

£�¤���¥����4¨���������¥���£�¤�¥��������4�2�4¨��4¥#¥��4ª8¤�£�£�¤���¥?���4���:���&���:¢��4������¨���4� ß ������¥��6á�¬$Ì.VG͵ ���¨����¥#Ñ������������3¥#�4�����2����&¥������4�!¬����������!¤� �¡�­�«�®"�&§ ���&¥������4��¬����������!¤� �¡�­�«�®C�!�@�������C�!£?�4��������-©�4�!���C¢��4������¨����:¯8��������¨5�8���4��� �����������¥����C­�«�®C�4¥��-��¥�¤�����¥#��ª������& ����C�&¨�C���4©�-�����-���4¢��-�4����¥#�����������4� ï ¨5�8«�°�±C¢������������-��&¨���!��¥��4������N¤�¨E������\K­�±:T �4¨�5¯8�4��¡��K����H��4���� ���4��¨��4�N�������4�%� ï ¨��B���4��¢��4�� ��������H��4¨������¥X �¤�¨��������������6¨��/¯ úE£3�!�/�!�U�&¨��J�����/¨ ¥��/�&���L�����6�&����¥�¤���¥$�!�&���6¢��&�����!¨��1��«����6¡�/ª����/¥��6�!�L�����&�������6«�°I±J¢��!�������¨��I�3�4¥:���4�4�Z¨�¤]�I�3£�£_�4¥#�4¨� M�G£_¥#¤¢ �E��� ���G M�.�I���D�4¥#�4�p�������G�D�����.�G¯����3�.�G�D¥�� ©�4¥����.¨��]�D���8��� ���J�.�3���¢��4�� ����¨��-���4��"�4¨�E¤�¨��ª6����£3£���¥��X¯T����¨G¥����4����¨�6����W¢��4������¨�I�0«�������&����¥�©��� ���¨�6«�°�±V¢����������"��¤-��¤�������&¥$���.�&�.¬D�0������!¤ '¡5�&¨��)�� �0�T���&���T­�«I®I�\�I¤��/�H¨�¤���.¨� '¥��4�&�0�8�����8«I°�±)¢��!�0�H���/¨��&�.��ª������������0�/�H�!�/�0�¢���¢�¤�¥#ª6£�¤�¥Y���4¥#�����4��¬�����������¤� �¡6­�«�®��4�

]_^�`badc�ed`gf�hjiDkml1i�nmedkmo�p�qmrdi�adsut�v*wjx�ydz=c�e�`g{|f�wM}�~�~Dz=c�ed`gf�c�ed`C�d�X�Dqm�medx� ]ga�edkm�=nm�?kme��1i�a�c�ed`d��]Ckm�Dpde � �D��nmedkm�=xdx

`_qmed��`_��a�c�ed`!�d����kmc�c � ���=rd�my�������c�ed`!�d����kmc�c � ���=rd�my��=c�ed`C�d�X��kmc�c � ���=rdv*^�]!]_ydx�zc�km�=qm]_km��pdeda�xdz

Figure 7-10: Storing partial-subblock and superpage PTEs in a clustered page table

ú�������¥#���4���L��������¤�¥������2�4�!��¤T����¥��&�������£�¤�¥�¯8�4¥��"� ß ������¥��-á�¬$Ì.V�͵¥��!�����Ñ����!��������¥��4��������������¤�¥#��£�¤�¥"�\¢���¬������¢�¬�����¦4���E��������¥#���4���� ¯8�¤����@����¦4�:���X����@���4¢��@�4�2�3���@©��¥#�����4����4���@���!¤� �¡I��«����@��������¥����4���@­�«�®��������¢������4¥"��¤6�H���4¥#�����4��¬�����������¤� �¡8­�«�®��+��²  �����������¤�¨���ª8��4�2¤�¨�L©�4�����������#�'§ ��������¥����4���:­�«�®�¥��������4 ����2����4���W �����������¥����E­�«�®V�!£��4����¢��&������¨���X��¨8�:���4���W ��������3��¥����E­�«�®V�4¥��W©�4�!���V�4¨�E ��4¨G���@ �¤�¨����¨�����V��¤-���������¥#���4���L­�«�®"�M«����L«�°�±�¢��!�������4¨������¥"��������¨�¤T���!£.£���¥���¨ ��\������¯8����¨V����L����¥����L©�4¥#���4����¤�¨���¤�£� �������¬����¥����E­�«�®��X¯8������W ���� �¡���¨��-���4��"�4¨�E��¥#�4©��¥�����¨�6����@��4���8���!�����4�ú�������¥#���4���@­�«�®��"£�¤�¥Y���&���W����¦4���"��¢��4������¥Y����4¨G¤�¥Y��ç���4����¤B�����W���4���@����¤� �¡6����¦&�W ��4¨8 �¤�¬�¥����������@��¨

�8 '�!���0����¥����U���&��6���4��!�6¯G�!����¤����?¥��/���!�! ��&���!¤�¨?� ß ��¥#�����/¥��������/¥��6�!�L¨�¤��!¨ '¥����&�0�6�!¨]«�°�±U¢��!�0�L����¨��&�!��ª¯8���¨8�4 � ���������¨��-����W��������¥#���4���W­�«�®��/�0ú�¢��4�!����¥Y��������¥#���4�����"�����W����Wú5� ¼����!�V��¤B������¨����£�ª6�����¢U�0«����4��¤�©�-��² �4¢����!�-�4����¤E �¤����!�C�4�!��¤�¯>�8¨¤����-¯8�����5��¯8¤�24´K±J��������¥����4����4� ï ¨�-�&����¤E ��4¨]¢���²G��¢��4���!��¥�0�����/¥$���&���T�&¨��)��&�0�T��� ��T¢��&�����!¨����\��¤�¢�� �J�G���&��T��.¤� '¡5�ª����0�!¨��5¢����!���!���!�T '�.���0���/¥$�/�U­�«I®��͵ú��� �����¤�¨5á4� Ë�� Ø4Ñ$�ú���¤�¥#�!¨����������¥#���&��-­�«I®��L£�¤�¥W���&��6���!¦4�/�:�!�&¥#���¥W�����&¨]�����6���&��6���!¤� �¡��0��¦&�6��¨�©�¤��!©�/�:�8�0���4 '���

����¢��K��¥#�4����¤�£3£��&�?��¨T �¤�¨©��¨����¤�¨�4�+���4���K���4�������?������ �����������¥��������4���K���4�������?�4¥��K¢�¤�¥��K��£3¼� �����¨�#��°��4¥����¥��������¥#���4�����? ��4¨6������������¤�¥#��������¨6�4������4�����¯8¤H¯8�4ª��4� ß ��¥#�����/¤�¨�N ��4¨6�����N�������4?�������� ��4���N­�«�®����?��¤�����¬����¤�¨� ������¥��������� ��4���@¤�¨ ��@����¥? �����������¥�����­�«�®E��¨��������4��¤�£�¤�¨ ��@����¥Y���4���@���4���@­�«�®X� ß ¤�¥?����������¤� �¡6£��4 �¬�D¤¥@���!²+�D�/�4¨���£_¤�¥:�4²�� ¢����.�/���� M�!�I�0�D�/¥��4�)��� ���8��� ���!�8��������¤¥$�D�\�.� ¥����8�0�����4¥$��� ���/�H¯��!�D�C��£_�  '�D¤¥:¤�£����² ������¨G�!�����X¤�©��¥�����4�E����4¨� 0¤�¨©��¨����¤�¨�4����4���@���4�������4�0ú��� �¤�¨���&����@¢��������������@���&���@���4�����@�4����¥�¤��4 ��

VPBN_tag

ATTR

�Xq���eSuperpage PTE

Open Hash Table

OffsetVPBNVirtual Addr ess

�� k�l�i�vUk�l�q

i

Boff

SZ PPN S

VPBN_tag

PPN ATTR

�Xq���ePartial-subblock PTE

V3..0 V S

VPBN_tag

ATTR0

��q���ePPN0 SV

ATTR1PPN1 SVATTR2PPN2 SVATTR3PPN3 SV

Base PTE

PADPADPADPAD PAD PAD

Page 112: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

104

���X�\¥����&��¤�¨��4�����@�4������¥#¨�4����©����§H�X��² �����4��¨������¨�����@��¥���©��¤����X���&¥��4��¥#�4������L����¨����@ �����������¥��������4���@���4¬�����N ��4¨6����¤�¥�����������¥����&���N­�«�®��?¯8�����6���4�������¦4���?�������?�3���4¨6¤�¥1��ç����4����¤H����N����������¤� �¡B£��& ��3¤�¥I����¢����?�������4���B���&���B����¦4���4§ ���� �¤�¨�C ��!��������¥#���C���4���-���4�����B ��4¨5����¤�¥��B­�«�®��:£�¤�¥N�T¥��4¨����B¤�£?���4¥�����¥N��������¥#���4���0�.¦&�4�GÍmÔ�Õ Ö?Õ ��������¤pÌ�ÎU±IÑ��+åN¤¨�©��4¨��D�!¤¨��&�,���&���8��� ��.�/�\¯�¤����.�)¥#�/ç���!¥��8�&�H¢��&¨�ª5���&���T�D�&���!�4�\� �\�D���¨��¢�����¥?¤�£����4��W����¦4���"��������¤�¥��������&ÔMÕ Ö,Õ '&¼�©�W��¨G����@ÎJÒ�­�ú�4�Ë�V�V�V��ú�������¤�¥�����¨��Z��������¥#���4�����?�4¨�G���&¥������4��¬�����������¤� �¡�Y��¨T 0�!��������¥����G���4���N���4�������Y¤�£3£���¥��?����©��¥��4���4��©�4¨¬

���4�����:¤�©��¥N��² ����¨�����¨����4������C���4���-���4�������4� ß ��¥#���3������@��&���5 ���4��¨5¥#��¢��4��¨�:���¤�¥�����¯8���¥����4�:��4����������&���-���&�������:¥���ç����¥��-��¤�¨����¥K��&���5 ���&��¨�:¯8���¨]������¨������&���-���4����/�&ú��� �¤�¨�������4¥#�����4�!¬����������¤� �¡��4¨���������¥#���4���W­�«�®��"¥������� ��W��¤����G��4������V�4¨��V �����������¥����E���4��W���4�����W����¦4�W����� �����������¥����E���4���@���4�������X��¤¨�¤����.¨� '¥��/�&�0�6«I°�±)¢��!�0�\���/¨��&�.��ª�¯G���/¥��/�&�\���&�0�����)���&��T���&��.�/�L�I¤I� «I���!¥#�I�� '�!���0���/¥��/�U���&���6��� ��!�/�����¢������!£�ªB��¨� 0¥���¢���¨���4�+ �¥����4����¤�¨6¤�£����4¥#�����4��¬�����������¤� �¡B�4¨�����������¥����4���K­�«�®��?��ªB����¤�¥#��¨�B¢��4������¨����£�¤�¥ �¤�¨���� �������©�B���4���B���4�����W��¤����������¥#�/Ò�£,����Z¤�����¥#�4����¨�E��ª�������¢��¨¤����� ����W����4�1�4�!�����4���Z���4��Z¢��4�����!¨�����¨5�T¨¤����-�4¥��-©�4�����������, �¤������C���� ������-��¤E��¥�¤�¢�¤����B������¢ ��¤E�T��������¥����4�����4×L�4�����¥��!¨���3�����@��¨£�¤�¥#¢��4¬����¤�¨G��¨G��4������E���4���@�3�&�������X���"�������"��£3¼� �����¨�#�Ò�¨8����¢�¢��4¥#ª��& �����������¥����V���4���W���4�������"£�¤�¥Y���&���W���&�����"�����W�������"¢���¢�¤�¥�ª6����4¨8��4������E���4���W���4�������

��ª- �¤�¢�����¨��¨��-¢��4������¨�����£�¤�¥,¨���������¤�¥��!¨�-���4���W©��¥#�����4�����4����"����4���4©�W¨���4¥���ª-������¨���� ��4�����4������¨��¤�6���!¨�����Z­�«�® ¯8�������6���!¨�����Z���&�I�/Ò�¨�������W���� �����¤�¨�ÒY��¤�¤�¡E �����������¥���� ���&���Z���4�������W¤�¨�Z�������5£���¥������¥���¤��������¤�¥��1��������¥����4����W�4¨� ���4¥#�����4��¬�����������¤� �¡���¨�E�4�W¯8���!����ªV �¤�¢�����¨���¨�V¢��4������¨���W£�¤�¥�¨���������¤�¥#��¨����4���W©�!¥������&�����&�����"����4���4����¤B���4©�W¨���4¥#��ª6������¨���� ��4��­�­*T8�"��¨��¤-�:����¨����W¢��&������¨�I�

�����������7���7������!���7�9G>��C �JD��7��87�9��6���7�F���"$�C7å�����������¥��������4��:���4�������2�4¥��:ç�������:Ó���² �������:�4¨�� ��4¨�����¤�¥��:���4���:���4��:­�«�®��������4���: �����������¥�����­�«�®����

��������¥#���4���B­�«�®�����4¨�� ���4¥#�����4��¬�����������¤� �¡E­�«�®��.KÝ���4 ���¯8����������£3£���¥���¨�,����������¤� �¡E£��4 ���¤�¥#�W�4¨� ��������¥�¬���&���T�0�.¦&�/��K �.¨ ©�&¥$�.¤����\ M¤�¢���.¨�� ���.¤�¨��&��§ ���/¨��/¥$�&�.�!¦ �/�) '�.�������/¥��4�U­�«I®)���&�\� \W­�±T6¡&��� ����� ¿�À ì&Ä��¤���¨�����¥"�4¨���4¨V�4¥�¥#�4ª8¤�£�¢��4������¨����2���4 ��V��4©��¨��8�\¼�² ���£¢�¤¦¥*§�¨�Ö�Ô�R ýª© Ô�KÝ����:¨��¢�����¥�¤�£����4���L���4����¢��&�����/�J�ª�¤�¨��6¢��&�����!¨��1� §ù '�!���0���/¥����U­�«I®J '�&¨]�/�!�����/¥W����¤�¥��6�&¨ �4¥$¥#�&ª�¤�£����&�0�6���&��6¢��&�����!¨���͵­�«�®����&��������¦&�-¤�£?Ë4´K±�ÑY¤�¥K�T �¤�¢�����¨�&����¤�¨5¤�£?��������¥#���4��-�4¨�J���4¥#���!�4��¬�����������¤� �¡�¢��4������¨��T͵��������¥�¬���4��Z����¦4�B��ç���4����¤VË4´K±C����¢����@����������¤� �¡E£��4 ���¤�¥�¤�£,���4¥������4�!¬�����������¤� 0¡�­�«�®�Ñ$�/ÎU�4������¨��W����&�1������¤�¨����¤H����N���4¢������&��������¤� �¡Z�������4©�N����£3£���¥���¨�­�«�®����&��������¦&�������N����£3£���¥���¨� �����������¥����G­�«�®�����ÔMÕ Ö,Õ ����������¥�¬���&��T­�«�®I�L¤�£E2&´W±U�&¨��àÌ0Ø&´W±J���&���6�0�!¦&���L�����T���!£3£D��¥���¨��� '�!���0����¥��/�U­�«I®��&��¢�¤X¥:§=¨�ÖÔ1LSN �mO�P R ýª© ÔK�!�L�����¨��¢�����¥Y¤�£���4���W���4������¢��4�������V��ª-����«\K­�±:T¬¡4���4�DKÝ­�«�®����4�������¦4�W����¢����"�3���K����¦4�W¤�£����W�4¥�¥#�4ª ��«���Ø&Ë4´K±J���4��-���¤� �¡)͵�4�­\K­*T®V4² Ë&¹�V&Ñ?����¤�¯G¨5�!¨ ß �!����¥��6á0¬$Ì�Ì0�£�¤�¥K��² �&¢������/���&�:��¯G¤�2&´K±J�������/¥#���&���­�«�®��0��¤¨���Ì0Ø&´W±U�0�����/¥#���&���6­�«�®I���&¨��U����¥��/�TË&´W±U��&�0�6­�«�®��\�����&�� '�&¨ ����� ¥��6�G���&¥$���!�&�!¬D�0�����!¤� '¡­�«�®V¯8�����T����������¤� �¡-£��4 ���¤�¥,Ë���§\��¥#�������������@ �����������¥��������4���K���4�����K����¤�¥#��¨�-����K¢��4�����!¨������¨8�3¯8¤B �������¬����¥�����­�«�®��.KÝ­�«�® ¯]��4���@­�«�®����4��������¤� �¡�����¦4�K¤�£Ø4Ë4´K±V¯T�!�3�8­�«�®����4�������¦4�K¤�£°24´K±V�4¨��­�«�®V¸5���4�?�­�«�®����&�������!¤� �¡���!¦4�-¤�£?º4·&´K±C¯8�!���5­�«�®����&��������¦&�-¤�£WÌ�Ø4´W±"�&«���-¡���ª���¤E����¤�¥#��¨����4¥#���!��¥#�4¥#ª� �¤�¢�����¨��4¬����¤�¨�X¤�£�­�«�®��"�!�"����&�� �����������¥����E���&���@���4�������" ��4¨�����¤�¥��@¢��������������@��4���G¨¤������X����&��¢��4�V¤�©���¥#���4������¨�©��¥#�����4���4����¥������"¥#�4¨�������&ÔMÕ ÖYÕ �&��¤����G­�«�®�¯ �4¨�E­�«�®E¸  �¤������E����¤�¥��@�:¢��4������¨�6£�¤�¥±\K­UT²V4²&Ë&¹4Ë��

]_^�`badqmkm�1i6^�]g����p�e � c�p�q³c�km��q$edkmo�pdqmlQ�=´ � edi�µ � ]!]_qm`Cqm�De°c�km�=q³o�pd^=�1¶6l �d· qmx]_^�`ga�c�ed`gf�hji�kmlQi�nmedkmo�p�qmrdi�adsut�v*wjxdy�z=c�ed`g{¸f�wj}u~�~�z�c�ed`gf�c�ed`!���X��qm�me�x

� ]ga�adc�ed`C�d�Xs�¹»º�f�]_km��pdeds�¹ux°hMh¼a�c�ed`!�d��s�¹ � c�ed`!�d��t�½*¾�c�km�=qmo�pd^=�1¶�l �d· q³��]_km��pdeds�¹uxdx�¿c�edq$f¬c�e�`!�d����kmc�c � ���=rdad]_km��p�eds�¹»�°cDed`!�d��s�¹ux�À!cDed`!�d��t�½*¾�c�km��qml �d· qmydz� ]gc�e�qmnmÁ�kmp � µ�adc�e�qm�=]_km��pde�s�¹��=cDed`!�d��s�¹u�=c�ed`!���Xt�½*¾�c�km�=qmo�pd^=�1¶�l �d· qm�=c�e�`!�d��t�½U¾�cDkm��qml �d· qmx

`_qmed��`_��a�c�edqmxdzÂ

c�km�=qm]_km��pdeda�xdz

Page 113: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

105

Figure 7-11: Generalized clustered page table (Example)

«����¥��N�4¥��N£�¤���¥1���4¥#���?¤�£�«�°�±�¢������?��4¨������¨�Z�����4��4¨6¤�����¥#�4����¨�B��ª������¢  0�&¨6��¨��������¨����¨�����ªZ �¤�¨¬¼�����¥���� ß ��¥#����������B��4���5£���¨ �����¤�¨5��������¥�¢���¨���@�T¢��4² ��¢���¢ ���4���B����¤� �¡E����¦4�-£�¤�¥N�T��4���5���4�������4®��4 ����4���E���4�����\����¤�¥����N­�«�®��N¯8�����E­�«�®����4��������¤� �¡�����¦4�\�������������4¨E¤�¥"��ç���4����¤8������N¢��4² ��¢���¢ ���4���\����¤� �¡����¦4����«�¯8¤G �����������¥����]���4���H���4����������£�¤�¥2��² �4¢�������������£3¼� ��H��¤G��������¤�¥��I�4���� �¤�¢�����¨�4����¤�¨�K¤�£1���4��\����¦4���͵¤�¥K���������!¤� '¡�£��4 '��¤�¥#�0Ñ?£�¥�¤�¢ Ë&´K±J��¤UÌ0ÎJ±X�&«���6¤�����¥#�4����¨�����ª��0����¢ ���L£�¥����-��¤E '�¤�¤����6�4¨�ª��0������!¤� �¡£D�& '��¤�¥@£D¤�¥W�/�& M� ©��!¥$����� �1�&���I¥��/�0�L¥��/��!¤¨?� ú+�/ '¤�¨�����¯G���/¨ ��¥#� ©��/¥#�0�.¨��������T���&�0� �!�.������«I���T«�°I±U¢��!�0���4¨������¥X ���� �¡��K���4 ���­�«�®"â �K���4�V£�¤�¥2�B¢��4�� ���¯8����������H£��&��������¨�V�4����¥������4��«���!�N ��&¨����H���!¢�������¼����5��£� �.�Y M�3�����D�4¥#�4�p­I«I®1�H�.¨J�V��� ���J�D� ���.�G��� ©��8�D���8��� ¢5�8­I«1®I�������4���.¤ M¡���.¦ ���+«1���.�Z�I¤��4�H¨�¤��X¥#�4���D¥��. M�­�«�®����4������!¦&�-�&¨�J����6¤����/¥#�4����¨�����ª������¢ �������!�I��&�:£��!��² �!���!�!����ª���¤� ���¤�¤����6¢��4������¨���:¤�£?�&¨ª��0�����/¥#¬���4��@����¦4���'«����¥�������£��4���¢��4������¨���2��¨��\ ��!��������¥�����­�«�®���4©�:����:���4¢��:­�«�®����4�������¦4�������!¢������:��¨����² ¬��¨�V ��¤�¤������K����H�4����¥�¤���¥����4���H¢��4������¨�V£�¥�¤�¢è����H�&¥�¥#�4ª � ß ¤���¥����������H©��4�����]�����I��¨�����H­�«�®]¢������1���©��¥#��¼����"��«�����K���N¥���ç�����¥����5�4�K�3����¥��\ ��4¨����\¢�¤�¥��\����4¨�¤�¨�\­�«�®��!¨E����H���4���H���4�����\����4�I �¤����!������¤�¥������B¢��4������¨����ÔMÕ Ö,Õ ����¤�����­�«�®Ã¯ �4¨� ­�«�® ¸  �¤������C��4©�B����¤�¥���� ����B¢��4������¨��£�¤�¥Ä\K­UTÅV4² Ë4¹4Ë6�&¨�����:�����&¥� ��� ��4¨¨�¤�������¥�¢���¨��4���@�&£�����¥��\���4�T¢��4�� �������4��£��4�����2��¤6¼�¨���\©��4������¢��4������¨�1��±��4���@���4����������¬����¥#���&�����4¨��J���&¥#���!�4�!¬����������!¤� '¡�¢��&������¨���:���!£�£��/¥K¤�¨���ª���¨]�����-©��4�!���J����Y '��/ �¡��4¨��C�&¥��-¤�������¥#¯8�!�����4¨�������V�!����¨���� ��4����ª �

������Æ��FgÇÈ�� �HM7�É�7�°����9�����<��ÇÈ���87�F�H�IÊÉ�����������������J@��<;> �C �J���7��87�9������7�F���"$�!7DJÒ����/�� '¥#�!����J '�!�������/¥����U���4��6���&���!�/������¤�£D�&¥�����¤������6�&¨]�&¥#¥#�&ª�¤�£�­�«I®��L����¥#�/ ����!ª��!¨�����²����U��ª������

��4���6£���¨ �����¤�¨6¯8�����T¤�����¨T 0���4��¨��¨�B��¤H��&¨�����N¤�©���¥#Ó�¤�¯6��«����¥��N�4¥��N�4������4�����¯8¤Z��¤������!���!�N©�4¥#���4����¤�¨�����4��¢��4ª6���W����������¥Y�����������E£�¤�¥Y��¤�¢��W��¢�������¢���¨���4����¤�¨�.KÝ«�¯8¤�¬�°���©�����4¨��Eú ¤�£���¯8�4¥��W«�°�±"�æG�&�0� ���&��!�/�\ '�&¨ ��T�/�!�����/¥@¤�¨��/¬D�!�/©��/��ÍøÔ�Õ ÖYÕ �����&�0���/�U���&���6��� ��!�/�0Ñ�¤¥W��¯G¤�¬D�!�/©����͵Ô�Õ ÖYÕ ���!¨�©��¥$���/�

��� ���8�D� ��.�4�0Ñ_���I�4���/¨��I�.¨��]¤¨C¯����/�D���/¥:�D���8��� �0�J£D�I¨� '�D�.¤¨C�  M M�/���0�4�H�D���8£��.¥$���"�4�.�/¢��4¨��"¤£X�V��� ������� �¡����¤�¥"�Z��¤���¨����¥"��¤8����L¼�¥�����������¢���¨��¥��������� �����©����ª ��« ¯8¤�¬�����©��� �����������¥��������4��L���4�������HÍ ß �����¥��-á�¬Ì0·4Ñ?���4©��-����-���!���4��©��4¨����4��-¤�£?���4¡��¨����4¨]��² ��¥#�8¢���¢�¤�¥#ª��4 ' ������:����¥#��¨������&��-���&�����6��¥#�&©��¥#�0�4�I�������4©�Z��¯8¤��4��©�4¨���4�����4� ß ��¥��������¯8¤�¬��!��©������3�&���!���W���4©�Z¢���¢�¤�¥#ªV£�¤�¥����� �¡������W����4�1�4¥��Z��¢�����ªV¤�¥���4©�¤�¨��ª6��������¥����4��W¤�¥?���4¥#�����4��¬�����������¤� �¡6­�«�®��4��§ ���4���W �����������¥����E­�«�®J͵ÔMÕ Ö,Õ �Ì0Ë4ËL��ª�������Ñ����"�!�4¥����¥?����4¨G���¤���¨�����¥W͵ÔMÕ Ö,Õ �52L��ª������Ñ�� �\��������¥����4���@­�«�®�� ¤�¥?�\���4¥#�����4��¬�����������¤� �¡T­�«�®U͵ÔMÕ ÖYÕ � ·4Ë\��ª�������Ñ$��ú��� �¤�¨��� ��¯8¤�¬�!��©����I���&���!���L�4�!��¤�¯ ���4�0ª�¢�¤�©���¢���¨��Y¤�£������-¢�¤��0�Y¥#�� ��/¨����ª�¥���£���¥���¨ '���J­�«�®J��¤������-�����&�J¤�£��8��&������� �¡����Y������¨��� ���¥� ������4¥K���������T³34?�4¢���2�Ì4»��&«������@¤�������¢���¦4�4����¤�¨5���:��¢���¤�¥����&¨�Y£�¤�¥N �����������¥%���C���4���-���4�������¯8����������¨������¬����4����¬�����¦4�Z«�°�±��W¯T����¥��Z�����4�����4����¤� ��4���!��ªV¢��4¡����W���1����¡�����ªE����4�1¢��4�����!¨���W£�¤�¥2¨����������¤�¥�¬��¨�6���4���W���&�����"��¨G����W���4¢��@­�«�®E¯8���������@¥���£���¥���¨ ����E��¤�¤�¨Y�

Virtual addr ess space

0x45f (VPN)

0x450

8KB

8KB

Ë ò/ó�Ì

Í ó�ÌÏÎ ê É�À/ÉXÁWÞ�Á/Â�Ä�¾�Á�)

ê ¿�Å�Á/Þ�Þ�À/Æ

Ð ì Í ñ�Ð Ð ì Í ñ Íô�ö?÷6Ñ ô�öY÷ Ò

ô Á/Â�Ä�ÈXÓIÁ$Ôu) ê É0Ä�À/Â�À/Æ�Þ�Á/ë�À@Ä�Á�/U)3À@î�Á/É0î / ê +�Õ�À/ÄÉ0Ä3È�Â�¾�¿�ëBÅEÁ/Þ�Þ�¾3¿�ë�É#Ó�È�ÂIÁ/Æ�Æ�Â�À/É�ÉXÉ0Þ�Á�+0ÀWÁ/ÄÖ)�À�Ó�Ä

ô�ö?÷ Þ�Á/ë�À�/U)�ÈX+�Õ�É0¾,×/À ò Í ó�Ìô�ö?÷ Þ�Á/ë�À/É0¾,×/À Ø ó�Ì

ô�öY÷ Þ�Á/ë�À�/*)3ÈX+�Õ�É�¾,×/À�Ù ð/ó�Ìô�öY÷ Þ�Á/ë�À/É0¾,×/À Ë ò/ó�Ì✔✕✔✔

É ê /*/U)3È�+.Õ ô�ö?÷UÚ

pagesize

Page 114: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

106

Figure 7-12: Two-Level clustered page table

ú+�����!¤� '¡�!¨������/ '��¨��!ç����/�L�&¥#�6�&�!�0¤��&�����!�! '�&��!�6��¤��0¤�£���¯G�&¥#�6«I°�±��&� §ù '�!���0����¥#���U�0¤�£���¯G�&¥��6«I°�±���4¨�4��¤���¤�������¤B������¬��4����¤� ����4����©�K���4¥���¯8�4¥��K����������¤� �¡-«�°�±��@͵å���4������¥#��Ë@�4¨�V¹4Ñ��4 0¤�¨���!������¤�£��3¯8¤B��¥����4��¬��¤� ��4�����V�4¥�¥#�4ª�����¨8¢���¢�¤�¥#ª�KÝ���4�-�4¨�V���4���@�4¥#¥#�4ª��4��«���K«�°�±V¢���������4¨���!��¥,¼�¥�����¥����4��������K���4����£�¥�¤�¢����L�������� ����������� �¡������4¨��¤�¨E�Z�3�&�8¢��4�� ��V¥����4��������L �¤�¥�¥�������¤�¨�����¨�G¢��4������¨�G£�¥�¤�¢ ����L���&���H�4¥#¥��4ª �«���W����£����4��£�¤�£ ß �����¥��6á�¬$Ì�º:���!��������¥��4�����"�L �����������¥����E��¤�£���¯8�4¥��W«�°�±E¯8�����G¢��4² ��¢���¢ ���� �¡��������¦4�W��¯8¤Íä� �0�0¤� M�!� ���.©��.��ª�Ñ"� ¨��)�0������!¤ '¡5£D�& M��¤¥@Ë��ú��/��� ¥$�&�D�!¨����D���8���&�5� ¨��)�I�&�D�G� �!�.¤�¯��\¢����.���.���.�T��� ���\�!¨C����� �¡�����¤B¼����¨8�:����¨�����W ��4 ���K���!¨�K�4�"����K���4����4¥��W¢��� ��T��¢��4�!����¥Y����4¨8���4���K �����������¥����V­�«�®��/�0�Ý�������������¥���������������¨T�4¨8��² ��¥#�@¢���¢�¤�¥#ªB�4 � ���������¤Z£����� ��T����K���4���4�4����K¨��¢�����¥,¤�£¢���¢�¤�¥#ªB�4 � �����������£�¤�¥,�������4���W¥������� ����W�4¨�  ��4¨�¥����������1��¨�£���¯8��¥�¤�©��¥#�4����¨��¢�����¥2¤�£,¢���¢�¤�¥#ªV�4 � ����������4�/§û����¨�����Z��������¥#���4��¤�¥1���4¥������&��¬����������!¤� �¡Z­�«�®G ��4¨6¥������!�4 ���¢��������������N���4����­�«�®��Y �¤�¥#¥�������¤�¨����¨�Z��¤H�W���4���/�4�Y���¤�¯8¨6��¨6��������£��I��&��£1¤�£ ß ������¥��6á�¬$Ì�º���«���������¤�¯8��©��¥3����¤����K¨¤��1���4©�Z�4¨ªV¢���¢�¤�¥#ªV��¨�����H��¥����4����¤� ��4�����]���4���-�4¥�¬¥#�4ª �

Figure 7-13: Base Clustered Software TLB variations

§H¨¤������¥Y¯T�&ª-��¤B �¤�¨�����¥��� �� �����������¥����V��¤�£���¯8�4¥��W«�°�±��"����¤�¥����"¯8�����G����W���4�-�:��¤���¨����¥Y��¤B����W¢��4��¬����¨��N£�¤�¥X�B���4���H����¤� �¡I��«���\¥#������I��4��£1¤�£ ß �����¥��-á0¬#Ì�ºB������������¥��4�����N����!�N£�¤�¥X���4�ÖÛW¤�£I���� �¡����CÛW������¨�������������¤� �¡6£��4 ���¤�¥YË��0«������"�� ����¢��W������¢��"�������"�4����¥#�4 �����©�W����4¨8����W¼�¥������ ����¢��W�4�"����������"¢�¤�¥��W¢���¢�¬¤�¥#ª���¨5����B���4���4¥#¥��4ª��4Ò�����¤�¯8��©��¥3�����4�@�4��©��4¨���4�����@¯8���¨5����¤�¥��!¨����������¥����4���B¤�¥N���4¥#�����4��¬�����������¤� �¡­�«�®��4�&«����-���4�� '�4¨5����¤�¥��-����-¢��&������¨���!��������£!KÝ�!¨�������4�J¤�£?�T��¤���¨�����¥1KÝ��£?�T����¨����!�B��������¥#���4��������&¥�¬�����4��¬�����������¤� �¡��¤�¥1���4�������4���N­�«�®G¢��4���Y�W���4���N����¤� �¡V͵����N¥��!������4��£�¤�£ ß ������¥��6á�¬#Ì0º4Ñ#��«������Y ��!��������¥�����0¤�£D��¯8�&¥���¬D«�°�±U���&�L��¥�¤����/¥#���!���L�0�!¢��!�!�&¥K��¤��8�0������¥$���&���¬D�!¨�����²��/�J���&�0��/�U���&��6���&��!��Íä¤�¥K�0¤�£���¯G�&¥��«�°�±�ÑY�����,�4©�¤������@��¤�¨��E��4�������������6͵¤�¥� �¤�¨�Ó��� ��,¢����������@��¨���¤�£���¯8�4¥��Z«�°�±���ÑY��ªE������¨�E �����������¥����C­�«�®��£�¤�¥Y���4��W����¤� �¡��X������¨�6¢��������������@���&���@���4���@­�«�®��4�

Two-Level Open Hash Table

OffsetVPBNVirtual Addr ess

�� k�l�i�vUk�l�q

i

Boff

hash bucketheaders

Tag Array Data Array

. . .

bucket0

bucketx

bucket0

eWk���ÜeWk���Ý

eWk���ÜeWk���Ý

µXk�eWk8Ü��W���Tag Array

Data

. . .

bucket0

eWk���ܵXk�edk8ÜÆ�d���µXk�eWk8Ü��W��ÞeWk���ÝÞ�ß�à�v¬tX½U¾

bucketx

eWk���ÜeWk���ÝtX�Xv¬tX½U¾

á à�v¬tX½�¾

µXk�edk8ÜÆ�dÞ��µXk�eWk8Ü��WÞQÞoXk�l1qE��pW�Xl1eWq�`Cq�µ�tX½U¾l1�XoXoXpW^���¶�]Ck���ed^�` á

l1�XoXoXpW^���¶�]Ck��1eW^�`Dadº¦f á x

(dynamicallyµXk�eWk8Ü��W��ÞµXk�eWk8Ü��WÞ��µXk�eWk8Ü��WÞQÞµXk�edk8ÝÆ�WÞ�ß�à�v

. . .

âââ

allocated)

Page 115: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

107

§ ���&���\���4�����H�4¨�5�B��ª¨¤�¨ª�¢è���4�����H�4¥��H��¯T¤G��¨���� ����N�������!��¤�¨��B���4���4���4���\¤�£1��¥��4¨������4���!¤�¨E�!¨£�¤�¥�¬¢��4����¤�¨������L­�«�®��4�M§ ���4��:���4���!�:�4 � �����������­�«�®���������¨�8�H©���¥������4���4����¥��������4������:¡��ª8�4¨�������������4�������¥��� �����¥����"�4�"������ �¥#�������E��¨8ú��� �����¤�¨]á4� ·��0§ ��ª�¨¤�¨ª¢ ���4�����W�4 � ����������"­�«�®��"������¨�6�:���ª����� ��4���4����¥�������4�2����:¡���ª���ÔMÕ ÖYÕ ������¥���¨�8���4���:¥��������4 ���¢���¨����¤T 0¤������� ���¥���£���¥���¨ ��:�4¨��¢�¤����!¼�������¨£�¤�¥�¢��&�3�!¤�¨�¤�¥�����¥�¬�!¨���­�«�®U�!¨�0��¥$���!¤�¨]��¤����/���/¥#¢��!¨��- '�& '��/�&���!�!�!��ª�¤�£?�&�!�!�&���/�:�!¨]©��!¥#�����&�!�!ª¬��!¨�����²����U ��& '�����8³µ� �����/¶&·»��«I���.�\�0�/ '���.¤�¨C£3�.¥#�0�"���/�0 M¥$�!��/�\�D���T�� �0�! Z�0�D¥��� '����¥��T���0�4�U£D¤¥W��ª¨�¤�¨�ª�¢ �D�&��.�/�\�&¨��U�D���/¨C�&�I��¥��/�0�0�/��¤�¯ ��¤B����¤�¥��W��������¥#���4��W�4¨�E���4¥#�����4��¬�����������¤� �¡6­�«�®��X��¨G����W��ª�¨¤�¨ª¢ ���4�������§ ��ª�¨¤�¨�ª�¢ ���4�����L������¥#��©���4���¨E�H���¤����4���&����¥������������4 ��L¢�¤�������4�������������4����¤�¯8���4�����&�������4¨������4 ��

����ª��0�� '�&�I���&��6������ '¥#�!����¤�¥K�0��¤�¥����L����6 '¤�¥#¥����0��¤�¨����!¨��©��!¥#�����4�I�&����¥������8³µåN���&¨°2=2»��&ÒD¨]�!¢������/¢���¨����&¬���!¤�¨��L�����&����������¤�¥#���&�!�!�&���/�0�������6�0ª¨�¤�¨�ª¢ ���&���!�T����!�!���L�G¤�¨��/¬���¤�¬D¢��&¨�ª�¥$�/�!�&���!¤�¨]¯G�!��� �8����ª�0�! '�&����4��B������ �¥�������¤�¥N����¤�¥���¨��E���������¥N¢��������������-�4�����4�:������ �¥#������¤�¥#�@¤�¥K�6��¤���¨����¥N��¤V�T�������Y¤�£Y�4���!�4�@������ �¥�����¬��¤�¥#�/�4§H¨��4�����4�@������ �¥#������¤�¥N��4�@�6��¤���¨��3��¥N��¤V����B­�«�®C¤�¥��T �¤���ªE¤�£Y����B­�«�®C����������£$�4®��4 ���­�«�®C���������¥��¨ ���������������K©��¥#�3���4�+�4����¥�������¤�¥,����K©��¥#�����4�+�4����¥������� ��4¨T���K��¨£���¥#¥�����£�¥�¤�¢ ����K��¤��������!¤�¨T¤�£�@­�«�®V��¨����L���4���L���4�������M§H�����4���!�������N�4¥��L����¥#�4�������£�¤�¥#¯T�&¥�����¤8��¢�������¢���¨���4¨��¥���ç�����¥��L¤�¨�L�&�����4����¤��!¨����¥LÍø��¯8¤£�¤�¥Y��¤�������ª6����¨¡����E��������Ñ�����¥?�4�����4�"������ �¥#������¤�¥#�æ8�4¥���¯8�&¥��B����£3��¨���J���4��-���4���!���:�������4���!ª���¤E¨¤��Y�!¨ ��!�����-��¨¤������]�����4 ��-�!¨5�T­�«�®J��¤E����¤�¥��-����

�4�����4�N��¤���¨����¥"�4¨�5£�¤�¥� ��\����\¤�����¥#�4����¨�G��ª�������¢ ��¤8¢��4��¨���4��¨E����\��ª�¨¤�¨ª�¢ ���4�����\�����!¨�G�Z��¤���¨����¥"��¤����:­�«�®ã&�'«������X�!�X��¨��£3¼� �����¨�����¤6����¤�¥��:�4¨���������4���:�4�2¤�£�����¨��\­�«�®��4¨���\��¤���¨����¥��4¥��:¨¤���¢��� �������£�¬£���¥���¨���¨G����¦4���4ÔMÕ Ö,Õ �4£�¤���¥Y¤�¥Y���!������ª������4�0ú�¤�£��3¯8�4¥���¬�����¼�¨���E���4���W���4�������" ��4¨G ���4¨���W����@­�«�®V£�¤�¥#¢��4���¤B�4���V�&�����4����¤���¨����¥��"����¥,¢��&������¨�I�0«���!�� �¤�¢�����¨����"����W���4���W���4�����K�&¨�V��ª�¨¤�¨ª�¢ ���&���!�K��¨8�:����¨��������4���8����¥��� �����¥����&�Ý�����!�-����!�:��¨� �¥����4���/�:���4��-���&�����6����¦4����ª����!�����Y��ª�����:����¥K­�«�®�����Y���&©���:¢���¢�¤�¥#ª �¤�¢����&¥����J��¤E�������&¥��&���-���4���!���4� ß �����¥��6á�¬$Ì�ËT����¤�¯8�:�T �¤�¢�����¨����C���4������C���4��-���4�����-�&¨�C��ª¨¤�¨�ª�¢���4��������«����K��¤������V����¨����¥�����¥�������¨�����K©��¥#�����4���4����¥���������4���T�!�������¤���¨����¥#���4¨�V����K��¤��������V����¨����¥�����¥���¬����¨��4���!�4�"���������¤���¨����¥��4�

Figure 7-14: Combined Hashed Page Table and Synonym Table

ß �����¥��-á�¬$Ì�¹B���¤�¯8�K���4���H­�«�®]£�¤�¥#¢��4���K£�¤�¥X����£3£���¥���¨�I���4���H���4�������K¯8�������4�������]�4�����4�K��¤���¨����¥#�/��§ �����������¥����]­�«�®]��4�W¤�¨��ªV¤�¨� ¿�À4ì4Ä ��¤���¨����¥2£�¤�¥2�-���4���H���!¤� �¡������I���4�K¢��������������Z�4�����4�K��¤���¨����¥��W£�¤�¥��

2. An alternative approach is to allocate memory for alias descriptors and PTEs such that the address of one can bedetermined from the other. This can increase internal fragmentation in linear page tables, or restrict dynamic allocationof PTEs or have a worse cache performance than the combined approach.

\�§

­4§

­���ª����m 0�/��­��/���ÄäL���� 0¥��m���3¤+¥��

Page 116: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

108

���4��W����¤� �¡Öå&��§\������¨�6����W�&�����4�"��¤���¨����¥��"�!¨ �¥����4�����X����W��¥����&¡�¬���©���¨G��¤��!¨�£�¤�¥Y �����������¥����V���4���W���&���!�����ª-¥���ç����¥���¨�-¶&�4��¨�������4�V¤�£�Ø4�4¢��4������¨���"��¤B���K�������V¯8������!¨T�:���4���K���!¤� �¡-£�¤�¥,����W �����������¥����V���4��K���4¬�������X��¤6�����:�������X¢���¢�¤�¥�ªT����4¨���&����������4���@���&���!���4�'Ò�¨�����@¨��² ����¯8¤6���� �����¤�¨����Ò������� ������X�¤�¯ ��¤6��¨¬ ��������:��������¥����4���:�4¨�����4¥#�����4��¬�����������¤� �¡8­�«�®��2��¨��\��ª�¨¤�¨ª¢ ���4��������«���:��¤���������¤�¨��XÒ������� ������2 0�&¨�����������V¯8�����8���������¥Y�������4¥��4���W��ª�¨¤�¨ª�¢ ���4�������"¤�¥Y¯8�����8����W �¤�¢�����¨���E���4���W���4�������+��ª¨¤�¨ª�¢ ���4�����W����¬�� �¥��������E��¨G������"���� �����¤�¨Y�

Figure 7-15: Base PTE formats with alias pointers

����Y��æ�çÏ����É�7?��è�������è�Aé����"$�C7�JÖ<g���Ä�� ��7����M���7?����9��6�����������! �J� �"E"$�C��%�&���F�[MJú�������¥#���4���L�4¨������4¥#�����4��¬�����������¤� �¡8­�«�®���¢��4��¢��������������L����ª����� ��4�����4������4¨��¥����������:¤�¨V����L�4�����4�

���������2¤�£�¢��������������:���ª���� ��4�����4��:������ �¥�������¤�¥��4�'§ ¨�4�!©�:¯8�4ª8��¤6�!¨ ��������L��������L­�«�®��2��¨V����:��ª�¨�¤�¨ª�¢���4����6�!�L��¤��&�����& ��]¢����!���!���!�-�&�!���&�L��¤��!¨����/¥#����¤�¨��6����¥W���&���6���4��/�¯8�!���]���& ��]�0������¥#���&���6¤�¥K���&¥#�����&�!¬����������¤� �¡�­�«�®"��êH����¨������B¢��������������-�4�����4�@��¤���¨����¥��@����¥K­�«�®������Y���@����¥��4������£�¤�¥�¯8�4¥��C��¤E����¤�¥��B��������¥�¬���4��\¤�¥2���4¥#�����4��¬�����������¤� �¡�­�«�®��N��¨��B��ª�¨¤�¨ª�¢è���4������� ß ������¥��-á�¬$Ì�ØB���¤�¯8�K����\��ª�¨�¤�¨ª�¢è���4�����H¯8��������4���W­�«�®����=2&´K±��&�4¨�JÌ�Ø4´K±E��������¥#���4��W­�«�®��4�

Figure 7-16: Synonym table with mixed base and superpage PTEs

ú������/¥#���4��6­�«�®��L����¤�¥��/�J�����!¨��������6¥������!�� '�&���/�J­�«�®J�&����¥�¤��& ���������¤�¥��6�����6 �¤�¥#¥��/����¤�¨���!¨������&������4���âã�2�4�����4�2��¤���¨����¥���¨����& 0�V­�«�®�������¥��������� ��4���:����@¢��4������¨�8��¨£�¤�¥�¢��4����¤�¨ ͵����£���¼�����¥��:��¨ ß �����¥��-á�¬Ì á'Ñ��+ú��I���4¥��������G­I«1®I�Z���D¤¥$�4� �����3¨��]������¥$¤�� M���4�Z�D�����X� �.�3¤¯ �V���.¨����.�G M¤���ª � �I� ¢��I�.�D�3���.�G���.�.� ���¤���¨�����¥#�Y����¥1­�«�®]͵ ���¨�����¥1�4¨�G¥#������¼����¥����Y��¨ ß ������¥��-á�¬$Ì4á�Ñ$�$«���N£�¤�¥�¢��4�£�¤�¥I���4¥������4�!¬�����������¤� �¡Z­�«�®�����"�!����¨���� ��4��¯T�!���8��������¥#���4��W­�«�®��X��²  �������£�¤�¥Y����W©��4�����E�����©��� ���¤�¥#�Ò�¨��¥�¤����� ���¨�8��������¥����4���:�4¨�����&¥������4��¬�����������¤� �¡8­�«�®��HÍø�!¨��4¨ª8���4��:���4�����:��ª����Ñ� �¤�¢����!�� ��4����������

��ª�¨¤�¨ª¢ ���4�����K��¨8���¥����K¯8�4ª�/� ß ��¥������4�@­�«�®V ��4¨T���K¤�¨T¢��������������K�4���!�4�������������4¨��¥���ç����¥���������¤�¥#�4���K£�¤�¥¢����!���!���!�-�&���!�4�L��¤���¨�����¥#�4�&ú+¤��!�4¥#�!���£�¤�¥K��² �&¢������/��4����¤� ��!�4�����:Ø&ËT�&���!�4�L�����0 �¥#������¤�¥#�:¯8�!���]�T·&¹4Ø&´K±J����¬

3. The alias pointers are not interspersed with the mappings. This allows more efficient preloading of mappings into asubblock TLB,e.g., all four mappings are less likely to be in a single cache line if the alias pointers were interspersed.This also allows the TLB miss handler to be independent of the alias pointers.

VPBN_tag

ATTR0

�Xq���ePPN0 SV

ATTR1PPN1 SVATTR2PPN2 SVATTR3PPN3 SV PAD

PADPADPAD

k�p � k�l1n��Xq���eW�k�p � k�l1n��Xq���eWÞk�p � k�l1n��Xq���eWëk�p � k�l1n��Xq���eWì

v�k�l1qEíbpW�Xl1eWq�`Cq�µ�tX½U¾

ATTRPPN SV PAD k�p � k�l�n��Xq���e

vUk�l�qîtX½U¾�ad~ � �Xq�k�`ïÀ!ð�^�`C´$k�`CµX�W�?k�cXcXq�µXx

VPN_tag��q���e

vUk�l�q � k�l1iXq�µ�tX½U¾

ATTRPPN SV PAD k�p � k�l�n���q���e

8K 8K4K

4K4K

4K2

3

0

1 4K

16K

8K

Page 117: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

109

����¥#���4���K­�«�®��4¨����������4¥#�¤�£�����K�4���!�4�?�!��������£�¤�¥,Ø4Ë@���4���K����ª����� ��4�+���4�����4��ú �� �¤�¨���/�4������¨�-¤�¥1������������¨��6­�«�® ¢��4ªE¥���ç�����¥��B�4��¤�¢��� L�������4���B¤�£,¢��������������B��¤���¨����¥#�/�4«���!¥�������¥��4©���¥#����¨�E�4¨��4�����4�@�������1¥���ç�����¥���� ��¤�¤�����¨��������B '¤�¥#¥��� ��Y�&�����&�:��¤��!¨����¥K£�¤�¥K��©��¥#ª�­�«�®"�&« ¥#�4©���¥#���!¨������-�4���!�4�:���!���?£�¤�¥N���ª���� ��4�I���4��-º4�£D¤�¥W�/²��4¢������/��¥���ç����!¥��/�L '�¤�¤��0�!¨�� Á=)�¾DÁ&ÉmÙ ��¤��!¨���/¥W£�¤�¥W������Ì0Ø&´ ­�«I®J�&¨�� Á=)�¾DÁ&É Ë ��¤���¨����/¥W£�¤�¥W�����ñ2&´­�«�®"�/«���Z¨��²&�1���� �����¤�¨���² ����¤�¥����W¯T�&ª��W��¤�¥������� ��Z�4�����4�W��¤���¨�����¥�¤�©��¥�����4�]£�¤�¥���������¥����4���Z�4¨�]���4¥�¬�����4��¬�����������¤� �¡6­�«�®��4�

Figure 7-17: Superpage PTE formats with alias pointers

����Y��ò@óô�C��7D��������7@Çô��è�J@����J������87?J� �M7D�Q�����7@����9��������������! �J� �"E"$�C��%�&����!����J�7�JÒ�¨�������2���� �����¤�¨� Ò������� ������2���¥����:¯8�4ª��X��¤6����¤�¥��@��������¥#���4���:�4¨�����4¥������4�!¬�����������¤� �¡T­�«�®��X�!¨��L��ª�¨�¬

¤�¨ª¢ù���4�����N���� ��6����4�������ªB¥���ç�����¥��K�³R ýªõ ÖÖNmÔI�4���!�4�?��¤���¨����¥1����¥1­�«�®"��«���N¼�¥�����¥�������¥��� ����?���ª����� ��4�����4��¬���K��¤���4©���¨�V¢��4������¨���W¯8����������H���4¢��Z���4��H����¦4���K¤�¥2���4¢��Z����������¤� �¡V©�4����� ���!�I©��� ���¤�¥#�4��«���H¨��² ���¯8¤G��¤���������¤�¨�N�4���!¤�¯ �B����¨��¥#�4���4�����&�N����¥��� �����¥��\�����I�4¥��H¢�¤�¥��H �¤�¢�������²6��¤G¢��4��¨���4�!¨Y��«���\¢��4��¨��4��¬©�4¨���&����¤�£�4�������������N�� 0����¢����?���?����N�����¨��¼� 0�&¨�¢���¢�¤�¥#ªZ���&©��¨���?£�¥�¤�¢ù������¨�Z�W����¨�����N�4�����4�?��¤��!¨����¥����¥Y��������¥#���4���@¤�¥Y���4¥#�����4��¬�����������¤� �¡6­�«�®"�«���W¼�¥������¤���������¤�¨G¥�������¥��� ����"�4�!���4�����X��¤B�L���ª����� ��4�����4���@��¤B��&©�W����W���4¢��W���4���@���!¦4�W¤�¥Y����@���4¢��

����������¤� �¡8©�4���!��������©�� ���¤�¥#�/�'«���:����£���¼�����¥��:��¨ ß �����¥��-á�¬$Ì.2H���¤�¯T���\��ª�¨¤�¨ª�¢>���4�����:¯8�����V�3��¥����:����¬����¥#���4���@­�«�®��X�4�����4 �����E��¤-���4������VL�4¨�JÌ�� �4������¢���¨�T�4������¨���E©���¥������4���4����¥����������/��«���W��ª�¨�¤�¨ª�¢ ���4¬��!�T���&¨��I�!�/�\��� ¥#�D�!�&�!¬D�0�����.¤� '¡�­�«I®��\�0�!¢��!�!� ¥$�!ª����&�\�0��¤¯G¨ �&�������T¥#�.�����¤£ ß �!����¥��8á0¬�Ì�2��«I���T¢�� �!¨�&�I©�� ¨����&���T�!�\�����T�0�!¢����.�! '�!�Dª�¤�£"�����6�0ª�¨�¤¨�ª¢ ���&��.�/��¯G���! '� �.¤�¤�¡��\�0�!¢��.�!�&¥@��¤��G�0�.¨���.�/¬D���&���/¬D�0�!¦&���ª�¨¤�¨ª¢ ���4�������&«����¥��B�4¥��-��¯T¤E�������&��©�4¨���4����4� ß ��¥�����������-���ª���� ��4�����&���B������ �¥#������¤�¥#�@ �¤�¥#¥#������¤�¨���¤6����£3£���¥���¨���4¢�¤���¨���2¤�£����ª����� ��4�¢���¢�¤�¥#ª�� ¯8��� ���¥���ç�����¥����2�����������4¨�����4�¢�¤�����¼� ��&�3�!¤�¨�2�3¤T�4¨�¤�����¥�¬�4����¨�E��ª�������¢ ����4�,�4������¢����W�6���ª����� ��4�����4��Z������ �¥��!����¤�¥�����¥����4���B���4���EÍøú��� �����¤�¨GØ�� ·�� Ø4Ñ$�/ú��� �¤�¨��������¤����X¨¤���&����¤�¯û¢��4������¨��"��¤-����£3£���¥���¨������¦4���"��¤-���W¢���²&�����&Ô'Õ Ö,Õ �&�4������¨�6�4¨624´ ��������¥#���4��W¢��4������¨���¤8 �¤�©��¥"���ª����� ��4����4�����N·4¬�ºH¥���ç����¥����N���������¥"¥���¢�¤�©��¨����² ��������¨�G���4���\���4���\­�«�®��N¤�¥"����¢�¤�����¨�G����24´ ­�«�®E��¤B���4���@���4���W­�«�®��4�

Figure 7-18: Synonym table with fixed size superpage or partial-subblock mappings

«���K���� �¤�¨�V��¤���������¤�¨8�4�����4 ��������������¥����4��K­�«�®��"��¤B¤�¨��ª-�@����¨����K����ª����� ��4�+���4���K������ �¥#������¤�¥,����4����K���4¥#�I¤�£1�����H��������¥����4���H�4¨�]�������KÓ��4��K��¨�¤�������¥2���ª���! ��4�����4��H������ 0¥#������¤�¥#�K��¤G�!¨���� ��4���H����4�1�����ª����©�G���I�I�4¥��������G¢5� �I���3¨���Z¨�¤�2�I�3¥��4 M�D�3ª]���D�D�� M���&�p�D¤]�D���4�.¥L� �3�.���Z�.�.���_� ��«I���G�.�4£_�2¤£ ß �.���¥���á'¬�Ì�¶

VPBN_tag

ATTR

�Xq���eSZ PPN SV PADk�p � k�l�n��Xq���eW�

k�p � k�l�n��Xq���eWÞk�p � k�l�n��Xq���eWëk�p � k�l�n��Xq���eWì

�X�XcXq�`CcXk���qEíbpW�Xl1eWq�`Cq�µ�tX½U¾ATTRSZ PPN SV PADk�p � k�l�n��Xq���ed�ATTRSZ PPN SV PADk�p � k�l�n��Xq���edÞATTRSZ PPN SV PADk�p � k�l�n��Xq���edëATTRSZ PPN SV PADk�p � k�l�n��Xq���edì

ö q�cXp � �1k�eWq�µ��X�XcXq�`CcXk���qîtX½U¾

VPN_tag

ATTR

�Xq���eSZ PPN SV PADk�p � k�l1n��Xq���eW�

�X�XcXq�`CcXk���q � k�l1iXq�µ�tX½U¾

k�p � k�l1n��Xq���eWÞk�p � k�l1n��Xq���eWëk�p � k�l1n��Xq���eWì

8K 8K 8K

4K4K

4K2

3

0,1 0,1,3 ✔✕✔✔✔✕✔✔

2

Page 118: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

110

���¤�¯8�@�����24´K±C��������¥#���4���-¢��4�����!¨���@�4�����& 0�����C¤�¨��ª���¤E�3���B���ª���! 0�&�����4���B������ �¥#������¤�¥N¤�£Y���4��?V��«����6����ª���! '�4�1���&��6���/�� '¥#�!����¤�¥W£�¤�¥W���4���ÌL���&�L�8£.�!�&���!¨����! '�4���!¨�������&�?������¥��6�&¥��6��¤�¢��6�������/¥#���&��¢��&������¨����:¤�¨5���4��?Vâ �:�4���!�4�@�!�����Y����4�Y�4����¤E������¤�¨����¤E���&����Ì4�4«���-�4��©�4¨���&���-¤�£?������:�4����¥#¤��4 ��5�������4������4����¤�¯8�"�4¨ª6 0¤�¢�����¨�4����¤�¨G¤�£���������¥����4���W¤�¥Y���4���W���4���W�4���!�4�����"£�¤�¥Y�:���ª���! 0�&�����4�����0«���W¢��4��¨�������4��©�4¨���4���Z���K����4�I¢��������������Z�4�����4�K���������K¨�����]��¤G���H��¥#�4©��¥#�����"��ÒD£1�B����ª����� ��4�����4��H��4�]�4�����4�����K¤�£¢��������������:��������¥#���4���:����¦4������¤�¨�:�4�����4�2������������¥?��������¥#���4���:����¦4�:���X��¥#�4©��¥#�������&¨�����4 ������ª����� ��4����4�������� �¥#������¤�¥N����¤�¥����:¤�¨�-£3�!�4������¥K��������¤�¥������J��������¥#���4��B����¦&���&«+¥��4©���¥�����¨�������-�4�����&�@���!���Y£�¤�¥K���ª���� ��4����4���Ì��£�¤�¥2��² �4¢�����������¨ �¤���¨����¥��W��¤�¢��Z�4�����4�����W£�¤�¥2����ª����� ��4�����4���@V-�4����¤��4¨�]¥���ç����¥����W�4���������!¤�¨�4� ���� �¡��@��¤E��¡���� �����¢U�4«���B��¤���������¤�¨5 ��4¨5���-��²&����¨�����C��¤E���4¥#�����4��¬�����������¤� �¡�­�«�®��:�4����¤V�&�@���¤�¯8¨��&�����W¥#�������¤�£ ß ������¥��6á�¬#Ì0¶��

Figure 7-19: Synonym table with mixed base and superpage mappings

«���Z�����¥�� ��¤���������¤�¨��4©�¤������@����Z¢��������������B�������,��¥��4©��¥#���4���W¤�£Y����Z��¥���©���¤����@��¤���������¤�¨������1¥���ç�����¥�����4�����4��������������¤T���L¡���������¤�¥#��������¨V¤�¥�����¥"¤�£ ýïõDOQ÷ Ô�¨�R ýªõ Ö §�¨�Ö�ÔER ýª© ÔQø&� ß ������¥��-á0¬�·�VZ���¤�¯T������L��ª�¨¤�¨ª�¢>���4¬�����L¯8�����V�4�����4�����2¤�£����¥����L����£3£���¥���¨�����4��:����¦4����£�¤�¥"���ª���� ��4�����4������V&¬�º��M«������2�4����¥�¤��4 ��V��4����¯8¤T�4��¬©�4¨���&�����/� ß ��¥#�������3���L��¥#�4©��¥����4�¤�£I�4¨V�&�����4�����!������������¢������L�4�N�����¥��L���N�Z����¨������L���4���E£�¥�¤�¢ ����\����4����¤����@���4����¤�£�����@���!���#��ú��� �¤�¨��� ����¥���ç����¥����X¢��������������@��¤���¨����¥?�������4�����X¤�¨���ª6¯8���¨G��¨����¥�����¨��6¤�¥?������������¨�����\¼�¥�������������¥����4��\¢��4�����!¨�G��¨��Z�������,KÝ������������¨������\��������¥#���4���H¢��4������¨��G��¨���¤������!�N¨¤8���!£.£���¥���¨�£�¥�¤�¢>������������¨�8����:���4���:���4���:¢��4������¨�8��¨���¤����"�'«����:¢��4��¨��������4��©�4¨��3�&���:���2����4�����������3�!¨�T�H��������¥�¬���&��8¢��&�����!¨��5�0¤�¢��/���.¢��/�\¥��/ç����.¥��4�\������� ���.¨��5¢����!���.���.�T��¤�!¨����/¥$��K ¯G�.���C�0�!¢��!�!� ¥@ '¤�¢����.�/²��!�Dª���¤¢��4��¨����4��¨��¨�6����WÓ��4��"��¨G����W��¥���©��¤����"�� ����¢����

Figure 7-20: Synonym tables with sorted alias lists

«���B���4¢��-���� ���¨��ç������@�������C£�¤�¥N��������¥#���4�����:�4������ª���¤E��¨����¥����!¨�����4¥����!�4��¬����������!¤� �¡�­�«�®��@�!¨������4�����4�N���������4��­��4¥#�����4��¬�����������¤� �¡G­�«�®��N¥����������\��¨E����\��¤�¥#�����5���������4£�����¥X���4���\­�«�®��N����������£�¤�¥��\��������¥#���4���­�«�®��4� ß �����¥��-á�¬�·�ÌK������������¥#�4�����K�Z �¤�¢������� ��4��������² �4¢����!����¯8���¥��H����\��¤���¼�����¥��H���¤�¯T�K����\�4�����4�N�!�������¯8�!���5¢����!���!�����6�4���!�4�:��¤��!¨����¥#�:����¥K���&¥������&��¬����������!¤� �¡�­�«�®C�&¨�J����-�¤�����¤�¢ £.�����¥��-�0�¤�¯G�:����-���&¢��������¨�8����:��¤�¥#�������4�����4�2���������4����¥�¤��& 0�?���Ý���¨���¥#�4©��¥#����¨��T�4�����4�2����������� ����:©�4�!�����������2¢����������: ���� �¡������¤-�����@��£����4 ��G­�«�®E��¤����"��4©��W�L¢��4������¨�6£�¤�¥?����W���ª���! 0�&�����4���W��¨Gç����������¤�¨Y�

4. This idea comes from Bill Shannon at Sun Microsystems.

8K 8K4K

4K4K

4K2

3

0

1 4KX

X => superpage/subblock PTEs elsewhere

2

3X

0

1X✔✕✔✔✔✕✔✔

4K

4K

4K

4K 8K8K

4K4K

4K2

3

0

1 4K

16K

Page 119: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

111

Figure 7-21: Synonym Table example with superpage and partial-subblock PTEs

Ò_¨ ����¢�¢�� ¥$ªM�����0ª�¨�¤¨�ª¢ �D�&���!�8�.�\� ¨ �4�0�0�4¨��D�!� �,��� ¥$�"¤�£X�&¨C¤���4¥$�&�D�.¨��5�0ª��0�D�/¢ ����� ����������¤¥$����4�����4�����4��Ò�����¤�¯ ����4������¥��W��²&�!�����"�@����¢������K��¤������3�!¤�¨T��¤B����¤�¥��K��������¥#���4���W�4¨�V���4¥#�����4��¬�����������¤� �¡-­�«�®���!¨]�����6�4�!�!�&�:�!�!������K ��ª�¢��&��¨����4�!¨��!¨��¢����!�������!�-�&�!�!�4�L��¤���¨�����¥#�L���/¥K­�«I®X�&Ò��&���0¤�����¤�¯>����¥��/�-¯G�&ª��L��¤����¥��� �����¥��N�W��ª�¨�¤�¨ª�¢ ���4�����N���� ��T����4���������¥#���4���K�4¨�����4¥������&��¬����������!¤� �¡Z­�«�®��?¥���ç����¥��N�W����¨����N�4�����4���¤���¨�����¥��&���4©��¨�6¢���¢�¤�¥�ª6������ �¤�¢����!�� ��4����¨�6����W��ª�¨¤�¨ª�¢ ���4�����W¢��&¨�4����¢���¨�#�

����Y���>@����%� ����87����«��%�%�7�J�J?�����������7@����"$�!7Ò�¨5�T¢��������!¬����¥����4��������¢��������!¬���¥�¤� �������¤�¥N¤�����¥��&����¨����ª������¢ ÍøÔMÕ Ö,Õ �,³µ®�ª�¡���¶4·�»µÑY�!�Y���@�!¢���¤�¥#���4¨��,����4�

����Z���&���Z���4�����Z�4¨��]��ª�¨¤�¨ª�¢ �3�&�����Z��������¤�¥��1 �¤�¨ ���¥#¥���¨�1�4 � ����������W�!¨����4¥#�4�������%�/«���Z¤�����¥#�4����¨�E��ª��¬����¢>�������N�H��¤� 0¡��¨�G��¥�¤���¤� �¤�����¤8��ª�¨ ��¥�¤�¨��¦4�L �¤�¨ ���¥#¥���¨���4 � ����������HÍøÔMÕ Ö,Õ ��³µ±��4���4¶4·4�+ÎU�4ª�¶4Ë�»µÑ��4¨����4��@������¨��¼� ��4¨����¢����4 ��¤�¨T����¥�£�¤�¥#¢��4¨ ��B³ø´K���4��¶4Ë�»���ú�¤�¢��K¥���������������¨T����N��������ªB¤�£ �¤�¨ ���¥#¥���¨���4 � ���������¤�I�&�D�&�� �0�T�.¨��I�/²E��� �����0��¥#�� '�D��¥��4�\¢��&ª5��T� �����.�! M�&��.�T�D¤����&���T�D�&��.�/�G³äåK¤¢��á�¶&��±I� ª��á&á���°��.��¯G¶ º&�®����!�W2�á�� ß �4���%á�¶&�+æ8���U24Ø4��´K��¢��4¶�V4��×L�����,24Ë�»���§ ���4���\���4���!�\��ª¨ ��¥�¤�¨���¦4�4����¤�¨E��¥�¤���¤� �¤����4�N��¤8�&����¥�������4�������4�������¥����L�����������4� ß ��¥������+��¤����E����\���4��L���4�����\�4¨������\��ª�¨¤�¨ª�¢è�3�&�����L¢����������\�������4�������4��¤�¢���¬ ��4����ª�͵ÔMÕ ÖYÕ �4¯8�����8��¯8¤�¬�����4���K�!¤� �¡���¨��Ñ$��ú��� �¤�¨���4«�°�±V¢���������&¨������¥��"�4 � ������"����K���4���K���4���!�K�4��ª�¨ ��¥�¤�¬¨¤������!ªV¯T�!���¤����1�4 �ç����¥#��¨�V�4¨ªV�!¤� �¡�����¥���ç����¥���¨�V¢�¤�¥��Z�����4��¤�¥#�4���H���&���H���4���!�H�4���¤�¥������¢��B³µÎJ�4ª¶4Ë�»��«I°�±U¢��!�0�L��� ¨����.��¥$�\�¤���� ¥��/�&�àÍä�!¤�&�U��¥$�&¨��0�!�&�D�!¤�¨ �!¨�£D¤Ñ��&¨��U¯G¥#�.���6�����6���&��T���&��!��Íä�������&���T¥��/£D�/¥#¬��¨ �����¢�¤�����¼����E��������Ñ#��«���!¥���� �4��������@«�°�±��X��¨G�L¢����!������¥�¤� �������¤�¥Y¢����������@¡������� �¤�¨����������¨��¯8�����G���4������4�����L�������4�������+¥���ç����¥���¨��8�Z«�°�±� 0¤�¨���!������¨ �ªG�4����¤�¥������¢ ͵ÔMÕ Ö,Õ �+«�°�±����¤�¤�����¤�¯8¨J³µ±����4 �24¶4�+«�������¶�V�»µÑ��4����&¥��?¤�£?����-��ª�¨� ��¥�¤�¨��¦&�4����¤�¨5��¥�¤���¤� �¤��%�&§H���������!¤�¨5¤�£?��������¥����4���-�&¨�C���4¥#�����&��¬����������¤� �¡�­�«�®��: �¤�¢�¬���!�� ��4�����@����-��ª�¨� ��¥�¤�¨��¦&�4����¤�¨5��¥�¤���¤� �¤��%�&ÒD¨5��¥#�4 ����� ���� ���¥#���4��¨]¡���¨����:¤�£?«�°�±�¬�«�°�±C�&¨�J«�°�±�¬�­�«�®C��¨�¬ �¤�¨����������¨ ��������&¥��W¨¤���£��4���4����¤B����W¤�����¥#�4����¤�¨8¤�£�����W��ª������¢ �4¨�V ��4¨G���W�4����¤�¯8���"�0�Ý���¨8 ���4¨���¨�-�­�«�®Xâ �:����¥#¢���������¤�¨�@£�¥�¤�¢ ¥����4��¬�¤�¨��ª���¤E¥����4��¬�¯8¥��!�����£�¤�¥K��² �&¢��������«�°�±��:����¤�¥#��¨���T�����4�!�B �¤���ª�¨�����¨�¤��?���6¡�/���? �¤�¨����!�0���/¨��?�&��¯G�&ª�:����¥#�!¨�������6¢�¤����!£��! '�&���!¤�¨?�&ú+�� '�]¤������!¢��!¦&�&���!¤�¨��L�4¥#�6�!¢���¤�¥$���&¨��?�&������ª6�4����¤�¯ �����W¤�£�¢�¤�¥��@��£.¼� �����¨����4���W���4���!�W��ª�¨ ��¥�¤�¨��¦4�4����¤�¨G��¥�¤���¤� �¤����4�0Ò���¤-¨¤�������¥������@������"��¤���¬�� �£���¥������¥#�

«�����X���� �����¤�¨���¥�������¨���X����¥#£�¤�¥�¢��4¨� ��@¥������������X£�¤�¥?����@���4���@���4���!���2������ �������������¤6£��4¥��'Ò������ ß ¤�² ��¥�¤���_¤ ¤���_���3¨)�&���_�3¢]���_�&�B¤�£N�I����V�_����3���� � ��&�'�B�_�3¢5�CÍ��_����«,°1± ¢5�3�'�-�I�&¨����3�_ªÑN��¨�� �I����V�_����3�V���3¦��͵å����4������¥WÌ�Ñ$�&ÎUª�¨���¢�����¥#�:�&¥��-�4����¥�¤�² ��¢��4�����£�¤�¥K��² �4¢����!������� ��&�����6Ò?��¤E¨�¤��Y �¤�¢��������-�����- ��4 '��¢����������N���4©����]��ª��B��¢��4���!��¥2���4��\���4���!����T8��©���¥#���������������Ò1���¤�¯ ����4�I ��������3��¥����5���4���H���4�������N�����H������������4 ��W�4¨��E 0�&¨8���@�4 � ����������E£��4������¥Y����4¨G �¤�¨©��¨����¤�¨�4�����4���W���4�������4� ß ��¥�������¥��&�������¥Y����¥#£�¤�¥#¢��4¨ ��@¥�����¬

4K

4K2

3

0

116K

4K

4K2

3

0

1

16K✔✔✔✕✕✕✔✔✔✔✕✔

Page 120: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

112

�4����©�W��¤- �¤�¨©��¨����¤�¨�&�����4���W���4���!���"��¢���¥�¤�©���"��©��¨8¢�¤�¥��W¯8���¨8��������¤�¥�����¨��-��������¥#���4�����"¤�¥Y���4¥#�����4��¬����������¤� �¡��!¨�I�

�������æ��6�:��7�F���"$�C7ÄóÏ%�%�7�JDJ�FU��AÈ7DùSúû7���ü���9����C�:��è°ýXúû7D�����Q%�þ ÿ�7DJ� ��!��J«�����N���� �����¤�¨���² ����¨���K����\��¥#�4��¬���¥#��©��¨�����¢����!�4����¤�¨��������5£�¤�¥X����H«�°�±5����¢������4����¤�¨�K������ �¥��������5��¨

ú��� �����¤�¨G·�� Ì.KÝ����&�I 0¤���¨�����5«�°�±5¢����������.KÝ��¤G�4����¤G��������¢��4���H���4���H���4�����H�4 � ������N����¢�����æ8��¥��HÒ1�4������¢��Ø4Ë4¬�����¤� �¡-£�������ª�¬��4����¤� ����4����©�W«�°�±����4Ë4´K±V���&���W���4�������4�4¨�*KÝ�&���4����¥�¤���¥#���4����KÝ����������¤� �¡-£��4 ���¤�¥,���!²&������¨�&¨��U�0������¥$���&���6�0�!¦&�6Ø Ë&´W±X� Ò"�&�0�0��¢��TË=V&¶&ØG���&�0� ��� '¡�/���L�.¨]��� �����/�U�&¨��U '�.���0����¥��/�U���&��T���&��!�/�4�±�¤����V���������!¤� �¡8«�°�±��.KÝ���4¥#�����4���4¨�� �¤�¢����������SK �4������¢��L��¥�����¤��4����¨�8��¨V����L«�°�±�¢���������4¨���!��¥#�'Ò��4��¬����¢��K�@·4¹4Ø&¬���ª�3�B͵����©����¬���¯8¤�Ñ� ��4 ����N���!¨�N����¦4�K£�¤�¥,�4 � ���������¨�B���4���K���4�������?�4¨������4����¥1������ ������?�����N��£�£��� ��¤�£� ��4 ���W����¨�W����¦4���0Ò������ ß ¤�² ��¥�¤��#âã�"���4���W¥�������¥�©��4����¤�¨8�4¨�E���4����¬�����¦4�W�4�����!��¨¢���¨���¤��!�� �ª�͵å���4������¥YØ4ѯ8���¨8 �¤�¨���!����¥���¨�6��������¥#���4����X�4¨�E���4¥#�����4��¬�����������¤� �¡���¨�1�ÎJª8¢�����¥#�� N£�¤�¥����&���:���4�����L�4 � ��������3�!¢��:��������:�4©��¥#�4���L¨��¢�����¥�¤�£� ��4 ���:����¨������4 � �������������¤6��&¨¬

�����K¤�¨�N«�°�±�¢������/��«�����?¢�����¥#�� "¯8¤����������N��¥�¤���¤�¥�����¤�¨�4����¤Z���4���K�3�&�����N�4 � ������?���!¢��N��£�����Z͵����©���+��¯T¤�Ñ ��& ����6¥#�4¥����!ª� �¤�¨���&��¨��:���&���6���&���!�-���&���8�&¨�J¤�������¥W¤�©���¥%�����&���:�&¥��6��¢��4�!���&«�����¥��6�4¥��6�4�?�!���&���Y����¥������¥#�4¯8���4 �¡��K��¤8�������N¢�����¥#��  � ß �!¥��������4¨�]¢�¤������!¢���¤�¥#���4¨�������I����¨�¤�¥����K����4�I��¤�¢��\���&���\���&���!�\���&���Z¢��4ª�������������B��¨� ��& 0��������4¥����� ������4¥#��ªV£�¤�¥����4���Z���4�������W����4�,�4¥��Z��¢��4������¥��4¨� ����¤�¥��Z­�«�®��W��¤V��² ����¤����,�����4�����4���¤� ��4���!�3ª �'¸¤�¤6�4¨��£4�¤�����¥��H³ø¸¤�¤�¶4º�»µ��£�¤�¥?��² �4¢���������¤�������¥#©������Ì.V � ��¢���¥�¤�©��¢���¨����¨V��² �� ������!¤�¨�����¢��¢�¤�0���!ª5�����T��¤� '�& M���D��«I°�±)��£�£D�/ '���\¤�£"¥��/�I�� M�!¨��5�����T��� ��T���&���!�T�0�!¦&�T£D¤¥W�G '¤¢�¢��/¥� M�!�&�1�I�&��� ��&�0�¯8¤�¥#¡���¤��4�"�/«�������Ò,��² ���� ��1����Z�4 � ������W����¢����W£�¤�¥� �����������¥���� ���4���Z���4���������¯8��� ��������Z�������W���4���Z���4�����¢���¢�¤�¥#ª��&��¤-���@�������3��¥?����4¨G����W¥������������"¥�����¤�¥#�����E���¥����0ú��� �¤�¨��� ����@¢�����¥��� �����¨¤�¥����"�����W��¨�����!�4��¤�©��¥�¬����4�J¤�£Y�T«�°�±J¢��������������Y������:����¨�&����ª����:��¨��������¨����¨�Y¤�£Y���4���-���4�����-��ª������4«����¥�������Y¨�������� ����:��������¢��B��¤E��² �� ������B����B«�°�±J¢������:��4¨������¥N�!¨����¥#�� �����¤�¨�:��¤E��¥�¤� ������@���4���-���4�����-��¨£�¤�¥�¢��4����¤�¨Y�&«�����:�4��¬��¤�¯8�?����N¢����3¥#�� "��¤H�4 � �¤���¨�£�¤�¥1��4¥���¯8�4¥���«�°�±G¢������Y��4¨������¥��?����4���ª����� ��&����ªZ���4¡��N����¢��N��¥�¤���¤�¥#����¤�¨¬� �Y�D¤5�D���8¨��I¢����4¥:¤£2¢��4¢�¤¥�ª]�  M M�/�����4�&��®I©�4¨J¯��.�D�J�0¤£_�D¯�� ¥$�G«I°1±p¢��.���H��� ¨��I�.�.¨�����.¨����D¥$�I M�D�.¤¨¤�©��¥�����4��£�¤�¥?��4¨��¬� 0¤�������«�°�±�¢������X���4¨������¥#�X���2��² ���� ���������¤6���:��¢��4���¤�¨�¨��² �����¨��¥#�4����¤�¨���������¥#¬�0 ��&�!�&¥W��¥�¤� '���0��¤�¥$�L����&�� ��&¨ ��²��/ ������6����¥��/����£D¤���¥���¤�¥W¢�¤�¥��6�!¨��0��¥#�� '����¤�¨��L���/¥W 'ª ��!�/�� �¤�¢����&¥����U��¤��¢��4��¨G¢���¢�¤�¥�ª6�4 � ������X¤�£��4��¤�����L���¨��¥����E �ª ������4�Ò���������¢��4���:����@�4©��¥#�4���@¨��¢�����¥?¤�£� ��4 ���@����¨����X�& 0 �����������¤�¨��L«�°�±�¢������X�4�X£�¤�����¤�¯T�4��Ò�¢�¤����!¼����ß ¤�² ��¥�¤��,�3¤V¢��&��¨���4��¨���4������]�&¨�  �����������¥���� ���4���B���4�������@��²&�& 0���!ªC͵��¨����4¥#�4��������¯T�!�������4 ���¤������¥��4¨�

����:¨�&����©�:���&���:���4������Ñ$� ï ¨V���4 ���«�°�±�¢�������� ß ¤�² ��¥�¤�����¥#�4���2��¤T����:¤�����¥#�4����¨�8��ª�������¢�����¥�¤�©�������¨�8����£��4��������¨��8�4����¥��������4¨���4¨E��²&�4 ������4���\�3�&�����L��¥��4©���¥#���4�� ��4�! 0�����4����������L¨��¢�����¥"¤�£� ��4 ���L����¨����N�4 � �������¬���X�&Ò��/�����!¢��4���-����6 ��& ����-�!�!¨���L��ª�£���¥#������¥K�&������¢���¨������& ��]­�«�®J�����&¥#���:¤�¨]�8 ��& ����-�!�!¨�6��¤���¨���&¥#ª/�°���¨����4¥,���&���K���4���������4��¯8�4ª����4 � �������¤�¨�K ��4 ���K�!��¨�K�4¨�V¤� � ��4����¤�¨�4����ª-�4 � ���������!�����¥,��¥����K����©�����4��Ò�4��¬��¥�¤�²���¢��&���6�������L��ª�¥����0��¥#©���¨������!���?¤�£?Ø&ËT«�°�±J���¤� �¡�L£�¤�¥W��!���/¥K��¥$���-�!��©����!�:�&¨�J�&���0��¢��!¨���/�4 '�«�°�±5¢������N��¤G����\¥���¢��4��¨��¨��G¹&ØZ«�°�±5����¤� �¡��K�4 � ����������N¤�¨�H ��4 ���\����¨�����ÒI¤�������¢��������� ��4����ª��4������¢��H����4�«�°�±V¢����������"£�¤�¥,��¨����¥#¢��������4���W¨¤���������¨8�:����¨���4¥Y���4���W���4�����K��¨ ���¥,¦4��¥�¤B¢���¢�¤�¥�ª-�4 � ����������4��Ò��4������¢��£�¤�¥�¯8�4¥���¬�¢��4�����������4���:���4�������X�4 � ������2¤�¨�: ��4 ���@����¨��@£�¤�¥?���4 �����¥����@����©����¯8�����¤�����������¨�T�4¨ªT���¤�¥#�3¬ '�!¥� '���!���!¨���¤������!¢��.¦&�&���!¤�¨��&� � ���/¨ ����¤�¥$�!¨����0�����/¥$���&��6�&¨��U���&¥#���!�&�!¬D�0�����!¤� '¡�­�«�®��0��Ò"�&���0��¢��6�����&�����¨���4¥N�4¨�C£�¤�¥�¯8�4¥���¬�¢��4�������C���4���-���4�������@�����B����B¥��������! 0�&���B­�«�® �4����¥�¤��4 �����&¨� ��4������C���4���B���4¬�������2�����L�������4¥#�4���:���&���:���4�������2£�¤�¥�Ë4´K±����4���:���4������4¨��Ø4Ë4´K±����4���L����¤� �¡�����¯8����������LË4´K±����4���:���4¬�����W�����4¥� �����E¼�¥#���#�Ò������� ������X���4��@���4�����@�4 � ������X����¢��6͵¤�¨�«�°�±�¢�����������Ñ�£�¤�¥?©��4¥���¤����X¯8¤�¥#¡���¤��4���X�4¨�����4���@���&���!���2����¬

��¨������- �¤��4¥#���-¢�����¥��� ��=¨��&Ô ÷ ¨�Ö�Ô õ���� LMÔ ÷Ä��$O ¨ O$ÿ ÔuN ýªõ Ô�Ru¨ OQO Ô�R�R�Ô� þ3�\ÿ ¨ õ �NmÔĨ�¤ ��� �\ý R�RMÕ4®��4 ��5���4�����-�4��¬����¢����@�T����£.£���¥���¨�Y«�°�±C���������¨Y�4« �&�����-á�¬$Ì:�4������¢����@�T '¤�¨©��¨����¤�¨�4������¨�������¬����&����¬����!¦4�-«�°�±�� ý Õ ÔMÕ '¨¤«�°�±V��������¤�¥��£�¤�¥Y��������¥#���4�����"¤�¥,���������!¤� �¡��4�.4������������"���¤�¯ ����&�£�¤�¥#¯8�4¥���¬�¢��4�������E���4���W���4�������"����¥�¬

Page 121: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

113

£�¤�¥#¢ ��¨�4 ' ��������4���!ª�����?¤�������¥K�������!��¨��:�4¥��-����¢����!�4¥#�&«�����:�!�:¨¤��Y����¥#��¥#���0��¨������¨� ��-�����-¢�����¥#�� \��¤����¨¤��Y¥���¯8�4¥��C�����B¢�¤�¥���¬� �¤�¢����4 ��Y �����������¥����C���4���-���4�������4�&å�����������¥����C���4���-���4�������:��4©��B����¤�¥�����¥K��4������������2����4¨V��4����������4���:���4�������2¥������� ���¨�8����:¨��¢�����¥�¤�£��4 � �������������Ô'Õ Ö,Õ � Üݽ �&¨� +�ÈÅ�Þ�Â�À4É�É �m4?�����������£�¤�¥Y����¨���4¥Y���4���W���4�������X�4¥��@¤�������¢��������� ������W��¤-����W�4������¢�������¤�¨�"������ ����������E��¨Gú��� �����¤�¨5á4� Ø��øÌ Ê

« �4���!�-á�¬�·6��¥�������¨��,¥��������!���@¯8���¨�����-«�°�±C�4¨�C���4��B���4�����B��������¤�¥#�,��������¥#���4�����4��T8¤��,���¤�¯8¨5�������4���3���L�����L¤�£���������¥����4�����¥������� �����«�°�±�¢�������£�¥���ç����¨ �ªG��ªG¹�V � ��¤8¶4¶ � �+¯8��! 0�E��������L¢��4��¨V¥����4¬��¤�¨�£�¤�¥���������¤�¥#����¨�V��������¥����4��Z­�«�®��W�!¨�����Z���4���Z���4�������/« �4�����6á�¬�·-���¤�¯8�W����Z�&©��¥��4��Z¨��¢�����¥�¤�£ ��4 ���N����¨���?�4 � ����������G��ªB����N¥���¢��4��¨��¨��Z¢����������/��4������������Y�&¥��N¢�¤�����������ªB¯T¤�¥����N£�¤�¥I����¨����4¥1���4��N���4�������Ím�1���G�_¤5�D���G� ©�� �3�.�����.�3�.�Dª ¤£2£_�4¯V�4¥:«1°1± ���.¤� M¡���Ñ%���I¨� M����¨���4�p£_¤�¥L£_¤¥�¯���¥$�1¬_¢������I�4�1����¨�� ¢��I M�¯8¤�¥����6£�¤�¥K��&������J���&���-���4���!���4�&æ8�4�������C���4��-���4������:���4¡��6��¤�¨�����¥K��¤E�4 ' ������:��������¥#���4��-­�«�®��:�&�:Ò£3�!¥#�0�?���/�&¥� �� �����6Ë&´K±U���&��-���&����6�&¨��J������¨]�����6Ø&Ë4´W±J���&��6���&���!��� ß ¤�¥W��²��4¢����!�/������6��¤�¤�¥W����¥#£D¤�¥#¬¢��4¨ ��Z¤�£,��4������]���4��H���4�������W£�¤�¥ +�È�Â�Á�) �4¨� Ó Ó�Ä�Þ�Æ�À ���W�����H��¤��-���������¥2£�¥#�4 �����¤�¨�¤�£,«�°�±]¢����������W��¤��������¥#���4���@­�«�®��X����4¨G£�¤�¥ ëD+�+ ¤�¥ +�È�Å�Þ�Â�À&É�É ��4?�������!���"£�¤�¥Y ��!��������¥����E���4��W���4�����@ �¤�¨����¨����@��¤-���W ���¤������¤EÌ4� V4�4���¤�¯8��¨�-����4������ª-��4¨�����K����K¥���¢��4��¨���¨�B«�°�±V¢�����������¯8�����¤������¨ �¥����4����¨�-«�°�±V¢�����������¨�4��¬��ª �ø�

« �4���!�-á�¬�º6��¥�������¨���@¥��������!���W£�¤�¥N�6���4¥#�����4��¬�����������¤� �¡�«�°�±X�/«�¤V����B¼�¥����,¤�¥�����¥3�������ªE�4¥��B���!¢������4¥N��¤¥������������"������¨�6�L��������¥#���4���@«�°�±X�0æ8¤�¯8��©���¥��&�4�"�����W¯8¤�¥�¡��¤��4���X�����W���4¥������4��¬�����������¤� �¡6­�«�®��"¢�¤�¥��W¤�£�¬����¨]�����&¨]�������/¥#���&����0����&�����/�J���&��6���&��!���L���&©��-¯G¤�¥#���6���/¥#£�¤�¥$¢��4¨� '��� ß ¤�¥K�������0�6¯8¤�¥#¡�!¤��&���L��¥$�4¬

Table 7-1: Average Number of cache lines accessed (single page size TLB)

Workload LinearForward-mapped

Hashed Clustered

coral 1.06 7.00 1.02 1.01

nasa7 1.16 7.00 1.01 1.00

compress 1.30 7.00 1.41 1.00

fftpde 1.00 7.00 1.03 1.03

wave5 1.01 7.00 1.00 1.00

mp3d 1.05 7.00 1.01 1.00

spice 1.50 7.00 1.00 1.01

pthor 1.03 7.00 1.05 1.00

ML 1.18 7.00 1.20 1.01

gcc 1.36 7.00 1.00 1.00

Table 7-2: Average Number of cache lines accessed (4KB/64KB superpage TLB)

Workload LinearForward-mapped

Hashed Clustered

coral 1.10 7.00 2.28 1.03

nasa7 1.59 7.00 1.67 1.02

compress 1.43 7.00 1.59 1.22

fftpde 1.02 7.00 2.28 1.05

wave5 1.03 7.00 1.44 1.03

mp3d 1.26 7.00 1.80 1.02

spice 1.63 7.00 1.74 1.05

pthor 1.09 7.00 2.34 1.02

ML 1.35 7.00 1.98 1.04

gcc 1.83 7.00 1.36 1.01

Page 122: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

114

©��4¥��'�.¨�� �_���G�I����G�_�����3�4�B�3¨U¥$�4©��&¥�����¤¥$�1�4¥�Kà�_����Ø�Ë�´@± �I����G�_�����3��£_¤��.�3¤�¯��&� ��ªC�D����Ë ´:± �I� �����4������Kݯ8¤����!�����L�Z����������¥X¤�������¤�¨?� ß ��¥������¥3��¯8�����E���4¥����!�4��¬�����������¤� �¡G«�°�±����+����¨���4¥X���4���\���4�������� �¤��������4©�L��������£���¯8��¥�¥�������¥#©����«�°�±�����¤� �¡��4�'­��4¥������&��¬����������!¤� �¡8«�°�±�����¤� �¡��2�4���!¤�¯ ���4���:���4�����L�4����¤� ��4���!¤�¨����¦4�N��¤Z���NË4´K±�¯8���¥����4�?��������¥����4��N­�«�®����4¥��K�����4�����N¤�¨���ªZ�&£�����¥1��¤��������4����¨�B�4���+���4���N���4�������¨6Ø&Ë4´K±¤�£������W���4��W���4�����W�&¥�¥#�4ª �ß �.¨�� �.�!ªM��«+� ��.�Gá0¬_Ë����!©�4�\ M¤¢����.�/�D�/¬_�0������.¤� M¡5«I°I±)¥$�/�0���.�D�0��� ���0��¢��!¨��5�D���T��¥#�/�.¤� ���.¨��5� �\�I�4¬

�� �¥�����������¨�ú �� �����¤�¨]á4� Ë�� Ë��M§H�N��²&���� �����������4����������4��\�3�&���!���N����¥#£�¤�¥�¢ ����¥#¥�������ª������\��¤8����\�����E �¤����¤�£�¢��������������N��¥�¤������W͵���!²&������¨Ñ$��°���¨����4¥,�4¨�� �����������¥��������4���K���4�������? �¤�¨����¨���N��¤Z���N ���¤����K��¤�Ì4� V@�4�?�����ª�����4 ��@����W¢��&������¨���X£�¤�¥Y �¤�¨���� �������©�@���4���@���4�����X¨���&¥���ª �«1���G���4¥�£_¤¥�¢5� ¨� M�G¤�£X��� �����4� � ¨��  M�.�I���D�4¥��4� ��� ��G�D� ���3�4�H �� ¨J���G�.¢5��¥�¤©��4�p£_�I¥��D���4¥L�.¨J�D¯�¤

¯8�4ª��4� ß ��¥�����������\��¤��4��£��4 ���¤�¥X¤�£I����\��4�������4�����L ��&¨E���L¥������� �������ªG��¨� �¥����4����¨�G����\¨��¢�����¥"¤�£I��4������� �¡�����4�84������� ���¨�G����L��¤��4��£��4 ���¤�¥"¥������� ���������L�&©��¥��4��L¨��¢�����¥"¤�£����4���E¨¤������������4¥� ����������¥#��¨��Z��¥��&©��¥����4���������¨ �¥����4�����N����L�&¢�¤���¨��¤�£I¢���¢�¤�¥#ªG����������£I��¤�¢��L���� �¡��������4¥��\��¢�����ª �Mú��� �¤�¨���+ �¤�¨¬����¥��� '���!¨����&����/�C¤�¥K ��!��������¥����J���&���6���&�����/�:�4�L�T��¤�£���¯G�4¥��/¬�«�°�±J '�4¨]¥������� ��6�����-¨��¢�����¥K¤�£? '�4 ��������¨����@�4 � ����������"�&§ �������4��©��4¨���4��-¤�£Y���4������C�4¨�J �����������¥����C���&���-���4�������:���:����-��¨��¥������� ����4�����!����ª�¤�£����@���4�������4�����:��������¥�����������¤�¨�����4����������¨���X¤�¨�����:�����4���:¤�£�����: ���¥#¥���¨��������¤�£��4 �����©�:��¥�¤� ����������/� ï ¨���¤��������!¤�¨8���X��¤B�����@�:����¥�¬���¥�¤� ������"¤�¥Y����¥�¬���¥�¤� ������"��¥�¤��������4���W���4�����@��¨���3���4�E¤�£��:����¨���!�W����4¥����E���4������4�������

Table 7-3: Average Number of cache lines accessed (partial-subblock TLB subblock factor 16)

Workload LinearForward-mapped

Hashed Clustered

coral 1.10 7.00 2.16 1.03

nasa7 1.37 7.00 2.22 1.05

compress 1.02 7.00 3.05 1.07

fftpde 1.02 7.00 2.17 1.06

wave5 1.03 7.00 2.20 1.02

mp3d 1.33 7.00 2.10 1.02

spice 4.11 7.00 2.17 1.14

pthor 1.11 7.00 2.30 1.01

ML 1.47 7.00 1.86 1.03

gcc 1.38 7.00 2.20 1.01

Table 7-4: Average Number of cache lines accessed (complete-subblock TLB subblock factor 16)

Workload LinearForward-mapped

Hashed Clustered

coral 1.10 7.00 16.82 1.02

nasa7 1.25 7.00 32.06 1.04

compress 1.08 7.00 48.38 1.01

fftpde 1.01 7.00 17.71 1.05

wave5 1.01 7.00 21.91 1.02

mp3d 1.30 7.00 18.11 1.02

spice 1.50 7.00 36.12 1.23

pthor 1.10 7.00 17.50 1.00

ML 1.42 7.00 19.08 1.02

gcc 1.00 7.00 27.81 1.00

Page 123: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

115

§  �����������¥��������4���L���4������âã���4 � �����������¢��L�!������¨��������©��L��¤T�����L ��4 ���L����¨��L����¦4���M§ ��������¥#���4���L¤�¥"���4¥#¬�����4��¬�����������¤� �¡6­�«�®E¤� � ����������"·4ËL��ª������X�������:���4���@ �����������¥����E­�«�®E¤� � ����������:Ì�Ë4ËL��ª������:͵����������¤� 0¡6£��4 �¬��¤�¥ZÌ�Ø&ÑY�4¨�C¢��&ª������&¨�¢������������!�B ��4 ���-����¨���/�&«���!�@¯8¤����!�C��¨ �¥����4���-����B�4©���¥#�4���-¨��¢�����¥N¤�£Y ��4 �������¨�����4 � �����������¯T����¨V������¨��8���&���L �����������¥�����­�«�®����+ÔMÕ Ö,Õ '���ª�V�� Ø4·4¹H£�¤�¥�Ø4ËH��ª����L ��4 ���:����¨���4�'æ8¤�¯8��©��¥3�����W��¤�¤��E¨��¯8�"���"����4�������¨�-��������¥#���4��K¤�¥Y���4¥#�����4��¬�����������¤� �¡-­�«�®�����¨8�: ��������3��¥����V���4���W���4�������4��©��¨¯8�!���]�8���!¨��!��¬D���4��/¬����!¦&�-¤�¥W �¤�¢����!�/���/¬���������!¤� �¡�«I°�±������!�!¢���¨��&���/�:¢�¤����?¤�£?�������L����¨��&����ª+�&«��&����Tá0¬�¹���¤�¯8�"����K�&©��¥��4��K¨��¢�����¥,¤�£ ��4 ���W����¨���"�4 � ����������V£�¤�¥Y����£3£���¥���¨� �����������¥����V���4���W���4���������4������¢���¨�Ø4Ë4¬���ª����B ��& 0���B����¨���@�&¨�C����£3£���¥���¨�,«�°�±��/�4«���B��������¥����&���B�4¨�C���4¥������4��¬�����������¤� �¡�«�°�±��:�����-¢�¤����������¨ �¥����&�����@�!¨�����-�4©��¥��&���B¨��¢�����¥N¤�£Y ��4 ���-����¨���@�4 � ����������C�����,£��4¥N��¢��4������¥N����&¨�����-¥������� �����¤�¨5��¨�����T¨���¢���/¥W¤�£"«�°I±U¢��!�0�0���&� §Z¨�¤������/¥W�0¤��!�����!¤�¨ �!�\��¤����0�6�G�0¢��&�!�!�/¥W�0�����!¤� '¡�£D�& '��¤�¥3��Ô�Õ ÖYÕ ��ËG¤�¥³2&�¯8��� ��G¢��4¡����"����@�����4 ��X�+����¢��@��¥��4����¤�£.£�¤�£���¨ �¥����4���!¨�-¢���¢�¤�¥�ª6�����4��W��¤-¥������� ��W«�°�±E¢������"����¨�4����ª �Ò_¨ ��¥$�& M���! M�/�������T���/¥$£D¤¥$¢�� ¨� M�T�!�H��/�D���/¥@�D��� ¨ �.�!�.���0��¥$�&�D�/�)���4¥��T� �\�����T�/²����/ M���/�) '�  '���T���.��¥$� ���8�!����������¥?£�¤�¥? �����������¥����E���4���@���4��������� ¯T���� ��8�����@�������"¢���¢�¤�¥#ª �

�������ò��6�:��7�F���"$�C7@���Q�7DùSúû7���ü���9����!���è°ýXúû7D�����Q%�þ ÿ�7DJ� ��!��J«���H¨��²&�1¢����4����¥��H¤�£I¢���¥#���I¤�£1�-���4���H���4�����H���K����H���4���H���4�����H����¦4����¯T���� ���Ò1¢����4����¥��H��¨��B��¯8¤

���_�&�p�I¥#¤� M�&����� ß �.¥����_��ÒN�D��¡���E�'¨����I�'��¤��2¤�£��4�� ��U�I¥#¤��¥���¢ â �B¢5���I���3¨����K \:­T����I­I­gT����I��¨�� ���D¬��¥#������������K �4���\��¤���¨��¨���4¥�����:��¥�¤���¥#�4¢Uâã�2¢��4² ��¢���¢ ¢���¢�¤�¥�ª8�������'ú��� �¤�¨����Ò������L������2��¨£�¤�¥�¢��4����¤�¨��¤�����¨��¥#�4���Z�4������¥�¨�4���Z���&���Z���4�������K������¨�V����Z£�¤�����¤�¯8��¨��V�4����������¤�¨�4���4������¢�������¤�¨�4�/ÎJ�4������¨�E��¨£�¤�¥#¬¢��4����¤�¨G���4¡���2�����������ª�����/��°���¨���4¥?���4��@���4�������X�����:����@¢��!¨��¢���¢ ��¤������������:���!²&¬�����©�����¥�������« �&�����-á�¬�Ø�4����¤Z���¤�¯8�³�4Ì�¬�����©��� ��¨��¢�����¥#�?����&��4������¢��K�@���4���@����¥��� �����¥��K����4�����4¡����?¦4��¥�¤H�����& 0�K��¤Z����¤�¥��K����N��¨¬����¥�¢��������4���B¨¤������4� ß ¤�¥#¯8�4¥���¬�¢��4�������C���4���B���4�������@�����B�T����©���¨�¬�����©������¥������4æT�4������C�4¨�  �����������¥�������4��Z���4�������W���4©�Z�4¨�¤�©���¥�����4� ¤�£Y���!²&������¨���ª������W����¥�­�«�® ��¤V����¤�¥��Z�6���4�E�4¨� ¨���² �,��¤���¨����¥#�/ÒY �¤�¢�¬�������6���&��6���&���!�6���!¦&�6£�¤�¥W¢����!���!��¥�¤��¥#�&¢�¢����U¯8¤�¥#¡�!¤��&���L�&�:�����6����¢ ¤�£?���&��6���4��!�6���!¦&���L£D¤�¥W���� �¤�¨������������¨�1��¥�¤���¥#�4¢��4��Ò,�4���4�!¨��4������¢��HË4´K±]���4���H���4������������������¤� �¡V£��4 ���¤�¥2����² ������¨��4¨�]��������¥����&�������¦4�WØ4Ë&´N±��&�4¨� ß ¤�²&��¥�¤��#âã�"���4���¬�����¦4�W�&��������¨�¢���¨���¤����� �ª �«���:¼�¥#���� �¤��!��¢�¨V¤�£�«��4�����-á�¬�ØH���¤�¯8������4�����4���L���4�����L����¦4���2�&¥��L¨¤������4¥����L��¨¤�����V��¤T ��4�����L�4��¬

��������¤�¨�4�����4���L£��4���������������������ªT ��4¨V������¨�!¼� ��4¨����ª8�4£3£��� 0�� ��4 ���L������4©���¤�¥��M�Ý���¨������!¨�8�\��¥#��©�&�3�L�4��¬�1¥$�&�'�-���1�� ��V¢5¤��,�&����¨�� �I�&¥�¬%�I¥$¤� ��&�'�-�I�������_�����3�&���1�'¢5�����3�&¥\�I�+��V�_����3�V�'�3¦��V£%¤�¥\�&�� ��)�1¥�¤� ��&�'���¥#�&¨�����&�����:��¤������¨�!£.�! ��4¨��Y���4©���¨����:¤�¨5�8���4¥����-����¥#©���¥K��ª�������¢ ¯8�!���]���¤������&¨���:¤�£?�& ����!©�-��¥�¤� ��������/�4�« �4���!�-á�¬�ØW�����������4ª��?¥������&����©�N���4���N���4����������¦4���?£�¤�¥I©�4¥#��¤����?¯8¤�¥#¡���¤��4����Kݨ¤�¥�¢��4�!��¦4���G��ªZ���������¦4�N£�¤�¥I�

Table 7-5: Average Number of cache lines accessed for different 64-block fully-associative TLBs withvariations of clustered page tables (assuming 64-byte cache lines)

Workloadsingle-page-size TLB

superpageTLB

partial-subblock

TLB

complete-subblock TLB

Base superpage PSB Base superpage PSB

coral 1.63 1.01 1.01 1.04 1.04 3.02 1.05 1.04

nasa7 1.62 1.02 1.04 1.41 1.31 3.05 2.85 1.60

compress 2.17 1.65 1.65 1.83 1.37 3.05 2.91 1.86

fftpde 1.67 1.09 1.06 1.07 1.08 3.05 1.08 1.08

wave5 1.62 1.01 1.00 1.44 1.11 3.01 2.39 1.19

mp3d 1.63 1.01 1.01 1.31 1.14 3.02 1.72 1.10

spice 1.61 1.01 1.01 1.22 1.53 3.08 2.96 1.57

pthor 1.65 1.06 1.03 1.12 1.07 3.00 1.12 1.02

ML 1.65 1.10 1.09 1.29 1.28 3.02 1.16 1.10

gcc 1.67 1.17 1.15 1.58 1.33 3.00 2.83 1.62

Page 124: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

116

��4������5���&���H���4�����H������¨��¤�¨��ª����4���H���4���H¢��4������¨��/��«���H����¦&�\¤�£I�-��4������]���4���H���4�����H���K����¥��� �����ª��¥�¤���¤�¥#����¤�¨�4����¤B����K¨��¢�����¥,¤�£�4 �����©�W©��¥������4�����4�����4��±��4���K �����������¥��������4���K���4�������������K�������"¢���¢�¤�¥#ª�����&¨]�����6���/�0�? '¤�¨�©���¨����!¤�¨��&�I���&��6���&���!�/�L£�¤�¥W�&�!�I�����6¯G¤�¥#¡�!¤��&���&� ß ¤�¥K�I��¨��0�6�&����¥����0�L�0���& ��/����Ô�Õ ÖYÕ '+MÈ�Â#Á�)���Üõ½��*ÕIÀ&Â$¿IÀ�) ���� M�.���0�D�4¥��4�)��� ���8�D�&���.�8�!�H M¤¢����&¥��&���.�8¤¥@���/�D�D�/¥:�D��� ¨C�.�.¨��/� ¥:� ¨��p£D¤¥$¯�� ¥%�I¬¢��4�����������4���\���4�������4� ß ¤�¥"�����4¥#���L�4����¥������������4 ������+ÔMÕ Ö,Õ ' ëD+�+ �4¨� +�ÈÅ�Þ�Â�À4É�É�� �+ �����������¥��������4���L���&���!��������@�������X¢���¢�¤�¥�ª6����&¨8��4������E���4��W���4�������"�4���4�

« �4���!�-á�¬$á?���¤�¯8�?����N¥������4����©�K���4���N���4�����K����¦&���?¯8���¨T����¤�¥���¨�B¢��4������¨���?��¤Z¢��������������N���4���N���&�������¨G����@��������¥#���4��W©��4¥����&����¤�¨G¤�£���4������E���4���@���4�������"�&¨�E��������¥#���4���@¤�¥?���4¥#�����4��¬�����������¤� �¡T©�4¥��!�4����¤�¨�¤�£, �����������¥����]���4���Z���4�������/��ê\���Z¤�£,��������¥����4���Z­�«�®��W��¨� �����������¥���� ���4���Z���4�������K¥������� 0���W¢���¢�¤�¥#ªV����¬�4���N������¤�á�¹ � �4¨�G¯8�����6���4¥#�����4��¬�����������¤� �¡Z­�«�®��Y��ªZ������¤�2�V � � ß ��¥������¥����4�?« �4�������Wá�¬�·K�&¨�]á�¬�ºW���¤�¯W� '����������¥����U���4��6���&���!�/�:�0������¤�¥#�?�������/¥#���&��6�&¨�U���4¥$���!�&�!¬��0������!¤� �¡�¢��4�����!¨���L¯8�!����¤����?��¨� '¥$�/�4�0�!¨������H«�°�±5¢��!���K����¨�4����ª���æ8�4������5���4��H�3�&�������K�4����¤G ��&¨������H��������¥#���4���H¤�¥2���4¥#�����4��¬�����������¤� �¡�­�«�®��N��¤¥������� ��:���4���:���4�����@����¦4��Kݯ8������¢����!���������@���4���@���&���!���2¤�¥?¢��������������:��¥�¤������X��¤6����@���4¢��:���4��@���4������K�����Y¯8�!���5�!¨ '¥����4�0���C«�°�±C¢������:����¨�&����ª)͵« �4������Tá0¬�·T�4¨�� á0¬�º4Ñ$�&åN¤�¥#¥�������¤�¨����!¨��¥������� �����¤�¨�:�!¨5���4�����4�����H����¦4�H�4¥��H¨¤��I��¤������������H��¨��!��¨���4¥X¤�¥X£�¤�¥#¯8�4¥���¬�¢��&�������5���&���H���4�������K�4�KÒ1�4������¢��H�����ªV¥��������� ��4�����������¥#���4���@�4¨�E���4¥#�����4��¬�����������¤� �¡6­�«�®��4�Ò�¨T����¢�¢��4¥#ª��/ �����������¥��������4��K���4����������¢���¥�¤�©��N�����¨��¼� ��&¨����ªB¤�¨T���4�������V���4���K���4����������ªB��������¤�¥#�3¬

��¨�G��������¥#���4���\�4¨������������¤� �¡G«�°�±��4¥� �������� �����¥�����¯8�����¤�������¨� 0¥����4����¨�G����L«�°�±�¢��!���N����¨�4����ªG¯8������¥������� ���¨�6���4��W���4�����@����¦&���

§Z�\�D���T M¤�¢������D�/¥@�.¨��I���0��¥$ª5¢�� ¡��/�\�����T�D¥$�&¨��0�!�D�!¤¨ £D¥$¤�¢ º&· ¬D��.���D¤�Ø Ë&¬D���!�"�0ª��0���/¢��0��«I°I±��H�&¨���I� ����D�����3�4�Z��¥#�G��£�£_�& M�_�4�����à���3�.���.�3¨��4��¥L� ¨�� ��� �'���4� �I����G�D�����3�4�B� ¥#�G�'�D�3�.�?�I¥��  ��D�3 M���3��£_¤�¥�¯���¥#�I¬¢��&�������C���&���-���4������:�4¥��-¨¤��Y��� ��4�����B�& � ���������¨��������¢ ���:��¤�¤�����¤�¯6�&°���¨���4¥K���&���-���&�������:��4©��-£��4����4¨� ����¢������B«�°�±C¢������W��&¨������¨�E�����,��¨ ���¥N���!��¨��¼� ��4¨�,¢���¢�¤�¥#ªE¤�©��¥�����&� �4¨� «�°�± ��¤�����������¤�¨�£�¤�¥�0���4¥$���6�&���I¥����0�L�0���& ��/�4� æG�&�����/�J���&��6���&��!���L�0���/¢ �����6�!¤���! '�&�I '��¤��! ��T£�¤�¥W�����&¥$���6Ø&Ë&¬D���!���4�I��¥��/��������4 �����������,��4©��Z�6�!�4¥����B����¥�¬�­�«�®C¢���¢�¤�¥�ª�¤�©��¥�����4�X�/«�����@�3���������@¢��4¡����@��¯8¤V¡���ªE �¤�¨��¥#����������¤�¨����¨G����W�4¥����:¤�£����4��W���4�����W���������¨Y�5. These workloads have a sparse address space as they had multiple active processes, many of which were small. Theother workloads measure page table usage of a single program with a large heap.

Table 7-6: Memory used by different page tables for 4KB base pages

WorkloadHashed PageTable Size

LinearForward-mapped

HashedClustered(subblockfactor 16)6-level 1-level

coral 119KB 1.02 0.54 0.64 1.00 0.40

nasa7 21KB 4.27 1.53 2.04 1.00 0.44

compress 8KB 27.63 7.65 12.70 1.00 0.81

fftpde 88KB 1.29 0.64 0.74 1.00 0.39

wave5 86KB 1.32 0.65 0.75 1.00 0.40

mp3d 29KB 3.07 1.10 1.55 1.00 0.42

spice 22KB 4.28 1.66 2.03 1.00 0.47

pthor 92KB 1.23 0.61 0.74 1.00 0.39

ML 194KB 0.54 0.38 0.45 1.00 0.38

gcc 34KB 26.62 8.17 11.82 1.00 0.84

kernel space 186KB 0.65 0.56 0.51 1.00 0.48

Page 125: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

117

«���@¢��4��¨� �¤�¨��¥#����������¤�¨����X�\¨��¯ ���&���@���4�����@¤�¥���4¨��¦4�4����¤�¨� ���� O N � R þ Ô ÷ Ô��§�¨�Ö�Ô þ ¨�L8NmÔ�� ¯8��� ��G�&����¬¢���¨���W���4������� ���&���Z���4�������W¯8����������������¤� �¡��¨�E��¤��4����¥������@������!¥��������4��©��4¨���4�����4�/ú����� ���¼� ��4���!ª�� �������¬���+¥���� �Y�����5�������D������¥0�5�I�����1��� �Y�����5�������D���G���I���:����¤�¥���¢C���Y�Y��¨1� �D¨I£�¤�¥�¢C�����D¤�¨ £�¤�¥6���+©��+¥���� �¤�¨���� �������©�-���4�����6͵ÔMÕ Ö,Õ ������² ������¨ÑY¯8�����5�6����¨����B���4���4¨� ¿�À4ì4Ä ��¤���¨����¥��4å�����������¥���� ���4���B���4�������@������!�����L¢��/¢�¤�¥#ª������&¨5¤�����/¥K���&��-���4����6¤�¥���4¨���¦&�&���!¤�¨������4¥��-¤�£�����¨]£��4�0����¥W��¤��& � '�����:����¥#�!¨���«�°�±J¢��!�����4¨������¨�6�4¨�E�4¥��WÓ���² �������W��¤- ���4¨�����X¨���������E��¤-��������¤�¥���¤�����¥#�4����¨�6��ª������¢ ¨�������4�«���W���� �¤�¨�E �¤�¨��¥#����������¤�¨G���X�:��������ª6¤�£���¤�¯û��¤-����¤�¥��@��������¥#���4���@�4¨�E���4¥#�����4��¬�����������¤� �¡6­�«�®��X��¨

����£3£���¥���¨�����&���:���4�������/�'Ò�¨� ����4������¥��2·4��º4���4¨��Ë4��Ò���©�4�����4���:����:�����:¤�£���������¥#���4�����2�4¨�����������!¤� �¡���¨���¨V«�°�±����3¤T��¨� �¥����4���:����L«�°�±�¥����4 ��V¤�£��H«�°�±�����¤� �¡I�M«�������:«�°�±���¨��4¨ ���¢���¨�����4¥��L���4¥�������ª8���������������£����4���:���4�������2�4¨��¤�����¥#�4����¨�T��ª�������¢��X��¤6¨¤�����������¤�¥��������¢ ¯8��������¥�¤�����¥�¢���¢�¤�¥�ª8�4����¤� ��4����¤�¨��4¨��«�°�±J¢������:��&¨������¨��I�&«������: ���&������¥K���¤�¯G�@����4�Y������¥��-��² �!�����:�T����¥#�4������£�¤�¥�¯8�&¥��C¯8�&ª���¤�����¤�¥��-���� ��¢��4������¨���2��¨V�\���4���:���&���!�SKÝ¥��������� ��4���:����:¢��4������¨���KÝ�����4���������2����:¨��¯ «�°�±��4¥� �������� �����¥����2�3¤T¥���¬���� ��L����\¨��¢�����¥"¤�£I«�°�±�¢������������4¨�5��¤�����¨�¤�����¨ �¥����4���\����L«�°�±�¢�����������¨�4����ª��M«������ ���&������¥"�4����¤���¤�¯8�2����4�� �����������¥��������4���L���4����������������¤�¥���¢���������¢>��������¥����4���:�&¨�����4¥#�3�!�4��¬�����������¤� �¡8«�°�±��2¯8�����¬¤�������¨ �¥����4����¨�B����K«�°�±�¢������?����¨�4�!��ªB�4¨�*KÝ�&������N���4¢��K����¢��SKÝ¥������� ��K���4��N���4�����K����¦4����«������ ���4��¬����¥��4�!��¤T���¤�¯8���¤�¯ù�H��ª�¨¤�¨ª�¢>���4�������+��¨V��ª�������¢��2����4����������¤�¥#���4�����4�������+ ��4¨V����¤�¥��:��������¥����4��:�&¨����4¥#�����4��¬�����������¤� �¡6­�«�®��X¯8������W¥������� ���¨�6¢���¢�¤�¥�ª6�����4����Ò���¥���¢��4��¨����¤8���L������¨V��£� �¤�¢�¢���¥� ����4��¤�����¥#�4����¨�G��ª������¢���¯8�������¨ �¤�¥#��¤�¥#�4���L����L¢���¢�¤�¥#ª8�4����¤� 0�&¬

����¤�¨8�4¨��V���4����¬�����¦4�W�4�������¨¢���¨���������¤�¥��¨���������V£�¤�¥Y��������W¨��¯û«�°�±��4�.T8��©��¥���������������&Ò����������������������B¤�£?��������¥����4��B�&¨�C���4¥#�����&��¬����������¤� '¡�­�«�®��:��¨5�T���4��-���4�����-��©���¨5��£?�����B«�°�±C��¤����:¨¤��?¥_��ç���!¥������ ��T��������¤�¥��#��«���K�4��©��4¨���4���K�����!¨�B����4��������¨�B��������N¢��4������¨��? ��4¨T¥�������������¨T��¢��4������¥1���4��N���4�����������4���4¥��L£��4������¥���¤T�4 � ������4�'åN����������¥��������4���L���4�������2��¥�¤�©�����L¨�4����¥#�4����������¤�¥�����¤6����¤�¥��:���� ��V­�«�®����4¨�����������W¢���¢�¤�¥#ª6���4©��¨���X¯8�����¤�������¨ �¥����&����¨��-«�°�±E¢��!���X����¨�4����ª �

Table 7-7: Memory used by hashed and clustered page tables for 4KB base pages and 64KBsuperpages or partial subblocking with subblock factor 16

WorkloadHashed Clustered (subblock factor 16)

Base superpage Base superpage PSB

coral 1.00 0.12 0.40 0.10 0.08

nasa7 1.00 0.20 0.44 0.17 0.12

compress 1.00 0.63 0.81 0.65 0.32

fftpde 1.00 0.10 0.39 0.09 0.07

wave5 1.00 0.11 0.40 0.10 0.08

mp3d 1.00 0.16 0.42 0.13 0.09

spice 1.00 0.27 0.47 0.22 0.13

pthor 1.00 0.10 0.39 0.09 0.07

ML 1.00 0.12 0.38 0.09 0.07

gcc 1.00 0.71 0.84 0.71 0.40

kernel space 1.00 0.39 0.48 0.27 0.27

Page 126: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

118

\,�&¥��!¤���B¯G¤¥$¡��.¤�� �I�I���4 '��¨�¤�!¤��ªM�I� ¨�� �&¥� M���.�D�/ '�D��¥����D¥��/¨��I�B���&©���4²���¤����/� �������.�.¢��.��� ���.¤¨��-¤�£ �¤�¨©���¨���!¤�¨��4�,���!¨�����¬����4���¬�����¦&�8«�°�±��4�+Ò�¨J���4¥#���� ������&¥D�� �ª ����8����¢��8¥�������¥��! ����!¤�¨��H �¤�¨�����¥#�4�!¨C��&¥���¯8�4¥������������¨��¥#�2£�¥�¤�¢>������������¨�8���4¥���:����¨������¬����4����¬�����¦4�:«�°�±��2��¤T�4 � �¤�¢�¢�¤����4���:����©��¥��4����¢���¤�¥#���4¨���4��������¬ ��4����¤�¨�4�'æT�&¥���¯8�4¥��:����������¨��¥��2�4¥��:��������¤�¥�����¨�8��������¥����4�����2�4�2�\¯8�4ªT��¤6��¨� 0¥����4���:«�°�±�¥����4 ��Y�'°��4¥�����������4¥���� ���4��Í ≥ · ¹ Ø ´@±1ÑN� ¥#�V�I�0�4£_���"�.¨p�0¤�¢��V� �I���.�. M� �D�.¤¨�� �Î)ªJ�D���4���.�-���I�I¥��4���0�4�6�D���V�.�������4�-�.¨�¬©�¤��!©����p�!¨J���0�!¨� ¢������!��¢�¬��0�!¦&���p�0������¥$���&��/�H�&¨��p�0�������0���Z��¯8¤]��������!¤� '¡]«�°�±p�&¥� '���!���/ �����¥��/�Z�4��4������¥#¨�4���Z¯8�4ª��W��¤��!¨ �¥����4���Z«�°�±]¥����4 ��Y�ú�������¥#���4������ ��4¨V���L��������¤�¨��ª8¯8���¨V�4������4���L���&�����2¯8������!¨V�H���4��:���!¤� �¡8�4¥��L��¥�¤�����¥���ªG�����4 ����

�!¨J����ª�0�! ��&�?¢���¢�¤�¥$ª]�&¨��p���&©��G�����G���&¢��G�&����¥#�!��������&��«�¤5¢��&¡�G�����!�Z���&������¨�����¤�¯8�/©��/¥���¥��/ç���!¥���������������&¨���!�4�,¤����/¥��&����¨��5��ª������¢ ��������¤�¥#������¨� ���������¨��5�����4���¬�����¦&�8�4�����!��¨�¢���¨��"��¤����! �ª5�&¨�p������¤5����²¨��¯ ¢��� ���4¨�����¢��4�+ÎJª5����������H�������������H�����T�!���������H��¨�©¤��!©���p��¨C������������¨�]��������¥����4��T«�°�±��������¤�¯8��������¥K��£3£��� �����©��¨�����:�4�?¥������� ���¨������-¨��¢�����¥K¤�£?«�°�±J¢��������������������������L¤�����¥��4����¨�����ª�������¢ ��¤����� �������4¨��¢��� ����4¨����¢��������4���&¥��\¥���ç����¥�������¤8��������¤�¥���¢���������¢�¬�����¦4������������¥#���4�������+�4¨�5¥���©���������N���4���\���4¬�����T���������¨Ý͵��¨ ���������¨�5��¥�¤���¤�����¨�5��¨��¯è���4���T���4������ÑX��¤�����¤�¥��T��������¥����&���T­�«�®��/��ÎU¤�����¢��� �¥�¤���¥�¤�¬ �������¤�¥#�N��������¤�¥#����������¥#���4�����N��¨E��¤�¢��\£��4������¤�¨Y���Ý������\ÒI�4¢ ¨¤����4¯T�&¥��L¤�£��Z �¤�¢�¢���¥� ����&�¤�����¥��4���!¨���ª�������¢ ����4�?��������¤�¥����L�����¢ £�¤�¥K���¨���¥#�4�I������������¥��6���:��¤�¢��6��©�������¨ ��-����4�?���� �¤�¢���¨��¥��������4�����:¤�£��¤�¢��Z �¤�¢�¢���¥� ����4��¤�����¥��4���!¨�V��ª�������¢��W¯8�����%�ú+������!¤ '¡C«I°�±I�B� �0�0¤ '�!� ���V�E�0�.¨����!�V���&�C¯G�.���)�E���&�������!¤ '¡C�&¨�� � �!�.¤�¯ ��&������� ���/�B¯G�.�����!¨)�

���&������.¤� M¡ �D¤]�0���&¥������0�!¨���.��«I°I± ���!¤ '¡,��ú+������!¤ '¡C«I°�±I�B� ¥��V�&�D��¥$�& M���.©������/ '� ���0�������/ªC¥��/ç����!¥������¢�������¥L͵¤�¥"¨¤�Ñ�¤�����¥��4����¨����ª�������¢è��������¤�¥#���4¨�5��¨ ���¥X£���¯8��¥X«�°�±�¢���������������&¨E¢���������¢�¬�����¦&���5����¬����¥#���4���Z«�°�±��.KÝ£����m�mª�¬��/���$¤+ 0�m�/�3�m©��\�������+��¤+ �¡�«�°�±��N���/�$�m�mª��$������¤+¥����m�/¥����L�������M¥����/�������/�m��¤��«���B����¥��4������£�¤�¥�¯8�4¥�� ����������¤� �¡�¬�«�°�±���¯8��� ���Ò? ��4�����T �¤�¢����!������¬�����������¤� �¡�«�°�±�����¥�¤�©�������@�����4 ��

��¤�����¤�¥��8��¨����©�������4�,���&���8���&���T¢��4������¨���H��¨C���4 ��C«�°�±)���!¤� �¡I�+å�¤�¢�����������¬�����������¤� �¡]«�°�±��H��² ����¤���������&���!�4�Y�!¤� '�4�!����ª����V¨�&����¥#�&�Y��¥�¤�����¥#��ª]¤�£2¢��&¨�ª5��¥�¤��¥#�4¢�������¤5¥��/���� '�8����G�4¢�¤���¨�X¤�£2���&�]¢��/¢�¤�¥#ª¤�©��¥��6����¨������¬����4����¬�����¦4�Z«�°�± ¤�£,����¢������4¥N«�°�± ¥����4 ��Y�4ÎJ�� �¥�¤���¥�¤� �������¤�¥�����������¨��¥��@�4¥��B��¨�4�����B��¤�������&¨U�.¨� '¥��/�&�0�!¨�� �&¢�¤���¨��2¤�£� '���.�p�&¥��/�E�&¨�� ��¥$�&¨����.�0��¤�¥$�B�&©�� �!�!� ��!����¤]�����/¢ ��¤]����!�.� �!� ¥%���/¥L�0�.¨���.�/¬���4���¬�����¦4�H«�°�±��K�����H��¤� �ª� ����H����¢��H �¤�¨�����¥#�4��¨���4��å�¤�¢�����������¬�����������¤� �¡V«�°�±]����������¨�K ��4¨������H����H��² ¬��¥#�Z 0�������4¥����Z��¤8��¨� 0¥����4���L«�°�±�¥����4 ��E¯8�����¤�����������¨���¼� ��4¨����¨� �¥����4��������¨E�4 � ����������!¢����MÒ�¨E���&¥����� ������4¥3��Ò���¤�¯ �����4�"£�¤�¥@�!�4¥����8 '����)�4¥��/�4���� �¤�¢�����������¬����������¤� �¡5«�°�±��H�&¥��8£��4�����/¥@��¤��4 ' ������H�4¨��)�!¨ ���¥:£���¯8��¥«I°I± ¢��.�0���/�B�D��� ¨)�0�!¨����!�4¬D���&���/¬_�0�!¦ ��«I°I±I�B¤£� M¤�¢����&¥��&���!�V '���!� � ¥��/����«+¤]�D���/�!¥H�&�I©�&¨���� ���/�I M¤�¢�¬����������¬�����������¤� �¡V«�°�±��W¥���ç����¥��Z¨¤��&����������¤�¨�4��¤�����¥#�4����¨�E��ª������¢ ¤�¥����4���Z���4�����B��������¤�¥#�#�ÎUª]¢��&��¨J '¤�¨���¥#�!��������¤�¨J��¤5«�°�±p�4¥# ��������� �����¥��G���Z�����8���4¥#�����&�!¬���������!¤� '¡5«I°�±p�����0���¨?�+§ ���4¥#�����&�!¬

����������¤� �¡G«�°�±�����¤� �¡G����¤�¥������Z����¨����L���4�G£�¤�¥"�Z���4���L����¤� �¡��+��¨����©��������&��©�4��������������£�¤�¥"����L���4���L���4��¬�������4¨�U������¨�����T­�­*T �&¨�U�&�3��¥#���������8¼������)£�¤�¥@����T���4��T����¤� �¡I��Ò�£"����8¤�����¥��4���!¨����ª�������¢ ��¥�¤�����¥#��ª�����4 ����N���4���\���4����N�!¨E���ª���� ��4��¢���¢�¤�¥#ª�������\���4���\���4�����N ��4¨�����&¥��\�Z����¨����\«�°�±�����¤� �¡1��±��4���\���4��¬���:¯8�����]���!£.£���¥���¨�?�4����¥#�����������:¤�¥K��¢���¥�¤�����¥#��ª������4 ����J���4���6���4�����L ��4¨]���������I �¤�¥����������6��¨]����6«�°�±J����������L�H����£.£���¥���¨��«�°�±�����¤� �¡I�MÎJª8�����������������������������L��������������¨©¤���©�������¨V������������¨�G�H���4¥#�����4��¬�����������¤� �¡«�°�±�����4¨������¨���«�°�±)¢���������������¥�¤�©�������¨������T¤�����¥#�4����¨����ª�������¢ ��������¤�¥#�����4¨�U����¤�¥#��¨�����4¥#�����4��¬�������¬����¤� �¡�­�«�®��N��¨E�B���4���\���4��������­��&¥������4��¬�����������¤� �¡�«�°�±��N�4¥��\¢��� ��E��¢��4������¥X�4¨�5£��&������¥X����4¨E �¤�¢�����������¬����������¤� �¡5«�°�±��H¤�£"��ç���4�,«�°�±)¥����4 ��C�����"��4©�8 �¤�¢����4¥#�4�����8����¥�£�¤�¥#¢��4¨ �����­��&¥������4��¬�����������¤� �¡5«�°�±����� ©����0�.¢��.�!� ¥L�.¢����!�/¢��/¨��D�&���.¤�¨U M¤�¢����.�/²��!��ªC�&�B�0�����/¥#���&����«I°�±I�B����2¥%�/ç����.¥����0�.¢����!�/¥\¤����/¥$�&�D�!¨��

Page 127: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

119

��ª�������¢ ��������¤�¥#�,Kݤ�¨��ª����ª���! ��4�I¢���¢�¤�¥�ª�¢��4¨�4����¢���¨�,KÝ�4¨�U��¨� ���¥W£���¯8��¥@«�°�±U¢����������\�3���4¨]����¬����¥#���4���Z«�°�±��4�«�� ��!�j2&¬�ÌB�0��¢�¢��&¥$�!¦ ���B������ '¤�¢����&¥$�!�0¤�¨U��/��¯G�/�/¨J�D���G�I�!£.£D�/¥��/¨��2«�°I±��&��§H�.�Y�D���G«I°�±I�VÍä�/²� '�/���

����� õ ¬����!¤� '¡5����¨����!��¬����&���/¬�����¦4�8«�°�±�ÑX���4©��8����8���&¢��8«�°�±)¥����& ��C�����"���4©��8���!£3£���¥���¨��" �¤��0�"�4¨�p«�°�±����¥#£�¤�¥#¢��4¨� ��G��¥�¤�£3���!���&�+Ò2¥#�4¨�¡]�����8¥�¤�¯G�H�!¨C�/�4 '�C '¤�����¢�¨J£�¥�¤�¢ ÌH���¥�¤�����C¹&��¯8����¥��5ÌZ�!�H�����G��������4¨��¹Z���N����\¯T¤�¥�����£�¤�¥X����4��¢�����¥���  ��å�¤�¢����!������¬�����������¤� �¡G«�°�±��N��4©�\�Z��¤��������L¥#�4¨¡���¨��G��������¨����¨�¤�¨�¯8����3����¥�������ªE�����B��¥�����¤��&����¨�I�/­��4¥#�����4��¬�����������¤� �¡E«�°�±��W�4������¢��B�����Z¤�£,��¥�����¤��4����¨�E�4�W��¥�����¤��4��¬��¨��¥������������@��¨5����¢�������¥N��4¥���¯8�4¥��B�4¨�C����������¥N����¥�£�¤�¥#¢��4¨ ����4«�°�±C¢������@����¨�&����ªE�!�@���4¢��B£�¤�¥N�&��������«�°�±��\¯8���¨C������¨�5¥��������! 0�&����¤�¨C�3¤�����¤�¥��T��������¥����&���T�4¨�)���4¥������4��¬�����������¤� �¡5­�«�®��\��¨C������¨�����¬����4����¬����¦4�T���4���T���4��������ú�����¬��4����¤� ��!�4����©�T��¢�������¢���¨���4����¤�¨�H¤�£"��������¥#���4���8�4¨�)���4¥#�����4��¬�����������¤� �¡5«�°�±��\�4¥$�¨¤��1�4����¥#�4 �����©�Z¯8���¨�����Z¤�����¥��&�3�!¨�V��ª�������¢ ��¤����W¨¤��1�����Z��������¥#���4�����W¤�¥2��¥�¤�����¥���ªE�����4 ��Z���4�����W��¨���ª���� ��4�¢���¢�¤�¥�ª����4��������ªG��&©�L¯8¤�¥#���L����¥#£�¤�¥�¢��4¨ ��L����4¨E�Z����¨���!��¬����4���¬�����¦4�\«�°�±�¯8�����E�3���L���4¢��¨��¢�����¥�¤�£,���!¤� �¡��W�4¨� �4����¤� 0�!�4����©����ª �

Ò�������������¥��4���6����6����¥�£�¤�¥#¢��4¨ ��6�4��©��4¨���4�����L¤�£�����6¨��¯ «�°�±J�&¥� �������� �����¥����L��ª� �¤�¢����4¥��!¨�����¥����� �!�D�/¥�¨�� ���V£D���.�.ª�¬D� �0�0¤ M�!� �D�!©�V«I°I±I�B�D���&��¤ ' M����ªC '¤¢����&¥��&���.��� ¥��4���&¨�� ��� ©�� M¤�¢���� ¥$� ��.���  M '�4�0�����¢��\��¤G�ZØ4Ë4¬�����¤� �¡�£�������ª�¬��4����¤� ����4����©�H����¨�����¬����4����¬�����¦4�\«�°�±X��« �4�����$24¬�·B���¤�¯8�N����\¨¤�¥#¢��4����¦4���5��²&��¬ ��I�D�3¤�¨ �D�3¢5�E�'���&�4�1�I�Ý¥#�4�3� �_�3©��E�_¤J¯����4¨ �I�'�.¨��U��Ø�Ë ¬%���3¤� M¡U£%�I�.�3ª¬_�����'¤ ��3� �_�3©�����3¨���.�&¬_�I�����&¬_�'�.¦��͵Ë4´K±�Ñ,«�°�±*KÝ�-Ø4·&¬�����¤� 0¡E��������¥#���4���Z«�°�±]����4�1��������¤�¥#���W�-Ë4´K±]���4���Z���4���Z����¦4�Z�4¨� �-º4·4´K± ��������¥�¬���4��H���!¦4�����-¹�á�¬�����¤� �¡V���4¥#�����4��¬�����������¤� �¡�«�°�±]¯8���������������!¤� �¡�£��4 ���¤�¥\Ì�Ø-�4¨�]��¥�����¤��4����¨�V��¨�����H«�°�±¢��!���H���&¨����!�/¥3���4¨��p�Vº&¹&¬����!¤� �¡  �¤�¢����!�/���/¬���������!¤� �¡]«I°�± ¯8�!���J���������¤� '¡]£��& ���¤�¥:£�¤���¥:�&¨��p¨�¤5��¥��/¬��¤��4����¨�I�

«1�����3¢5�I¤�¥��_��¨��W M¤¨� M�3�1���3¤�¨ £%¥�¤�¢ «�����3�@2�¬%·��3�T�_�����W�D���&¥#����¥$�����3�_�&¥�¨����_��«1°,± �,�4�'�3�¨��T�_¤U�¢�¤�¨�¤����!�����! B���!¨����!��¬����&���¬����!¦&�8«�°�±p�����4�X�4¥��8¤�£X '¤�¢����4¥#�&���!�8�!¢����!��¢���¨����&���!¤�¨C '¤�¢����!��² �!��ª]����X ��&¨��������©���¥W�¤�¤��U��² �� �������¤�¨]����¢��T���������������4� «����6���������������L�4¥��6¨¤��?������4¨���� �ÍµË � ��¤�·Ì � Ñ����¤�¯8��©��¥3���©��¨5¯8�����5¢�ª�¤�©��¥���¢�����&�����:¤�¨5¯8¤�¥#¡���¤��&���:����4�Y������¨�C������¨��¼� ��4¨�Y����¢��-��¨5«�°�±J¢������@��&¨������¨�1�

Table 8-1: Simplified comparison of the different TLB types

TLB Type AreaAccessTime

EffectiveTLBreach

#TLBmisses

TLB misspenalty

OSsupport

Set-AssocTLBs

Single Page Size (õ blocks) 1 1 5 5 1 1 YES

Single Page Size(õ * R blocks)

5 5 1 1 1 1 YES

Complete-subblock (õ blocks, subblock factorR ) 4 4 2

42 if pre-loading

15 if pre-loading

1 YES

Partial-subblock(õ blocks, subblock factorR ) 3 3 3 2 1 4 NO

Superpage(õ blocks,R * base page size)

2 2 4 3 1 5 NO

Table 8-2: Key TLB performance results—normalized execution time speedup relative to using 64-block fully-associative single-page-size (4KB) TLB

64-blockSingle-page-size

(4KB) TLB

62-blockSuperpage

(4KB/32KB) TLB

57-block partial-subblock TLB

(subblock factor 16)

35-block complete-subblock TLB

(subblock factor 4)

1.00 1.18 1.21 1.04

Page 128: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

120

«���-¨��¯>«�°�±J�4¥� �������� �����¥����L�4¥��6��¢���¤�¥#���4¨�?�4�:£�������¥��6Ø4Ë4¬������Y�4¨�J¤��S-.�� ���¬�¤�¥��!��¨�����J¯8¤�¥#¡���¤��4���:����4���4©�L���4¥�����¥��4¨�������4¥#����¥��4����¥������������4 �������¢��4ªT������¨��¢�¤�¥��L����¢��:�!¨�«�°�±�¢������2���4¨������¨�8�4¨������4©���¤�����¨������&�,£�¤�¥@��������¥:���������������4��«+¤����4ª1âã�H¢��! �¥�¤���¥�¤� '������¤�¥#�H�&¥��8�������p��¨J��¥#�4¨����8¤�£X�������!��¨��H£�¥�¤�¢���4����¤����W��¤�����¥�©���¥#�W�4¨� ���1���W��¢���¤�¥#�3�&¨�1����4�1����B«�°�±��W��������¤�¥��1���&¥���Z¯T¤�¥�¡��!¤��4���4�Ò���¨����¨����¤�¨�4���!ª� ��¤����6¯8¤�¥�¡��¤��4���L����4�Y������¨�J������¨��¼� ��4¨�?����¢��-�!¨5«�°�±J¢������:���4¨������¨�1�&ÎJª�¥���¬

���������N¤�©���¥���¢�����4����¦4�\�����\��² �� ������!¤�¨E����¢��H���������������N�4¨�5¥������� �����¤�¨E��¨�����\¨��¢�����¥X¤�£I«�°�±5¢����������£�¤�¥2¯8¤�¥#¡���¤��4���K�4¨�]��ª�������¢��K����4�1��4©�Z¢��4¨ªV��¢��4������¥�¤� ����������/�/�Ý������H�����H¨��¯ «�°�±]�4¥� �������� �����¥������¤E¨¤��Y������]�!¢���¥�¤�©�B����-��²&�� �������¤�¨�����¢��B¤�£Y��¢��4�!���4¨�C���¤�¥#��¬��!��©���C��¥�¤���¥#�4¢��������,�!�@��¢���¤�¥#���4¨�Y��¤¨¤����Z�����ªE��¤V¨¤��1����¤�¯ �����¢ ��¤�¯8¨����������¥#�§Z¨�¤�����/¥L�.¢���¤�¥$��� ¨��2 M¤�¨��D¥$�!������.¤�¨U¤£�¢�ªC�����4�0�!�B�!�B�.¨U¤����/¥$�&�D�!¨��C�0ª�����/¢ �I�/�0�!��¨?��ú+�����/¥$���&���

�4¨�C���&¥������4��¬�����������¤� �¡�«�°�±��:�4¥��B���4¥�������ª���¨��£3£��� �����©�-��£Y¤�����¥��4����¨����ª�������¢��:��¤E¨¤��Y��������¤�¥#�Y�����¢)�4Ò������¨����£�ª5����8¨��¯ ��¤����� '�����\�4¨��)¢��� ���4¨�����¢��H¥���ç����¥����)��¤���������¤�¥��"��������8«�°�±��H�4¨�)�������!¥@��¨����¥#�4 �¬����¤�¨�N¯8�����E¤������¥X¤�����¥��&�3�!¨�G��ª�������¢è��¤����� ������N�4¨��¢��� ���&¨����¢��/��ÒI��4©��\�4����¤G��¢�������¢���¨�������Z¯8¤�¥#¡�¬�!¨�]©���¥#���!¤�¨C¤�£X����G��¤��!�� '�!���H�&¨�p¢��� '��&¨�����¢��H�!¨J�V �¤�¢�¢���¥� ��!�4�Y¤����/¥#�4����¨��]��ª������¢���ú�¤����&¥#�!�H·�øÌ4�+Ò�4����¤T��¥�¤���¤����:�H¨��¯ù���ª����� ��4��¢���¢�¤�¥#ª8�4����¤� ��4����¤�¨V�4����¤�¥������¢������4���L¥�������¥�©�4����¤�¨������4�������4 ����2���ª���¬�� ��&�,���&�����H��¨C��������¥¬����¥�¤�����¥:�����& ����H¯8���¨C£3�!¥����"�&����¤� ��4����¨��5������¢ ��¨�������&�)¤�£X�4�!��¤� '�4����¨��5�����¢ ¥��&¨¬��¤�¢���ªV�4¨��] �¤���ª���¨�E��¨��¤� �¤�¨�������¤����W¢���¢�¤�¥#ªV���&�3��¥#�ÎUªC�����/�0�!�B�&�.�0¤]¢�� ¡�/�B�!¢���¤�¥$���&¨��2 '¤�¨���¥#�.����D�!¤�¨��Z�.¨U�������&¥$�/�E¤£2���&���G��� ��!���I�/���.�¨���Ò��0�����Iª

¯8�4ª��@��¤V����¤�¥��B��������¥#���4���B�4¨� ���4¥������4�!¬�����������¤� �¡E­�«�®��@��¨� �¤�¨©��¨����¤�¨��4�����4���B���4�������4� ï ¨�Z�&������¥#¨�4¬���!©����¥��������� '�4���!¨�]����8��������¥����4��8¤�¥:���4¥#���!�4��¬����������¤� �¡5­�«�®)�&�"���4 '�C���&���8���&���8­�«�®�����������¤�¥#���H����¨��/¯ «�°I±��Z¯G�!����¤����X�!¨� '¥��/�&�0�!¨��]«I°�± ¢��!���B����¨��&�!��ª+��Ò��&�!��¤]��¥�¤���¤��0�G�V¨��/¯ ���&���G���&���!�/�� '�!���0���/¥��/����4��6���4������������4�����\��¢��4������¥W��¨ ����¦4������4�\£��4������¥W�4 � ������L����¢��������4¨�U�!�L¢�¤�¥��T��£3¼� �����¨���4������¤�¥#��¨������¬����¥#���4���Z�4¨�]���4¥#�����4��¬�����������¤� �¡V­�«�®��K����4¨� �¤�¨©���¨�����¤�¨�4�����4��H���4�������4��§û �����������¥����]���4���H���&���!�H���W���4������]���4���H���4�����Z�4����¢���¨������]¯8���������������!¤� �¡���¨�V�4¨�]�������K���� ��¨��ç�����K����¢������4¥2��¤����¤����H�������]��ª��������¥#���4����� �¤�¢�����������¬�����������¤� �¡���4¨��]���4¥#�����4��¬�����������¤� �¡E«�°�±��4�«+�&��!�M2&¬DºE�0��¢�¢��&¥$�!¦ �/�Z������¡�/ª ¥��/�0���.���Z¤£�¢�ª �����/�0�!�&��«����/¥����&¥�����¯G¤]£D�& '�D¤�¥$�Z�D���&�2�!¨�£��!���/¨� '�

«�°�±�����¥�£�¤�¥#¢��4¨ ����M¤�����¥��4����¨��8��ª������¢>��������¤�¥����+�4¨�� �������4¥����H��������£�¤�¥"����:«�°�±X�'Ò�£�¤�����¥��4����¨��8��ª��¬�D�/¢  M��� ¨����4�-�&¥#�V�.¨�� ����¥#¤��¥$�.� ���4�I M¤¢����!�4�D�/¬D��������.¤ M¡C«I°I±I�-���.©���D���V��4�0�����4¥$£D¤¥$¢�� ¨� M��Ò_£��D�������ª�0�! '�&�Y¢��/¢�¤�¥$ª]¢��&¨��&���¥L�!¨U�����G¤����/¥#�&���!¨�� ��ª������/¢  '�&¨U��G¢�¤����!£3�!���I�����&¥#���!�&�!¬D��������!¤� '¡ «�°I±��¯8�����¥������� ��L«�°�±��&¥����H¤�¥"����¥�£�¤�¥#¢>����������¥"����4¨V �¤�¢�����������¬�����������¤� 0¡G«�°�±��4�M�Ý������\©��¥�ªG���4¥����L��������¥�¬���&��/�H�&¥��G���0��£D���!��¢�ª]¥��/���������Z�0��¤�¯ �����&�X�0������¤�¥#���!¨�� ¢������!��¢�¬D���!¦&�/�p�0�����/¥#���&��/�Z�!�H¨�¤��X¯G¤�¥#����¬¯����.�3�4�,���4 �� �I���E�_���&ªJ¥#�4ç�I�.¥#�E¢5¤�¥���¤�I�4¥�� �_�.¨��J�'ª����_�4¢5�6 M��� ¨����4�T� ¨��Ý�I�4¥�£_¤�¥�¢ �3�4���6¯V�4�.�X�D��� ¨���4¥#�����4��¬�����������¤� �¡E«�°�±��4�

ÎJª�����������:���������������@�&¨�C��©�4�����4�����:¥���©�¤��������!¤�¨�4¥�ª� ���4¨�����:��¤E«�°�±J�4¥� �������� �����¥��-����4�Y��¨ �¥����4���

Table 8-3: Key Results

TLB TypeAdditional OS

support

TLB performancewith fixed chip

area

Single-page-size None Worst

Complete-subblock None Medium

Partial-subblock Best-effort Best

Superpage Invasive Good

Page 129: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

121

«I°I± ¥��4�& '�)¯G�.�����!¨) '���.� �&¥��4�E� ¨�� �& M '�/�0�B�D�!¢��� '¤¨��0��¥$� �!¨����&��Ò_¨� '¤¥$��¤�¥$� ���!¨��C�0�� '�U��������¤�¥$����¤]�.¨�¬ M¥#�4� ���V«1°I±Ý¥#�4�  M���,�4©�4¨p�.¨p�D���E���.¢����3�/���N£_¤¥�¢ � �6�I�4�� M¥$�3���4�Ý���4¥��4�1�.¨p£_���_��¥#�V¢5�. M¥�¤���¥#¤ M�4���0¤�¥$�¯G¤����!�p¨��/�&¥#�!ª]�/�!�!¢��!¨��&���G�&�!�Y����2 �¤�¢��������0¤�¥#ª «�°�± ¢��!���0���Z£D¤�¥:¢��&¨�ª �&�����!�! ��&���!¤�¨��4�XêZ���G¤�£2�!�&¥_����������¥#���4�����L¯8¤����!�J�4����¥������L¢�¤����?¤�£�����6¥���¢��4��¨��¨���4�������� ��4����¤�¨�/â�¨�������4� ÎJ�� �� ¯8¤�¥�¡����¤�¯T��©��¥3�¥���¢��4��¨����¤T���L��¤�¨�L��¨E¤�����¥��4���!¨�8��ª�������¢�����¤T�����L����L��¨ �¥����4������«�°�±�¥����4 ��°K ���¥�¤������V��������¤�¥#��£�¤�¥��������¥����4�����H¤�¥@���&¥����!�4��¬�����������¤� �¡���¨���KÝ�4¨��)���4���8���4���!�T�������!��¨�H��¤�¥%������ ��T«�°�±p¢������H����¨�4����ª ��«���¤�����¥#�&���!¨�]��ª������¢ �4¨��p���&���G���&�����G�������������H�!¨C¢�ª]�����������Z������¨�����£Dª5����8�!���������H�!¨©�¤��!©����p��¨J��¢����!��¬¢���¨����¨������6��¤����� ������L�4¨�U¢��� ���4¨����¢��L��¤���������¤�¥��?��������6«�°�±��L�4¨�J��¥�¤�©������ ���Ö�L¯8¤�¥#¡���¨�������?¤�£��¤����! ������:�4¨�C¢��� ���4¨����¢��@����4�Y�����B����-���4¥����¥N«�°�±C¥����4 ��Y�&«����¥��-�4¥��-¢��4¨ª���¤�����¨�����4���4¥����4�:¤�£Y¥���¬�����4¥� �����¤���² ����¤�¥�����6£���¯ ¤�£,¯T���� ���ÒY�������,��¨�������@���� �����¤�¨Y�«I°I±��B M�&¨)��/¨��/£��.�2£D¥�¤¢ ���0�.�¨��!£��! '� ¨����¤��ªC¤£�¥��/�0�/� ¥� '�)�!¨) '�  '���V���/���!��¨?��Î)ªC�����4�0�!�B����¤¯G�

�¤�¯ ����������¤� �¡���¨�����6£����4����¥��B¤�£�����¨�������� �!¨� ��4 ���B����������¨�� ��4¨��!¢���¥�¤�©�B«�°�± �4¨�� ���4��B���4�����B����¥�¬£�¤�¥�¢��4¨ ���� ï �����¥� ��4 ���Z¤�������¢���¦4�4����¤�¨�W¢��4ªV���Z¥�����² �4¢���¨���]��¨�����Z �¤�¨����² �1¤�£,«�°�±��4�ï ����¥$�4����¨��]�0ª��0���/¢ ��������¤�¥#�"£D¤�¥:��������¥$���&��G�4¨��p���&¥#���!�&��¬D��������!¤� �¡]«�°�±��Z���Z�&¨J¤����/¨C¥$���0���&¥� '�

�4¥����� ï ¨�B¢������Y��������ª��3���B������&©��¤�¥N¤�£Y����B¢��� ���4¨����¢�������¤����� ��!���@�4¨�C«�°�±��@¯8���¨�����B��ª�������¢ ������4���¨��� ý Õ ÔMÕ �������¥��T���\��¨����£3¼� �����¨�����ª����� ��4�1¢���¢�¤�¥#ª �54?�������4¥� ��C��¤����4���T�4������¢����\����£3¼� 0�!��¨������ª�����¬ '�&�Y¢��/¢�¤�¥$ª]��¤]��¥��/©��/¨��X���&��!¨��1� ß ��¥$�����/¥L¥#���0�/�&¥� '�U�!�Z¥���ç����!¥��/�p��¤]£��!¨�� �V���&��/¬D���!¦&�G�&�0�0�!�¨�¢��/¨����¤����! 'ª]�����&�"�!¨� ���¥#�Z�!¤�¯ ¤�©���¥������&���� '�4¨J '��¤�¤����G�����¯8���/¨J¢��������!���!�G���&��G���!¦4�/�����&¨��p '�4¨J�&���4���X��¤ '���&¨����!¨�� ¥��/£D�/¥��/¨� '�����&�����/¥#¨��B¤�¥L�&©��&�.�!�&��!�G����ª�0�! '�&�Y¢���¢�¤�¥#ª+��Ò_¨J���&¥#���! '���!�&¥���¯G�!���U�&¨J¤���/¥#�&���!¨����ª�������¢è����4�I��������¤�¥#���N����\¢��� ���&¨����¢��N¨����������£�¤�¥X��������¥#���4��������������¥�¬�����©�����¤��!�� ������N����4����4©��\��¨¬����¢��4���T¡¨¤�¯8���������8¤�£"����T¯8¤�¥�¡��¤��4�)������¢ �4����¥#�4 �����©�����§H¨C��¢���¤�¥#���4¨�"£���¥#���"�������U�!¨ ��¨��4������¨�]���� ��¥��/�0�4�&¥� M�U�.�B�E M¤�¢�¢��4¥� '�.�&��¤����/¥$� ���.¨��C�0ª��0���/¢ �����&���!¢����.�/¢��/¨��D�B�&¨�� �0������¤�¥$�D�B������¢��4 '���&¨��!�0¢��������¨����¼����]�!¨�¢�ªE����������4�

4������� ���¨�5����8¨��¢�����¥@¤�£X«�°�±U¢����������\¤�¨��ª5�4����¥����������\���4¥#��¤�£"����T��¥�¤����!��¢ �4¨�)¯8�4ª�\��¤�¥���¬���� ��L����\«�°�±�¢��!���N����¨�4����ªG�4¥��L�&¨¤������¥"�4©���¨���\£�¤�¥X¥��������4¥� ��Y��«�¯T¤8�!���������N�4¥��\¤�£I���4¥#���� ������4¥X��¨����¥�¬����� K ��£3¼� �����¨����¤�£���¯8�4¥��L«�°�±�¢���������&¨������¨�G�4¨�����4���L���4�����L����������¨?�'ú�¤�£���¯8�4¥��L«�°�±�¢���������4¨���!��¨��4����¤�¯8�\Ó���²&�����!�6���4��6���4�����T����������¨�������?���4ª��L�G����¨�4����ª�¤�©��¥W��4¥���¯8�4¥��6«�°�±U¢������L���4¨������¨���ÔMÕ Ö,Õ '¤�©��¥�����4����¤6��¥��4�!¨�����:������������¨���� ��4�� ������&����¨�T����:­�«�®��4����¥������2��¨��H��¥��4����4¨������¥��'­�����������¨�:����������¨�����4����&¨�����:«�°�±�¢����������2¯8�����¤�������¥#�4��¨��¨�8����:������������¨�:¤�¥?��¨V���4¥#�4���������¤6¤�������¥�¤�����¥#�4����¤�¨�2 ��4¨V¥���¬���� ��6«�°�±J¢������L��4¨������¨�� �¤������L¢�¤�¥��6����4¨ ��¨ �¥����4����¨������6«�°�±J¥����4 ��]��¤����4� §ù����¨���4¥W���4���6���4�������£D¤¥\�/²�� ¢����!�4�I¤�£D�D�/¨U�D�&¡��/�B¤¨��.ª ¤¨��V¢��/¢�¤¥$ª �  ' '�4�0�B��¤ £D�/�D '�U�D����­�«I®Kõ�E£D�/¯  'ª� '�!�4�B¤�¨) '�  '���������.KÝ�����,��¥��4�]¤�©��¥�����4���W 0�&¨����4¡��Z�4¨�¤�¥�����¥�¤�£,¢��&��¨���������Z¢�¤�¥��Z¨��¢�����¥�¤�£, �ª� �������� å��4�� ������&����¨��D���V� �I�I¥��4�0�-¤£��D���V­�«I®Ý¥��/ç��I�!¥#�/�-���!��¢�� ¨��.�����.�&�D�.¤¨���Kõ� �I�I�!�D�.¤¨��0�1��.��¢�� �0¡��.¨����I���.���/²+��¥��& M�D�.¤�¨����4�����¨�DKÝ����4�?¥����������?��¨ ����ç����¨ ����L¤�£"��������¨����¨�?¤�����¥��4����¤�¨��L¯8�����]�����������T��¨���3¥��� �����¤�¨¬��!��©�����¬����&¥��4��¬����������¢ ��¨]�T«�°�±C¢������:��4¨������¥#�=ä\�������¨��¨�����4¥���¯T�4¥��-����4�Y ��4¨5��¤E���� ��5�4����¥������: ��4�� ������4����¤�¨�:��£.¼�¬ �����¨����ªE¯T�!�3��¤����1¥�������¥��� �����¨�E����Z��¤�£���¯8�4¥��Z��¤V�-����¨�����B���4���Z���4�����Z���������¨����W�6��¤����� :£�¤�¥�¥��������4¥� ��Y�­��&��G���&��!�G�����0�!�¨J�&�!��¤]�!¨� ��!�������Z�0¤�¢��G�!¨����/¥$���0���!¨�� �&¥����&�Z¤�£2¥����0���&¥� '�?� ß �!¥$������«�°�± ¢��!���Z���&¨�¬

�I�.�4¥���Ím��� ¥��I¯�� ¥#�V¤¥H��¤£_�D¯�� ¥��4ÑN�Dª����3 '���.�.ªJ�  M M�/����Íä� ¨��Ý�I���I� �D�4ÑK��� ���V�D����3�/�6¯��.�D��¤���N�  Mç���.¥��.¨����¤� �¡��4�'�J������¢���������¬���¥�¤� �������¤�¥���ª�������¢��2�4¨��¢���������¬����¥����4������¤�����¥#�4����¨�8��ª������¢��2¤�¥��4�������� ��4����¤�¨�����4¨��¨������¥#�4�����4¥��1¤�£1���4���Z���4�����H����������¨����K�B��ª�¨� 0��¥�¤�¨��¦&�4����¤�¨���¥�¤���¤� �¤�������4�1�������4�����W����H���4���Z���4�����H��¨��¢5��¨�¨��&¥B M¤�¨����3�'�D�&¨��K¯V�3�D� �I¨���ª¨� M��¥#¤¨��3¦��4�õ«1°1± ¢5�3���T����¨��1�.�&¥Z�� � ��4���'�4�T¯V���3�3��¢5���.¨��_���3¨��3¨��¢���������¬���¥�¤� �������¤�¥W«�°�±J �¤�¨�����������¨ �ª�KÝ�G��4¥��J��¥�¤�������¢)� ú �� �¤�¨����¤�����¥��4���!¨����ª�������¢��L��ª����� ��4����ª�����¤�¥���4�����4�W������ �¥������3¤�¥��W��¨��B�������4¥#�4���H��ª�¨¤�¨ª�¢ ���4�����H�&¨�]���I¥���¢��4��¨�K��¤����Z������¨���£1�����¥��H�4¥��H����¨��¼����W��¤ '¤�¢���!¨��!¨�� ���������&��G���&��!�G�&¨�� ��ª�¨�¤�¨�ª¢ ���&��!���«����!¥��I��¨���¯ ���&��G���&��!���Z�����&�2 '�&¨J�0��¤�¥��G�0�����/¥#¬���&���G�&¨�� ���&¥$���!�&�!¬D�0�����!¤� '¡ ­�«�®��B '¤����!� �¤�¥$¥#¤�¯ �!�I�/�&�Z£D¥�¤�¢ �I�&���&��&�0�G¥��/�0���&¥� '�U�!¨U�!¨����! '�/�Z����� ���������¤�¥��,¥��4¨��Zç�����¥������4�

Page 130: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

122

ó�����7���9����;óÏù����AÏ�6�!7�úû7�AÈ����è >�7g�Q���Ï7�J��C����J

«�����L�4������¨����²V���¤�¯8�\��¤�¢��6�����4¨���4¥��U ������3¤�¢ \N°�ú ÒX 0�!¥� ��������L����4�� �¤������U���T�������U��¨ £�������ª¬��&��¬��¤� '���&����©��8�4¨��)������¬D�4����¤� '���4����©��8«�°�±��4�+ÒX���!��������¥#�4���8¤�¨���ª5�0���4���! B���������¨�H����¥$¤�����¤����"����8��������!�4�5äHª¬¨��&¢��! -�I���0�!�¨��Z�&¥��G¢�¤�¥�����¤������!�&¥$��«����/ª]��¥$�!¢��&¥#�!�!ª ���!£�£��/¥L�ª]�&�I���!¨�� ��¥��/ '���&¥���G�&¨�� ���!�0 '���&¥�����¥#�4¨���!����¤�¥#�-³µ�5�����,2�2�»��ß �����¥��W§H¬#Ì@���¤�¯T�W�- �¤�¨©���¨�����¤�¨�4��å�§HÎ  �����������4�1��¢�������¢���¨���K������¯ET ï 4p£���¨ �����¤�¨)³µ�5����� 2=2�»ø�

�BØ4¬���¥��&¨���!����¤�¥�4?§HÎ  ����������4¨�5�-å�§\Î  �������¯8¤�¥��] �¤�¢���¤������5¤�£I²6å�§HÎ  ��������4��ÎJ�������������H���� ���åN§\ί8¤�¥����W �¤�¢�����¨�Z��¤�£�¤�¥�¢ �-å�§HÎ �4¥�¥#�4ª�KÝ�������!��¨���K���&���W���¥�¤��������&��������Zå�§\Î ¯T¤�¥����4�/«���Z����������¨���� '� ¥#¥$ªC�������D�&�C��¤¥#�D�!¤¨U¤�£��D����©��.¥$�����&�?� ���I¥��/�0�B��¤ ��� '¤¢����&¥��/� ¯��!���)������ M¤�¨��D�/¨����B¤£�������åK§Zί8¤�¥����4�4«���-±�Ò�«C����¨����: ��4¥�¥#ªE�����B��¨©��¥#�����C�4����¥������@�������:�4¨�C�3��� ±�Ò�«C�!��¨���@ ��4¥�¥#ª�����B¨¤�¨¬���¨©���¥#������4����¥������H�������4��ÒD£X�4¨�ª5¤�£"����8���!���H��¨J����8©���¥#�����&�,�4����¥����0�\��¤�¨�¤��"¢��4�� ��C�����8���&�5���!���H����¤�¥����)�!¨C�����å�§HÎ  0�������4¥#¥��4ª��������\��¥���©���¤�������ª���¥��� ���4¥�����5¢��4�� ��E���!¨�\������ ���4¥������4��«����¥���£�¤�¥���������\ÎU§2«�å�æ ����¨����W�4������¥������]¤�¨��ªV��£±¨�NïN�����Z�������W����¤�¥����]��¨�����Zå�§HÎ ¢��&�� 0������Z��¨�����#�

Figure A-1: fully-associative TLB memory cells.

Ò?¨���² �Y���¤�¯>���¥����-¯8�4ª��:��¤���¢�������¢���¨�?�T©�4���!�C�����Y�!¨5£�������ª¬��4����¤� ����4����©��-«�°�±��TÍ ß ������¥��W§H¬�·4Ñ#�&§©�4���!� ���!�,å�§HÎ  ������X͵����B��¤�� ¤�£ ß ������¥��@§H¬�·4Ñ? ��4¨� �¤�¢�����¨�B¯8�����5����BåN§\Î  �������¯T¤�¥��C¤�£ ß ������¥��@§\¬ÌH�4¨�)������ ���4¥������\����8ÎJ§2«�å�æè����¨��T��£"����8����������¤�¥����)����V4� ý Õ ÔMÕ '��!¨©�4�����X��«����������¤�¯8��©���¥�����¨ �¥����4���������- ��4���4 ������4¨� 0�-¤�¨5����-ÎJ§�«�å�æ>����¨�-�4¨�J����¤�¯8�@�����B���&�� �¤�¢����&¥�����¤�¨Y�&ú���¢�������¥K��¢�������¢���¨���4���!¤�¨��4¥��-��¤������������6��ª�����¤�¥#��¨������6©�4�����U���!���:��¨]�8�������4¥#�4����4�§HÎ ¤�¥K¥�������������¥������4�:�����-¨��² �?��¯8¤�¤�������¤�¨����!��������¥��&������«����T¢����������8¤�£ ß ������¥��@§H¬�·����!��������¥��&�����H����8�����8¤�£"�����4���H���&���8 �¤�¨��¥�¤��!�����)��ª]����8©�&�������!�2�0��¤¥��/� �0�/��� ¥#� ���/�!ªÝ³ä°I�/��2&¶&��»D��­��&�0�B�� ���/�0����¤�¯G�/©��/¥����I�/�¥$�&�I���0�!�¨��&�!�B��� �0�0�!¨�� �D��¥�¤�����U�����/¢�4¨�U¥���ç���!¥��6¢�¤�¥��6��¤�¯8��¥#£����1��¥#��©��¥��L¤�¥W��¥��� ���4¥����6 ���¥� �������¥#ª � «���6��¤�����¤�¢ ¤�£ ß �����¥��W§H¬�·G���¤�¯8�L������¥��]�4������¥#¨�4����©��H����4�I �¤�¢�����¨���K����H©�4���!�5�����1�4�K���4¥#�I¤�£1�-�����4¨���4¥��5¢���������¬������4���H¯8¤�¥�������¨�H��¥���©���¥ ���¥� ������#�mä\¥#��©��¥#�2�����:¢���������¬������4��: ���¥� �������¥�ª8��¨�������4��¤�£��\����¨����:���4¥����:��¥#��©��¥���¤T¥������� ��:��¨������ ��4���4 �¬�.��� ¨� '�V� ¨�� �.¨� '¥#�/� �0�V£D� ¨�¤����� M�&��� ��.�.�.���.�/�-¤£��D���V�I¥$�.©�/¥���Ò_¨� M¤�¥$��¤¥$� ���.¨��C�0�.¢����!�V�.¤����. T£D��¨� '�D�.¤�¨��0����� ��5�4�: �¤�¢�����¨��¨������-©��4�����C���������¨��¤E�8¢���������¬������4���-��¥#��©��¥K�4�����@���!�������-¤�¥N¨¤�¤�©��¥�����4�X�4Ò?¢�¤����������L©�4�!����������å�§HÎ  ������£�¤�¥�£����!��ª�¬��4����¤� ����&�3�!©�L«�°�±����4¨������L¤������¥����������¨����¥�������¨���������¥��L¢��4ª8���£��4������¥��4¨�  �����4����¥��4������¥�¨�&�3�!©���/�

VDDWORD WORD

BIT BIT

MATCH

conventional XNOR-CAM cell

VDDWORD

BIT BITconventional RAM cell

Tx

Ax Ax

T1 MATCH

CAM cell word (x bits wide) —compares (T == A)

A1 A1

Page 131: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

123

Figure A-2: Valid bit implementation alternatives (fully-associative TLB)

ú�����¬��4����¤� ����4����©��\«�°�±��K ��4¨������\����¢��!���4¥X���� ��¨��ç�����K��¨�����H���4�� �¤�¢����4¥#�4��¤�¥���æT¤�¯8��©��¥3����£1����H���4��4¥#¥��4ªG����¤�¨E����L �¥#������ ��4�����4����+�H£��4������¥"�4 � �����������¢��\������¤������������L��ªG����¤�¥���¨�G©�4���!�����������!¨V����L���4���H�4¥#¬¥#�4ª5�4¨�) �¤�¢�����¨��¨�5�����¢ ¯8�����C����T¢���������������² ¤�¥@��¥#��©��¥@��¤�����  ��«�����\¤����3�!¢���¦4�4����¤�¨C���H¨¤�����¤��������&¥��¨� 0�& ���Z����������¨�W¯8���¥��Z����Z���4�V�4¥#¥#�4ªV���W¤�£�����¨�¨�¤��1¤�¨�����Z �¥������� ��4�����4���Y�§ �����I�4¥$�I� ��V«1°1±Ý�.¨� M�.�I�I�4�6�I¤�¨�â �D¬_ M� ¥#�E M�4�.�3�-£_¤�¥H�D���V�3¤¯�¬_¤¥#�1�/¥Z�D���J���.�D� ��®I�� M�p�I¤�¨�â �D¬_ M��¥��

åW§BÎ  M�&�3�LÍ ß �3��I¥$�Z§B¬%º�ÑW���_¤�¥#�&�T�_¯�¤U���3�_�mKà���_� �)��3�K��¨�� ��¢5���'¡U��3�_Kà��¨��õ�3¢5�I�3�4¢5�&¨��_�T�D��¥��4������4������KÝ¢��4�� ����¨¤�¢��&�� 0������¤�¨Yâã��¬� ��4¥�����Ò�£"����T¢��4��¡5���������6�4Ì��H�����¨ ����T ������1¨���©���¥@������ ���&¥������\����ÎJ§�«�å�æ ����¨������!¥�¥��������� ����!©�8¤�£X����8©��4�����8¤�£X����8���4�]�����"����¤�¥����)��¨C�������H ���������ú��� ��C��¤�¨Yâã��¬� ��&¥��T ����!��� ��4¨C���8���4¥#�"¤�£"����TåN§\Î  ������,¯8¤�¥��"�+«����T�4���������!¤�¨�4�,��¥#�4¨��������¤�¥@¤�¨C����8���!�� ����4¥����T���4���C��¨ �¥����4���������G '�&���4 '�!���4¨� '�G�4¨�� ¥��/���!�����&¨� ��/���&£�£��/ ����!¨��]�����64�å ���!¢��G �¤�¨������&¨��X�4¨�� �4 ' '���0�H���!¢���� ß ��¥#������¥����������¤�¨?â ��¬� ��4¥��\ ��������K�4���5�B������¨���¼� ��4¨�1�4¢�¤���¨��I¤�£1 ��4���4 ������4¨ ��H�����H��¤G�B��¤�¨���¥2ÎJ§�«�å�æ �!��¨�H����4�I��4���¤����4���@�3��¥�¤���������¤���������Z�������W�4¨� �4£3£��� ��,���4�V �¤�¢����4¥��Z����¢����«���6�4¥����8�4¨��U����¢���¨��¢�¤��������L��¨ ú��� �����¤�¨G·�� ·G�4¨��Uú �� �����¤�¨G·�� º8�&������¢��6����4������T��� ã ͵��������¥#���4�������¦4�������&���6���4��6����¦&��Ñ���¤�¯8¬�¤�¥�����¥K�������L�����6��¤�¨Yâã��¬� ��4¥��6 ��������L£�¤�¥K����6ÎJ§Hú�´ �������4�&ú��� ��]�8 �¤�¨¼�����¥��4¬

���!¤�¨U '�&¨U��������¤�¥$�2¢�¤�¥��G����� ¨J��¯G¤]���&����0�!¦&�/�.K �&�.�Y��¤�¯G��¥�¬D¤�£D¬���¯G¤]�0�!¦&�/�Z��/��¯G���/¨U�����G��&�0�����&������¦4�:�4¨�������@¢��4² ��¢���¢>��������¥����4���:����¦4����ÒD� �¤�¯8��©��¥�� �4������¢��:����:�����:¤�£�¤�¨��ªT��¯8¤6¤�£�����:��������¤�¥���¬���U���4���6����¦4���L�!¨]��������¥#���4���T«�°�±��4� ï ¨�T ��4¨]¤�������¢���¦4�T�3���6����������¨ ¯8���¨ ��������¤�¥�����¨���£���¯8��¥@���4�������¦4���/�/�Ý����¨���������¤�¥�����¨�E��������¥#���4���Z����¦4���W����4�1�&¥��Z¢����������������W¤�£,£�¤���¥�¤�£,���4 ���¤������¥���£�¤�¥���² �4¢����!����6����¨������ZÎJ§Hú�´ �����, ��4¨� 0¤�¨��¥�¤�����¯8¤�¨���������¤�¥��!¨�VåN§\Î  ��������4�/«�����@��4��©���W����B¨��¢�����¥�¤�£YÎJ§\ú�´�������@��¨�����Bå�§HÎ  ��������4¥#¥��&ª �/æ8¤�¯8��©��¥3�����,¯8¤������ ¥���ç�����¥��Z���&¥�����¥N��¥��&¨��������¤�¥#�@��¤V��¥#��©�B�4¨���¨� �¥����4�����£��4¨¤����1¤�£,����ZÎJ§Hú�´ ������¨�4���

VDD

WORD WORD

BIT BIT

MATCH

valid bit CAM cell

VDD VDD

MATCH MATCH WORD

conventional wordline driver

VDD

VDD

MATCH MATCHWORD

wordline driver +(MATCH AND Valid)

V

V

MATCH

V

To Wordline driver

(a)

(c)

(b)

valid bit pass gate

Page 132: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

124

Figure A-3: Don’t-care XNOR-CAM cell

VDD

BIT BIT

MATCH

VDDWORD

MASK MASK

Page 133: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

125

óZ����7���9���� I�ù���AB�6�C7�AÈ7D�������������G��< J� �"E"$�C��%�&� �É����C�Q9 "E����J

ÎJ¤����,���!¨������¬����4����¬����!¦4�Z«�°�± ��¢�������¢���¨����4����¤�¨�W�4������¢��Z����4�,¤�¨��ªE�6����¨�����B«�°�± ����¤� �¡E ��4¨����� �¬ ������U�!¨ ���4�5 �¤�¢����4¥�����¤�¨C����¥���¨���«�°�±)��¤�¤�¡����"��«���!�\�4������¢�������¤�¨ �4���!¤�¯8�\£�¤�¥@����¢�������¥@ ���¥� �������¥#ª5¤�¨�����G���&���E���!���G¤�£2�����G«�°�±X��æG�&¥���¯8�&¥��G¤�¥:�0¤�£���¯G�&¥��8��ª���! '�&�!�!ª]����&¥$�&¨����/���Z�����&�X��¯G¤5¤�¥L¢�¤�¥%�G«I°�±����¤� �¡���¯T�!���¨¤�����4©��:����:���4¢��L�3�&�I� ß ��¥������¥����\©��4��������������¨V���4 ���«�°�±�����¤� �¡8�������4�������2�4¨�ªT������¥���¤����¢��&�� '�����Z�����G��¤5�!¨©��&�!�!�p��!¤� '¡�V͵ú+�� '����¤�¨]Ì&� ¹&Ñ��+ÒD¨J�V�0������!¤� �¡ «�°�±p������¥��8�&¥��G¢����!���!���!�G��������!¤� �¡¬©�4���!�J�������:����¥W«�°�±U���!¤� �¡I�&«���6���� �¤������J����¤� �¡�¤�£3£������?¼������J¤�£?����6©��¥#�����4�I�4����¥������:�������� ����:����6�4��¬��¥�¤���¥#���4���T���������!¤� �¡�¬�©�4�����)�����#��«�����\�4������¨����²E������ ����������H���¥#���8�4������¥�¨��4���T��¢�������¢���¨����4����¤�¨�\¤�£X�������������¤� �¡¬�©�&���!�p���!���4�+§ ���!¢����!�8���!¤� �¡¬�©��4�!���p���!�"�&����¥�¤��4 ��J����£3£3�! ����H£D¤�¥: �¤�¢����!�����/¬����������!¤� '¡5«�°�±�������������4¥������4��¬����������!¤� �¡5«�°�±��H¥���ç���!¥��8����8����������¤� �¡�¬�©�4�!���)�������H��¤����T�!¨ �¤�¥#��¤�¥#�4�����)�!¨ �����T���&�5 �¤�¢�¬���4¥#�4��¤�¥��§  �¤�¢�����������¬����������!¤� �¡8«�°�±�����¤� �¡8 ��4¨V����¤�¥��L��¨V����:���4�G�\����¤� �¡�¬�©�4����������������4������¤�¥���������:��¤����� ��4�ï 4õ¤�£X����8����������¤� �¡�¬�©�4�!���)�������4��«���!�\����£�£3�� ����\��¤���¥���©���¨�"��¨©�&�����)����¤� �¡��H£�¥�¤�¢ ����¨��¥#�4����¨�]������¥#��¬

¤����Z¢��&�� '���/�&� ß ��¥#�����/¥������&¥��I¯8�&¥��G¤¥L��¤£���¯G�&¥��G¢������2����&¥#�&¨����/�������&�X¢�¤�¥��G�����&¨J¤¨��G«I°�± ��!¤� '¡¯G�!�!�Y¨�¤��2���&©��G�����G�0�&¢��G���&�1��ú+�����!¤� '¡]¢��!���Z '���/ '¡�!¨��Ý͵ú+�/ ����!¤�¨�Ë� ·&ÑD��£�¤�¥L�/²��&¢����!�/�� ��&¨U��¥�¤�©��!����D���3�6��I� ¥���¨��D�4���§ �I� ¥��_�3� �3¬_���I����3¤ �¡U«1°I±1�,¤�¨ �D���E¤��D���4¥Z����¨��1�,¢5�I���K� �3�3¤¯ £_¤�¥Z¢��I�3�D�3�I�.��«1°1±���!¤� �¡�H¯8�����C�����8���4¢��8���4��������"���!�_-.¤��!¨�"���������¤� '¡�¬�©��4�!���p�������0����¤����8��¥�������¨��"��¨C����8«�°�±)����¢��������&¬¨��¤�������ª ͵å���4������¥Y¹4Ñ$��«��������������¨�����8����¤� �¡�¬�©�4�����)�����"��¨C����T���4�5��¤����H¨¤��"����£.¼� ��T��¤���¥���©���¨�"��¯8¤«�°�±5���!¤� �¡��N£�¥�¤�¢ ���� � ���������¨����¨����4�G �¤�¢����4¥#����¤�¨Y��«���H����������¤� �¡�¬�©�4�����5�������N¢����������\��¨ �¤�¥#��¤�¥#�4�������¨��3���Z���4�V �¤�¢����4¥#�4��¤�¥��«I������!¤ '¡¬D©�&�!�.� ��!�2� ����¥�¤�& '����¯G���. '�U�!�B�����G��/�0�2 M��¤��. '�G£D¤¥L�E£D���!�.ª¬D�&�0�0¤� M�!�&���.©��� '¤�¢����.�/���/¬

���������¤� �¡]«�°�±����!�H��¤5���0�8�����!¨��!�8���!¤� '¡�¬�©��4�!�!�)����"�&�H���4¥#�"¤�£X����8���4�1�+«���8���¤� �¡¬�©��4�!���p���!�"����¤�¥��������6��¤����! 0�&� ï 4 ¤�£�����6��¨����©�!�����4�1����������¤� �¡�¬�©�4�����U�������/� «����-����¤� �¡�©�4�����U�����? ��4¨]���6����������¥W���4¥#�?¤�£���I�C����� ¢C��¢C¤�¥�ª ¤�¥G 4¤�¢ ���D¨I�+� ¯��D��� ���1� ¯�¤�¥��?���D¨1� �?¥��D©���¥������D¨à�U����¨1���D��¬��Y������¬����D¦��C«?°?±Íµ§\������¨����²H§\Ñ$� «���6���4���64?§HÎ ����¤�¥����L����6����������¤� �¡�©��4�����J�������L�4¨�U¥����4���L¤����?¤�¨��ª������-����������¤� �¡©�4���!�]�����1�&¨�]¢��4������¨�E �¤�¥�¥�������¤�¨����¨�E��¤������Z����������¤� �¡CÍ ß �!����¥��WË4¬�Ë-��¨�å���4������¥YË4Ñ$�/«���B����������¤� �¡©�4���!����������������¥#¢���¨���2��£�����:�4 � ������2¯8�4�2�H«�°�±������¤�¥��H����������¤� �¡T¢��!���4� ï ¨V�\«�°�±�������������¨�4�������2����¤����������"��¥��!©��¥#��«����T����������¤� �¡5©��4���!�)�����"�& � ������H�4¨�)¤����������"��¥#��©���¥@��¨��4�����8���&���C���H���!¡�����ª]��¤����8��¨����\ �¥������� ��4����&���V£�¤�¥X«�°�±��4 � ������4�M§ ������¬��4����¤� ����4����©�\«�°�±� ��4¨E�����L�����L���4¢��\¢��� ���4¨����¢ ��£I����L���4���4�§\Î �4 � ������W���W¤�¨�����B �¥������� ��4�����4���Y�4«���B����¤� �¡�¬�©�4����� �����,�4����¥�¤��4 �����4�W�4¥����-�4¨��]�& 0 ������W����¢��Z�4��¬©��&¨���&���/�H¤�©���¥L�����G��¯G¤��&�!���/¥#¨��4���!©����HÒ2���!�� '�����Z¨���² �X����&�X �¤�¢����¨��G�����8�0������!¤� '¡¬�©��&���!�p������Z¯8�!�������\���4�� �¤�¢����4¥#�4��¤�¥#�M«���\¢��4��¨��������4��©��4¨���4���\���N����4��¢������������!�\«�°�±5����¤� �¡��N¯8�����E�����\���4¢��\���4�G��������!� -3¤��!¨��2�0�����!¤� '¡ ©��&�.�!� ���.���Z�&¥��G¨�¤��2�0������¤�¥#���/�:K ���&¥��I¯G�&¥����&¨�����¤�¥L�0¤�£D��¯G�&¥���¢����0�2���� ¥#�&¨����/��4���4�!¨���,������W��4������¨�!¨�V����¥#��¨�V«�°�± ¢������W��4¨������¨�I�ß ¤�¥: �¤�¢�����������¬�����������¤� �¡5«�°�±��\����4�"��¤�¨¤��"��¢�������¢���¨�"����������¤� �¡�¬�¢������H 0���� �¡��¨�5�4¨�)£�¤�¥@���4¥#¬

�����&��¬�����������¤� �¡5«�°�±����������T���¤� �¡¬�©�&�����)����"�4����¥%¤��& ��C���H¨¤��"����£.£3�� '����¨�"�4¨��)�����T����������¤� �¡�¬�©��4���!�)�������¢����0�X���&¥$���! '�!��� ���G�.¨J�����G��� �  '¤�¢����&¥#�.��¤¨?��«I���!�B�&�����/¨����!²�¨��/²��2���.�� '���0�0�/�Z��¯G¤]�&�!�D��¥$¨��&�D�G�!¢����!�/¬¢���¨���4����¤�¨��/�'«���:¼�¥#�����4������¥�¨�4���!©����©�4�������������3�&�T �¤�¢����4¥#�4��¤�¥3������¤�¥����2����L����������¤� �¡�¬�©�4����������������¨��������4���K�4¨�5��² ����¨���K����\���4�� �¤�¢����4¥#����¤�¨���¤����� @��¤8�����\����\���� �¤������5����¤� �¡�¤�£3£���������¤G�����!�� ��I����\�4����¥�¤�¬��¥#���4���:©�&�����������#�'«���L���4�T �¤�¢����4¥#�4��¤�¥���¢����!��¢���¨��������:£���¨ �����¤�¨���͸\K­�±*TèÏ�Ï-«��4��¬!\N­�±*T8Ñ���� Í�Í3ä\��¬ M¤�1�4�Ý���3¤ M¡¬_¤£�£_���4���û«�� �Y� \,���.�.�g¡ ���.�_��Ñ��!ÏÃV Ñ_Kõ¯V���4¥#��\@­I±T �.�6�D���E�D���J�D¤C���E�3¤¤¡�4�Ý�I���,«�� ��¬\K­�±*T �4¨��)«��4�1� \1�4���!�*¡&�������H�4¥��8����¤�¥����p��¨J����8���&�I�+«���8���/ �¤�¨��)�&������¥#¨��4���!©����©��4�!���)����#4�§HÎU��¤�������¬¢���¦4���N����\����������¨E��ªG¤�������¥#©��¨�G����4���B���� �¤�����������¤� �¡�¤�£.£��������!���Z¤�¨��¬��¤�����¨ �¤�����¨��� ý Õ ÔMÕ '����� ��¤�¤���¬����¤�¨��ªG¤�¨�\����������¤� �¡G©��4�����������#��Ò������������Z�������4¥#�4���M4�§HÎ ��¨����² ������ªG����\���� �¤�����������¤� �¡�¤�£3£���������¤����¤�¥��H����H����������¤� �¡�©��4�����5�������4��«�����K�4����¤�¯8�K���4�� �¤�¢����4¥#����¤�¨��4¨�5©��4�����5�����I�������� ��3�!¤�¨���¤G��¥�¤� ������5��¨���4¥#�4�������%�

Page 134: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

126

ß �����¥��W±�¬$Ì�������������¥#�4�����2¤�¨�L¯8�4ª8��¤T��² ����¨���H£�������ª¬��4����¤� ����4����©��:���4�8 �¤�¢����4¥��4��¤�¥"��¤T��¨ ��������:¢�����¬���������T����������¤� �¡¬�©�4�����p�������4��Ò�¨C£�������ª�¬��4����¤� ��!�4����©�8«�°�±������� �¤�¨©���¨�����¤�¨�&�,å�§\Î  ����!�1�!¢����!��¢���¨���\����¯#T ï 4 £D��¨� M���!¤¨?��§ åN§ZÎ  '�/�!�� '�&¨)���¢�¤���.£��.�/� �D¤]�I�!�0 '���&¥#���������¢�� �� '�U�.�!¨����!£HÍ \ ��� ±�Ò_«IÑCK¯8���¥��B�����B ����!������¤�¥����@©��4������\ �&¨� ����-¤������¥N¤�����¥��4¨�� ���@��¥���©���¨5¤�¨��¤ ±�Ò�«��4ú���������¤� �¡�¬�©�4�����Cå�§HΠ��������@ �¤�¢�����¨�B��¤E������ ���4¥����B�����B¢��4�� ��5����¨�-��£Y����-©�4�����C�����Y �¤�¥�¥�������¤�¨����¨����¤E����B���� 0¤������C����¤� �¡¤�£3£����/�"�!�H¨�¤��"���/�#�+«����8 '¤�¢����¨����p���&�]�&¥#¥#�4ªM��¯G�����J���������¤� �¡]©��4�!�!�p���!���H�&¨��p¥���������&¥j¯ET ï 4�¬Då�§HΠ������������¢�������¢���¨���W����Z£���¨ �����¤�¨��͵§>Ï�ÏG±�Ñ!���ûÍ�͵å"� ä\Ñ!�mÏ6V4Ñ��¯8���¥��Båõ��4�W¤�¨���ªV¤�¨�B���!�1������# �

Figure B-1: Fully-associative Valid bit tag comparator array

Figure B-2: A fully-associative complete-subblock TLB with valid bit tag compares

1. A Decoded offset, by definition, has only one bit set. The circuit behaves as follows in other situations: If a decodedoffset has no bits set, the valid bits do nothing and the tag match is the result of the XOR. If a decoded offset has morethan one bit set, the match succeeds only if ALL the corresponding valid bits are set.

VDDWORD WORD

BIT BIT

MATCH

Subblock-valid-CAM cell

Tx

Ax Ax

T1

MATCH

subblock CAM cell word (x + y bits): (T == A) && (DO & V)

A1 A1

V1

DO1

Vy

DOy

Ì )3È�+.Õ%$¬Ó_Ó�É0À/Ä

&TÀ�+�È�Æ�À/Â

. . . . .

DATA OUTPUT

OUTPUT DRIVERS

WORDLINES

BITLINES

VPBN TAG

. . .

. . .

. . .

. . .

COLUMNMUXES

SENSE AMPS

WORDLINE

DECODEDBLOCKOFFSET

DRIVERS

DECODED BLOCKOFFSET

VALID BIT CAM

TLB HIT

Page 135: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

127

ß �����¥��:±�¬�·��!���!������¥#�4�����H�V£����!��ª¬��4����¤� ����&����©��8«�°�±p��¢����!��¢���¨����4����¤�¨C¤�£X����8©��4���!�)����" �¤�¢����4¥#�4��¤�¥�4����¥�¤��4 ��Y��«���H���4�V¢���¢�¤�¥#ªV����¤�¥����K« �4�1� \K­�±:T ��¨������4¨���4¥��Z¯­T ï 4�¬�å�§\Î  ��������K�4¨�]����������¤� �¡V©�4��¬���5�������K��¨�����\������ ����4��å�§HÎ  ��������4��«���\���4����¤G���H��¤�¤�¡���5�������K��¥��!©��¨E��¤G�����¯ET ï 4?¬�å�§HÎ ����������¨����4¨�p����T���� �¤������)���!¤� �¡�¬�¤�£3£������"�������H�4¥��8��¥#��©���¨C��¤������T����������¤� �¡¬�©��4������¬�å�§HÎ ±�Ò�«p����¨����Í ß ������¥��@±�¬Ì�Ñ$�§û�����3¬��4����¤� ����4����©�Z«�°�±Xâ �W���4�E �¤�¢����4¥��Z ���¥� �������¥#ªV ��4¨����Z���!¢������4¥#��ªV¢�¤�����¼����]��¤V�4 � �¤���¨�,£�¤�¥�����

�0������!¤� '¡]©��&�!�!� ���!���VÍ ß �����¥��:±I¬�º&Ñ$��«I���G���&� ���!���V͵�1�ø� �

xÑ2¥��/�&�p¤����X¤�£2�����G���&�Z4"§HÎ �&¥#�G '¤�¢����4¥��/�

¯8�����������\K­*T �������B͵�1� � �

xÑ#��«���H©�4�����]�������B͵©

1� � ©

yÑ1�&����¤�¥����4�]¤����I¤�£1����H���4��4?§HÎJ����¨©���¥#�������� �¤�¢�¬

����¨�H¯8����������\���� �¤������5����¤� �¡�¤�£3£������I�������Z͵��¤1�ø� ��¤

yÑ1��¤G 0¤�¢����������H�3���\ÎJ§�«�åNæ £���¨ �����¤�¨?� ß �����¥��W±�¬

ËV����¤�¯G�H�����8�0��¥��� �����¥��8¤�£X�����8�0����¬D�4�0��¤� '���&����©��8«�°�±p¯8�!���J©��4�!�!�p���!���H¢�¤�©����p��¤5�����8���&��4�§ZÎ �&¨������- �¤�¢����4¥#�4��¤�¥#�@¥��������4 ����C��ª������B������ ����4�� �¤�¢����4¥#�4��¤�¥N�4¥#¥#�4ª����¤�¯T¨5��¨ ß �!����¥��@±�¬�º��4«����B¼�¨�4����¢�¬������¢���¨���4����¤�¨����W©��¥#ªV ���¤����Z��¤V����4�1¤�£,�6���!¨������¬����4����¬����!¦4�Z������¬��4����¤� ����4����©�Z«�°�±ÝÍ ß ������¥��6Ì�¬�¹&Ñ#�

Figure B-3: Set-associative tag comparator with valid bits in the tag

Figure B-4: Structure of a set-associative complete-subblock TLB with valid bits in the tag

å�¤�¢����!¨��¨�E����B©��4����� ���!�3�@¯8�����5���4�E �¤�¢����4¥�����¤�¨���¤�¯T��©��¥�����¨ �¥����4�����@����B«�°�± �4 � ������@����¢��B�4�«�°�±����4�G �¤�¢����4¥�����¤�¨E���N��ª����� ��4�!��ªG��¨E����L �¥#������ ��4����4���Y��« �4�����@±�¬�¹Z������������¥#�4����������\����¥� ���¨���4��L¥������� �¬����¤�¨���¨E«�°�±5�4 � ������N����¢��H£�¤�¥X �¤�¢�����������¬�����������¤� 0¡�«�°�±��N������¨��G����\����¤� 0¡�©�4���!�������I 0¤�¢����4¥����5��¤8����¬�!¨�� �D���G©�&�!�!� ��.�X��� �  '¤�¢����&¥$�&��¤�¥$�&�XTG¤����G�D���&�2�������& ' '�/�0�Z���!¢��G�/�0���!¢��&���G�.¨U«�&���!�L±�¬D¹E��¤��/�B¨�¤����¨ ��������L����:���!¢��:���&¡���¨V��¤T���� �¤����L����L����¤� �¡�¬�¤�£3£�������¼���������¯8��� ��V¢����������L��¤�¨�:±�® ß�ï 4?®����4�8 �¤�¢�¬

ax

tx

ax

tx

a1

t1

a1

t1

. . .

Eval

MATCHdoy

vy

do1

v1

. .

subblock comparator array (x + y bit) —(T == A) && (DO &V)

DE

CO

DE

R

COLUMN MUXES

SENSE AMPS

MUX DRIVERSCOMPARATORS

DATA OUTPUT

OUTPUT DRIVERS

WORDLINES

BITLINESVPBN SET INDEX

VP

BN

TA

G

. . .

. . .

. . .

. . .

. . .

DECODEDBLOCKOFFSET

+D

EC

OD

ED

BLO

CK

OF

FS

ET

Page 136: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

128

���&¥#�!�0¤�¨J '�&¨J�����!¨:ãB�!¨J£D���!�!ª¬��&�0��¤� '�!�&���!©��G«�°�±��&��ÒD¨J�V�0����¬D�4�0�0¤� ��!�&���!©��G«�°�±��������G���/ �¤����G¤� ' '��¥#�Z�!¨���4¥#�4����������¤V����Z���4��¬!4�§\Î �4 � ������4�

«���L©�4���!�����!�� �¤�¢����4¥��4��¤�¥"������ 0¥#���������4��¤�©�\�������¤�¯8��©��¥3�+�4¨E¤�©��¥#¡������%� ï ¨��ªG¤�¨�\����������¤� �¡G©�4��¬�!�p���!�X�!�H¥���ç���!¥��/�p��¤5���&¥#���� '�����&���8�!¨J���&�] '¤�¢����&¥#�!��¤�¨Y��«������Z¤����0��¥#©��&���!¤�¨J�4�!�!¤�¯G�H�&¨J¤������!¢���¦&�&���!¤�¨����4�,�������@�-�������4¥#�4���Z©�4����� �����g4�§HÎ ��¤V���3¤�¥��Z����Z����������¤� �¡¬�©��4����� ���!���W�4¨�  �¤�¢�����¨���W����Z�������� ������©�4���!�]�����1¯8����������Z���4�E �¤�¢����4¥��Z¤����������#�/«���Z���� �¤������ ����¤� �¡V¤�£.£������1¼������ ��¨����² ���W������³4�§HÎõ�ß �����¥��W±�¬�Ø-������������¥#�4�����K����Z£�������ª¬��4����¤� ����4����©��H��¢�������¢���¨���4����¤�¨�¤�£,����H©��4�����]�����g4?§HÎ �4����¥�¤��4 ��Y�

­��4¥��4���!������¤8����\£�������ª¬��4����¤� ����4����©��\���4�G��¤�¤�¡��������B���� �¤�����¥X���� �¤������N����\����¤� �¡�¬�¤�£3£�������¼�������¤�£I����\©���¥�¬�����&�?�&�I�I¥��/�0�B�&¨�� �0�/�!�/ '���B�����G� ����¥�¤���¥#�.�&����©�� �!�!� ��!�2£D¤�¥\�/�& '�U«I°I± ��!¤ '¡1��«I����¯G¤�¥��I�!�.¨�����¥$�!©�/¥�����/¨U '¤¢����!¨��/�B�D����©�&�!�.� ���!�2¯G�.���U�D����¢�� �� '�)�0�!��¨�� �?£D¥�¤�¢ �������D�&�  M¤�¢���� ¥#� ��¤�¥GÍä§Z�����/¨����.²Z§ZÑ��«���!�H��¢������/¢���¨����4����¤�¨J��¤����H¨¤��"�4���)��¤������8 �¥#�����! ��4�Y���&���C�!£X����8©��4�!����¬������#4�§HÎ �����!�4ª ͵�#Ì�ÑX�!�H�����������4¨�����Z���4�V¢��4�� ����������4ªJ͵��·4Ñ#�ß �����¥��WË4¬�¹H��¨Vå���4������¥YËH���¤�¯8�2����L������¬��4����¤� ����4����©�L��¢�������¢���¨���4����¤�¨V¤�£�����:©��4�����������*4?§HÎ �4��¬

��¥�¤��4 ��]¯8����� ����6©�4�����U�������L��¢�������¢���¨�����J�!¨]����6���4���64?§HÎ ����������£$� «���6¢���������������² ¤�¥W��¥#��©��¥W �¤�¢�¬����¨�� ���%�I�5©�������� �����:�+¨I� �%�I�5�%�+�  �¤�¢]�,�+¥��5¤��,�%�1�,�0��«Y������¤�,�%��¤�¨ ����©�� ¥0ª ���%�%¥0�� ��%��©��5£�¤�¥6�M� ��¬�&�0��¤� '�!�&���!©��G«I°�±��Z¯G���/¥��G�����G���&� ¢��&�� '�J���/�!�&ª �!�Z¤�£D���/¨U�!¨J�����G '¥#�.���! '�&�?���&���:å-�&¨�� �!¨� ��.�����!¨�� �������������!¤� '¡]©�&�!���p������H�!¨C����!�H£D�4�����!¤�¨J��¤��/�H¨�¤��X�4£3£��� '�"����G�4 ' ����0�H���!¢����+ÒD¨������/�4�����!�"¥������� ����Z�4 ' ����0����!¢���KÝ����8���������¤� �¡]«�°�±)���4��H�4¥��8����¤�¥#���/¥:¢��&¡��!¨�]��¤����J�����8���&��4�§HÎ �& � ����0�H�4¨��)���4�] �¤�¢����&¥%�����¢����W���¤�¥#����¥��4¨��]¥������� ����W����Z �¥#������ ��4�����4���Y�

2. The block offset bits may be predecoded in the preceding CPU pipeline stage by combining a decoder with pipelinelatches or logic as suggested to me by Robert Yung, Sun Microsystems Laboratories.3. This is not true for caches where the data RAM is often on the critical path [Wilt93]. Subblock-cache typically storethe subblock valid bits along with the tag.

Table B-5: Reduction in access time for complete-subblock TLBs with block valid bits compared toimplementation with subblock-valid bit tag comparators

TLBsubblock factor

2 4 8 16

64-block fully-associative 0.2% 0.7% 1.6% 3.3%

128-block fully-associative 0.2% 0.6% 1.5% 3.1%

256-block fully-associative 0.1% 0.6% 1.4% 2.9%

512-block fully-associative 0.1% 0.5% 1.2% 2.5%

128-block 4-way set-associative 0.2% 0.9% 2.3% 4.5%

256-block 4-way set-associative 0.2% 0.9% 2.3% 4.4%

Page 137: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

129

Figure B-6: A fully-associative complete-subblock TLB with separate valid bit RAM

«I���G�0�/���&¥#� ����©��&�!�!� ��!��4"§HÎ ���&�B��¯G¤]¡�/ª �&��©�&¨����&��/�Z¤�©�/¥L�����G©��&�.�!� ��!�X���&�  '¤�¢����&¥#�&��¤¥#�ß ��¥#������8©�4�!���J�����­4?§HÎ ¤� � ����������:�������L�4¥����8����&¨]�8£�������ª�¬��4����¤� ����4����©�6©�4�����U�����?å�§\Î ��¢�������¢���¨���4¬����¤�¨Y�'ú��� �¤�¨��������¥������������2��¨V�\£��4������¥����4�8 �¤�¢����4¥#����¤�¨��&�2����:���4�����4¥��:���¤�¥�����¥�¯8�����¤���������:©��4�������������/�ÒD¨J¢�ª ����/�0���0���& � '�/���Z���!¢��G�&¨��p�&¥����E¢�¤������!�Z£D¤�¥:�0�/��¬D�&���0¤� '���&���!©��G�&¨��p£D���!�!ª¬D�4�0�0¤� ��!�&���!©��G '¤�¢�¬

����������¬�����������¤� �¡�«�°�±��@�4������¢��-����B�����-¤�£Y����¤� 0¡¬�©��4�����C�������4�4§H 0 ������@����¢��B�4¨�C�4¥����T¢�¤��������:£�¤�¥N������¬�&����¤� ��!�4����©��G�4¨��p£������!ª¬��&����¤� ��!�4���!©�G���&¥#�����&��¬D���������¤� �¡]«�°�±��H�&������¢��8����G©�&�!���p����X���&�] �¤�¢����&¥#�&��¤�¥�4����¥�¤��4 ��Y�+Ò"��¤�¨¤��"¢�¤������,����T©��4�����)�����E4�§\Î �4����¥�¤��4 ��C��¨ ¢�ª��4¥����G�4¨��U�4 � ������\����¢��8¢�¤��������4��Ò��¨�������4�������\����\���!¤�¯8��¥X�4¨��¢�¤�¥��\��² ����¨����©�\©�4�!�������������4�G �¤�¢����4¥��4��¤�¥X�4����¥�¤��4 ��E£�¤�¥"���4¥������4��¬�������¬����¤� �¡E«�°�±�����¯8��! 0��¢��4¡�Z¢�ªV¥������������W����������¢���������  �Ò�¨�����¢�¢��4¥#ª��������¥��\�4¥��H���¥����\����£.£���¥���¨�I¯8�4ª��N����������¤� �¡�©�4���!���������N ��4¨����\����¤�¥�������¨��Z���������!¤� �¡

«�°�±*K ������¨�]����¤� �¡�¬�©��4�����)���!������©�4�!���)�����"���4�5 �¤�¢����4¥#�4��¤�¥��H¤�¥@�!¨ ��©��4�����)���!�E4�§HÎõ�+Ò�¨C������¬��&����¤� ����4¬����©�B«�°�±���������¤�¥#��¨�E�����Z���������!¤� �¡E©�4�����C�������W�&�W���4¥��,¤�£Y����B���4���ñ4�§HÎ ���@¤�£��3��¨�����B�������,¤�������¤�¨Y�4Ò�¨£D���!�.ª¬D� �0�0¤� '�.�&���.©��� M¤�¢����.�/���/¬D�0�����.¤� '¡C«I°�±I�0�I���0��¤£���!¤ '¡C©�� �!�!� ��.���B�&¨�� �0��¤¥$�!¨�� �������0������!¤ '¡©�4���!������������¨V�����L���4����4�§\Î ��������L��������¤�������¤�¨Y�MÒ�¨E£�������ª�¬��4����¤� ����4����©�L���4¥#�����4��¬�����������¤� �¡G«�°�±�����������¨�����Z©�&�����]�����b4?§HÎ ���@¤�£�����¨�����Z�������1¤�������¤�¨Y�

DATA OUTPUT

OUTPUT DRIVERS

WORDLINES

BITLINES

. . .

. . .

. . .

. . .

COLUMNMUXES

SENSE AMPS

WORDLINEDRIVERS

VALID BIT RAM

TLB HIT

ô Ã'&¬0)( ôUÌ Ç $¬Ó Ó�É�À/ÄÌ )�Ê*$¬Ó Ó�ÊVA

&6À�+0È�Æ�À/ÂÄ ð Ä Ë

VPBN TAG DECODEDBLOCKOFFSET

DECODEDBLOCKOFFSET

Page 138: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

130

ó����M7D��9���� >@ù���AÏ�6�!7�Aô7����������Q��� ��< J� �"E"$�C��%D&GAô ��!���C���C7+�����

§ ���������¤� �¡]¢����!���!���!��² ¤�¥:�����!�� ����Z����G�4����¥�¤���¥#���&���8���������¤� �¡]¢��4�����!¨�]£�¥�¤�¢ �V �¤�¢������/����¬������¬��!¤� �¡ «�°�± ���!¤� '¡ÝÍ ß �!���¥��:Ë&¬Dº4Ñ2¥����&� ¤����X¤�£2�����G���&����4�§ZÎà�¦äH�/ '¤������ ��!¤� �¡¬D¤�£�£D���/�X������Z£D¥�¤�¢ �����©��¥#�����4���4����¥������@ �¤�¨��¥�¤����������W¢���������������² ¤�¥#�/«����Z���� �¤����Z¤� � ���¥��@��¨����4¥#�4����������¤V����Z¥�¤�¯ ���� �¤����Z�&¨����K¨¤��I¤�¨�����H«�°�±]�4 � ������W �¥������� ��4�����4���Y��«���H¢������������!��² ¤�¥2�!�3������£1���W¤�£�����¨�¤�¨�����H �¥#������ ��4�����4���Y��Ò,������¬ ������W��¯8¤��&������¥#¨�4���Z��¢�������¢���¨���4����¤�¨�W��¨�������W���� 0���!¤�¨Y�ß �!¥$�����������G¢����!���!���!��²�¤�¥L '�&¨J��G���!�& ��/� �����¯G�/��¨U�����G���&����4�§ZÎ �0��¨��0�G�&¢����Z�&¨��p�����G¤���������

��¥#�!©��/¥#� ï £����/¨J�V¢����!���!���!�/² ¤�¥L��²��!�0���Z�&�!¥#���&��ª ����¥��G��¤5�0������¤�¥#�X�ª���&�0��¬D¢�¤����G¤�¥:�!�&¥#��G�0������¥$���&�����ª���� ��4���4����¥������N����¨��¥#�4����¤�¨E�4¨�5����\����������¤� �¡G¢���������������² ¤�¥X 0�&¨E���L �¤�¢�����¨����¯8�����E���#��æT¤�¯8��©��¥3�������W¢���������������² ¤�¥����W¤�¨�����Z �¥��!���� ��4�����4�����4¨� �4������¨��V¢�¤�¥��Z��¨��������W��¢����4 ����W�4 � ������W����¢����

4�§HÎ ���������¨�H��¤�¢�������¢����H��¨ '�������8�V �¤��!��¢�¨C¢��������!���!��² ¤�¥:¯8�!���C����8���!�����!¨���4�+å�¤�����¢�¨C¢����!����¬�����/² ¤�¥#�H�����!�U���!©������8����G�4����¥����0�H���� �¤�����¨��]�!¤���! B�����¯G����¨J�����8¥#¤�¯8�Z�4¨��p �¤��!��¢�¨��H�!¨������/�4�p¤�£X�����¨�����T���&¥����T¥�¤�¯è���� �¤�������å�¤�¢�����������¬�����������¤� �¡�«�°�±��\ ��4¨ �����T �¤�����¢�¨C¢����!�3�!������² ¤�¥��\��¤��������� ��������4����¥�¤���¥#���4���H����������¤� �¡I� ß �����¥��Wå�¬$ÌK����¤�¯8�N�¤�¯ ������K�� ����¢��H¯T¤�¥�¡��K������¨�V�B����¨������H �¤�����¢�¨�¢���������¬������² ¤�¥"��¤T�������� ���¤�¨�L¤�£�£�¤���¥"����������¨���4�M§  �¤�����¢�¨V¢���������������² ¤�¥���¯8����!�L¤�¨V����L �¥#������ ��4�����4���E£�¤�¥�£�������ª�¬� �0�0¤ M�!� �D�!©�V«I°I±I�0�I� �I�I�-�!�4�0�-¤�©�4¥����4�&� �D���&¨)�4²��D�/¨��I�!¨��C�D����¤����������¢����.���.���!�4²�¤¥$� ß ��¥$�D���/¥��I�.¨)� �¤�¢�����������¬�����������¤� �¡�«�°�±���¤�¨��ª��8£�¥#�4 �����¤�¨ ¤�£�����T���!���L¥����4�U¤����?¤�£�����6���4����4�§HÎ �&¥��T������£����%� Ò�¨ �«�°�± ¯G�����U�������!¤� �¡ £��& '��¤�¥L¤�£\Ì0Ø&��£D¤�¥L�/² �&¢����!�/��¤�¨��!ª]Ø � ¤�£X�����G��!���H�&¥��G�����/£������+«I���G���&©��!¨���Z�!¨����¨���Z�&¢����W£�¥�¤�¢ ������¨�E �¤�����¢�¨�¢���������������² ¤�¥#�W���W������¨��¼� ��4¨�#�«���B¡���ª���¤V������¨�� 0¤�����¢�¨5¢���������������² ¤�¥#�@�������@��¨5����B£�¤�¥#¢��4�,�������C��¤E����¤�¥��-¢��������������B¢��4������¨���

��¨�¤�¨�\¯8¤�¥��5¤�£I����\���4���@4�§HÎõ��§H¨E��£3¼� �����¨�I¯8�4ª���¤8����¤�¥��\����\¢��4������¨��N���N��¤G�����\�4¨���¨����¥#�����&©���£D¤�¥$¢��&�X�&�Z�!�!��������¥#�&���/�p�!¨ ß �!���¥��:åN¬�·��§H�!�?�����G©��&�!�!�p��!���Z�&¥��G�0��¤�¥��/�p '¤�¨����!���¤����0�!ª������!�

0¤�£2�&�!�Y�����

­�­UT ¼��������@�4¥��B����¤�¥���� ��¤����������¥���4¨� ��¤V¤�¨Y�4«���B��¨����¥#�����&©��� £�¤�¥�¢��4�,�4���!¤�¯8�W�4����£�¤���¥�©�4�����C�������W��¤����4¥��Z�-����¨�����Z����¨���Z�4¢����/§û¨¤�¨¬��!¨����¥#�����4©��� £�¤�¥�¢��4�,¯T¤������ ¥���ç����¥��Z �¥#������¬� �¥�¤�������¨��V¯8��¥����@�3¤V����� �¤�����¢�¨�¢���������������² ¤�¥#����¯8��! 0�����W��¢���¥��4 ����� ��4����¤���¢�������¢���¨�#�«���T�4��©��4¨���4�����\¤�£X������¨�5 �¤�����¢�¨ ¢���������������² ¤�¥#�\�4¥��8¢��4¨ª � ß ��¥������������ª5�4���)�������\�������4ª5��¤������

��.���.�!¨��/�B� ¨�� �I�&���£4"§ZÎ �  ' M�/�0�B���.¢��/�I�����&¨)�E£D���.�?£��.�/�I���/� ¢����!�D�!���!�4²�¤�¥\¯�¤����.�X��ú+�4 '¤¨��I�I¯G�.��� R����¢����K£���¯8��¥2����¨���H�4¢�����������H�&¥����B���4©��¨����K�4¥��Z���!��¨��¼� ��4¨�#��§\�!����¥#¨�4����©����ª�������Z����¨���H�4¢����K ��4¨����¢��4���jR�����¢��������4¥����¥��4¨�����4¥�����¥�����¨���:�&¢������4¥��L£��4������¥#�'«����¥�������¨V������¬��&����¤� ����4����©��:«�°�±�������L¤����������¢����!���!���!��²�¤�¥L�!�Z¤�¨J�����G �¥$�!���! '�&�Y���&���J¯G����¥��/�&�Z�����G���&����4"§HÎ �& ' '���0�Z�!�Z¨�¤��X�&¨��p�&�����!¨��  �¤��!��¢�¨¢���������������² ¤�¥#�2¤�£�����¨V��¤�����¨¤����4£3£��� ���¤�©��¥��4�!�«�°�±��4 � ������2����¢����'«��4�����Wå�¬�ºH������������¥#�4�����2����:����¥� ���¨���4���¥������� �����¤�¨E�!¨E«�°�±5�4 � ������N����¢��\¯8�����E����\�����\¤�£I �¤�����¢�¨E¢���������������² ¤�¥��N �¤�¢����4¥�������¤8�����!¨�G����\¤�����¬�����"¢����!����������² ¤�¥��+ú�����¬��4����¤� ����4����©��T«�°�±��\���¤�¯è����¥��4¢��4���� B¥%������ �����¤�¨C����&¨C£�������ª¬��4����¤� ����4����©��T«�°�±������ ��4�����-����6¤����������?¢���������������² ¤�¥K��¥#��©��¥K���:��¨]����6 0¥#������ ��4�I���4���]¯8���¥����4�:�����- �¤�����¢�¨5¢���������������² ¤�¥�4�����H�����!�4ª]��¤���¨�¤�¨�¬� �¥#������ ��&�,���&���Y�+§H�!�,¢����4����¥���¢���¨���H��¨C¢�ª5����������H�&������¢��8�����8�����8¤�£X �¤�����¢�¨¢���������������² ¤�¥#�W��¨� �¤�¢��������3��¬�����������¤� �¡¬�«�°�±��4�

Page 139: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

131

Figure C-1: Column Multiplexor use in complete-subblock TLBs

Figure C-2: Interleaved Layout of Data RAM

Table C-3: Reduction in access time for complete-subblock TLBs with column multiplexors

TLBsubblock factor

2 4 8 16

64-block fully-associative 0.1% 0.6% 1.5% 3.0%

128-block fully-associative 0.2% 0.7% 1.5% 3.0%

256-block fully-associative 0.2% 0.7% 1.5% 3.0%

512-block fully-associative 0.2% 0.6% 1.3% 2.7%

128-block 4-way set-associative 2.6% 8.0% 15.8% 26.5%

256-block 4-way set-associative 2.6% 7.9% 15.5% 26.2%

RAM word+valid bits

wordlinedriver

RAM word+valid bits

wordlinedriver

TLB Data Out (PPN, Attr)

sense amps

output buffers

Dec

oder

CMUX CMUX

Blo

ck O

ffset

bitlines

PPN0 (36 bits)V0 PPN1 (36 bits)V1 PPN2 (36 bits)V2 PPN3 (36 bits)V3Non-Interleaved storage

V0V1V2V3 PPN0-0PPN1-0PPN2-0PPN3-0Interleaved storage

PPN0-35PPN1-35PPN2-35PPN3-35. . .

Page 140: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

132

ó�����7���9��,�-�Ïù�6�87�É�7��������� �!����9��Q�� Aô ��!���!�6�C7�%�����Q7DJ��Q�;���87�C����9�����

Ò�£X�V���4���8���4��8���H¨�¤��"��¥�������¨��"��¨C¢���¢�¤�¥#ª5¯8����¨C¢��4�����!¨��H£�¤�¥:�����4��8����¤� �¡5�&¥��8��¥�����¤��4�������¨���¤��V����������¤� �¡]«�°�±����V���������ç����¨�"¥���£���¥���¨� ��8��¤5����8���&���8���&���8 '�4�������H��«�°�±)¢������4�+Ò�£X����8«�°�±¢������W���4¨������¥�������¨����ªE��¥�����¤��&���W�4��������B¢��4������¨����W��¤V����Z���4���Z����¤� 0¡����, ��4¨���¤��4� ¢��������������Z �¤����!���¤�£,�6¢��4������¨��V��¨�����Z«�°�±"�/«������W ��4�������W������ ���¥#�� ��4����¥�¤�������¢��W��¨�¢�¤����1«�°�± ��¢����!��¢���¨��3�&����¤�¨�4�ß �����¥��³ä\¬$Ì�������������¥#�4�����2������4�'ú����4����¬#Ì����¤�¯8�2����L«�°�±����!¤� �¡T�&£�����¥��H«�°�±�¢������2��¤T���4���MV�V�Ì���¯8���¨

���4���V=V&·�¯G�4�Z¨¤��"��¥����0��¨�X�!¨C����ª��0�� '�4�Y¢���¢�¤�¥#ª+�+«����8«�°�±p¢����0�H���4¨�������¥L��¥��/��¤��&���Z�4�!�Y�����8¢��4��¬����¨��2��¤T���4����2��¨V����L���4���L����¤� �¡8��²  �������£�¤�¥"���4���MV�V4·��M°��4����¥�¯8���¨V����:��¥�¤���¥#�4¢>¥���£���¥���¨ ��������4���V�V4·4����«�°�±)¢������\¤� � ���¥��4��±�����¨����ª���¥�����¤��&����¨�5�4���1¢��4������¨��\��¤�����T���4��T����¤� �¡p͵���&���¬V�V4·G�!�\¨¤�¯��¨5¢���¢�¤�¥#ª�Ñ?¯T�!����¥����������Y��¨5����B«�°�±C��4©���¨����¯8¤V �¤��������@¤�£?����B¢��&������¨���:£�¤�¥N���4����jV�V�V4�ÖV=V�Ì@�&¨�V�V4º�Íøú����4����¬�·4Ñ$�

Figure D-1: Preloading on subblock miss

«����!�Z��¥�¤���!��¢  '�&¨J��G�4�I��¥����0���/�p�!¨U��¯G¤5¯G�&ª�.K �ª ��¨�©��&�!�!���&���!¨��]�/² �!�0���!¨��]¢��&�����!¨���Z���/£D¤�¥%���¥�����¤��4����¨�pÍø¤�¥K¯8���¨]��¤��4����¨���8��������¥����4��-¢��4������¨�Ñ?¤�¥K������¨���8�������4¥��4���6¨¤�¨¬���¥�����¤��4����¨���«�°�±¢������H��&¨������¥:£�¤�¥@���������!¤� '¡5¢����������4�+«���8�!¨©��4���!���&���!¤�¨C¤�������¤�¨J¥���ç����¥����H�����T«�°�±)¢������H���4¨����!��¥@��¤���������-�T����¢��4�C��² ���!�� �������ª�¤�¥K��4¥���¯8�4¥��-��¤E�!¢�������¢���¨�Y�4¨ ý)� §�N ýªO$ý_þ 4Ô � ¨�§T����¥���¨�� pd^=kmµ�nm½*~�v ¤�����¥��4¬����¤�¨��ø&�M«���L�������4¥#�4���L¢���������4¨�������¥"¥���ç���!¥�������4¥���¯8�4¥��L��¤8¥��� �¤���¨���¦4�L����4���H����������¤� �¡8¢������N��4��¤� �¬ ���¥#¥����X�

4. It is not sufficient for hardware to demap the TLB block when the TLB miss occurs, if the software can preloadmappings that are not from the same page block [Bala94].

00 PPN0 ATTR0PPN1 ATTR1

PPN3 ATTR3

00 PPN0 ATTR0PPN1 ATTR1

PPN3 ATTR3State 1 - After TLB miss on page 001

ATTR2State 2 - After TLB miss on page 002

00 PPN0 ATTR0PPN1 ATTR1

PPN3 ATTR3

PPN2

Page 141: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

133

ó�����7���9���� [Mù���������Q�� J� ��7������:��7£AÈ������Q���J���� %���AB�6�C7���7� �J� �"E"j�!��%�& F�HMI�J

åK¤¢����.�/�D�4¬D��������.¤ M¡J«I°I±I�- M� ¨)����¤¥��V�������4¥$��� ���V¢�� �����.¨����-��¤¤1�§>�������/¥���� ���V¢�� �����.¨��J�.�¢�¤�¥��6��£3¼� �����¨��£�¤�¥W��¥�����¤��4����¨��¢��4������¨���\£�¤�¥W�G���4��6����¤� �¡�����4¨ �8 �¤�¢�����������¬�����������¤� �¡�«�°�±U¢��������4¨������¥��&å�¤�¢�����������¬�����������¤� �¡�«�°�±J����¤� �¡��: �¤�¨����¨���-��¤E��������¤�¥��Y��£3¼� �����¨����ª�����- ��4�����:¯8��¥��-��������¥�¬���4����W ��4¨¨¤��I���Z�������"�/«����¥��Z�4¥��Z���¥����Z ��4������¤�¥#�����W¤�£1��������¥����4��Z¢��4������¨����W�3���4�1¨����� ��¤����Z 0¤�¨¬��������¥����:Kݯ8���¥��L�����L��������¥#���4���\����¦4�L���N��ç����4���¤��+������������4¨E¤�¥X��¥����4����¥X����4¨E����L���&���L����¤� 0¡G����¦4�\¤�£����Z �¤�¢�����������¬�����������¤� �¡E«�°�±"�§  '¤�¢����!�/����¬D��������!¤� �¡]«�°�±p��!¤� '¡] '�4¨J�0��¤�¥#�8�0������¥#���&��8¢��&�����!¨���H¯G�����J�����G��������¥#���&��8�0��¦&�

��ç���4�Y��¤������8���&���8���¤� '¡5���!¦4�8��ª]¥������!�� ��&���!¨�5����8��������¥#���4��8¢��&������¨��5��¨J�4�!�,����������¤� �¡�H�4¨�p�4��¬-.��������¨�E����Z­�­*T ¼���������K �3���Z��¤�¯8¬�¤�¥�����¥��������W�����1��ç���4���3¤V����Z©��¥#�����4������¤� �¡E¤�£3£�������Í ß �����¥��W®�¬$Ì�Ñ$�

Figure E-1: Superpage mapping in complete-subblock TLB (superpage size = page block size)

§  M¤�¢����.�/����¬D�0�����!¤� '¡ «I°�± ��.¤� '¡ �0�!¢��.�!�&¥$�!ª �0��¤�¥����B�0������¥$��� ���¢��&�����!¨����Z¯G���/¥��������G�0�����/¥$¬���4��L����¦4�L���N��¢��4������¥"����4¨E����L���4���L����¤� 0¡G����¦4���M«���L­�­UTù���!�3�N�4¥��L�&�¦-.����������¯T�!�3�E����\©��¥#�����4�����¤� �¡¤�£3£������X£3�����!�p�����!¨��5����8��������¥#���4��8���!¦4��� ß �����¥��@®�¬�·V���¤�¯8�H��¤�¯ �V �¤�¢����!������¬��0������!¤� '¡5«�°�±p����¤� �¡¯8����������������¤� �¡�£��4 ���¤�¥X¤�£1ËZ����¤�¥����N��¯8¤624´K±5��������¥#���4���H¢��4�����!¨���4��±�¤�����£����!��ª�¬��4����¤� ����&�3�!©�\�4¨��5������¬�&���0¤� '�!�4���!©��G '¤�¢����!�����/¬��0������¤� '¡ «�°�±��Z '�&¨J�0��¤�¥#�G�0������¥$���&��G¢��&�����!¨���Z¤�£X�&¨�ª ���!¦&�G�!�/���Z�����&¨J¤�¥��ç���4�Y��¤������8���&���8���¤� '¡5���!¦4���+«�����H�!�H��¢���¤�¥#���4¨��"���� ��&�����8�0����¬��4����¤� ����&���!©�8��������¥#���4��8«�°�±��H������¬��¤�¥#����¨�E¢��������!�����Z��������¥#���4���Z����¦4���W�4¥��Z¨¤��1��¥��4 ����� ��4�%�

Figure E-2: Superpage mapping in complete-subblock TLB (superpage size < page block size)

ß ��¨�&����ª����������¤�¥#�Y£�¤�¥W���4¥���-��������¥����4��-¢��&������¨���L ��4¨]���-�!¨ ����������J�!¨5£�������ª�¬��4����¤� 0�!�4����©� �  �¤�¢�¬���!������¬�����������¤� �¡5«�°�±��/�+ú��� ��C�!�4¥����8��������¥#���4��T¢��4�����!¨���H�4¥��8������£����,£�¤�¥:¢��4¨ª5�&�������! ��4����¤�¨��4��« ¯8¤¢�¤�����¼� ��4���!¤�¨�L ��4¨ ���T��¤�¥#¥�¤�¯8���U£�¥�¤�¢ ��������¥����4��6«�°�±��4� ß ��¥�����������ñ\K­�±:T ��¨ ����T���4�����L¢��4���T���¤�£"��¤�¨Yâã��¬� ��4¥��T�������L����¤�¥#��¨������TÎJ§Hú ´ ¼������U�4�L�!¨]��������¥����4��6«�°�±��4��«���T��¤�¯8¬�¤�¥�����¥W²V���4���������\�4¥����¢�������¢���¨������C�4�@��¤�¨Yâã��¬� ��4¥��B�������@��¤E��������¤�¥#�,��������¥#���4���B����¦4���@������¤V· x Ð����4���B����¤� �¡�����¦4���/ú��� �¤�¨��������4�����2�H���4���:����¦4�:�4����¥#���������:����4�� �¤�¨��¥�¤����2�H¢���������������²&¤�¥?����������¨V���ª����� ��4��&����¥������2���¨��¥#�4����¤�¨V��¤���/���/ ��X����G�!¤�¯ ¤�¥�����¥L���!���Z¤�£X­�­�±*T £�¥�¤�¢ ���!����/¥:����G©��!¥#�����&�Y�&����¥������Z¤�¥:�����G­�­*T ¥����&�p£�¥�¤�¢ ����«�°�±"��§ ��������¥#���4��\¢��&������¨�� ��4¨����H����¤�¥����5�!¨��B �¤�¢�����������¬�����������¤� �¡�«�°�±5����¤� �¡���ª����������! 0�&����¨������.¨U� �.�?�D���V�0������!¤ '¡��-�0�� '�)����� �2� �!��©�!¥$�D���&��� �I��¥#�/���B¯G�.�����.¨U�D���V�0�����/¥$���&���/�1�!¥$¥#�/�0���/ M���.©��V¤£������5. Set-associative complete-subblock TLBs cannot load large superpage mappings due to the difficulty in choosing theset index for these mappings—same problem faced by superpage TLBs.

10010 111000 ATTR111001 ATTR

111011 ATTR

111010 ATTR

10010XX 1110XX ATTR✔Superpage TLB block

Complete-subblock TLB block

16K(superpage size = 4 base pages)

(subblock factor 4)

1

100100X 10100X ATTRA✔Superpage TLB blocks 8K100101X 11100X ATTRB✔8K

10010

111001 ATTRB

111000 ATTRB

✔Complete-subblock TLB block 101001

101000ATTRAATTRA

(superpage size = 2 base pages)

(subblock factor 4)

11

Page 142: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

134

����¤� �¡E¤�£3£��������¥����4� ����Z���4¢��Z¢��4������¨�JÍ ß ������¥��W®�¬�º4Ñ#�

Figure E-3: Superpage mapping in complete-subblock TLB (superpage size > page block size)

«���Z¡���ªE��������¤�¥#�,¨��������� ��¨��4�������¥����Z ��4�����W���W��¤V¢�¤�����£�ªE����B«�°�± ¢��!���W���4¨������¥���¤V���Z�4�����Z��¤��¥#�4©��¥����B�T���4���B���4�����-����4�,��¨ ����������@��������¥#���4���-¢��4������¨����@�4¨�C��¥��&¨��£�¤�¥#¢���¨������B¢��&������¨����¤V¼���!¨J�����8 '¤�¢����!�/����¬D��������!¤� �¡]«�°�±p��!¤� '¡1�+«����G��¥#�&¨���£D¤�¥#¢��&����¤�¨J ��&¨J��8��¤�¨��8�/��������¥:�!¨J���4¥_��¯G�4¥��G¤�¥��¤�£���¯T�&¥�������������¤�£���¯8�4¥��T��¥#�4¨��£�¤�¥�¢��4����¤�¨�\�4¥��T��¨��£3£3�� �����¨�#��«���T �¤�¢�����������¬�����������¤� �¡5«�°�±)��4¥���¯T�4¥����¢�������¢���¨����4����¤�¨���¤����@¨¤��,��4©�B��¤V���B¢�¤����!¼���� ��¤V��������¤�¥#�1��������¥����4��Z¢��4������¨��W£�¤�¥N��������¥����&�������¦4��� ≤ ���4���Z����¤� �¡E����¦4���®�©���¨���¨��B �¤�¢�����������¬�����������¤� �¡�«�°�±5��ª�������¢���������¥��H�4¥��H����¨��¼����K��¤G������¨����������¥#���4���H¢��4������¨���

��¨E�����L���4���\���4������� ß ��¥#����������\���&���\���4�����\¢��4ª������\�������N����¤�¥#�4���\��¤8����¤�¥��\��������¥����4��\¢��4�����!¨���N����4¨�0�D¤¥$�.¨��C���/��� ¥$�&�D�V¢�� �����!¨����-¥��/ç���.¥��/� £D¤¥H���������!¨����.�/¬D��� ���/¬_�0�.¦&�V� ¨��  M¤¢����.�/�D�/¬_�0������.¤ '¡C«I°I±I� �ú��� �¤�¨������¤��4����¨�5��������¥����&���T¢��4������¨���\���\�4¨C��£.¼� �����¨��¯8�4ª5¤�£"��¥�����¤��4����¨�5��¨ ����T«�°�±)¢������\��4¨¬������¥1Kݤ�¨��ª��T����¨����-­�«�®J£�¤�¥K����-���4���6����¤� �¡�¨�������L�3¤����-£����� �����J£�¥�¤�¢ ����-���4���-���4�������&«���-«�°�±¢������N���4¨������¥3����¤�¯8��©���¥���¢������I¨¤�¯ ��¥��4©���¥#���\�B���4���H���4�����\����4�I��������¤�¥����K��������¥����4�����N�4¨�5��² ���4¨�����Z��������¥#���4���B¢��4������¨����W£�¤�¥�����Z �¤�¢�����������¬�����������¤� �¡V«�°�±X�§H¨¤������¥X�4������¥#¨�4����©�H£�¤�¥X��������¤�¥�����¨����������¥#���4���H¢��4������¨���K���N��¤G�����H�Z�������4¥#�4���\£�������ª�¬��4����¤� 0�!�4¬

����©�L«�°�±���¤T����¤�¥��:��������¥����&���:¢��4������¨���4�'«���:­�¤�¯8��¥#­�å���£�¤�¥���² �4¢�����������4�2��¯8¤T«�°�±��.Kݤ�¨�:£�¤�¥�����¬����¥#���4�������4¨����4¨¤������¥"£�¤�¥"���4���L���4�����4�M«����L�4��©��4¨���4���\¤�£�������N�4����¥�¤��4 ��E��������4�������4����¤�¯8�N����L��¯8¤«�°�±�����¤T���L��¨���������¨����¨����ªG¤�������¢���¦4������ÔMÕ Ö,Õ '+����L���4���L���4��L«�°�±� ��4¨V���L������¬��&����¤� ����4����©����MÒ����+�¤�¯8��©¬��¥3��4�����W�6¢���������������²&¤�¥2��¤V����Z«�°�±  �¥������� ��&�����4�����4¨�  ��4¨�����£3£���¥�£�¥�¤�¢ ��¤��4� ��¢����4���4¨ ��B��£,����Z¥#�4����¤¤�£,���4���Z���4��Z��¤���������¥#���4���B¢��4������¨��W��¤����W¨¤��, �¤�¥�¥�������¤�¨� ��¤�����Z��4¥���¯8�4¥��Z¥�����¤���¥� ����4�Ò_¨p���I¢�¢5� ¥�ªM�, M¤¢5���.�4�D�4¬_���I�����.¤� M¡J«1°I±1�6�4� ���.�3ªJ�����I��¤�¥$�N¢5� ���I�.¨���6£_¤¥H¢5�I�.�D�.�I�.�E¢��4�1�.�I¢�¬

����¦&���)��������¥#���&�����H�!�����H����&¨C¤�¥@��ç���4�Y��¤�����8���4��8����¤� �¡5���!¦4���+°��4¥����8��������¥����4��8��������¤�¥#�" ��&¨C����&�������p��¤5 �¤�¢����!�/���/¬���������!¤� �¡]«�°�±��Z£�¤�¥:�V�0��¢��!���&¥L �¤�¢����!�/² �!��ª]¤�£2�4�����!¨��]��������¥#���&��8�0������¤�¥#�X��¤����¨������¬����4����¬�����¦4�L«�°�±��4�M§  �¤�¢�����������¬�����������¤� �¡8«�°�±������Z¯8�4�����L¤�£���4¥���¯T�&¥��L¥�����¤���¥� ����N��£�����L¤�����¥�¬�4����¨�E��ª�������¢ ��������¤�¥����@�4¨� £�¥���ç����¨����ªE�������@��������¥#���4�����4�/æ8¤�¯8��©��¥3��!¨���ª������¢��@¯8���¥��B����Z¤�����¥�¬�4����¨�G��ª�������¢>��������¤�¨��ªG£���¯ù��������¥����&���L¢��4������¨���.KÝ���������¥"���4¥����L¤�¥"��¢��4���WKÝ�Z 0¤�¢�����������¬����������!¤� �¡«�°�±] ��4¨����4������ªV��������¤�¥#�1�����¢U�

11XXXX 10XXXXXX ATTR✔✔

11XXXXXX 10XXXXXX ATTR✔Superpage TLB block

Complete-subblock TLB block

256K

256K 256K10XXXXXX ATTR✔ 256K10XXXXXX ATTR✔ 256K10XXXXXX ATTR✔ 256K

(subblock factor 4)

(superpage size = 64 base pages) 1

Page 143: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

135

ó�����7���9����/.�ù�>@��AB�6�C7���7D �J� �"E"$�C��%�&��Q��?<g���?J� ��7������:��7 F�H�I�J

«1���3�6� �I���4¨��I�3²5�4²+���3¤¥#�4�6�D���E¤����_�.¤¨ ¤£K���I�.�3�I�3¨��U�� M¤�¢��I�.�4�_�4¬_��������.¤� M¡J�'���I�4¥��������E«1°1±K¯8���¥��B���4 ���«�°�± ����¤� �¡E���4�W����B���4¢��Z����������¤� �¡E£��4 ���¤�¥N�����,©�4¥��!���@����Z���4���Z����¤� �¡V����¦4���4«���BÎJÒ�­�ú4"Ë=V�V=VE��¥�¤ '�/�0�0¤�¥D��£D¤¥\�/²��&¢����.�/�I���&�B�� '¤�¢����.�/���/¬D�0�����.¤� M¡ «I°�± ¯G�.���U�0�����.¤� '¡C£D�& M��¤�¥\��¯G¤ ����� ���������¤�¥����@����©��¨����4���B����¦4���W�4����¤�� ß �!����¥�� ß ¬$Ì@����¤�¯8�W�¤�¯ �-Ø4Ë&´N± ¥������¤�¨�¤�£,©��¥#�����&���4����¥������W�����4 ��¢5��ª)���¢5���I�I�&�õ�I�'�3¨��àÌ'Ø�´:±õ���1�I�&¥��I����&�T��¨��õË�´:± ����'���I����&���§è¥��4���I�3��¥B�'�I�I�&¥��I�����«1°1±¯8¤����!�)�����8¹�«�°�±)���!¤� '¡��H��¤5����¤�¥#�8����8¢��4�����!¨����������X�� �¤�¢����������/¬����������¤� �¡5��������¥#���&���8«�°�±p¥#�/¬ç����¥����:¤�¨��ª þµü«� «�°�±C����¤� �¡�/�10������Y�4�:å���4������¥?ËT���¤�¯8�:����4�Y �¤�¢�����������¬�����������¤� �¡��¨���4¨�J��¥�����¤��4��¬��¨��5�!�H©��¥#ª]��£3£��� ����!©�8£�¤�¥@��4���8���4��8¢��4�����!¨���������¢����!�4¥:�4¥����¢���¨����H ��&¨C���8¢��4���8£�¤�¥:��������¥#���4��¢��4������¨���L�4����¤�� æ8¤�¯8��©���¥3��������L¥���ç����¥����L����6¤�����¥��&�3�!¨����ª�������¢ ��¤��4�!��¤� ��4���6��������¥#���4���6¢��4������¨���£�¤�¥�¨���������¤�¥#��¨�E©��¥������4�����4���Z����¤� �¡��W��¤V¢��4¡��B����Z �¤�¢�����������¬�����������¤� �¡V��������¥����4��Z«�°�±]��£3£��� 0���!©���

Figure F-1: Complete-subblock Superpage TLB example

Ò�¢�������¢���¨����¨�E���� ����6«�°�±���¤�¯T��©���¥�����@¨¤��,����¥#�4�������3£�¤�¥#¯8�4¥��X�/§ ����¨�������¬����4����¬�����¦4�B«�°�± ���4������ª��² ����¨����W��¤���¨ ��������H �¤�¢����������Z����������¤� �¡���¨�E��ªV�4������¨�V��¤���� :�4¨�]����������¤� �¡E¢��������!������²&¤�¥��W��¤��������� ������H�&����¥�¤���¥#���4���H����������¤� �¡V£�¥�¤�¢è�����H���4����4�§\Î;K ����H����¤� �¡V¤�£3£������1�������K �¤�¨��¥�¤�������H����������¤� �¡�¢�����¬����������² ¤�¥#��«�¤�¢�¤�����£�ªE�-��������¥#���4���Z«�°�±���¤�¯8��©��¥3�����Z����¤� �¡�¬�¤�£3£������1�������W�4¥��Z��¨¡¨¤�¯8¨�¯8���¨������4¥���¬�.¨��C�D���V�.¤¤¡����X�«I���4ªC�I�4���/¨��ݤ¨)�D���V��� ���V�0�.¦ �V� ¨�� �.�-�I�.£%£D�4¥��4¨���£D¤¥H�4�  '�p«I°I±Ý��.¤ M¡,�Ò_¨)�D����&�¤�©�G�/²��&¢����!�/�I£�¤¥L��� �����!¤� '¡ ²5V=VE��!���EÌ0¹E�&¨�� Ì0ËE£D¤�¥#¢ �����G��.¤� '¡ ¤�£D£��0�/�2£��!�/�!�I���&¨�� £D¤¥L���&������¤� '¡]²5VÌZ���!����Ì0ºV�&¨�� Ì0·V£D¤�¥#¢ ����G��!¤� �¡]¤�£3£��0���X£3�!�/�!�X�+«������0�������G¢��4�� '��!¨��]«I°�±p���¤� '¡]¢����0�X���¡�¨¤�¯T¨���¤���������¥#¢���¨�Z����Z���4����¬�����¦4�Z�&¨�]����¤� �¡¬�¤�£.£������1�������W��¨���ç�������ª �

Page block x00

page block x10

Virtual Addr ess Space

. . .

page block b

page block d

. . .

page block c

Physical Address Space

page block x01

Complete-subblock TLB storing mappings for above

page block x11

page block a

16KB superpage mapping

4KB base page mapping

xXX aXX✔✔ attr ✕ bXX✔ attr dXX✔ attrx01 ✕✔ b00✔ attr c02✔ attr ✕

16K4K

Page 144: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

136

Figure F-2: A fully-associative complete-subblock superpage TLB

ß �����¥�� ß ¬�·V�!���!������¥#�&�����H����G���&���! B¤����/¥#�4����¤�¨J¤�£2¤�¨��8��¤������!���!�8�!¢����!��¢���¨����&���!¤�¨C¤�£X�V£����!�!ª�¬D�4���0¤�¬ ����4����©�Z �¤�¢�����������¬�����������¤� �¡���������¥����&���H«�°�±"��«���Hå�§HÎ �4¥#¥��&ª��������K����@\N­�±*T �4�K����H �¤�¢����4¥��H��¨¬���I���«1���EÎ)§Bú�´ £��3�/�3� Ím�0��¤¯�¨p� �6�����4�I� ¥$���D�V���.¤� M¡J£_¤¥H M�.��¥$�3�Dª�ÑK¯G¤�¥$¡�-� �6��¢�� ��¡J£_¤¥Z�D���E�D� � M¤�¢5����¥�� �D¤�¥��6���6�.¨ �����I�I�4¥��I� ��E«1°1±2��«1���EåK§BÎ ��¥�¥$��ªU� �3��¤C¤��I�D�I�I�D�6�D���EÎp§Bú�´ù£3�3�4�.� ¤£W�D���¢��4�� �����¨��5«�°�±)���!¤� �¡]��¤5 �¤�¨���¥�¤��Y��¯8¤�¢��������!���!��² ¤�¥#�4� ï ¨�8¢��������!���!��² ¤�¥: �¤�¨��¥�¤����H���ª���� '�4�,�&����¥����������¨���¥#�4����¤�¨C�4�H��¨C����������¥#���&���8«�°�±X��§H¨�¤������¥:¢��������!������²�¤�¥@�����!�� ����H�������H£�¥�¤�¢ ����8©�!¥������4�,�&����¥����������4�Y£�¤�¥�¢ ����-±���¤� �¡ ï £3£���������¯8��� ��5�4£�����¥K���� �¤�����¨�� �¤�¨���¥�¤����:����B����������¤� �¡�¢��������!������²&¤�¥��4�4«�����@��¤�¬�����3�!¤�¨�¥���ç�����¥����W����4�,����Z����������¤� �¡E©�4����� �������W���Z��¨�����B���4���-�4¨��]¨¤��,���4¥#�1¤�£,����Z���4�E �¤�¢����4¥����«�����\��¤��!������¤�¨ �!�L��² ����¨����©�T���� ��4�����T��������¥����4�!��¦4���L���� 0¤�����¨�5¤�£"�3���6���!¤� �¡�¬�¤�£3£��������4¨�)���4�� �¤�¢�¬

���4¥#����¤�¨Y�'«��¤������V����:¢���������������² ¤�¥" �¤�¨��¥�¤����� 0�&¨����L������������¨V���4¥#�4����������¤T����:¯8¤�¥����!��¨�:��¥���©���¥#�2�&¨�����8���4���64�§HÎ �4 � ������������"¢��&ª5�4���)��¤������T �¥#������ ��&�,���4���Y� ß ��¥�������¥.���������4¨���&¥��)å�§HÎ ��¢�������¢���¨����4¬���.¤¨U�I¤�/�-¨�¤�2� �.�!¤¯ ���!�D�B�D¤]����¥��/� � �I��¥$�!¨��C�E M¤¢���� ¥$�!��¤�¨UK �D���.�B�.¢����.�/¢��/¨���� �D�!¤¨)¥��/ç����.¥��/�-�!���«�����L��¤���������¤�¨ ��¤����L¨¤��?¯8¤�¥#¡���£�¢�¤�¥��6����4¨]¤�¨�6«�°�±J����¤� �¡� ��4¨]��4©��6�3���6���4¢��6���4���4¨�U¥���ç�����¥��������G�0������!¤� �¡ ©��4�!�!�p��!�X��¤]��������¥#¢��!¨��G�V���!�,K �&�Z���Z��¥$���G�!¨J�����G©��&���!� ���!��4�§ZÎ �&¨� ©��4�!�!�p��!�X���&� �¤�¢����4¥��4��¤�¥��4����¥�¤��4 �����-Íø§H������¨����²\±�Ñ$�ß ��¥������¥����!�1���W¨¤��,��¥#�4 ����� ��4����¤V��¢�������¢���¨�,�-���&¥������4��¬�����������¤� �¡E«�°�± ����4�1��������¤�¥����W����������¤� �¡���¨�

£�¤�¥N¢��������������B��������¥#���4���B����¦4����� ý Õ Ô'Õ '�©�4¥#ª���¨������B���4���B����¤� �¡�����¦4�B£�¤�¥����4 ��5«�°�±C����¤� �¡���¨��6���&¥������4��¬����������¤� �¡�«�°�±�2&� «���6��¤���������¤�¨ ������ �¥#�������J�&��¤�©�6£�¤�¥W �¤�¢�����������¬�����������¤� �¡�«�°�±��L�������\�8����¤� �¡�©�&������������4¨������N¨¤�����¥#�4 ����� ��4�£�¤�¥X���4¥#�����4��¬�����������¤� �¡�«�°�±�����¯8��� ���¢���������������¤�¥#��¢��������������\������¨����� ��4����4���4�­��4¥������4��¬�����������¤� �¡E«�°�±��K¥���ç�����¥��H����Z����¤� �¡�¬�¤�£3£������1�������W��¤������!�� ��1�-����������¤� �¡E©�4�����]�����1�4¨�  �¤�¢���������������8���&�]¢��&�� ��J�����"����G����¤� �¡¬�¤�£3£D�����"������Z ��4¨�¨¤��"��8��¨�!ç������ª]��������¥#¢��!¨���p��¨�!�����H����8���4�]¢��4�� '� �¤�¢������������.KÝ�- ���¥� ����!�4¥���������¨����¨ �ª��6. Supporting large superpages in partial-subblock TLB varies the page block size for each TLB block but it requiresALL subblock valid bits to be set.

DATA OUTPUT

OUTPUT DRIVERS

WORDLINES

BITLINESVPBN TAG

. . .

. . .

. . .

. . .

COLUMNMUXES

SENSE AMPS

DECODEDBLOCKOFFSET

VALIDMASK

PID/VPBN OffsetBl.Off.

MUXDECODER

VA

VPN-low

VPN-low

Page 145: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

137

ó����M7D��9���� ��ù�� �"#"$�!��%�& Aô�QJDJ�%�ü�7�%�&����:� ���;�������������C �J� �"E"$�C��%�& F�H�I�J

ú���������¤� �¡G¢������N ���� �¡���¨�G��������¥#¢���¨���N��£��Z¢��4������¨������¤8���L��¤��&��������¨��¤8����\«�°�±��+ ��4¨E���\����¤�¥������¨��4¨���² ��������¨�V«�°�±]���!¤� �¡I��Ò�¨��B���4¥������4�!¬�����������¤� �¡�«�°�±�����I��¨©�¤���©���K ���� �¡���¨�V�4��������H«�°�±]����¤� �¡��W��¤�����6��£�����6¨��¯ ¢��4������¨�����4�L����6���4¢��6���4���!�:��¥�¤�����¥#��ª������4 ����U¯8�����]¥��������� ��?��¤�¤��3����¥W¢��4������¨�����¨E�3���4��«�°�±�����¤� �¡8�4¨����4������L���4¢��\�4����¥������������4�8êH¨�4������¨����¢��4������¨�����4��¯8�4ª��£��4�!������������¤� �¡G¢������ ���� �¡���¨�1�4ÒD£?�4¨ª�¤�£?����-«�°�±C����¤� �¡�:���� � ��������:����- ���� �¡����������-¨��¯>¢��4�����!¨�� ��4¨]���-��¤��4�����J��¨��¤�_����«1°1± �ªU���3¢��I�3ªU���&�D�_�3¨��U�_���E���I�I¥�¤��I¥��3� �_�E©����3�.� ��3���«1���E�I���&�I�1¤¬% M¤��1�E£%¤�¥Z���I����3¤� M¡U¢5�3��� ���� �¡���¨�E���W�4�W£�¤�����¤�¯8���

if (unaligned(mapping)) return(FAIL);

for i = 1 to n { /*n is number of blocks in the TLB set */

if ((Block[i].tag == mapping.VPBN) && (Block[i].SB == mapping.SB) &&

(Block[i].Attr == mapping.Attr) && (Block[i].PPBN == mapping.PPBN))

return (OK);

} r eturn(FAIL);

Ò�¢�������¢���¨����¨������������¤� �¡�¢������@ ���� �¡���¨�����:¨���������¥N���4��ª�¨¤�¥N��£3¼� �����¨�#�4«����¥��B�4¥��-�4�Y�����&���Y£�¤���¥¯G� ª��B��¤ �.¢����.�/¢��/¨��2�������.¤ '¡C¢��!���B '���/ M¡�.¨��DKõ£D���.�!ª�¬D� �0��¤� M�!� ���.©�����&¥��I¯��&¥����.¤¤�¡������I�0¤£D�D¯G� ¥��/�¼�¥�����¬����4��¬�������¤�¥�¼�¥#����¬����4�¬������1 �¤�¢�����¨��� ¯8��������¤�£���¯8�4¥����§ £������!ª�¬��4����¤� ����4���!©�:��¤�¤�¡������¨V��4¥���¯T�4¥��:�������2�Hå�§HÎ £�¤�¥������:���4���H���4¥#��¤�£��3���:«�°�±��4����¤I�mä\��¥#¬

�!¨�]«�°�±p�!¤�¤�¡����)�����8���4���V���4¥#�"£���¨� �����¤�¨�H�&�H� 4�§HÎà�¦äH��¥#�!¨�]���������¤� �¡]¢��!���H '��� '¡��!¨�]��¤����J���&��4¨�5���4���Zå�§HÎJ�K���4¥#���� ������4���H��¨E�����\ �¤�¢����4¥�����¤�¨°KÝ����H©�4���!�5���!���N��¤G¨¤��#��Ò�£I�4¨�ªG¤�£I����H«�°�±5���!¤� �¡��¢��&�� '�����!�X�0�/���B������ �¤¥#¥����0��¤�¨����!¨�� ©��&�!�!� ��!�$��«����!�Z�!�Z�0�!¢��!�!�&¥L��¤]�!¢����!�/¢���¨����!¨�� �V¯G¥$�!���&���!��åN§Hί8����������@\K­�±*T �4¨�C���4���6¼��������W�4�@����Z¡��ªE�4¨� ����B©�4����� �����,�4�@����Z���4���6��¤V���B¯8¥��!������¨Y�4«���!�W��¤�¬��������¤�¨C��&�\�����8�4��©��4¨���4���8�����4�"���������¤� �¡]¢������H ����� �¡��!¨�5�4¨��)��¤��4����¨�5����8¨��¯ ¢��&�����!¨�5 ��&¨C��� �¤�¢������������)��¨ �G����¨�����T¤�����¥��4����¤�¨?� «���T�������4��©��4¨���4���T���\����T������¨��¼� ��4¨����4¥���¯8�4¥��T �¤�����¤�£"��¢�������¬¢���¨����¨�E�-£����!��ª�¬��4����¤� ����&����©�Z���4���6¼������X�«���G���� �¤�¨�p�&�����/¥#¨�&����©��8�/² �� ��������H���������!¤� �¡]¢��!���H ����� �¡�!¨�]��¨J��¤�£D��¯8�&¥#���+«����8«�°�±p¢������H���&¨¬

���!��¥:¯G¤������p¥��/�4� �����8«I°�±p���!¤� �¡�Z£�¥�¤�¢ ���!������¥L�����G«�°�±p¤�¥L�V��¤�£���¯8�&¥��8 '¤���ª]�&¨��p '¤�¢����&¥��8����/¢¯8�����5����B¨���¯>¢��4������¨�I�&æT¤�¯8��©��¥3�����B«�°�±C¢������:����¨�4����ª���¨� �¥����4�����:������¨��¼� ��4¨����ª�K ��¥�¤���¤�¥�����¤�¨�4���¤�����B¨��¢�����¥�¤�£,«�°�± ����¤� �¡��4�«I���G�����!¥�� �&�!���/¥$¨��&���!©��� �#ýW÷ R þ43�þ ¨�Ö 3Dÿ&ý%þ �I '���/ '¡�B�E���.¨���!��«I°�± ��!¤ '¡ �!¨��0���/�&� ¤£2�&�!�?��¤��0�0�!��!��«�°I±

����¤� �¡��4��«��4�G �¤�¢����4¥#����¤�¨E��¤���� W �¤�¢����4¥����N����H���4���ZÍ3\N­�±*T8Ñ���¯8�����¤�����©��4�����5����������¤�£I����\«�°�±����!¤� �¡��¯8����������@\K­�±:T ¤�£,�����Z¨��¯ ¢��4������¨�1�/Ò�£Y�-����¨����Z���4�E¢��&�� 0�������¯8��! 0�����@����Z �¤�¢�¢�¤�¨� ��4�����������¨�����&�2«�°I±p��.¤� '¡]�.�Z�E '�&¨����!�I�&���G£D¤�¥L�0�����!¤� '¡ ¢��!�0�B ����� '¡��!¨��1��ÒD£�¢�¤�¥��G�����&¨U¤�¨������&� ¢��&�� '���/���I�!� ��¤�¤�������¤�¨�L¤�£I����L����¤� �¡���4�N�H ��4¨��������4���\£�¤�¥"����������¤� �¡G¢��!���N ���� �¡���¨����ÔMÕÖYÕ '+�����L«�°�±�����¤� �¡G��¨E������¤�¯8������¨��¢�����¥����U����¤��#��«���T���4����¼������)¤�£"����T ��4¨�������4���T«�°�±)����¤� �¡����H¥����4�U�&¨�U �¤�¢����4¥����)¯8�����������¨��/¯ ¢��&�����!¨�� ��¤]�I�/���/¥#¢��!¨����V�0�����!¤� '¡ ¢��!�0�&��«I���G� ��©�� ¨����&���¤�£������!�B�0¤��!�����!¤�¨U�!�B�����&�2��������4�������4¥#��¤�£"����T«�°�±) ��4¨ �����T� 4?§HÎõ��«���T¢��4��¨C�������4��©��4¨���4���T¤�£"����!�\�4����¥�¤��4 �� �!�\����4������¢��4ª¥����������1�!¨�¢�¤�¥��B«�°�± ¥��������& 0��¢���¨���@����4¨���¨��6��¤���������¤�¨������4�1 ���� �¡��@�4��������B«�°�± ����¤� �¡��4�/«�°�± ����¢���¬�!�&���!¤�¨��Z�0��¤�¯ �����&�X�����!¨�� £3�!¥#�0��¬����&�¬D���!�X�0�����!¤� '¡ ¢��!���B ����/ '¡�!¨�� ��¤��/�Z¨�¤��X¥����0���!�2�!¨J�0�!�¨��!£3�! '�&¨����!ª���������¥�¨��¢�����¥�¤�£,«�°�±]¢��!�������-͵¤�£��3��¨��������W����&¨���Ì � ��¨ �¥����4����Ñ#�«���:£�¤���¥����V�4�!����¥#¨�4����©�L �¤�¢����!¨���2¼�¥�����¬����4��¬��������4¥���¯8�4¥��L ���� 0¡��¨�8¯8�����V��¤�£���¯8�4¥��L¢��!���� ���� �¡�¬

��¨�G��¨E����\��¨ �¤�¢�¢�¤�¨E ��4������Ò�¨E����L¼�¥�����¬����4��¬������ ���� �¡��+¯8���¨E�����¥��L�4¥��L¢��������������\«�°�±�����¤� �¡��N¯T�!���

Page 146: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

138

¢��4�� ����¨��T���4����+¤�¨�:���� ��¤�����¨���¤T �¤�¢����������L����:����������¤� 0¡8¢������� ���� �¡I�'Ò�£��3���4��£��4���������H��¤�£���¯T�4¥��L«�°�±¢������L��4¨������¥W 0�&¨5 ����� �¡�����6¤������¥K¢��4�� ����¨��«�°�±J����¤� �¡��4�&æ8¤�¯8��©��¥����¨�������4�J¤�£��� ��4¨�¨��¨���4���I����«�°�±C��¨��¥�����������¤�£���¯8�4¥��-¨�����C �¤�¢����4¥��-£���¯T��¥N����¤� �¡�����ÔMÕ Ö,Õ '�«�°�±C����¤� �¡��:¨��¢�����¥����C��������¥N����4¨5�������!¤� �¡]¯8�!���J����G£.�!¥#���X¢��4�� �����¨��]���&�1�+«����8�&��©��&¨���4��G¤�£2�������Z�4����¥�¤��4 '�C�!�H����&�X��&¥���¯8�4¥��G��&¨����!�������\ �¤�¢�¢�¤�¨E ��4���\£��&����¯8�����E����¢������\��4¥���¯8�4¥����+�!���4©���¨�G����\ �¤�¢������� ��4��������¨ �¤�¢�¢�¤�¨E 0�&���\��¤8��¤�£���¬¯8�4¥����ÒD¨U�0��¢�¢��&¥#ªM���0�����!¤� '¡ ¢��!�0�Z '���/ '¡�!¨��]�.�Z '¤�¢����.�! '�&����� �!¨U�E���&¥$���!�&�!¬D�������!¤� '¡ «�°I±X��§ ���&¥$��¬

¯8�4¥���¬�¤�¨�!ª�¤�¥@��¤�£���¯8�4¥���¬�¤�¨��ª5��¤���������¤�¨C¥������������\��¨C �¤�¢����!�� ��4�����)��&¥���¯8�4¥��T¤�¥:����¤�¯è«�°�±)¢������\��4¨�¬�����!¨�I�/«���B¼�¥#����¬����4��¬�����,�4����¥�¤��4 �����¢�������¢���¨���@��¢�����¥�£��� ��, ���� �¡���¨�E������¨������¢�������¥���4¥���¯8�4¥��Z�4¨��¯G�!���U����¥$£�¤�¥#¢��&¨� '�G '¤�¢����&¥#�&��!�G��¤]����¥$£��/ ��2���4¥���¯8�&¥�����ú+¤�£D��¯8�&¥��G ��&¨U�&���¢���¨��2�����!�Z�&����¥�¤��& '�J��¤��¢�������¢���¨��1����¥�£��� ��1 ���� �¡���¨�E�����,����Z �¤����1¤�£,�-���������¥�«�°�±]¢������W����¨�4�!��ª �

Page 147: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

139

ó�����7���9����/5ôù�687+98:<;>=�?-@�A�B�C�:DBFE�?8CHGIE�B8B�;>=�?8@H;D=/BFE8:<7+;DE�J,K<@�A8LMLNJ�98O�P"QSR�TU@VXW1Y>Z,[W�\]�^�_a`�`b\c�dfehgXi�jX^kdfW�lm^�Z,c�Y�no^�_Xpan<Y>pXW1q�n%rsW1papX[ltqb^k[lmWHrsW1ltltn<Y�^�[rs[\W�YFZ,cvuwc�xydfc�rs]

pa\n<Zzn<],^�_a`�`�\c{dfe|gXiXjX^�^�Zzc�Y'no^}_Xpan+Y>paW�q�nor~W1papa[ltq�^��4��papan<lt�X[�����>�{gXutn<Y'noW1Y'noZ,utY'n+nodfW1Z,n+q�c�Y>[n+^�c��^}_apwn+Y�pwW�q�nUr�W�papw[l�q�^�ZzutW�Z�l�n+n+��Z,cs`�nUd�c{l�^}[�an+Y'n+�X��xUutn+Y�nUZzutn�^}_apwn+Y�paW�q�nU^}[��1n�[^�n+��_aW�\�Z,c{�a\�n+^}^Zzu�W�lsc{Y�q�Y'n�W�Zzn+Y�Zzu�W�lsZzu�n�pwW�q�n�`�\�c�d�e�^}[���n����pwW�Y�Zz[�W�\�],^D_a`�`�\�c{d�e~gXiajm`�\�c{d�e~^}Zzc{Y'n�^FWo^D_apwn+Y�paW�q�n�r�W�papw[�l�q~xU[�Zzu|Zzu�n�^D_apwn+Y�paW�q�n�^}[���n�n+��_aW�\

ZzcHZzu�n�pwW�q�nk`�\�c�d�e~^D[��nk`��~^Dn+ZzZz[�l�q~W�\�\XZzu�n���W�\�[��/`�[�Zz^NW1l��h��jhW�ZzZzY�[�`�_wZzn�W�l��hd�c�pw��[�l�q�ZzutnkVaVw� W�l����ZzZzY¡�¢[n+\��X^��,Y'c{r£Zzutn�^}_apwn+Y�paW�q�nUr~W�pwpa[�l�q¤�¦¥�[�q�_wY�nN§�]>¨��>��jXc{Zzuh�,_a\�\��],W�^}^}c{df[�W�Zz[��nUW�lt��^}n+Zz],W�^}^}c{df[�W�]Zz[���n�paW�Y�Zz[�W�\]z^}_w`�`�\�c�d�e�gXiaja^©d�W�ls^DZzc�Y�n�^}_wd�us^}_wpwn+Y�pwW�q�n�r�W1pwpw[�l�q�^��

Figure H-1: Superpage mapping in partial-subblock TLB (superpage size = page block size)

�"^}[�l�q�\�nkpwW�Y�Zz[W�\�]z^}_a`�`�\�c{d�e�gXiaj|`�\�c{d�eHd�W�l�l�c{Z�W�\�xUW���^©^}Zzc{Y�nkW�^}_wpwn+Y�pwW�q�nkr�W�pwpw[�ltq�xU[�ZzusW�^}_w]pwn+Y�pwW�q�n�^}[��1n�^}r�W1\�\�n+YNZzu�W1lhZzu�n�paW�q�nU`�\�c{d�ev^D[��n�����_apwn+Y�paW�q�n+^�_w^}nUpwu���^D[d�W�\�`�W�^}n�paW�q�n+^�pwY�c�pwn+Y�\��pw\�W�d�n+�ªxU[�Zzu�Y�n+^}pwn+d�Z�Z«coZzu�n�^}_wpwn+Y�pwW�q�n�^D[��n{�+§�c�x�n+��n+Yz�{Zzu�n�^}W�r~n�pwu���^D[�d�W1\�`�W�^}n�pwW�q�n+^!W�Y'n�_al�\�[�e�n�]\��oZzco`�n�pwY�c{pan�Y�\��opa\�W�d�n+�sxU[�ZzuHY'n+^Dpan�d�ZXZzcoW�\�W�Y'q�n+Y�pwW1q�n�`�\�c{d�eo^}[���n�W�\�^}cX��¥�[�q�_aY'n©§U]z¬�^}u�c{xU^!W�paW�Y�]Z,[W1\�]�^�_a`�`�\c�dfevg�iXj­xo[Z,u/^}_X`�`�\c�dfev��W1d�Z,c�YF®�^�Zzc�Y>[ltqvZ,xUcv^}_Xpan+Y�pXW�q�nor~W1papa[ltq�^��4¯1°±j²^}_Xpan+Y>paW1q�n^}[���n+���+gXu�n�³wY�^}Z�^D_apwn+Y�paW�q�n�r�W�pwpa[�l�q%u�W�^±pwY'c{pan�Y�\��%pa\�W�d�n+�ªpwu���^D[�d�W�\wpwW�q�n+^±xU[�Zzu�Y�n+^}pwn+d�Z�ZzcoWkpaW�q�n`�\�c{d�eH^D[��n�c{�!¨}´�°µxUu�[�\n�Zzu�n�^}n�d�c{lt�vc{l�nk�ac{n+^©l�c{Z��

Figure H-2: Superpage mapping in partial-subblock TLB (superpage size < page block size)

¥�[�l�W1\�\���w^}_apapwc�Y�ZS�,c{Y¡\�W1Y�q�nU^}_apan+Y�pwW1q�nUr~W�papw[�ltq�^�dfW�lh`�nU[�l�df\�_a�an+�­[�l/�,_w\\���],W�^}^}c�d�[�W1Zz[��n+¶�pwW1Y�]Z,[W1\¢]�^}_X`�`�\c�dfehgXi�jX^1�{g�xocvrsc��X[�z[dfW1Z,[¢c�lt^kdfW1lm`�no`�c�Y�Y'c�xon+�¤�,Y�c�r·^�_Xpan<Y�pXW1q�n%gXi�jX^k[ltZ,cvpXW1Y�Z�[W1\]^}_w`�`�\�c{d�e�gaiXj|[r�pw\�n+r�n+l�ZzW�Zz[�c{l�^���¥�[Y�^}Zz�bZzu�nk¸±Vwja�¹[�lªZzu�nkZzW�q�[�^Nr�W1�ank_wp|c{���Xc{l�º»Zz]zd�W�Y'n�`�[�Zz^N^DZzc�Y�][�l�qUZzu�n¡¼/����°�³an+\��a��W�^8[�l%^}_wpan�Y�pwW�q�n¡gXiaja^��fgautnN\c{xU]zc{Y'�an+YM��Z«W1q�`�[�Zz^8W�Y�n¡[�r~pw\�n+r�n+l�Zzn+��W�^8�ac{l�º Zz]d�W�Y'n�`�[Z«^NZzcH^D_apwpwc{Y�Z�^}_wpwn+Y�pwW�q�nk^}[���n+^N_wpwZzcH¬ x ½ pwW�q�n�`�\�c�d�eH^}[���n��<��n+d�c{l��X��[�Z�W1�a�a^NW�pwW�q�nk^D[��1n�W1Zz]ZzY�[�`�_wZzn�Zzu�W1ZXd�c{l�ZzY'c{\�^!Wkr�_a\�Zz[�pw\�n+��c{YS_a^Dn+�ª[�l�pwu���^D[�d�W�\tW��X�aY�n+^}^!q�n�l�n+Y�W�Zz[�c{l�Zzco^Dn+\�n+d�ZXZzutn�\�c{x¾c{Y��Xn�Y`�[¢Z,^kc���VXVXj��¿��Y�c�r·n<[Z�utn<Y�Z,uwn%�b[¢Y�Z�_aW�\�W��X��Y'n�^�^kc�Y�Z,utn%VXVX�yY�n<W1�¤��Y'c�r·Z�utn%g�iXj8���oc�Z,n%Z�utW�Z8Z,utnr�_a\�Zz[�pw\�n+��c{Y±_a^Dn+�/Zzc�^}n+\�n�d�Z�Zzu�n�`�\�c{d�e�],c{�«�z^}n+Z�`{[Zz^¡`�W�^}n+�/c{lvZ«utn���j/`�[�Z�Y�n+r�W�[�lt^¡_wltd�utW�l�q�n+���1�Uc{xZ�uwn�^�_�pXn�Y>pXW�q�n�rsW�p�pX[¢lwq/dÀW�l­`bn�^�Z�c�Y�n���[¢l­Z,uan�pXW�YDZ�[¢W�\¢]Á^�_X`b`b\¢c�dÀe/g�iÂj�`b�/dfcbpX�b[¢lwq/Z�uwnH¸©V�j��%�pwW�q�n�^}[���n+� VaVw��W�l��s��ZzZzY�³an+\��a^��,Y�c{r Zzu�nF^}_wpwn+Y�pwW�q�nFr~W�pwpw[�l�q�� ^Dn+ZzZz[�l�qoZzu�nF��j~`�[�ZXW�l��sW�\�\bZzu�nF^}_a`{]`�\�c{d�eH��W�\�[��|`�[�Zz^��¦¥�[�q�_aY�nN§�],Ã��>�

7. Set-associative partial-subblock TLBs cannot store large superpage mappings due to the difficulty in choosing theset index for these mappings—as in superpage TLBs (Section3.2.2).

10010XX ✔

Superpage TLB block (superpage size = 4 base pages)

Partial-subblock TLB block (subblock factor 4)

16K

10010 111000 ATTR✔✔✔✔ 1

1110XX ATTR 1

100101X ✔Superpage TLB blocks

8K

10010 101000 ATTR✔✔✕✕ 1

11010 101000 ATTR✕✔✕✕ 0

11010 101001 ATTR✔✕✕✕ 0

Partial-subblock TLB blocks

110101X ✔8K10100X ATTR 110100X ATTR 1

Page 148: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

140

Figure H-3: superpage mapping in partial-subblock TLB (superpage size > page block size)

Ä,��WUpaW�q�n�ZzW1`{\n�^}Zzc{Y'n�^�pwW�Y�Zz[�W�\�],^D_a`�`�\�c{d�esVwgX�a^}�tZzu�n+l|^}_wpwpac{Y�ZM�,c{Y©r�n+�a[_wr�],^}[���n�^}_apwn+Y�pwW�q�n�^�[�^_wltl�n�d�n+^}^}W�Y�����WkpwW1Y�Zz[�W�\�],^}_w`�`�\�c{d�e�pwW�q�n�ZzW�`�\�n�[�^©Wk^}_apwn+Y�^}n+Z�c{�ÂW�^}_wpwn+Y�pwW�q�n�pwW�q�n�ZzW1`{\n%�¦x�[Z«u~d�c{Y�]Y'n�d�ZÂpwu���^}[�d�W�\tr~n�r~c{Y���W�\�\�c{d�W1Z«[c{l��>��VaY'n�\c{W��a[�l�q�[�l�Zzutn�pwW�Y�Z«[W�\�],^D_a`�`�\�c{d�e%gXiajv[�^±Wk^}_wpan�Y�[�c{Y8xUW���Zzc\c{W1�X[�ltqv^}_apan+Y�paW�q�nUr~W1pwpa[l�q�^��{g W�`�\�n¡§U],®�^}utc{xo^�Z,u�nopwn<Y'dfn+ltZ�Y'n<�a_adfZz[c�lh[l/ZzutnUlt_ar�`�n+Y¡c��SgXiXjr�[�^}^}n+^��,c{YNW%´�®�],`�\�c{d�eª�z_a\�\���],W�^}^}c{d�[�W�Zz[���nUpwW�Y�Zz[W�\�]z^}_a`�`{\c{d�eªgaiaj�Zzu�Y�c{_aq�uh_w^}n�c{�SZzx�cs�a[�«�zn+Y'n+l�ZMn+l�]u�W�l�d�n+r�n+l�Zz^NZzc�Zzu�nkgaiajhr�[�^}^©u�W1l��a\�n+Y��<gXu�n�³aY�^DZ�_a^Dn+^NpwY'n�\c{W��a[�l�qÂ�<gXu�n�^}n+d�c{l��|�Xc{n+^©l�c�ZÂ_a^}n�paY�n+]\¢c�W���[lwqh`�_XZ�_X^�n<^k^�_Xpan�Y>paW�qbn%rsW1pXpX[¢ltqb^kx%utn<Y�n<n<��n<Y�pac�^�^�[¢`�\¢n���VXY'n�\c�W��X[¢lwq|[¢^krsc�Y�n%n<�z�Án<dfZ�[��n�W1ZY�n<��_Xdf[¢ltqhg�iXj¤rs[^�^�n<^kZ,uwW1l�^�_Xpan�Y�pXW�q�n<^fÅ���g�utn%g�i�j¤r~[¢^�^kpXn<lwW1\¢Z,�hW1lw�²pXW1qbn%Z�W1`�\¢n%rsn<rsc�Y>�hY'n�]��_a[�Y'n+r~n+l�Zz^��,c�YNpaY�n+\c{W1�a[l�qvW�l��­^}_apwn+Y�paW�q�n+^�W�Y�nUY'c{_aq�u�\��vd�c�r�paW�Y�W�`�\�n�� gXu�_a^}�a[�Z�[^�pwY�n+�,n+Y�W�`�\nUZzc_w^}n�pwY'n�\�c�W��a[�l�q%W1l��ª^}Zzc{Y�[�ltq%pwW�Y�Zz[�W�\�],^D_a`�`�\�c{d�e%VwgX�a^±[�l�Zzu�n�pwW�q�n�ZzW�`�\�n�[�l�^}Zzn+W��ªc{�Â^D_apwpwc{Y�Zz[�l�q%r~n�]�X[_Xr~],^�[�1n<�­^�_apan<Y>paW1q�n<^��{g�ut[^�[^�[r~pac�Y>Z,W1ltZS^�[ltd�n%r~W1lt�vrs[d�Y�c�paY'c�dfn<^}^�c�Y>^�^}_Xpapac�Y�Z8^}_Xpan<Y�paW1q�n<^W�l��ªc{pwn+Y�W�Zz[�ltqo^}��^}Z«n+r~^�W�Y'n�`�n+[�l�qor�c{�X[�³wn+�ªZzcU^D_apwpwc{Y�ZX^}_wpwn+Y�pwW�q�n�r�W�papw[�l�q�^![�lHZzu�n�pwW�q�nFZzW1`{\n�^��

Ä,lh^}_wr�r~W�Y����wpaW�Y�Zz[�W1\�]z^}_a`{`�\c{d�esgXiajX^�xU[�ZzuhpwY'n�\c{W��a[�l�qªW�Y'n�^}\�[�q�u�Zz\��ª`�n�ZzZzn+YNZzu�W�lhr�n+�a[_wr�],^}[���n^}_apwn+Y�paW�q�nUr�W1pwpa[�l�q�^�� ¥�_a\\���],W�^}^}c{df[�W1Zz[��bnUpwW1Y�Zz[�W1\�],^}_a`�`�\c{d�evgXiajX^�d�W�l/n+W�^}[\��v[�l�df\�_a�anU^}_apapwc�Y�ZS�,c{Y\�W�Y'q�n+Y�^D_apwn+Y�paW�q�n�^}[���n+^��

8. Foxtrot did NOT do page promotion in this experiment—the page table only considers fully-populated page blocksfor superpages. If the operating system used page promotions, superpages would be used more often.

Table H-4: Reduction in number of TLB misses in a 64-block fully-associative partial-subblock TLBwith pr eloading or with superpage mappings

Workloadsubblock factor 2 subblock factor 4 subblock factor 8 subblock factor 16

preloading superpagespreloading superpagespreloading superpagespreloading superpages

coral 16.61% 16.60% 30.38% 30.10% 37.57% 36.77% 49.15% 47.47%

nasa7 42.33% 42.30% 69.96% 69.84% 81.81% 25.16% 69.98% 54.77%

compress 41.42% 37.96% 37.27% 35.44% 27.90% 16.91% 26.33% 9.45%

fftpde 0.35% 0.34% 0.53% 0.51% 0.64% 0.62% 49.24% 49.19%

wave5 43.44% 43.45% 65.52% 65.15% 76.02% 74.68% 79.42% 76.66%

mp3d 23.69% 22.30% 59.56% 59.52% 66.38% 65.62% 88.84% 86.50%

spice 30.78% 30.78% 64.42% 64.19% 83.90% 81.95% 87.07% 69.66%

pthor 25.16% 25.15% 47.30% 46.82% 64.54% 62.69% 76.05% 74.77%

ML 24.17% 23.78% 46.40% 42.82% 62.43% 60.91% 76.74% 73.18%

gcc 27.12% 27.20% 54.54% 50.92% 51.14% 37.44% 42.30% 15.96%

Superpage TLB block (superpage size = 64 base pages)

Partial-subblock TLB block (subblock factor 4)

11XXXX 10XXXXXX ATTR✔✔✔✔ 1

11XXXXXX ✔256K

1256K

10XXXXXX ATTR 1

Page 149: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

141

Æ B8BFC�=SÇ8;�È-É+Ê�˲C�7<E8;+J�C�Ç-6�B�C�C�Ç8A�B¹Q�E8LNJ�C�@

gXu�[�^8W�pwpwn+l��a[���[l�d�\�_w�an+^8n+��n�d�_aZz[�c{l%Zz[�r~nN^}pwn+n+�a_apw^8�,c{Y�W�\\�Zzu�n¡xUc{Y�e�\�c{W��a^��fÄ,Zw[�l�d�\�_a�an+^8�aW�ZzW��,c{Yn+W�d�usc���Zzu�nkZzW�`�\�n+^N[�lªZzu�nkr�W�[�lªZzn+�1Z�xUu�n+Y�nkc{l�\���Zzu�nkxUn+[�q�utZ«n+�hW���n+Y�W�q�nkW�d�Y'c{^}^NW�\�\XZzu�nkxUc{Y�e�\�c{W��a^xUW�^¡pwY'n+^Dn+l�Zzn+���1gXu�n�`�n+u�W��b[�c{Y±c{��[�lt�a[���[��X_wW�\�xUc{Y�e�\�c{W��a^F[�^¡^}u�c{xUlªu�n+Y'n{��g�W�`�\�n+^¡[�lvZzu�[�^¡W�papwn+l��a[��W1Y'nUlt_ar�`�n+Y'n+�­Z,cª^}u�c�xÌZ,utn+[�YFd�c�Y�Y'n+^}pac�l��Xn+ltd�noZzcªZzW1`�\n+^�[�l/Z,u�no`�c��a�vc��SZ,u�noZzutn+^}[^�� g�W1`�\n+^�Ä

2-3athrough

Ä2-3c, for example, correspond toTable2-3 in Chapter2.

Table I2-3a: Sensitivity to TLB miss penalty—execution time speedup for alternate fully-associativeTLBs relative to 64-block fully-associative single-page-size (4KB) TLB (TLB miss penalty = 30

cycles)

Workload 128-block single-page-size (4KB) TLB

123-block superpage(4KB/32KB) TLB

114-block partial-subblock TLB

(subblock factor 16)

72-block complete-subblock TLB

(subblock factor 4)coral 1.105 1.368 1.461 1.111nasa7 1.008 1.419 1.419 1.115

compress 1.184 1.193 1.193 1.193fftpde 1.000 1.001 1.182 1.000wave5 1.042 1.110 1.110 1.109mp3d 1.035 1.089 1.090 1.085spice 1.044 1.053 1.053 1.052pthor 1.006 1.034 1.039 1.006ML 1.015 1.030 1.031 1.017gcc 1.013 1.016 1.016 1.015

Wt. Avg. 1.045 1.132 1.161 1.072

Table I2-3b: Sensitivity to TLB miss penalty—execution time speedup for alternate fully-associativeTLBs relative to 64-block fully-associative single-page-size (4KB) TLB (TLB miss penalty = 40

cycles)

Workload 128-block single-page-size (4KB) TLB

123-block superpage(4KB/32KB) TLB

114-block partial-subblock TLB

(subblock factor 16)

72-block complete-subblock TLB

(subblock factor 4)coral 1.145 1.559 1.726 1.153nasa7 1.011 1.649 1.649 1.160

compress 1.262 1.275 1.275 1.274fftpde 1.000 1.002 1.258 1.000wave5 1.056 1.152 1.152 1.151mp3d 1.047 1.123 1.123 1.117spice 1.059 1.073 1.073 1.071pthor 1.008 1.045 1.052 1.008ML 1.021 1.040 1.042 1.022gcc 1.017 1.021 1.021 1.020

Wt. Avg. 1.061 1.185 1.227 1.098

Page 150: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

142

Table I2-3c: Sensitivity to TLB miss penalty—execution time speedup for alternate fully-associativeTLBs relative to 64-block fully-associative single-page-size (4KB) TLB (TLB miss penalty = 50

cycles)

Workload 128-block single-page-size (4KB) TLB

123-block superpage(4KB/32KB) TLB

114-block partial-subblock TLB

(subblock factor 16)

72-block complete-subblock TLB

(subblock factor 4)coral 1.188 1.812 2.110 1.200nasa7 1.013 1.969 1.969 1.208

compress 1.350 1.368 1.368 1.368fftpde 1.000 1.002 1.344 1.000wave5 1.071 1.197 1.197 1.197mp3d 1.059 1.158 1.158 1.150spice 1.075 1.092 1.092 1.090pthor 1.010 1.057 1.066 1.011ML 1.026 1.051 1.053 1.028gcc 1.022 1.026 1.026 1.026

Wt. Avg. 1.078 1.242 1.301 1.125

Table I2-5: Sensitivity to TLB replacement policy—execution time speedups relative to 64-blockfully-associative single-page-size (4KB) TLB using Go-down-stack (GODS) replacement policy

Workload Clock Random FIFOcoral 0.993 0.957 0.941nasa7 1.001 0.987 0.984

compress 0.992 0.950 0.955fftpde 1.000 1.022 0.987wave5 0.999 1.024 1.005mp3d 1.000 0.977 0.979spice 0.991 0.949 0.963pthor 0.999 0.992 0.993ML 0.998 0.985 0.989gcc 0.998 0.986 0.988

Wt. Avg. 0.997 0.981 0.975

Table I3-1a: Execution time speedups for fully-associative superpage TLBs relative to single-page-size (4KB) TLBs with same number of blocks (64- and 128-blocks)

Workload64-block (superpage size) 128-block (superpage size)

8KB 16KB 32KB 64KB 8KB 16KB 32KB 64KBcoral 1.150 1.295 1.430 1.564 1.171 1.254 1.369 1.533nasa7 1.207 1.441 1.645 1.649 1.266 1.632 1.632 1.632

compress 1.263 1.274 1.274 1.271 1.010 1.010 1.010 1.010fftpde 1.001 1.001 1.001 1.117 1.001 1.001 1.001 1.258wave5 1.087 1.152 1.152 1.152 1.090 1.090 1.090 1.090mp3d 1.035 1.100 1.122 1.123 1.066 1.072 1.073 1.073spice 1.053 1.071 1.072 1.072 1.012 1.013 1.013 1.013pthor 1.016 1.029 1.039 1.044 1.015 1.027 1.038 1.044ML 1.017 1.028 1.035 1.039 1.010 1.016 1.019 1.021gcc 1.015 1.020 1.021 1.021 1.003 1.004 1.004 1.004

Wt. Avg. 1.090 1.148 1.183 1.212 1.072 1.114 1.127 1.172

Page 151: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

143

Table I3-1b: Execution time speedups for fully-associative superpage TLBs relative to single-page-size (4KB) TLBs with same number of blocks (256-blocks)

Workload256-block (superpage size)

8KB 16KB 32KB 64KBcoral 1.065 1.134 1.259 1.384nasa7 1.366 1.366 1.366 1.366

compress 1.000 1.000 1.000 1.000fftpde 1.001 1.002 1.002 1.002wave5 1.000 1.000 1.000 1.000mp3d 1.004 1.005 1.005 1.005spice 1.001 1.001 1.001 1.001pthor 1.016 1.030 1.040 1.041ML 1.007 1.011 1.012 1.013gcc 1.000 1.000 1.000 1.000

Wt. Avg. 1.047 1.057 1.071 1.082

Table I3-2a: Execution time speedups for 256-block 4-way set-associative superpage TLBs relative tosingle-page-size (4KB) TLBs (superpage index)

Workloadwith OS support base pages only

8KB 16KB 32KB 64KB 8KB 16KB 32KB 64KBcoral 1.069 1.147 1.274 1.358 0.975 0.904 0.699 0.687nasa7 1.498 1.503 1.498 1.478 1.159 1.181 0.879 0.850

compress 1.000 1.000 0.981 0.812 0.999 0.992 0.682 0.540fftpde 1.000 1.192 1.214 1.434 1.000 1.190 1.210 1.431wave5 1.000 1.000 1.000 0.996 0.995 0.959 0.744 0.672mp3d 1.009 1.010 1.010 1.010 0.998 0.996 0.934 0.896spice 1.003 1.003 1.003 1.003 0.992 0.975 0.876 0.794pthor 1.016 1.022 1.029 0.863 0.999 0.988 0.982 0.823ML 1.008 1.012 1.010 1.007 0.998 0.992 0.972 0.953gcc 1.001 1.000 0.934 0.853 0.999 0.993 0.947 0.818

Wt. Avg. 1.058 1.092 1.098 1.070 1.013 1.018 0.871 0.809

Table I3-2b: Execution time speedups for 256-block 4-way set-associative superpage TLBs relativeto single-page-size (4KB) TLBs (exact index)

Workloadwith OS support

8KB 16KB 32KB 64KBcoral 1.069 1.145 1.279 1.408nasa7 1.497 1.503 1.503 1.503

compress 1.000 1.000 1.000 1.000fftpde 1.011 1.214 1.243 1.442wave5 1.000 1.000 1.000 1.000mp3d 1.009 1.010 1.010 1.010spice 1.003 1.003 1.003 1.003pthor 1.016 1.031 1.038 1.040ML 1.008 1.012 1.014 1.014gcc 1.001 1.001 1.001 1.001

Wt. Avg. 1.060 1.095 1.113 1.143

Page 152: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

144

Table I3-3a: Execution time speedups for superpage TLBs relative to set-associative single-page-size(4KB) TLBs of comparable chip area (256-block 4-way set-associative)

Workload

SinglePage Size

TLB4KB/32KB Superpage TLB 4KB/64KB Superpage TLB

162-blockfully-

associative

156-block fully-associative

256-block set-associative

154-block fully-associative

256-block set-associative

with OS no OS with OS no OS with OS no OS with OS no OScoral 0.929 1.185 0.923 1.274 0.699 1.330 0.921 1.358 0.687nasa7 0.978 1.503 0.966 1.498 0.879 1.503 0.961 1.478 0.850

compress 0.997 1.000 0.996 0.981 0.682 1.000 0.996 0.812 0.540fftpde 1.439 1.442 1.439 1.214 1.210 1.442 1.439 1.434 1.431wave5 0.990 1.000 0.990 1.000 0.744 1.000 0.990 0.996 0.672mp3d 0.963 1.010 0.960 1.010 0.934 1.010 0.958 1.010 0.896spice 0.996 1.003 0.996 1.003 0.876 1.003 0.995 1.003 0.794pthor 0.994 1.031 0.994 1.029 0.982 1.039 0.993 0.863 0.823ML 0.997 1.013 0.996 1.010 0.972 1.014 0.996 1.007 0.953gcc 0.998 1.001 0.998 0.934 0.947 1.001 0.998 0.853 0.818

Wt. Avg. 1.020 1.120 1.017 1.098 0.871 1.136 1.016 1.070 0.809

Table I3-3b: Execution time speedups for superpage TLBs relative to set-associative single-page-size(4KB) TLBs of comparable chip area (512-block 4-way set-associative)

Workload

SinglePage Size

TLB4KB/32KB Superpage TLB 4KB/64KB Superpage TLB

304-blockfully-

associative

293-block fully-associative

512-block set-associative

290-block fully-associative

512-block set-associative

with OS no OS with OS no OS with OS no OS with OS no OScoral 0.932 1.167 0.927 1.248 0.663 1.264 0.925 1.223 0.652nasa7 0.755 1.003 0.748 1.000 0.593 1.003 0.753 0.986 0.567

compress 1.000 1.000 1.000 0.981 0.682 1.000 1.000 0.812 0.541fftpde 1.435 1.438 1.435 1.437 1.431 1.438 1.435 1.435 1.431wave5 1.000 1.000 1.000 1.000 0.751 1.000 1.000 0.996 0.674mp3d 0.999 1.002 0.999 1.002 0.928 1.002 0.999 1.002 0.898spice 0.999 1.000 0.999 1.000 0.876 1.000 0.999 1.000 0.792pthor 0.984 1.020 0.983 1.014 0.976 1.020 0.983 0.848 0.811ML 0.997 1.008 0.997 1.006 0.974 1.009 0.997 1.000 0.953gcc 1.000 1.000 1.000 0.934 0.886 1.000 1.000 0.852 0.774

Wt. Avg. 1.000 1.065 0.998 1.061 0.836 1.074 0.998 1.006 0.765

Page 153: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

145

Table I4-1a: Execution time speedups for complete-subblock TLBs relative to single-page-size (4KB)TLBs with same number of blocks (64-block fully-associative)

Workload(NO preloading) subblock factor (with preloading) subblock factor

2 4 8 16 2 4 8 16coral 1.064 1.134 1.245 1.334 1.151 1.299 1.439 1.578nasa7 1.009 1.115 1.648 1.649 1.207 1.442 1.649 1.649

compress 1.257 1.274 1.274 1.274 1.265 1.275 1.275 1.275fftpde 1.000 1.000 1.000 1.003 1.001 1.001 1.002 1.114wave5 1.043 1.151 1.151 1.152 1.088 1.152 1.152 1.152mp3d 1.015 1.083 1.121 1.122 1.038 1.107 1.122 1.123spice 1.047 1.068 1.072 1.073 1.054 1.071 1.072 1.073pthor 1.003 1.007 1.011 1.018 1.017 1.031 1.041 1.048ML 1.011 1.019 1.027 1.034 1.018 1.031 1.038 1.041gcc 1.014 1.020 1.021 1.021 1.016 1.021 1.021 1.021

Wt. Avg. 1.044 1.089 1.157 1.170 1.091 1.150 1.185 1.214

Table I4-1b: Execution time speedups for complete-subblock TLBs relative to single-page-size (4KB)TLBs with same number of blocks (128-block fully-associative)

Workload(NO preloading) subblock factor (with preloading) subblock factor

2 4 8 16 2 4 8 16coral 1.135 1.174 1.224 1.335 1.172 1.257 1.377 1.547nasa7 1.100 1.631 1.632 1.632 1.267 1.632 1.632 1.632

compress 1.010 1.010 1.010 1.010 1.010 1.010 1.010 1.010fftpde 1.000 1.000 1.000 1.257 1.001 1.001 1.002 1.258wave5 1.090 1.090 1.090 1.090 1.090 1.090 1.090 1.090mp3d 1.064 1.071 1.072 1.073 1.067 1.072 1.073 1.073spice 1.011 1.012 1.013 1.013 1.012 1.013 1.013 1.013pthor 1.003 1.008 1.020 1.039 1.015 1.028 1.039 1.047ML 1.005 1.010 1.015 1.019 1.011 1.017 1.020 1.021gcc 1.003 1.004 1.004 1.004 1.003 1.004 1.004 1.004

Wt. Avg. 1.048 1.101 1.109 1.152 1.073 1.114 1.129 1.173

Table I4-1c: Execution time speedups for complete-subblock TLBs relative to single-page-size (4KB)TLBs with same number of blocks (256-block 4-way set-associative)

Workload(NO preloading) subblock factor (with preloading) subblock factor

2 4 8 16 2 4 8 16coral 1.036 1.078 1.170 1.385 1.070 1.150 1.287 1.418nasa7 1.494 1.503 1.503 1.503 1.499 1.503 1.503 1.503

compress 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000fftpde 1.000 1.191 1.214 1.443 1.000 1.192 1.215 1.443wave5 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.001mp3d 1.008 1.009 1.010 1.010 1.009 1.010 1.010 1.010spice 1.002 1.003 1.003 1.003 1.003 1.003 1.003 1.003pthor 1.008 1.024 1.035 1.040 1.017 1.032 1.039 1.040ML 1.004 1.009 1.013 1.014 1.008 1.013 1.014 1.015gcc 1.001 1.001 1.001 1.001 1.001 1.001 1.001 1.001

Wt. Avg. 1.052 1.084 1.099 1.141 1.058 1.094 1.111 1.143

Page 154: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

146

Table I4-3a: Effect of preloading in complete-subblock TLBs (64-block fully-associative)

Workload

subblock factor 2 subblock factor 4 subblock factor 8 subblock factor 16

Speedupcriticalmiss

penaltySpeedup

criticalmiss

penaltySpeedup

criticalmiss

penaltySpeedup

criticalmiss

penaltycoral 1.082 1.20 1.145 1.43 1.156 1.61 1.183 1.96nasa7 1.197 1.72 1.294 3.33 1.001 6.67 1.000 1.82

compress 1.006 1.75 1.000 1.79 1.000 1.75 1.000 1.89fftpde 1.001 1.00 1.001 1.01 1.002 1.01 1.111 1.96wave5 1.043 1.79 1.000 2.94 1.000 4.17 1.000 5.00mp3d 1.023 1.30 1.022 2.63 1.002 3.23 1.001 10.00spice 1.008 1.45 1.003 2.86 1.001 6.67 1.000 1.85pthor 1.013 1.35 1.024 1.96 1.029 2.86 1.029 4.55ML 1.007 1.32 1.011 2.08 1.011 3.45 1.007 6.67gcc 1.002 1.43 1.001 2.27 1.000 1.69 1.000 1.75

Wt. Avg. 1.045 1.333 1.056 1.649 1.024 1.409 1.038 2.047

Table I4-3b: Effect of preloading in complete-subblock TLBs (128-block fully-associative)

Workload

subblock factor 2 subblock factor 4 subblock factor 8 subblock factor 16

Speedupcriticalmiss

penaltySpeedup

criticalmiss

penaltySpeedup

criticalmiss

penaltySpeedup

criticalmiss

penaltycoral 1.033 1.11 1.071 1.28 1.125 1.67 1.159 2.78nasa7 1.152 1.67 1.000 3.23 1.000 1.43 1.000 1.56

compress 1.000 1.43 1.000 1.61 1.000 1.72 1.000 1.79fftpde 1.001 1.00 1.001 1.01 1.002 1.01 1.001 7.69wave5 1.000 1.79 1.000 2.86 1.000 3.85 1.000 4.55mp3d 1.003 1.54 1.001 2.56 1.001 5.56 1.000 1.08spice 1.001 1.89 1.000 3.57 1.000 1.47 1.000 1.56pthor 1.012 1.39 1.020 2.04 1.019 3.03 1.007 4.55ML 1.005 1.52 1.006 2.44 1.005 5.00 1.002 10.00gcc 1.000 1.49 1.000 1.52 1.000 1.67 1.000 1.72

Wt. Avg. 1.024 1.255 1.012 1.200 1.017 1.363 1.018 2.852

Table I4-3c: Effect of preloading in complete-subblock TLBs (256-block 4-way set-associative)

Workload

subblock factor 2 subblock factor 4 subblock factor 8 subblock factor 16

Speedupcriticalmiss

penaltySpeedup

criticalmiss

penaltySpeedup

criticalmiss

penaltySpeedup

criticalmiss

penaltycoral 1.033 1.14 1.067 1.35 1.100 2.00 1.024 4.17nasa7 1.003 1.96 1.000 1.37 1.000 1.47 1.000 1.52

compress 1.000 1.39 1.000 1.67 1.000 1.82 1.000 1.85fftpde 1.000 1.00 1.001 1.01 1.001 1.01 1.000 1.06wave5 1.000 1.75 1.000 2.78 1.000 3.70 1.000 1.27mp3d 1.001 1.67 1.000 3.33 1.000 1.12 1.000 1.20spice 1.000 1.85 1.000 2.70 1.000 1.47 1.000 1.54pthor 1.009 1.39 1.008 2.00 1.004 3.45 1.000 1.92ML 1.004 1.67 1.004 3.03 1.002 5.56 1.000 7.14gcc 1.000 1.33 1.000 1.52 1.000 1.67 1.000 1.72

Wt. Avg. 1.006 1.076 1.009 1.211 1.011 1.393 1.002 4.026

Page 155: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

147

Table I4-3d: Effect of preloading in complete-subblock TLBs (512-block 4-way set-associative)

Workload

subblock factor 2 subblock factor 4 subblock factor 8 subblock factor 16

Speedupcriticalmiss

penaltySpeedup

criticalmiss

penaltySpeedup

criticalmiss

penaltySpeedup

criticalmiss

penaltycoral 1.025 1.16 1.040 1.43 1.012 2.38 1.000 1.15nasa7 1.000 1.14 1.000 1.37 1.000 1.43 1.000 1.52

compress 1.000 1.37 1.000 1.61 1.000 1.75 1.000 1.82fftpde 1.001 1.00 1.000 1.00 1.000 1.04 1.000 1.05wave5 1.000 1.72 1.000 2.63 1.000 1.19 1.000 1.18mp3d 1.000 1.85 1.000 1.06 1.000 1.09 1.000 1.11spice 1.000 1.56 1.000 1.37 1.000 1.47 1.000 1.54pthor 1.002 1.37 1.001 2.27 1.000 1.54 1.000 1.12ML 1.002 1.82 1.001 3.33 1.000 4.35 1.000 1.27gcc 1.000 1.28 1.000 1.49 1.000 1.64 1.000 1.72

Wt. Avg. 1.003 1.090 1.005 1.164 1.001 2.321 1.000 1.446

Table I4-5a: Execution time speedups relative to single-page-size (4KB) TLBs of equal area (64-block single-page-size TLB)

WorkloadSuperpage TLB

(32KB)Complete-subblock TLB

(NO preloading)Complete-subblock TLB

(with preloading)OS NO OS 2 4 8 16 2 4 8 16

coral 1.422 0.993 1.032 1.025 0.959 0.874 1.123 1.227 1.283 1.217nasa7 1.639 0.999 1.005 1.040 1.053 0.915 1.205 1.405 1.518 1.285

compress 1.274 0.984 1.183 1.255 1.243 0.850 1.217 1.268 1.267 1.126fftpde 1.001 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.001 1.001 1.002 1.112wave5 1.152 1.000 1.011 1.055 1.073 0.843 1.066 1.121 1.135 1.005mp3d 1.122 0.999 0.999 0.991 0.977 0.907 1.020 1.030 1.024 0.950spice 1.072 0.991 1.022 1.014 0.899 0.471 1.035 1.038 0.964 0.580pthor 1.039 1.000 1.001 0.999 0.975 0.823 1.014 1.025 1.009 0.879ML 1.034 0.998 1.001 0.995 0.968 0.819 1.010 1.011 0.997 0.880gcc 1.020 0.998 1.006 1.009 0.978 0.807 1.010 1.015 1.010 0.939

Wt. Avg. 1.182 0.996 1.025 1.036 1.008 0.813 1.076 1.120 1.125 0.984

Table I4-5b: Execution time speedups relative to single-page-size (4KB) TLBs of equal area (128-block single-page-size TLB)

WorkloadSuperpage TLB

(32KB)Complete-subblock TLB

(NO preloading)Complete-subblock TLB

(with preloading)OS NO OS 2 4 8 16 2 4 8 16

coral 1.361 0.988 1.013 1.007 0.983 0.913 1.078 1.146 1.205 1.222nasa7 1.632 0.999 1.075 1.148 1.315 1.314 1.250 1.449 1.582 1.606

compress 1.010 0.999 1.010 1.010 1.010 1.004 1.010 1.010 1.010 1.010fftpde 1.002 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.001 1.001 1.002 1.113wave5 1.090 0.987 1.086 1.090 1.090 1.087 1.087 1.090 1.090 1.089mp3d 1.073 0.997 1.024 1.067 1.069 1.042 1.041 1.070 1.071 1.067spice 1.013 0.998 1.008 1.011 1.011 1.011 1.010 1.012 1.013 1.013pthor 1.037 1.000 1.001 1.001 0.999 0.992 1.013 1.024 1.030 1.031ML 1.019 0.999 1.002 1.002 0.998 0.980 1.008 1.012 1.011 1.003gcc 1.004 1.000 1.002 1.003 1.003 1.000 1.003 1.004 1.004 1.004

Wt. Avg. 1.127 0.996 1.023 1.036 1.048 1.030 1.056 1.087 1.104 1.120

Page 156: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

148

Table I4-5c: Execution time speedups relative to single-page-size (4KB) TLBs of equal area (256-block single-page-size TLB)

WorkloadSuperpage TLB

(32KB)Complete-subblock TLB

(NO preloading)Complete-subblock TLB

(with preloading)OS NO OS 2 4 8 16 2 4 8 16

coral 1.252 0.994 1.003 0.987 0.965 0.921 1.033 1.056 1.090 1.102nasa7 1.366 0.997 1.192 1.366 1.366 1.366 1.273 1.366 1.366 1.366

compress 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000fftpde 1.002 1.000 1.000 1.000 0.797 0.804 1.001 1.002 0.798 0.891wave5 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000mp3d 1.005 0.998 1.003 1.003 1.003 1.003 1.004 1.004 1.005 1.005spice 1.001 1.000 1.001 1.001 1.001 1.001 1.001 1.001 1.001 1.001pthor 1.040 0.999 1.002 1.003 1.002 0.997 1.013 1.022 1.027 1.031ML 1.012 1.000 1.002 1.003 1.003 1.001 1.006 1.009 1.011 1.011gcc 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000

Wt. Avg. 1.070 0.999 1.022 1.034 1.007 1.000 1.035 1.046 1.026 1.041

Table I4-5d: Execution time speedups relative to single-page-size (4KB) TLBs of equal area (512-block single-page-size TLB)

WorkloadSuperpage TLB

(32KB)Complete-subblock TLB

(NO preloading)Complete-subblock TLB

(with preloading)OS NO OS 2 4 8 16 2 4 8 16

coral 1.231 0.994 0.996 0.977 0.962 0.939 1.023 1.036 1.074 1.103nasa7 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000

compress 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000fftpde 1.003 1.000 1.000 1.000 1.001 1.001 1.001 1.002 1.002 1.002wave5 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000mp3d 1.002 1.000 1.000 1.002 1.002 1.002 1.001 1.002 1.002 1.002spice 1.001 1.000 1.001 1.001 1.001 1.001 1.001 1.001 1.001 1.001pthor 1.021 0.998 1.010 1.014 1.007 1.000 1.013 1.018 1.016 1.016ML 1.008 1.000 1.002 1.004 1.005 1.005 1.005 1.007 1.007 1.008gcc 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000

Wt. Avg. 1.027 0.999 1.001 0.999 0.997 0.993 1.005 1.007 1.011 1.014

Table I4-6a: Execution time speedups for complete-subblock TLBs relative to single-page-size (4KB)TLBs with same TLB reach (256-block fully-associative)

WorkloadComplete-subblock

N blocks: s subblock factorComplete-subblock with preloading

N blocks: s subblock factor128:2 64:4 32:8 16:16 128:2 64:4 32:8 16:16

coral 0.938 0.818 0.761 0.693 0.968 0.937 0.967 0.972nasa7 0.921 0.923 0.934 0.929 1.061 1.194 1.277 1.318

compress 1.000 1.000 0.990 0.984 1.000 1.000 0.998 0.998fftpde 0.797 0.797 0.797 0.797 0.797 0.798 0.798 0.887wave5 1.000 1.000 0.999 0.967 1.000 1.000 1.000 0.978mp3d 0.996 0.970 0.915 0.876 0.999 0.991 0.973 0.944spice 1.000 0.997 0.990 0.832 1.001 1.000 0.997 0.914pthor 0.995 0.992 0.987 0.957 1.008 1.015 1.019 0.997ML 0.997 0.990 0.976 0.939 1.002 1.002 0.994 0.972gcc 1.000 0.999 0.998 0.988 1.000 1.000 1.000 0.996

Wt. Avg. 0.958 0.937 0.920 0.878 0.981 0.989 0.998 0.995

Page 157: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

149

Table I4-6b: Execution time speedups for complete-subblock TLBs relative to single-page-size (4KB)TLBs with same TLB reach (512-block fully-associative)

WorkloadComplete-subblock

N blocks: s subblock factorComplete-subblock with preloading

N blocks: s subblock factor256:2 128:4 64:8 32:16 256:2 128:4 64:8 32:16

coral 0.921 0.864 0.800 0.710 0.949 0.925 0.925 0.927nasa7 1.000 1.000 0.999 0.958 1.000 1.000 1.000 0.997

compress 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000fftpde 1.000 0.797 0.797 0.797 1.001 0.798 0.798 0.887wave5 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000mp3d 1.000 1.000 0.999 0.999 1.001 1.001 1.001 1.001spice 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000pthor 0.988 0.981 0.977 0.973 0.997 1.001 1.005 1.008ML 0.999 0.997 0.993 0.984 1.003 1.004 1.004 1.000gcc 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000

Wt. Avg. 0.988 0.956 0.945 0.923 0.994 0.967 0.968 0.979

Table I4-6c: Execution time speedups for complete-subblock TLBs relative to single-page-size (4KB)TLBs with same TLB reach (256-block 4-way set-associative)

WorkloadComplete-subblock

N blocks: s subblock factorComplete-subblock with preloading

N blocks: s subblock factor128:2 64:4 32:8 16:16 128:2 64:4 32:8 16:16

coral 0.920 0.837 0.766 0.699 0.965 0.958 0.975 0.965nasa7 0.946 0.937 0.930 0.922 1.049 1.127 1.175 1.198

compress 1.000 0.998 0.992 0.982 1.000 1.000 0.998 0.998fftpde 0.994 0.982 0.960 0.920 0.994 0.983 0.964 0.996wave5 1.000 0.999 0.997 0.881 1.000 1.000 0.999 0.932mp3d 0.991 0.969 0.931 0.882 0.997 0.989 0.973 0.939spice 0.993 0.976 0.927 0.724 0.995 0.983 0.951 0.809pthor 0.994 0.989 0.968 0.918 1.006 1.012 1.003 0.966ML 0.995 0.984 0.962 0.903 1.001 0.998 0.983 0.945gcc 0.999 0.996 0.988 0.966 1.000 0.999 0.994 0.982

Wt. Avg. 0.979 0.958 0.930 0.866 1.001 1.005 1.003 0.974

Table I4-6d: Execution time speedups for complete-subblock TLBs relative to single-page-size (4KB)TLBs with same TLB reach (512-block 4-way set-associative)

WorkloadComplete-subblock

N blocks: s subblock factorComplete-subblock with preloading

N blocks: s subblock factor256:2 128:4 64:8 32:16 256:2 128:4 64:8 32:16

coral 0.922 0.852 0.779 0.703 0.952 0.930 0.935 0.936nasa7 0.997 0.992 0.981 0.961 1.000 1.000 1.000 1.000

compress 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000fftpde 0.997 0.991 0.979 0.960 0.997 0.991 0.982 1.050wave5 1.000 1.000 1.000 0.994 1.000 1.000 1.000 0.997mp3d 1.000 0.999 0.997 0.987 1.001 1.001 1.000 0.997spice 1.000 1.000 1.000 0.992 1.000 1.000 1.000 0.997pthor 0.989 0.981 0.973 0.961 0.997 1.000 1.002 0.999ML 0.998 0.996 0.990 0.976 1.002 1.003 1.002 0.995gcc 1.000 1.000 0.999 0.998 1.000 1.000 1.000 1.000

Wt. Avg. 0.988 0.976 0.960 0.936 0.994 0.991 0.990 0.997

Page 158: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

150

Table I4-9a: Execution time speedups for complete-subblock TLBs relative to superpage TLBs (64-block fully-associative)

Workloadsubblock factor:superpage size

With preloadingsubblock factor:superpage size

2:8KB 4:16KB 8:32KB 16:64KB 2:8KB 4:16KB 8:32KB 16:64KBcoral 0.925 0.876 0.870 0.853 1.001 1.003 1.006 1.009nasa7 0.836 0.774 1.002 1.000 1.000 1.001 1.002 1.000

compress 0.995 1.001 1.000 1.003 1.001 1.001 1.000 1.003fftpde 0.999 0.999 0.999 0.897 1.000 1.000 1.001 0.997wave5 0.959 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000mp3d 0.981 0.985 0.999 0.999 1.003 1.007 1.000 1.000spice 0.994 0.998 0.999 1.000 1.001 1.000 1.000 1.000pthor 0.988 0.978 0.973 0.975 1.001 1.002 1.002 1.003ML 0.994 0.991 0.992 0.995 1.002 1.003 1.002 1.002gcc 0.999 1.000 1.000 1.000 1.001 1.001 1.000 1.000

Wt. Avg. 0.958 0.948 0.978 0.965 1.001 1.002 1.002 1.002

Table I4-9b: Execution time speedups for complete-subblock TLBs relative to superpage TLBs (128-block fully-associative)

Workloadsubblock factor:superpage size

With preloadingsubblock factor:superpage size

2:8KB 4:16KB 8:32KB 16:64KB 2:8KB 4:16KB 8:32KB 16:64KBcoral 0.969 0.936 0.894 0.871 1.001 1.003 1.006 1.010nasa7 0.869 1.000 1.000 1.000 1.001 1.000 1.000 1.000

compress 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000fftpde 0.999 0.999 0.999 0.999 1.000 1.000 1.001 1.000wave5 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000mp3d 0.998 0.999 0.999 1.000 1.001 1.000 1.000 1.000spice 0.999 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000pthor 0.988 0.981 0.983 0.995 1.001 1.001 1.001 1.003ML 0.995 0.994 0.996 0.998 1.001 1.001 1.001 1.000gcc 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000

Wt. Avg. 0.977 0.989 0.984 0.983 1.000 1.001 1.001 1.001

Table I4-9c: Execution time speedups for complete-subblock TLBs relative to superpage TLBs (256-block 4-way set-associative)

Workloadsubblock factor:superpage size

With preloadingsubblock factor:superpage size

2:8KB 4:16KB 8:32KB 16:64KB 2:8KB 4:16KB 8:32KB 16:64KBcoral 0.969 0.940 0.918 1.020 1.001 1.003 1.010 1.044nasa7 0.997 1.000 1.003 1.017 1.000 1.000 1.003 1.017

compress 1.000 1.000 1.019 1.231 1.000 1.000 1.020 1.231fftpde 1.000 0.999 1.000 1.006 1.000 1.000 1.001 1.006wave5 1.000 1.000 1.000 1.004 1.000 1.000 1.000 1.004mp3d 0.999 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000spice 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000pthor 0.992 1.002 1.006 1.204 1.001 1.010 1.010 1.204ML 0.996 0.997 1.002 1.008 1.000 1.001 1.004 1.008gcc 1.000 1.000 1.071 1.174 1.000 1.000 1.071 1.174

Wt. Avg. 0.995 0.992 1.000 1.066 1.000 1.001 1.012 1.069

Page 159: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

151

Table I5-1a: Execution time speedup with partial-subblock TLBs relative to single-page-size (4KB)TLBs with same number of blocks (64-block fully-associative)

WorkloadPartial-subblocksubblock factor

Partial-subblock with preloadingsubblock factor

2 4 8 16 2 4 8 16coral 1.064 1.132 1.239 1.324 1.150 1.297 1.435 1.570nasa7 1.009 1.114 1.647 1.649 1.207 1.442 1.649 1.649

compress 1.256 1.273 1.274 1.274 1.264 1.274 1.275 1.275fftpde 1.000 1.000 1.000 1.008 1.001 1.001 1.001 1.117wave5 1.042 1.151 1.151 1.152 1.087 1.152 1.152 1.152mp3d 1.012 1.068 1.120 1.121 1.036 1.100 1.122 1.123spice 1.047 1.068 1.072 1.072 1.054 1.071 1.072 1.073pthor 1.003 1.007 1.010 1.015 1.016 1.030 1.040 1.046ML 1.010 1.018 1.024 1.031 1.017 1.029 1.036 1.040gcc 1.013 1.019 1.021 1.021 1.015 1.020 1.021 1.021

Wt. Avg. 1.044 1.087 1.156 1.169 1.090 1.149 1.184 1.214

Table I5-1b: Execution time speedup with partial-subblock TLBs relative to single-page-size (4KB)TLBs with same number of blocks (128-block fully-associative)

WorkloadPartial-subblocksubblock factor

Partial-subblock with preloadingsubblock factor

2 4 8 16 2 4 8 16coral 1.134 1.172 1.221 1.327 1.171 1.255 1.373 1.539nasa7 1.100 1.631 1.632 1.632 1.266 1.632 1.632 1.632

compress 1.010 1.010 1.010 1.010 1.010 1.010 1.010 1.010fftpde 1.000 1.000 1.000 1.257 1.001 1.001 1.001 1.258wave5 1.090 1.090 1.090 1.090 1.090 1.090 1.090 1.090mp3d 1.062 1.071 1.072 1.073 1.066 1.072 1.073 1.073spice 1.011 1.012 1.013 1.013 1.012 1.013 1.013 1.013pthor 1.003 1.007 1.019 1.030 1.015 1.027 1.038 1.045ML 1.005 1.009 1.014 1.017 1.010 1.016 1.020 1.021gcc 1.003 1.004 1.004 1.004 1.003 1.004 1.004 1.004

Wt. Avg. 1.047 1.101 1.109 1.150 1.072 1.114 1.128 1.172

Table I5-1c: Execution time speedup with partial-subblock TLBs relative to single-page-size (4KB)TLBs with same number of blocks (256-block 4-way set-associative)

WorkloadPartial-subblocksubblock factor

Partial-subblock with preloadingsubblock factor

2 4 8 16 2 4 8 16coral 1.036 1.077 1.166 1.366 1.070 1.148 1.282 1.408nasa7 1.494 1.503 1.503 1.503 1.498 1.503 1.503 1.503

compress 1.000 1.000 1.000 0.964 1.000 1.000 1.000 0.964fftpde 1.000 1.191 1.214 1.441 1.000 1.192 1.214 1.441wave5 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000mp3d 1.008 1.009 1.010 1.009 1.009 1.010 1.010 1.010spice 1.002 1.003 1.003 1.003 1.003 1.003 1.003 1.003pthor 1.007 1.022 1.032 0.904 1.016 1.031 1.037 0.908ML 1.004 1.008 1.009 1.007 1.008 1.012 1.011 1.009gcc 1.001 1.001 0.998 0.985 1.001 1.001 0.999 0.987

Wt. Avg. 1.052 1.083 1.097 1.115 1.058 1.093 1.110 1.120

Page 160: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

152

Table I5-3a: Effect of preloading in partial-subblock TLBs (64-block fully-associative)

Workload

subblock factor 2 subblock factor 4 subblock factor 8 subblock factor 16

Speedupcriticalmiss

penaltySpeedup

criticalmiss

penaltySpeedup

criticalmiss

penaltySpeedup

criticalmiss

penaltycoral 1.081 1.20 1.145 1.43 1.158 1.61 1.186 1.96nasa7 1.197 1.72 1.293 3.33 1.001 5.56 1.000 3.33

compress 1.006 1.69 1.000 1.59 1.000 1.39 1.000 1.35fftpde 1.001 1.00 1.001 1.01 1.001 1.01 1.109 1.96wave5 1.043 1.75 1.000 2.94 1.000 4.17 1.000 4.76mp3d 1.024 1.32 1.030 2.50 1.002 2.94 1.001 9.09spice 1.008 1.45 1.003 2.78 1.001 6.25 1.000 7.69pthor 1.013 1.33 1.023 1.89 1.029 2.86 1.031 4.17ML 1.008 1.32 1.011 1.85 1.011 2.63 1.009 4.35gcc 1.002 1.37 1.001 2.22 1.000 2.04 1.000 1.72

Wt. Avg. 1.045 1.332 1.057 1.649 1.024 1.409 1.038 2.045

Table I5-3b: Effect of preloading in partial-subblock TLBs (128-block fully-associative)

Workload

subblock factor 2 subblock factor 4 subblock factor 8 subblock factor 16

Speedupcriticalmiss

penaltySpeedup

criticalmiss

penaltySpeedup

criticalmiss

penaltySpeedup

criticalmiss

penaltycoral 1.033 1.10 1.071 1.27 1.124 1.64 1.159 2.70nasa7 1.151 1.67 1.000 3.12 1.000 1.23 1.000 1.41

compress 1.000 1.23 1.000 1.23 1.000 1.27 1.000 1.27fftpde 1.001 1.00 1.001 1.01 1.001 1.01 1.001 6.67wave5 1.000 1.75 1.000 2.78 1.000 3.85 1.000 4.35mp3d 1.004 1.56 1.001 2.50 1.001 5.56 1.000 1.15spice 1.001 1.89 1.000 3.45 1.000 1.64 1.000 1.43pthor 1.012 1.37 1.020 1.96 1.019 2.94 1.014 4.55ML 1.005 1.49 1.007 2.50 1.006 4.35 1.003 6.67gcc 1.000 1.45 1.000 1.43 1.000 1.56 1.000 1.56

Wt. Avg. 1.024 1.254 1.012 1.200 1.017 1.360 1.019 2.79

Table I5-3c: Effect of preloading in partial-subblock TLBs (256-block fully-associative)

Workload

subblock factor 2 subblock factor 4 subblock factor 8 subblock factor 16

Speedupcriticalmiss

penaltySpeedup

criticalmiss

penaltySpeedup

criticalmiss

penaltySpeedup

criticalmiss

penaltycoral 1.030 1.12 1.062 1.33 1.097 1.96 1.032 3.85nasa7 1.000 1.64 1.000 1.25 1.000 1.35 1.000 1.41

compress 1.000 1.23 1.000 1.19 1.000 1.22 1.000 1.23fftpde 1.001 1.85 1.002 3.45 1.001 4.76 1.000 1.01wave5 1.000 1.69 1.000 2.70 1.000 3.57 1.000 1.25mp3d 1.001 1.69 1.001 3.33 1.000 1.05 1.000 1.14spice 1.000 1.92 1.000 1.30 1.000 1.37 1.000 1.45pthor 1.009 1.39 1.010 2.00 1.001 3.03 1.000 2.38ML 1.004 1.69 1.004 3.03 1.002 5.00 1.001 7.14gcc 1.000 1.22 1.000 1.39 1.000 1.56 1.000 1.56

Wt. Avg. 1.005 1.155 1.009 1.377 1.011 1.995 1.003 3.756

Page 161: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

153

Table I5-3d: Effect of preloading in partial-subblock TLBs (256-block 4-way set-associative)

Workload

subblock factor 2 subblock factor 4 subblock factor 8 subblock factor 16

Speedupcriticalmiss

penaltySpeedup

criticalmiss

penaltySpeedup

criticalmiss

penaltySpeedup

criticalmiss

penaltycoral 1.033 1.14 1.066 1.33 1.099 1.96 1.031 3.23nasa7 1.003 1.92 1.000 2.13 1.000 1.75 1.000 1.04

compress 1.000 1.14 1.000 1.30 1.000 1.33 1.000 1.00fftpde 1.000 1.00 1.001 1.01 1.000 1.00 1.000 1.05wave5 1.000 1.72 1.000 2.70 1.000 3.57 1.000 1.56mp3d 1.001 1.67 1.001 2.86 1.000 2.33 1.001 3.12spice 1.000 1.85 1.000 2.63 1.000 1.22 1.000 1.30pthor 1.009 1.37 1.009 1.92 1.005 2.86 1.005 1.04ML 1.004 1.59 1.004 2.50 1.002 1.56 1.002 1.27gcc 1.000 1.23 1.000 1.41 1.001 1.28 1.002 1.15

Wt. Avg. 1.006 1.076 1.009 1.209 1.012 1.383 1.004 1.190

Table I5-3e: Effect of preloading in partial-subblock TLBs (512-block 4-way set-associative)

Workload

subblock factor 2 subblock factor 4 subblock factor 8 subblock factor 16

Speedupcriticalmiss

penaltySpeedup

criticalmiss

penaltySpeedup

criticalmiss

penaltySpeedup

criticalmiss

penaltycoral 1.025 1.15 1.040 1.43 1.014 2.13 1.004 2.33nasa7 1.000 1.18 1.000 1.30 1.000 1.32 1.000 1.04

compress 1.000 1.16 1.000 1.23 1.000 1.35 1.004 1.11fftpde 1.001 1.00 1.000 1.00 1.000 1.03 1.000 1.06wave5 1.000 1.72 1.000 2.56 1.000 1.61 1.000 1.25mp3d 1.000 1.85 1.000 1.52 1.000 1.11 1.000 1.15spice 1.000 1.59 1.000 1.30 1.000 1.35 1.000 1.28pthor 1.002 1.33 1.002 2.08 1.001 2.63 1.004 1.03ML 1.002 1.69 1.001 2.63 1.000 1.23 1.000 1.01gcc 1.000 1.22 1.000 1.41 1.000 1.02 1.000 1.00

Wt. Avg. 1.003 1.088 1.005 1.165 1.002 1.809 1.001 1.059

Table I5-4a: Execution time speedups for partial-subblock TLBs (with preloading) relative tosimilar single-page-size (4KB) TLBs (64-block fully-associative)

WorkloadPartial-subblock subblock factor

With OS supportPartial-subblock subblock factor

Without OS support2 4 8 16 2 4 8 16

coral 1.150 1.297 1.435 1.570 1.000 1.000 1.000 1.000nasa7 1.207 1.442 1.649 1.649 1.001 1.002 1.000 1.000

compress 1.264 1.274 1.275 1.275 0.999 0.999 1.000 0.999fftpde 1.001 1.001 1.001 1.117 1.000 1.000 1.000 1.000wave5 1.087 1.152 1.152 1.152 1.000 1.000 1.000 1.000mp3d 1.036 1.100 1.122 1.123 1.001 1.001 1.000 1.000spice 1.054 1.071 1.072 1.073 1.000 1.000 1.000 1.000pthor 1.016 1.030 1.040 1.046 1.000 1.000 1.000 1.000ML 1.017 1.029 1.036 1.040 1.000 1.000 1.000 1.000gcc 1.015 1.020 1.021 1.021 1.000 1.000 1.000 1.000

Wt. Avg. 1.090 1.149 1.184 1.214 1.000 1.000 1.000 1.000

Page 162: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

154

Table I5-4b: Execution time speedups for partial-subblock TLBs (with preloading) relative tosimilar single-page-size (4KB) TLBs (256-block 4-way set-associative)

WorkloadPartial-subblock subblock factor

With OS supportPartial-subblock subblock factor

Without OS support2 4 8 16 2 4 8 16

coral 1.070 1.148 1.282 1.408 0.975 0.906 0.710 0.688nasa7 1.498 1.503 1.503 1.503 1.162 1.186 0.880 0.850

compress 1.000 1.000 1.000 0.964 1.000 0.993 0.683 0.542fftpde 1.000 1.192 1.214 1.441 1.000 1.190 1.210 1.431wave5 1.000 1.000 1.000 1.000 0.994 0.959 0.744 0.673mp3d 1.009 1.010 1.010 1.010 0.998 0.996 0.935 0.896spice 1.003 1.003 1.003 1.003 0.992 0.975 0.876 0.794pthor 1.016 1.031 1.037 0.908 0.999 0.988 0.982 0.823ML 1.008 1.012 1.011 1.009 0.998 0.991 0.972 0.954gcc 1.001 1.001 0.999 0.987 0.999 0.993 0.886 0.774

Wt. Avg. 1.058 1.093 1.110 1.120 1.013 1.019 0.868 0.806

Table I5-7a: Execution time speedups relative to single-page-size (4KB) TLBs of equal area (64-block single-page-size TLB)

WorkloadSuperpage

(32KB)Partial-subblock Complete-subblock

2 4 8 16 2 4 8 16coral 1.422 1.064 1.130 1.211 1.296 1.032 1.025 0.959 0.874nasa7 1.639 1.009 1.109 1.554 1.649 1.005 1.040 1.053 0.915

compress 1.274 1.256 1.273 1.274 1.274 1.183 1.255 1.243 0.850fftpde 1.001 1.000 1.000 1.000 1.009 1.000 1.000 1.000 1.000wave5 1.152 1.042 1.151 1.151 1.152 1.011 1.055 1.073 0.843mp3d 1.122 1.012 1.062 1.120 1.121 0.999 0.991 0.977 0.907spice 1.072 1.047 1.068 1.072 1.072 1.022 1.014 0.899 0.471pthor 1.039 1.003 1.006 1.009 1.012 1.001 0.999 0.975 0.823ML 1.034 1.010 1.017 1.023 1.028 1.001 0.995 0.968 0.819gcc 1.020 1.013 1.019 1.020 1.021 1.006 1.009 0.978 0.807

Wt. Avg. 1.182 1.044 1.085 1.145 1.165 1.025 1.036 1.008 0.813

Table I5-7b: Execution time speedups relative to single-page-size (4KB) TLBs of equal area (128-block single-page-size TLB)

WorkloadSuperpage

(32KB)Partial-subblock Complete-subblock

2 4 8 16 2 4 8 16coral 1.361 1.133 1.170 1.213 1.288 1.013 1.007 0.983 0.913nasa7 1.632 1.098 1.631 1.632 1.632 1.075 1.148 1.315 1.314

compress 1.010 1.010 1.010 1.010 1.010 1.010 1.010 1.010 1.004fftpde 1.002 1.000 1.000 1.000 1.256 1.000 1.000 1.000 1.000wave5 1.090 1.090 1.090 1.090 1.090 1.086 1.090 1.090 1.087mp3d 1.073 1.061 1.071 1.072 1.073 1.024 1.067 1.069 1.042spice 1.013 1.011 1.012 1.013 1.013 1.008 1.011 1.011 1.011pthor 1.037 1.003 1.007 1.017 1.027 1.001 1.001 0.999 0.992ML 1.019 1.005 1.009 1.014 1.017 1.002 1.002 0.998 0.980gcc 1.004 1.003 1.004 1.004 1.004 1.002 1.003 1.003 1.000

Wt. Avg. 1.127 1.047 1.100 1.107 1.145 1.023 1.036 1.048 1.030

Page 163: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

155

Table I5-7c: Execution time speedups relative to single-page-size (4KB) TLBs of equal area (256-block single-page-size TLB)

WorkloadSuperpage

(32KB)Partial-subblock Complete-subblock

2 4 8 16 2 4 8 16coral 1.252 1.034 1.065 1.139 1.308 1.003 0.987 0.965 0.921nasa7 1.366 1.366 1.366 1.366 1.366 1.192 1.366 1.366 1.366

compress 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000fftpde 1.002 1.000 1.000 1.001 1.002 1.000 1.000 0.797 0.804wave5 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000mp3d 1.005 1.003 1.004 1.005 1.005 1.003 1.003 1.003 1.003spice 1.001 1.001 1.001 1.001 1.001 1.001 1.001 1.001 1.001pthor 1.040 1.007 1.019 1.040 1.040 1.002 1.003 1.002 0.997ML 1.012 1.004 1.007 1.010 1.011 1.002 1.003 1.003 1.001gcc 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000

Wt. Avg. 1.070 1.041 1.047 1.058 1.075 1.022 1.034 1.007 1.000

Table I5-7d: Execution time speedups relative to single-page-size (4KB) TLBs of equal area (512-block single-page-size TLB)

WorkloadSuperpage

(32KB)Partial-subblock Complete-subblock

2 4 8 16 2 4 8 16coral 1.231 1.035 1.087 1.210 1.249 0.996 0.977 0.962 0.939nasa7 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000

compress 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000fftpde 1.003 1.000 1.002 1.002 1.003 1.000 1.000 1.001 1.001wave5 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000mp3d 1.002 1.001 1.002 1.002 1.002 1.000 1.002 1.002 1.002spice 1.001 1.001 1.001 1.001 1.001 1.001 1.001 1.001 1.001pthor 1.021 1.018 1.020 1.021 1.021 1.010 1.014 1.007 1.000ML 1.008 1.003 1.006 1.008 1.008 1.002 1.004 1.005 1.005gcc 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000

Wt. Avg. 1.027 1.006 1.013 1.025 1.028 1.001 0.999 0.997 0.993

Table I5-8a: Execution time speedups using preloading in subblock TLBs relative to single-page-size(4KB) TLB of equal area (64-block single-page-size TLB)

WorkloadSuperpage

(32KB)Partial-subblock Complete-subblock

2 4 8 16 2 4 8 16coral 1.422 1.150 1.295 1.423 1.543 1.123 1.227 1.283 1.217nasa7 1.639 1.207 1.439 1.639 1.649 1.205 1.405 1.518 1.285

compress 1.274 1.264 1.274 1.275 1.275 1.217 1.268 1.267 1.126fftpde 1.001 1.001 1.001 1.001 1.118 1.001 1.001 1.002 1.112wave5 1.152 1.087 1.152 1.152 1.152 1.066 1.121 1.135 1.005mp3d 1.122 1.036 1.097 1.122 1.123 1.020 1.030 1.024 0.950spice 1.072 1.054 1.071 1.072 1.072 1.035 1.038 0.964 0.580pthor 1.039 1.016 1.030 1.039 1.046 1.014 1.025 1.009 0.879ML 1.034 1.017 1.029 1.035 1.039 1.010 1.011 0.997 0.880gcc 1.020 1.015 1.020 1.021 1.021 1.010 1.015 1.010 0.939

Wt. Avg. 1.182 1.090 1.148 1.182 1.211 1.076 1.120 1.125 0.984

Page 164: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

156

Table I5-8b: Execution time speedups using preloading in subblock TLBs relative to single-page-size(4KB) TLB of equal area (128-block single-page-size TLB)

WorkloadSuperpage

(32KB)Partial-subblock Complete-subblock

2 4 8 16 2 4 8 16coral 1.361 1.170 1.253 1.364 1.508 1.078 1.146 1.205 1.222nasa7 1.632 1.266 1.632 1.632 1.632 1.250 1.449 1.582 1.606

compress 1.010 1.010 1.010 1.010 1.010 1.010 1.010 1.010 1.010fftpde 1.002 1.001 1.001 1.001 1.258 1.001 1.001 1.002 1.113wave5 1.090 1.090 1.090 1.090 1.090 1.087 1.090 1.090 1.089mp3d 1.073 1.065 1.072 1.073 1.073 1.041 1.070 1.071 1.067spice 1.013 1.012 1.013 1.013 1.013 1.010 1.012 1.013 1.013pthor 1.037 1.015 1.027 1.038 1.044 1.013 1.024 1.030 1.031ML 1.019 1.010 1.016 1.019 1.021 1.008 1.012 1.011 1.003gcc 1.004 1.003 1.004 1.004 1.004 1.003 1.004 1.004 1.004

Wt. Avg. 1.127 1.072 1.114 1.127 1.169 1.056 1.087 1.104 1.120

Table I5-8c: Execution time speedups using preloading in subblock TLBs relative to single-page-size(4KB) TLB of equal area (256-block single-page-size TLB)

WorkloadSuperpage

(32KB)Partial-subblock Complete-subblock

2 4 8 16 2 4 8 16coral 1.252 1.064 1.133 1.254 1.375 1.033 1.056 1.090 1.102nasa7 1.366 1.366 1.366 1.366 1.366 1.273 1.366 1.366 1.366

compress 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000fftpde 1.002 1.001 1.002 1.002 1.003 1.001 1.002 0.798 0.891wave5 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000mp3d 1.005 1.004 1.005 1.005 1.005 1.004 1.004 1.005 1.005spice 1.001 1.001 1.001 1.001 1.001 1.001 1.001 1.001 1.001pthor 1.040 1.016 1.030 1.040 1.041 1.013 1.022 1.027 1.031ML 1.012 1.007 1.011 1.012 1.013 1.006 1.009 1.011 1.011gcc 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000

Wt. Avg. 1.070 1.046 1.057 1.070 1.081 1.035 1.046 1.026 1.041

Table I5-8d: Execution time speedups using preloading in subblock TLBs relative to single-page-size(4KB) TLB of equal area (512-block single-page-size TLB)

WorkloadSuperpage

(32KB)Partial-subblock Complete-subblock

2 4 8 16 2 4 8 16coral 1.231 1.060 1.131 1.231 1.249 1.023 1.036 1.074 1.103nasa7 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000

compress 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000fftpde 1.003 1.001 1.002 1.003 1.003 1.001 1.002 1.002 1.002wave5 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000mp3d 1.002 1.001 1.002 1.002 1.002 1.001 1.002 1.002 1.002spice 1.001 1.001 1.001 1.001 1.001 1.001 1.001 1.001 1.001pthor 1.021 1.019 1.021 1.021 1.021 1.013 1.018 1.016 1.016ML 1.008 1.005 1.007 1.008 1.008 1.005 1.007 1.007 1.008gcc 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000

Wt. Avg. 1.027 1.010 1.018 1.027 1.028 1.005 1.007 1.011 1.014

Page 165: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

157

Table I5-9a: Execution time speedups using base pages relative to single-page-size (4KB) TLBs ofequal area (without preloading) (64-block single-page-size TLB)

WorkloadSuperpage

(32KB)Partial-subblock Complete-subblock

2 4 8 16 2 4 8 16coral 0.993 0.999 0.997 0.990 0.984 1.032 1.025 0.959 0.874nasa7 0.999 1.001 1.001 0.998 0.941 1.005 1.040 1.053 0.915

compress 0.984 1.000 0.992 0.976 0.946 1.183 1.255 1.243 0.850fftpde 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000wave5 1.000 1.000 1.000 0.999 0.997 1.011 1.055 1.073 0.843mp3d 0.999 1.000 0.999 0.998 0.995 0.999 0.991 0.977 0.907spice 0.991 0.997 0.994 0.988 0.973 1.022 1.014 0.899 0.471pthor 1.000 1.000 1.000 0.999 0.999 1.001 0.999 0.975 0.823ML 0.998 1.000 1.000 0.997 0.993 1.001 0.995 0.968 0.819gcc 0.998 1.000 0.999 0.997 0.994 1.006 1.009 0.978 0.807

Wt. Avg. 0.996 1.000 0.998 0.994 0.980 1.025 1.036 1.008 0.813

Table I5-9b: Execution time speedups using base pages relative to single-page-size (4KB) TLBs ofequal area (without preloading) (128-block single-page-size TLB)

WorkloadSuperpage

(32KB)Partial-subblock Complete-subblock

2 4 8 16 2 4 8 16coral 0.988 0.997 0.995 0.988 0.981 1.013 1.007 0.983 0.913nasa7 0.999 1.000 1.000 0.999 0.997 1.075 1.148 1.315 1.314

compress 0.999 1.000 0.999 0.999 0.997 1.010 1.010 1.010 1.004fftpde 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000wave5 0.987 0.996 0.993 0.985 0.981 1.086 1.090 1.090 1.087mp3d 0.997 0.999 0.999 0.996 0.990 1.024 1.067 1.069 1.042spice 0.998 0.999 0.999 0.998 0.995 1.008 1.011 1.011 1.011pthor 1.000 1.000 1.000 1.000 0.999 1.001 1.001 0.999 0.992ML 0.999 1.000 0.999 0.999 0.998 1.002 1.002 0.998 0.980gcc 1.000 1.000 1.000 1.000 0.999 1.002 1.003 1.003 1.000

Wt. Avg. 0.996 0.999 0.998 0.996 0.993 1.023 1.036 1.048 1.030

Table I5-9c: Execution time speedups using base pages relative to single-page-size (4KB) TLBs ofequal area (without preloading) (256-block single-page-size TLB)

WorkloadSuperpage

(32KB)Partial-subblock Complete-subblock

2 4 8 16 2 4 8 16coral 0.994 0.999 0.998 0.991 0.981 1.003 0.987 0.965 0.921nasa7 0.997 0.999 0.998 0.994 0.986 1.192 1.366 1.366 1.366

compress 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000fftpde 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 0.797 0.804wave5 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000mp3d 0.998 1.000 0.999 0.998 0.993 1.003 1.003 1.003 1.003spice 1.000 1.000 1.000 1.000 0.999 1.001 1.001 1.001 1.001pthor 0.999 1.000 1.000 0.999 0.998 1.002 1.003 1.002 0.997ML 1.000 1.000 1.000 1.000 0.999 1.002 1.003 1.003 1.001gcc 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000

Wt. Avg. 0.999 1.000 0.999 0.998 0.995 1.022 1.034 1.007 1.000

Page 166: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

158

Table I5-9d: Execution time speedups using base pages relative to single-page-size (4KB) TLBs ofequal area (without preloading) (512-block single-page-size TLB)

WorkloadSuperpage

(32KB)Partial-subblock Complete-subblock

2 4 8 16 2 4 8 16coral 0.994 0.999 0.997 0.992 0.980 0.996 0.977 0.962 0.939nasa7 1.000 1.000 1.000 0.998 0.938 1.000 1.000 1.000 1.000

compress 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000fftpde 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.001 1.001wave5 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000mp3d 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.002 1.002 1.002spice 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.001 1.001 1.001 1.001pthor 0.998 1.000 0.999 0.997 0.994 1.010 1.014 1.007 1.000ML 1.000 1.000 1.000 1.000 0.999 1.002 1.004 1.005 1.005gcc 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000

Wt. Avg. 0.999 1.000 1.000 0.999 0.990 1.001 0.999 0.997 0.993

Table I5-11a: Execution time speedups for partial-subblock TLBs relative to single-page-size (4KB)TLBs with same TLB reach (256-block fully-associative)

WorkloadPartial-subblock

N blocks: s subblock factorPartial-subblock with preloading

N blocks: s subblock factor128:2 64:4 32:8 16:16 128:2 64:4 32:8 16:16

coral 0.937 0.817 0.759 0.689 0.968 0.936 0.963 0.962nasa7 0.921 0.923 0.929 0.918 1.060 1.194 1.274 1.312

compress 1.000 0.999 0.985 0.966 1.000 1.000 0.997 0.992fftpde 0.797 0.797 0.797 0.797 0.797 0.798 0.798 0.886wave5 1.000 1.000 0.997 0.965 1.000 1.000 0.999 0.977mp3d 0.995 0.955 0.899 0.864 0.998 0.984 0.960 0.912spice 1.000 0.997 0.988 0.797 1.001 1.000 0.996 0.889pthor 0.995 0.991 0.984 0.874 1.007 1.014 1.016 0.948ML 0.996 0.989 0.967 0.915 1.002 1.000 0.985 0.950gcc 1.000 0.998 0.989 0.893 1.000 1.000 0.995 0.921

Wt. Avg. 0.957 0.935 0.915 0.853 0.980 0.988 0.994 0.972

Table I5-11b: Execution time speedups for partial-subblock TLBs relative to single-page-size (4KB)TLBs with same TLB reach (512-block fully-associative)

WorkloadPartial-subblock

N blocks: s subblock factorPartial-subblock with preloading

N blocks: s subblock factor256:2 128:4 64:8 32:16 256:2 128:4 64:8 32:16

coral 0.921 0.863 0.796 0.706 0.948 0.924 0.922 0.923nasa7 1.000 0.999 0.999 0.957 1.000 1.000 1.000 0.997

compress 1.000 1.000 1.000 0.998 1.000 1.000 1.000 0.999fftpde 1.000 0.797 0.797 0.797 1.001 0.798 0.798 0.887wave5 1.000 1.000 1.000 0.999 1.000 1.000 1.000 1.000mp3d 1.000 1.000 0.999 0.998 1.001 1.001 1.001 1.000spice 1.000 1.000 1.000 0.999 1.000 1.000 1.000 1.000pthor 0.988 0.981 0.976 0.969 0.997 1.000 1.005 1.006ML 0.999 0.996 0.991 0.973 1.003 1.003 1.001 0.991gcc 1.000 1.000 1.000 0.992 1.000 1.000 1.000 0.996

Wt. Avg. 0.988 0.955 0.944 0.920 0.994 0.967 0.967 0.977

Page 167: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

159

Table I5-11c: Execution time speedups for partial-subblock TLBs relative to single-page-size (4KB)TLBs with same TLB reach (256-block 4-way set-associative)

WorkloadPartial-subblock

N blocks: s subblock factorPartial-subblock with preloading

N blocks: s subblock factor128:2 64:4 32:8 16:16 128:2 64:4 32:8 16:16

coral 0.920 0.835 0.763 0.698 0.964 0.955 0.970 0.961nasa7 0.946 0.936 0.929 0.843 1.048 1.126 1.173 1.094

compress 0.999 0.997 0.987 0.936 1.000 0.999 0.996 0.948fftpde 0.993 0.982 0.923 0.886 0.994 0.983 0.924 0.950wave5 1.000 0.998 0.994 0.882 1.000 0.999 0.997 0.922mp3d 0.989 0.960 0.917 0.777 0.994 0.981 0.960 0.807spice 0.992 0.976 0.868 0.714 0.995 0.983 0.900 0.726pthor 0.994 0.980 0.869 0.637 1.005 1.004 0.903 0.668ML 0.994 0.980 0.944 0.860 1.000 0.991 0.966 0.894gcc 0.998 0.968 0.916 0.808 0.999 0.973 0.930 0.867

Wt. Avg. 0.978 0.954 0.901 0.794 1.000 1.000 0.972 0.880

Table I5-11d: Execution time speedups for partial-subblock TLBs relative to single-page-size (4KB)TLBs with same TLB reach (512-block 4-way set-associative)

WorkloadPartial-subblock

N blocks: s subblock factorPartial-subblock with preloading

N blocks: s subblock factor256:2 128:4 64:8 32:16 256:2 128:4 64:8 32:16

coral 0.922 0.851 0.777 0.701 0.952 0.928 0.931 0.927nasa7 0.997 0.991 0.980 0.957 1.000 1.000 1.000 0.999

compress 1.000 1.000 0.997 0.942 1.000 1.000 0.999 0.955fftpde 0.997 0.991 0.941 0.923 0.997 0.991 0.942 1.001wave5 1.000 1.000 0.999 0.992 1.000 1.000 1.000 0.995mp3d 1.000 0.994 0.988 0.935 1.001 0.998 0.996 0.955spice 1.000 1.000 0.997 0.928 1.000 1.000 0.999 0.951pthor 0.988 0.978 0.968 0.767 0.997 0.997 0.997 0.802ML 0.998 0.994 0.979 0.946 1.002 1.001 0.993 0.968gcc 1.000 1.000 0.989 0.951 1.000 1.000 0.993 0.961

Wt. Avg. 0.988 0.974 0.950 0.889 0.994 0.989 0.981 0.949

Table I5-13a: Execution time speedups for partial-subblock TLBs relative to superpage TLBs (64-block fully-associative)

Workloadsubblock factor:superpage size

With preloadingsubblock factor:superpage size

2:8KB 4:16KB 8:32KB 16:64KB 2:8KB 4:16KB 8:32KB 16:64KBcoral 0.925 0.874 0.867 0.846 1.000 1.001 1.003 1.004nasa7 0.836 0.773 1.001 1.000 1.000 1.000 1.002 1.000

compress 0.994 1.000 1.000 1.003 1.001 1.000 1.000 1.003fftpde 0.999 0.999 0.999 0.902 1.000 1.000 1.000 1.000wave5 0.959 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000mp3d 0.978 0.971 0.998 0.999 1.001 1.000 1.000 1.000spice 0.994 0.998 0.999 1.000 1.001 1.000 1.000 1.000pthor 0.987 0.978 0.972 0.972 1.000 1.000 1.001 1.002ML 0.993 0.990 0.989 0.992 1.001 1.001 1.000 1.001gcc 0.998 0.999 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000

Wt. Avg. 0.958 0.946 0.977 0.964 1.000 1.000 1.001 1.001

Page 168: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

160

Table I5-13b: Execution time speedups for partial-subblock TLBs relative to superpage TLBs (128-block fully-associative)

Workloadsubblock factor:superpage size

With preloadingsubblock factor:superpage size

2:8KB 4:16KB 8:32KB 16:64KB 2:8KB 4:16KB 8:32KB 16:64KBcoral 0.969 0.935 0.892 0.866 1.000 1.001 1.003 1.004nasa7 0.868 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000

compress 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000fftpde 0.999 0.999 0.999 0.999 1.000 1.000 1.000 1.000wave5 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000mp3d 0.996 0.999 0.999 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000spice 0.999 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000pthor 0.988 0.981 0.982 0.987 1.000 1.000 1.000 1.001ML 0.995 0.993 0.995 0.997 1.000 1.000 1.000 1.000gcc 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000

Wt. Avg. 0.976 0.988 0.983 0.982 1.000 1.000 1.000 1.001

Table I5-13c: Execution time speedups for partial-subblock TLBs relative to superpage TLBs (256-block 4-way set-associative)

Workloadsubblock factor:superpage size

With preloadingsubblock factor:superpage size

2:8KB 4:16KB 8:32KB 16:64KB 2:8KB 4:16KB 8:32KB 16:64KBcoral 0.969 0.939 0.915 1.006 1.000 1.001 1.006 1.037nasa7 0.997 1.000 1.003 1.017 1.000 1.000 1.003 1.017

compress 1.000 1.000 1.019 1.187 1.000 1.000 1.019 1.186fftpde 1.000 0.999 1.000 1.005 1.000 1.000 1.000 1.005wave5 1.000 1.000 1.000 1.004 1.000 1.000 1.000 1.004mp3d 0.999 0.999 1.000 0.999 1.000 1.000 1.000 1.000spice 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000pthor 0.991 1.000 1.003 1.046 1.000 1.009 1.008 1.052ML 0.996 0.996 0.999 1.000 1.000 1.000 1.001 1.002gcc 1.000 1.000 1.068 1.155 1.000 1.000 1.069 1.158

Wt. Avg. 0.994 0.992 0.999 1.043 1.000 1.001 1.010 1.047

Table I5-15a: Execution time speedups for partial-subblock TLBs relative to complete-subblockTLBs with same subblock factor, number of blocks and associativity (64-block fully-associative)

Workloadsubblock factor With preloading subblock factor

2 4 8 16 2 4 8 16coral 1.000 0.998 0.996 0.992 0.999 0.999 0.997 0.995nasa7 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000

compress 0.999 0.999 1.000 1.000 0.999 0.999 1.000 1.000fftpde 1.000 1.000 1.000 1.005 1.000 1.000 1.000 1.002wave5 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000mp3d 0.997 0.985 1.000 1.000 0.998 0.993 1.000 1.000spice 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000pthor 0.999 0.999 0.999 0.997 0.999 0.999 0.999 0.999ML 0.999 0.998 0.998 0.997 0.999 0.998 0.998 0.999gcc 0.999 0.999 1.000 1.000 0.999 1.000 1.000 1.000

Wt. Avg. 0.999 0.998 0.999 0.999 0.999 0.999 0.999 0.999

Page 169: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

161

Table I5-15b: Execution time speedups for partial-subblock TLBs relative to complete-subblockTLBs with same subblock factor, number of blocks and associativity (128-block fully-associative)

Workloadsubblock factor With preloading subblock factor

2 4 8 16 2 4 8 16coral 0.999 0.999 0.998 0.994 0.999 0.998 0.997 0.994nasa7 1.000 1.000 1.000 1.000 0.999 1.000 1.000 1.000

compress 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000fftpde 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 0.999 1.000wave5 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000mp3d 0.998 1.000 1.000 1.000 0.999 1.000 1.000 1.000spice 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000pthor 1.000 0.999 0.999 0.992 0.999 0.999 0.999 0.998ML 0.999 0.999 0.999 0.999 0.999 1.000 1.000 1.000gcc 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000

Wt. Avg. 1.000 1.000 0.999 0.998 1.000 1.000 0.999 0.999

Table I5-15c: Execution time speedups for partial-subblock TLBs relative to complete-subblockTLBs with same subblock factor, number of blocks and associativity (256-block 4-way set-

associative)

Workloadsubblock factor With preloading subblock factor

2 4 8 16 2 4 8 16coral 1.000 0.999 0.997 0.986 1.000 0.998 0.996 0.994nasa7 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000

compress 1.000 1.000 1.000 0.964 1.000 1.000 1.000 0.964fftpde 1.000 1.000 1.000 0.999 1.000 1.000 0.999 0.999wave5 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000mp3d 1.000 1.000 1.000 0.999 1.000 1.000 1.000 1.000spice 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000pthor 1.000 0.998 0.997 0.869 0.999 0.999 0.999 0.873ML 1.000 0.999 0.997 0.993 1.000 0.999 0.997 0.994gcc 1.000 1.000 0.998 0.984 1.000 1.000 0.998 0.986

Wt. Avg. 1.000 1.000 0.999 0.978 1.000 1.000 0.999 0.979

Page 170: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

162

Æ B8B�C�=8Ç8;�È/Í�Ê8Q�E8LNJ�C�@HÎI;>7<Ï-ESL�@�9�J,A87<CH=8ASGILMC�:�9+Ð-Q8RFT GÑ;D@�@�C�@

gaub[)^¡W<ptptn�lb�w[��o^>ubc{x�^¡Z«ubn�W�`{^>c \�_tZ«n�lb_tr�`{nÀY±c ��gaiwj/rH[)^D^>n�^¡�zc Y±n�W<d�uªx�c Y'e�\)c W<�/W<lb�hgaiwj/d�c lb]�z[)q�_tY�W<Zz[)c lvZ«ubW�Z�ÄMd�c{lb^D[)�an�Y±[)lvZ«ub[�^¡Z«ubn�^D[�^<�1��\)\�Z«ubn�lb_tr�`{n�Y�^¡W<Y�n�Y'c{_tl��wn��/Z«c�Z«ubn�lbn�W<Y�n�^DZ�Z«ubc{_t^DW<l��M�gaubn�^Dn�Z«W�`{\)n�^FW<Y�n�_t^}n��z_t\��zc{Y±Y�n�d�W�\)d�_w\)W�Z«[�lbq~Z«u�n�n���n�d�_wZ«[)c{lvZ«[)r�n�^¡�,c Y±�a[)�z�zn�Y�n�l�Z�gwiaj/r�[)^D^Fptn�l�W<\)Zz�~c YY'n�d�W<\)d�_t\)W<Z«[)lbqHZ«ubnkx�nÀ[)q�ubZ¢^N_w^>n��|[)lsd�W<\)d�_t\)W<Z«[)lbqHZ«ubnklbc Y�rHW<\)[)�<n��|^>pwnÀn��w_wpt^©c Y!d�c rHptW<Y�[)lbqHZ«ubnklb_trH]`{n�Y�c �wgaiwjHr�[)^>^Dn�^��zc Y��w[)�z�«n�Y�nÀlbZtgaiwjw^<��¼hc ^>Zwc �wZ¢ubnNZ«W<`{\)n�^Sq{Y'c _wp��wW<Z«W��«c Y�gwiajw^Sc �w^>[)r�[)\)W<Y�Z«�{ptnNZ«ubW<Z�w[)�z�«n�Y�[)loZ«ubn©lb_wrH`{nÀY�c{�tgwiwjH`{\)c d�e{^<��¥{c Y�nÀ�1W<rHpt\)n��1gaW<` \)n±Ò«]�¨�\)[)^DZ«^�Z«ubnNlb_trH`{n�Y�c �tgaiwjHrH[)^>^Dn�^��zc Y�W<\)\�z_t\)\)�{]zW<^>^Dc d�[)W<Z«[)��n�^>[)lbq{\�nÀ]zptW<q{n�]«^D[)�<n�gwiwja^+�

Table J-1: Fully-associative single-page-size (4KB) TLBs

WorkloadNumber of fully-associative TLB blocks

64 128 162 256 304 512

coral 85975 63525 48969 36666 33085 22712

nasa7 152357 148312 126002 85896 77234 18

compress 21348 818 250 29 28 27

fftpde 11281 11280 117 110 108 107

wave5 14511 8652 1053 46 45 37

mp3d 4050 2396 1599 160 88 55

spice 41923 7442 3789 818 664 323

pthor 2581 2217 2117 1862 1692 961

ML 38424 19303 16119 11610 10240 7334

gcc 2441 449 304 60 43 34

Table J-2: Set-associative (4-way) single-page-size (4KB) TLBs

WorkloadNumber of 4-way set-associative TLB blocks

128 256 512

coral 59431 38980 24648

nasa7 212513 118016 695

compress 842 41 28

fftpde 19739 19348 19156

wave5 6179 48 38

mp3d 2401 331 56

spice 16241 1663 238

pthor 2284 1830 930

ML 24565 13259 7829

gcc 1012 101 37

Page 171: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

163

Table J-3: 64-block fully-associative single-page-size (4KB) TLBs (varying replacement policy)

WorkloadReplacement policy

GODS Clock Random FIFO

coral 85975 87267 93883 97137

nasa7 152357 151797 157625 158655

compress 21348 22157 26608 25967

fftpde 11281 11279 10117 11998

wave5 14511 14629 11978 13969

mp3d 4050 4059 4908 4846

spice 41923 47624 75532 65518

pthor 2581 2617 2993 2898

ML 38424 39915 52502 49408

gcc 2441 2688 4167 3859

Table J-4: Fully-associative superpage TLBs (superpage sizes 8KB and 16KB)

Workload#blocks in Superpage TLB (4KB/8KB) #blocks in Superpage TLB (4KB/16KB)

64 128 256 64 128 256

coral 62829 40942 28911 45652 32244 21606

nasa7 85957 67749 43 33965 65 3

compress 709 25 22 76 25 24

fftpde 11241 11237 59 11221 11215 30

wave5 5687 27 21 17 14 12

mp3d 2814 221 34 696 26 9

spice 10504 560 181 1021 107 3

pthor 1834 1532 1106 1213 960 478

ML 22816 10023 4985 12534 4499 1797

gcc 649 70 29 147 28 25

Table J-5: Fully-associative superpage TLBs (superpage size 32KB)

Workload#blocks in Superpage TLB (4KB/32KB)

62 64 123 128 156 247 256 293 494

coral 33434 32762 22505 21889 18718 10947 10361 8123 1397

nasa7 1457 601 4 4 3 3 3 3 3

compress 64 50 25 25 24 24 24 23 22

fftpde 11207 11206 11187 11197 17 11 10 7 5

wave5 11 11 9 9 9 9 9 8 6

mp3d 32 29 8 7 4 2 2 2 2

spice 103 98 5 5 3 3 3 3 3

pthor 801 790 508 481 403 20 18 14 7

ML 6941 6130 1734 1658 1196 578 516 413 105

gcc 75 62 25 25 24 23 23 23 23

Page 172: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

164

Table J-6: Fully-associative superpage TLBs (superpage size 64KB)

Workload#blocks in Superpage TLB (4KB/64KB)

64 128 154 256 290

coral 22119 9811 6744 1252 490

nasa7 22 3 3 3 3

compress 264 25 25 24 24

fftpde 5502 9 6 6 5

wave5 8 8 7 7 6

mp3d 8 2 2 2 2

spice 28 3 3 3 3

pthor 554 221 50 7 7

ML 2827 599 435 177 109

gcc 53 25 24 23 23

Table J-7: 256-block 4-way set-associative superpage TLBs

WorkloadSuperpage size in exact-index TLB Superpage size in superpage-index TLB

8KB 16KB 32KB 64KB 8KB 16KB 32KB 64KB

coral 30555 22514 10620 1279 30542 22344 10999 4712

nasa7 964 3 3 3 739 13 756 3997

compress 25 25 24 25 24 26 1527 17982

fftpde 18677 8242 7004 12 19342 9188 8232 251

wave5 24 12 9 7 23 13 50 415

mp3d 38 7 2 2 44 11 7 15

spice 147 17 3 3 165 16 36 123

pthor 1080 416 94 15 1081 810 512 9303

ML 5879 2116 626 199 5935 2412 3750 7092

gcc 40 26 24 24 32 55 8215 20110

Table J-8: Fully-associative superpage TLBs (superpage sizes 32KB and 64KB) using base pages

Workload#blocks in Superpage TLB (4KB/32KB)

using base pages only

#blocks in SuperpageTLB (4KB/64KB)

using base pages only

62 123 156 247 293 494 154 290

coral 87200 65336 49851 37417 33801 23423 50141 34023

nasa7 152755 148807 130573 86991 80092 22 132180 78026

compress 22960 878 343 29 29 27 363 28

fftpde 11280 11268 116 113 108 107 119 108

wave5 14555 10044 1055 47 45 37 1056 45

mp3d 4105 2522 1733 211 93 56 1778 94

spice 47734 8595 4164 882 687 330 4357 687

pthor 2597 2237 2134 1890 1729 1066 2139 1737

ML 40222 20184 16904 11912 10629 7607 17129 10831

gcc 2636 483 327 67 46 34 335 47

Page 173: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

165

Table J-9: 4-way Set-associative superpage TLBs with superpage index (superpage sizes 32KB and64KB) using base pages only

Workload256-block set-associative Superpage TLB

using base pages only

512-block set-associativeSuperpage TLB

using base pages only

8KB 16KB 32KB 64KB 32KB 64KB

coral 42299 52751 95075 98138 83438 86404

nasa7 69508 63955 166338 180153 162444 180155

compress 146 647 36221 66226 36245 65895

fftpde 19379 9295 8388 359 228 218

wave5 538 4088 33005 46577 31638 46187

mp3d 414 454 2675 4190 2630 3803

spice 6422 16441 83467 152467 82312 152458

pthor 1892 2419 2709 11959 2082 11737

ML 15356 21096 40136 59033 31804 53043

gcc 184 942 6517 25868 14941 33855

Table J-10: Fully-associative complete-subblock TLBs (subblock factor 2) - no preloading

Workload#blocks in complete-subblock TLB (subblock factor 2)

51 64 102 128 206 256 413

coral 80450 75252 61506 45151 36343 32400 23145

nasa7 150306 148932 121493 113464 34296 18 4

compress 6072 1100 48 30 27 27 25

fftpde 11279 11279 11280 11278 111 109 103

wave5 13324 10013 412 46 40 37 33

mp3d 4068 3517 1565 282 71 58 40

spice 28796 14328 2880 1000 456 323 4

pthor 2553 2419 2182 2077 1754 1520 521

ML 37452 28114 17776 14368 9903 8377 5572

gcc 1738 785 237 88 36 34 34

Table J-11: Fully-associative complete-subblock TLBs (subblock factor 2) - with preloading

Workload#blocks in complete-subblock TLB (subblock factor 2)

51 64 102 128 206 256 413

coral 66524 62715 52379 40847 32597 28834 20155

nasa7 86637 85870 71825 67591 17242 12 3

compress 3666 623 33 21 20 19 18

fftpde 11240 11239 11240 11237 61 59 55

wave5 7709 5653 308 26 23 21 19

mp3d 3328 2704 1012 183 45 34 21

spice 20723 9915 1713 530 241 172 3

pthor 1906 1789 1590 1505 1261 1088 369

ML 28904 21278 11906 9539 6040 4779 3104

gcc 1316 553 156 59 28 27 26

Page 174: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

166

Table J-12: Fully-associative complete-subblock TLBs (subblock factor 4) - no preloading

Workload#blocks in complete-subblock TLB (subblock factor 4)

35 64 72 128 147 297

coral 81637 65055 62427 40627 38306 25424

nasa7 137416 112547 99065 121 15 3

compress 1226 36 32 28 27 25

fftpde 11280 11279 11279 11274 111 95

wave5 8754 47 47 38 37 31

mp3d 4382 1205 183 63 56 3

spice 33337 2423 947 323 287 3

pthor 2620 2239 2183 1842 1710 337

ML 43003 20429 17891 9773 8728 3853

gcc 1336 125 77 35 34 34

Table J-13: Fully-associative complete-subblock TLBs (subblock factor 4) - with preloading

Workload#blocks in complete-subblock TLB (subblock factor 4)

35 64 72 128 147 297

coral 53269 45247 43790 31893 29907 18769

nasa7 40876 33766 29579 38 6 3

compress 396 20 19 17 17 16

fftpde 11222 11219 11220 11214 35 28

wave5 2659 16 16 13 13 12

mp3d 2961 462 99 25 20 2

spice 19334 860 275 91 79 3

pthor 1427 1145 1110 908 840 158

ML 27766 9902 8257 3997 3126 1214

gcc 679 56 38 23 23 23

Table J-14: Fully-associative complete-subblock TLBs (subblock factor 8) - no preloading

Workload#blocks in complete-subblock TLB (subblock factor 8)

20 32 44 64 92 128 188

coral 93477 76671 66249 51195 41272 35245 27260

nasa7 132846 108599 56674 216 10 3 3

compress 2002 812 38 29 27 27 26

fftpde 11282 11279 11280 11276 11264 11258 80

wave5 7061 139 46 39 35 31 30

mp3d 4933 3248 113 74 51 26 2

spice 111680 6715 870 396 58 3 3

pthor 3813 2504 2256 2053 1783 1273 652

ML 70097 34052 21579 13624 8570 5731 3184

gcc 5125 329 69 36 34 34 34

Page 175: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

167

Table J-15: Fully-associative complete-subblock TLBs (subblock factor 8) - with preloading

Workload#blocks in complete-subblock TLB (subblock factor 8)

20 32 44 64 92 128 188

coral 46897 41064 37284 31983 26161 21175 14900

nasa7 20281 16461 7367 34 4 3 2

compress 495 153 18 17 16 16 15

fftpde 11194 11188 11188 11184 11177 11173 14

wave5 1389 63 11 10 9 8 8

mp3d 3167 1086 61 24 10 5 2

spice 65097 2432 144 61 11 3 2

pthor 2153 968 818 710 598 423 213

ML 41532 17132 9273 3965 1965 1128 562

gcc 1241 104 29 22 21 21 20

Table J-16: Fully-associative complete-subblock TLBs (subblock factor 16) - no preloading

Workload#blocks in complete-subblock TLB (subblock factor 16)

9 16 23 32 51 64 107 128

coral 111589 93184 78236 69193 47665 41637 30153 24706

nasa7 188088 110246 56837 10408 11 4 3 3

compress 38772 1296 534 35 29 28 27 26

fftpde 11287 11280 11278 11278 10821 11131 72 52

wave5 35009 3268 332 42 34 32 29 28

mp3d 7865 4853 991 91 50 39 2 2

spice 738567 117707 1327 563 63 4 3 3

pthor 12910 3984 2599 2265 1979 1738 937 445

ML 246857 71705 37760 22605 10598 7103 3081 2353

gcc 30591 1492 428 40 35 34 34 34

Table J-17: Fully-associative complete-subblock TLBs (subblock factor 16) - with preloading

Workload#blocks in complete-subblock TLB (subblock factor 16)

9 16 23 32 51 64 107 128

coral 54348 40381 35397 31626 24829 21159 12104 8854

nasa7 66542 8637 3763 678 3 2 2 2

compress 10238 183 73 17 16 15 14 15

fftpde 5727 5710 5709 5704 5472 5629 9 7

wave5 13932 2157 140 8 7 7 7 6

mp3d 6001 2113 171 31 7 4 2 2

spice 491353 55210 167 48 21 2 2 2

pthor 9188 2005 769 574 458 390 208 97

ML 167066 38062 16398 7622 1892 1042 342 226

gcc 10106 561 41 21 20 20 19 20

Page 176: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

168

Table J-18: 4-way set-associative complete-subblock TLBs (subblock factor 2)

Workloadwithout preloading with preloading

128 256 512 128 256 512

coral 50232 34427 19946 43729 30453 17247

nasa7 138182 1368 3 101631 693 3

compress 74 28 26 32 21 19

fftpde 19760 19370 8608 19729 19337 8573

wave5 66 39 32 42 23 19

mp3d 638 62 23 419 37 12

spice 6041 283 11 4664 152 7

pthor 2100 1458 367 1533 1052 269

ML 17586 9222 4478 12535 5572 2475

gcc 197 38 34 136 29 27

Table J-19: 4-way set-associative complete-subblock TLBs (subblock factor 4)

Workloadwithout preloading with preloading

64 128 256 512 64 128 256 512

coral 64365 44670 29555 13590 44683 33354 21984 9520

nasa7 141920 2664 3 3 78394 678 3 3

compress 167 30 27 25 70 18 16 16

fftpde 20507 19757 9239 8062 20461 19710 9184 8050

wave5 140 44 32 28 74 16 12 11

mp3d 1383 84 23 2 706 35 7 2

spice 15924 361 18 3 11735 108 7 3

pthor 2370 1824 744 94 1259 925 368 42

ML 27816 11767 5101 1527 15268 4733 1696 466

gcc 571 40 34 34 165 25 23 23

Table J-20: 4-way set-associative complete-subblock TLBs (subblock factor 8) - no preloading

Workload#blocks in complete-subblock TLB (subblock factor 8)

32 64 128 256 512

coral 78790 57433 37893 20058 1941

nasa7 144691 5176 4 3 3

compress 651 32 28 26 25

fftpde 21976 20506 10421 8232 5

wave5 347 65 33 28 6

mp3d 2780 147 26 2 2

spice 47427 477 28 3 3

pthor 3381 2197 1254 247 9

ML 49542 16829 6424 1872 181

gcc 1453 120 35 34 34

Page 177: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

169

Table J-21: 4-way set-associative complete-subblock TLBs (subblock factor 8) - with preloading

Workload#blocks in complete-subblock TLB (subblock factor 8)

32 64 128 256 512

coral 42302 32641 21906 9990 819

nasa7 65575 659 3 2 2

compress 171 22 15 14 14

fftpde 21702 20331 10261 8190 4

wave5 181 21 9 8 5

mp3d 1243 47 5 2 2

spice 31677 88 6 2 2

pthor 1708 840 427 72 6

ML 29013 6416 1490 339 41

gcc 775 23 21 21 21

Table J-22: 4-way set-associative complete-subblock TLBs (subblock factor 16) - no preloading

Workload#blocks in complete-subblock TLB (subblock factor 16)

16 32 64 128 256 512

coral 95012 73534 49184 25367 2875 7

nasa7 147647 10361 4 3 3 3

compress 1441 59 29 27 25 25

fftpde 24820 21770 11367 8550 5 5

wave5 12930 638 36 28 6 6

mp3d 4771 498 31 2 2 2

spice 222483 4812 101 3 3 3

pthor 6061 2797 1706 465 11 6

ML 111782 30352 8960 2373 252 19

gcc 4187 232 62 34 34 34

Table J-23: 4-way set-associative complete-subblock TLBs (subblock factor 16) - with preloading

Workload#blocks in complete-subblock TLB (subblock factor 16)

16 32 128 256 512

coral 43729 32581 9228 682 6

nasa7 59724 666 2 2 2

compress 203 24 14 14 14

fftpde 19585 16192 8475 4 4

wave5 7003 367 7 5 5

mp3d 2502 148 2 2 2

spice 138139 1919 2 2 2

pthor 3484 994 89 6 5

ML 67032 12683 275 36 15

gcc 2265 24 20 20 20

Page 178: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

170

Table J-24: Fully-associative partial-subblock TLBs (subblock factor 2) - no preloading

Workload#blocks in partial-subblock TLB (subblock factor 2)

64 127 128 255 256 509

coral 75333 45389 45232 32527 32447 18846

nasa7 148958 114110 113542 71 66 3

compress 1148 32 31 28 27 25

fftpde 11279 11260 11277 109 109 101

wave5 10057 47 47 37 36 31

mp3d 3620 381 345 58 58 27

spice 14336 1041 1003 346 338 3

pthor 2449 2096 2092 1538 1531 126

ML 29427 14909 15008 8395 8383 4480

gcc 889 102 99 35 35 34

Table J-25: Fully-associative partial-subblock TLBs (subblock factor 2) - with preloading

Workload#blocks in partial-subblock TLB (subblock factor 2)

64 127 128 255 256 509

coral 62822 41088 40942 28983 28910 16277

nasa7 85910 67886 67749 39 40 3

compress 673 27 25 23 22 22

fftpde 11240 11221 11237 59 59 54

wave5 5688 27 27 22 22 18

mp3d 2763 241 220 34 34 15

spice 9924 557 533 180 177 3

pthor 1833 1533 1532 1108 1105 89

ML 22314 9844 10006 4962 4949 2462

gcc 648 71 69 29 29 28

Table J-26: Fully-associative partial-subblock TLBs (subblock factor 4) - no preloading

Workload#blocks in partial-subblock TLB (subblock factor 4)

63 64 126 128 252 256 504

coral 65552 65287 41105 40810 28833 28503 13597

nasa7 114361 112620 162 156 4 3 3

compress 111 90 29 29 27 27 25

fftpde 11280 11279 11276 11274 102 100 35

wave5 48 48 38 38 32 31 29

mp3d 1878 1714 66 65 28 27 2

spice 2712 2467 367 344 3 3 3

pthor 2281 2271 1898 1882 971 955 38

ML 22708 21850 11057 10709 5340 5199 1734

gcc 248 236 37 37 34 34 34

Page 179: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

171

Table J-27: Fully-associative partial-subblock TLBs (subblock factor 4) - with preloading

Workload#blocks in partial-subblock TLB (subblock factor 4)

63 64 126 128 252 256 504

coral 45661 45455 32344 32101 21677 21468 9554

nasa7 34344 33827 53 50 3 3 3

compress 68 56 23 23 23 23 21

fftpde 11221 11220 11216 11214 30 30 12

wave5 17 17 14 14 12 12 11

mp3d 775 694 27 26 9 8 2

spice 1010 878 104 101 3 3 3

pthor 1205 1197 960 951 482 474 17

ML 12220 11713 4470 4315 1759 1702 569

gcc 112 107 26 26 25 25 25

Table J-28: Fully-associative partial-subblock TLBs (subblock factor 8) - no preloading

Workload#blocks in partial-subblock TLB (subblock factor 8)

32 61 64 122 128 244 256 489

coral 77163 55157 51814 36422 35552 21105 19804 2938

nasa7 110512 14460 304 7 3 3 3 3

compress 1191 34 32 28 28 27 26 25

fftpde 11280 11279 11276 11266 11265 54 45 7

wave5 296 40 40 33 32 28 28 7

mp3d 3870 84 79 38 29 2 2 2

spice 7959 540 448 7 4 3 3 3

pthor 2639 2131 2103 1443 1340 55 49 12

ML 42640 17351 15904 6929 6611 2627 2367 485

gcc 1348 73 61 35 35 34 34 34

Table J-29: Fully-associative partial-subblock TLBs (subblock factor 8) - with preloading

Workload#blocks in partial-subblock TLB (subblock factor 8)

32 61 64 122 128 244 256 489

coral 41546 33345 32346 22267 21540 10834 10031 1326

nasa7 17055 1436 56 3 3 3 2 2

compress 305 24 23 22 22 22 22 21

fftpde 11208 11207 11204 11198 11197 11 10 5

wave5 173 10 10 9 9 8 8 6

mp3d 1549 31 27 6 5 2 2 2

spice 3055 87 73 3 3 3 3 3

pthor 1105 776 746 490 456 18 16 7

ML 25264 6754 5975 1681 1520 530 468 99

gcc 665 35 30 23 22 22 22 22

Page 180: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

172

Table J-30: Fully-associative partial-subblock TLBs (subblock factor 16) - no preloading

Workload#blocks in partial-subblock TLB (subblock factor 16)

16 32 57 64 114 128 228 256 456

coral 94424 70067 45581 42647 28983 25434 6630 3987 7

nasa7 114520 10549 15 9 3 3 3 3 3

compress 2775 160 31 30 27 27 27 26 25

fftpde 11281 11279 10776 10864 69 46 18 5 5

wave5 3503 89 35 33 29 28 21 7 6

mp3d 5359 108 51 46 3 2 2 2 2

spice 148595 662 80 18 3 3 3 3 3

pthor 8646 2420 2000 1879 960 812 20 15 7

ML 97375 32979 12293 10196 4199 3497 1188 882 117

gcc 13895 917 64 46 34 34 34 34 34

Table J-31: Fully-associative partial-subblock TLBs (subblock factor 16) - with preloading

Workload#blocks in partial-subblock TLB (subblock factor 16)

16 32 57 64 114 128 228 256 456

coral 41776 32260 23650 21687 11495 9407 1815 1030 6

nasa7 9602 708 4 3 2 2 2 2 2

compress 671 120 22 22 22 22 21 21 20

fftpde 5731 5724 5465 5515 9 8 5 5 4

wave5 2308 35 7 7 7 7 6 6 5

mp3d 3349 49 7 6 2 2 2 2 2

spice 73293 66 8 3 3 2 2 2 2

pthor 4448 697 494 450 220 183 7 7 6

ML 60194 15522 3201 2372 629 524 194 120 24

gcc 9942 536 34 27 22 22 22 22 22

Table J-32: 4-way set-associative partial-subblock TLBs (subblock factor 2)

Workloadwithout preloading with preloading

128 256 512 128 256 512

coral 50363 34493 20002 43879 30494 17327

nasa7 138202 1426 4 101755 738 3

compress 89 30 27 68 26 23

fftpde 19766 19372 8610 19735 19340 8575

wave5 88 39 32 62 23 19

mp3d 704 72 23 531 44 13

spice 6069 294 12 4682 160 8

pthor 2123 1479 386 1579 1080 291

ML 18655 9562 4505 13363 5982 2641

gcc 333 39 34 256 31 28

Page 181: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

173

Table J-33: 4-way set-associative partial-subblock TLBs (subblock factor 4)

Workloadwithout preloading with preloading

64 128 256 512 64 128 256 512

coral 64672 44870 29698 13761 45046 33577 22181 9697

nasa7 141992 2835 25 4 78502 763 12 3

compress 289 42 30 28 148 31 23 23

fftpde 20520 19764 9241 8064 20473 19717 9187 8051

wave5 199 50 33 28 120 21 13 11

mp3d 1701 255 29 5 985 138 11 3

spice 15975 386 20 3 11768 121 8 3

pthor 2787 1979 812 161 1649 1068 419 78

ML 32511 13614 5933 2036 21883 6883 2388 774

gcc 3871 86 36 34 3361 53 26 25

Table J-34: 4-way set-associative partial-subblock TLBs (subblock factor 8) - no preloading

Workload#blocks in partial-subblock TLB (subblock factor 8)

32 64 128 256 512

coral 79408 57915 38801 20436 2411

nasa7 145137 5525 56 5 3

compress 1065 228 148 32 33

fftpde 24612 23115 12743 8245 48

wave5 600 94 35 29 9

mp3d 3351 462 48 10 2

spice 89489 2247 56 4 3

pthor 8937 2474 1351 368 65

ML 67709 27004 10297 4991 2253

gcc 10739 1272 325 309 313

Table J-35: 4-way set-associative partial-subblock TLBs (subblock factor 8) - with preloading

Workload#blocks in partial-subblock TLB (subblock factor 8)

32 64 128 256 512

coral 43016 33179 22404 10384 1141

nasa7 65938 770 15 3 3

compress 389 92 91 24 25

fftpde 24554 23057 12673 8228 46

wave5 346 34 10 8 6

mp3d 1733 198 13 5 2

spice 65747 1003 13 3 3

pthor 6910 1089 505 130 25

ML 45703 14228 5356 3208 1823

gcc 8855 833 307 240 307

Page 182: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

174

Table J-36: 4-way set-associative partial-subblock TLBs (subblock factor 16) - no preloading

Workload#blocks in partial-subblock TLB (subblock factor 16)

16 32 64 128 256 512

coral 95154 73894 50608 26164 4167 596

nasa7 183738 11146 109 52 22 22

compress 5333 4775 3127 3113 2943 3100

fftpde 27451 24409 13925 8575 49 5

wave5 12868 801 90 32 10 7

mp3d 9868 2372 238 92 26 6

spice 234301 44963 134 15 5 5

pthor 28786 15016 10006 7790 6869 6773

ML 163489 60306 22242 11592 6951 6186

gcc 27639 6010 3366 2983 1874 2992

Table J-37: 4-way set-associative partial-subblock TLBs (subblock factor 16) - with preloading

Workload#blocks in partial-subblock TLB (subblock factor 16)

16 32 64 128 256 512

coral 44323 33785 22539 9908 1283 257

nasa7 87826 899 32 26 21 21

compress 4304 3721 2950 2939 2946 2783

fftpde 22636 19070 12965 8549 46 5

wave5 8117 525 34 9 7 6

mp3d 8289 1602 105 40 8 5

spice 220069 30277 28 9 4 4

pthor 25326 12391 8390 7101 6607 6556

ML 122028 37577 12966 8887 5487 6142

gcc 17776 4724 3365 3009 1633 2982

Table J-38: Partial-subblock TLBs with preloading and no OS support

Workload64-block fully-associative 256-block 4-way set-associative

2 4 8 16 2 4 8 16

coral 85987 85987 85987 85955 42300 52440 92215 98035

nasa7 152043 151558 152377 152379 68763 62763 165964 180172

compress 21403 21401 21382 21406 71 603 36038 65789

fftpde 11282 11282 11282 11282 19379 9295 8389 359

wave5 14491 14513 14531 14469 619 4158 33007 46559

mp3d 4035 4035 4051 4051 414 454 2651 4189

spice 41936 41894 41960 41941 6434 16406 83435 152477

pthor 2581 2581 2577 2580 1893 2420 2709 11962

ML 38337 38767 38494 38110 15338 21422 40055 58018

gcc 2441 2439 2440 2440 184 936 14911 33791

Page 183: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

175

Table J-39: Fully-associative partial-subblock TLBs without preloading and no OS support(subblock factors 2 and 4)

Workload#blocks in partial-subblock TLB

subblock factor 2#blocks in partial-subblock TLB

subblock factor 4

64 127 255 509 63 126 252 504

coral 86095 63997 36747 22834 86575 64366 36933 23016

nasa7 152155 148193 86257 18 152094 148201 86701 18

compress 21347 853 29 27 22171 877 29 27

fftpde 11281 11281 111 107 11280 11275 111 107

wave5 14511 9029 47 37 14536 9423 47 37

mp3d 4050 2423 165 55 4078 2448 179 55

spice 43589 7772 830 321 45696 7981 833 334

pthor 2581 2222 1866 981 2588 2227 1874 1013

ML 38531 19425 11548 7418 38884 19777 11741 7496

gcc 2443 452 61 34 2536 456 63 34

Table J-40: Fully-associative partial-subblock TLBs without preloading and no OS support(subblock factors 8 and 16)

Workload#blocks in partial-subblock TLB

subblock factor 8#blocks in partial-subblock TLB

subblock factor 16

61 122 244 489 57 114 228 456

coral 87753 65462 37830 23631 88757 66501 39157 25003

nasa7 153111 148734 87764 435 176535 149646 90532 15576

compress 23754 916 29 27 26953 1066 30 27

fftpde 11281 11278 114 107 11280 11279 118 107

wave5 14576 10216 47 37 14793 10711 47 38

mp3d 4133 2546 233 57 4242 2742 393 59

spice 49629 8627 880 337 59453 10372 1194 369

pthor 2606 2240 1899 1088 2647 2272 1943 1260

ML 40810 20113 12047 7574 44629 21625 12939 7928

gcc 2750 489 70 34 3187 552 85 35

Page 184: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

176

[Abra81] D. Abramson. Hardware Management of a Large Virtual Memory. InProc. of the 4th AustralianComputer Science Conference, 1981.

[Acce86]M. Accetta, RobertV. Baron, William Bolosky, DavidB. Golub, and RichardF. Rashid. Mach: ANew Kernel Foundation for UNIX Development. InProc. of the Summer USENIX Conference,Atlanta, Summer 1986.

[Adva93]Advanced RISC Machines. ARM610 RISC Processor, 1993. Document #: ARM DDI 0004C.

[Agar88] A. Agarwal, M.Horowitz, and J.Hennessy. Cache Performance of Operating Systems and Multi-programming Workloads.ACM Trans. on Computer Systems, 6(4):393–431, November 1988.

[Alex85] C. A. Alexander, W.M. Keshlear, and F.Briggs. Translation Buffer Performance in a UNIX En-vironment.Computer Architecture News, pages 2–14, December 1985.

[Alex86] C. Alexander, W.Keshlear, F.Cooper, and F.Briggs. Cache Memory Performance in a UNIXEnvironment.Computer Architecture News, 14(3):14–70, June 1986.

[Ande92]ThomasE. Anderson, BrianN. Bershad, EdwardD. Lazowska, and HenryM. Levy. SchedulerActivations: Effective Kernel Support for the User-Level Management of Parallelism.ACMTransactions on Computer Systems, 10(1), February 1992.

[Appe91a]AndrewW. Appel and Kai Li. Virtual Memory Primitives for User Programs. InProc. of theFourth International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Op-erating Systems, pages 96–106, Palo Alto, April 1991.

[Appe91b]AndrewW. Appel and DavidB. McQueen. Standard ML of New Jersey. InProc. Third Interna-tional Symposium on Programming Language Implementation and Logic Programming, pages 1–13, August 1991.

[Aspr93] Tom Asprey, GregoryS. Averill, Eric DeLano, Russ Mason, Bill Weiner, and Jeff Yetter. Perfor-mance Features of the PA7100 Microprocessor.IEEE Micro, 13(3):22–35, June 1993.

[Aust95] T. M. Austin, D.N. Pnevmatikatos, and G.S. Sohi. Streamlining Data Cache Access with FastAddress Calculation. InProc. of the 22nd Annual International Symposium on Computer Archi-tecture, pages 369–380, June 1995.

[Bach86]MauriceJ. Bach.The Design of the UNIX Operating System. Prentice Hall, 1986.

[Baer88] Jean-Loup Baer and Wen-Hann Wang. On the Inclusion Properties for Multi-Level Cache Hierar-chies. InProc. of the 15th Annual International Symposium on Computer Architecture, pages 73–80, Honolulu Hawaii, June 1988.

[Bail91] David Bailey, John Barton, Thomas Lasinski, and Horst Simon. The NAS Parallel Benchmarks.Intl. Journal of Supercomputer Applications, 5(3):63–73, Fall 1991.

[Bala92] Ramesh Balan and Kurt Gollhardt. A Scalable Implementation of Virtual Memory HAT layer forShared Memory Multiprocessor. InProc. of the Summer USENIX Conference, pages 107–116,June 1992.

[Bala94] Kavita Bala, M.Frans Kaashoek, and WilliamE. Weihl. Software prefetching and caching fortranslation lookaside buffers. InProc. First Symposium on Operating System Design and Imple-mentation (OSDI), pages 243–253, Monterey, CA, November 1994.

[Bann95]Peter Bannon and Jim Keller. Internal Architecture of Alpha 21164 Microprocessor.CompconDigest of Papers, pages 79–87, March 1995.

[Bark89] R. E. Barkley and T.Paul Lee. A Lazy Buddy System Bounded by Two Coalescing Delays perClass. InProc. of the 12th Symposium on Operating System Principles, pages 167–176, December1989.

Page 185: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

177

[Barr93] David A. Barrett and BenjaminG. Zorn. Using Lifetime Predictors to Improve Memory Alloca-tion Performance. InProc. of the SIGPLAN Conference on Programming Language Design andImplementation, pages 187–196, June 1993.

[Baye77]R. Bayer and M.Schkolnick. Concurrency of Operations on Btrees.Acta Informatica, 9(1), 1977.Also published as IBM, San Jose Research Lab, Research Report RJ 1791, May 1976.

[Beck93]MichaelC. Becker, MichaelS. Allen, CharlesR. Moore, JohnS. Muhich, and DavidP. Tuttle.The PowerPC 601 Microprocessor.IEEE Micro, 13(5):54–68, October 1993.

[Bela66] L. A. Belady. A Study of Replacement Algorithms for a Virtual Storage Computer.IBM SystemsJournal, 5(2):78–101, 1966.

[Bell74] J.Bell, D. Casasent, and C.G. Bell. An investigation of Alternative Cache Organizations.IEEETrans. on Computers, C-23(4):346–351, April 1974.

[Blac89] DavidL. Black, RichardF. Rashid, DavidB. Golub, CharlesR. Hill, and RobertV. Baron. Trans-lation Lookaside Buffer Consistency: A Software Approach. InProc. of the Third InternationalConference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems, pages113–122, Boston, April 1989.

[Blan92] Greg Blanck and Steve Krueger. The SuperSPARC Microprocessor.Compcon Digest of Papers,pages 136–141, February 1992.

[Blum94] MatthiasA. Blumrich, Kai Li, Richard Alpert, Cezary Dubnicki, EdwardW. Felten, and JonathonSandberg. Virtual Memory Mapped Network Interface for the SHRIMP Multicomputer. InProc.21st Annual Symposium on Computer Architecture, Computer Architecture N ews, pages 142–153, April 1994.

[Bur61] A definition of the B5000 Information Processing System. Burrough Corp, 1961.

[Camp91]M. Campbell and etal. The Parallelization of UNIX System V Release 4.0. InProceedings of theWinter 1991 USENIX Conference, 1991.

[Cao94] Pei Cao, EdwardW. Felten, and Kai Li. Implementation and performance of application-con-trolled file caching. InProc. First Symposium on Operating System Design and Implementation(OSDI), page 165 177, Monterey, CA, November 1994.

[Cart94] NicholasP. Carter, StephenW. Keckler, and WilliamJ. Dally. Hardware Support for Fast Capa-bility-Based Addressing. InProc. of the Sixth International Conference on Architectural Supportfor Programming Languages and Operating Systems, pages 328–337, October 1994.

[Chan88]Albert Chang and MarkF. Mergen. 801 Storage: Architecture and Programming.ACM Trans. onComputer Systems, 6(1):28–50, February 1988.

[Chan90]A. Chang, M.F. Mergen, R.K. Rader, J.A. Roberts, and S.L. Porter. Evolution of storage facili-ties in AIX Version 3 for RISC System/6000 processors.IBM Journal of Research and Develop-ment, 34(1):105–110, January 1990.

[Chan95]David Chih-Wei Chang and etal. Microarchitecture of HaL’s Memory Management Unit.Comp-con Digest of Papers, pages 272–279, March 1995.

[Chas94]J.S. Chase, H.M. Levy, M. J. Feeley, and E.D. Lazowska. Sharing and Protection in a Single-Address-Space Operating System.ACM Transactions on Computer Systems, 12(4):271–307, No-vember 1994.

[Chen92]J.Bradley Chen, Anita Borg, and NormanP. Jouppi. A Simulation Based Study of TLB Perfor-mance. InProc. of the 19th Annual International Symposium on Computer Architecture, pages114–123, May 1992.

[Chen93a]J.Bradley Chen. Software Methods for System Address Tracing. InProc. of the Fourth Work-shop on Workstation Operating Systems, pages 178–185, Napa CA, October 1993.

Page 186: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

178

[Chen93b]J.Bradley Chen and BrianN. Bershad. The Impact of Operating System Structure on MemorySystem Performance. InProc. of the 14th Symposium on Operating System Principles, pages120–133, December 1993.

[Chiu92] Tzicker Chiueh and RandyH. Katz. Eliminating the Address Translation Bottleneck for PhysicalAddress Cache. InProc. of the Fifth International Conference on Architectural Support for Pro-gramming Languages and Operating Systems, pages 137–148, Boston MA, October 1992.

[Clar85] DouglasW. Clark and JoelS. Emer. Performance of the VAX-11/780 Translation Buffer: Simu-lation and Measurement.ACM Transactions on Computer Systems, 3(1):31–62, February 1985.

[Clar95] Ron Clark, JackO’ Quinn, and Tom Weaver. Symmetric Multiprocessing for the AIX OperatingSystem.Compcon Digest of Papers, pages 110–115, March 1995.

[Come79]D. Comer. The Ubiquitous Btree.ACM Surveys, 11(2), June 1979.

[Cust93] Helen Custer.Inside Windows NT. Microsoft Press, 1993.

[Dall92] William J. Dally. A Fast Translation Method for Paging on top of Segmentation.IEEE Transac-tions on Computers, 41(2), February 1992.

[Dekk87]G. J. Dekker and A.J. vande Goor. AMORE, Address Mapping with Overlapped Rotating En-tries.IEEE Micro, 7(3):22–34, June 1987.

[DeMo86]M. DeMoney, J.Moore, and J.Mashey. Operating System Support on a RISC. InProceedings1986 COMPCON, San Francisco, CA, March 4-6 1986. IEEE.

[Denn68]PeterJ. Denning. The Working Set Model for Program Behavior.Communications of the ACM,11(5):323–333, May 1968.

[Denn70]PeterJ. Denning. Virtual Memory.Computing Surveys, 2(3):153–189, September 1970.

[Denn75]PeterJ. Denning and Kevin Kahn. A Study of Program Locality & Lifetime Functions. InProc. ofthe 5th Symposium on Operating System Principles, pages 207–216, November 1975.

[Devi92] Yannick Deville and Jean Gobert. A class of replacement policies for medium and high associa-tivity structures.Computer Architecture News, 20(1):55–64, March 1992.

[Dubn92]Czarek Dubnicki and ThomasJ. LeBlanc. Adjustable Block Size Coherent Caches. InProc. 19thAnnual International Symposium on Computer Architecture, May 1992.

[East79] M. C. Easton and P.A. Franasek. Use of Bit Scanning in Replacement Decisions.IEEE Transac-tions on Computing, 28(2):133–141, February 1979.

[Eden90]RobinW. Edenfield, MichaelG. Gallup, WilliamB. Ledbetter, Jr., RalphC. McGarity, EricE.Quintana, and RussellA. Reininger. The 68040 Processor: Part 2, Memory Design & Chip Veri-fication. IEEE Micro, 10(3):22–35, June 1990.

[Elli87] CarlaS. Ellis. Concurrency in Linear Hashing.ACM Transactions on Database Systems, 12(2),June 1987. Also published as ACM SIGACT-SIGMOD Symposium on Principles of DatabaseSystems 4, Mar.1985.

[ETA 86] ETA Systems, Inc. Mainframe Subsystem Instruction Specification for the ETA10, Rev: B,March 1986.

[Eykh92]J.R. Eykholt, S.R. Kleiman, S.Barton, R.Faulkner, A.Shivalingiah, M.Smith, D.Stein, J.Voll,M. Weeks, and D.Williams. Beyond Multiprocessing: Multithreading the SunOS Kernel. InProc. of the Summer USENIX Conference, pages 11–18, June 1992.

[Fabr74] R. Fabry. Capability-based addressing.Communications of the ACM, 17(7):403–412, July 1974.

[Fagi79] R. Fagin, J.Nievergelt, N.Pippenger, and H.R. Strong. Extendible Hashing — A Fast AccessMethod for Dynamic Files.ACM Transactions on Database Systems, 4(3), September 1979. Alsopublished as IBM Research Report RJ2305, July 1978.

Page 187: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

179

[Fran74] Mark A. Franklin, G.Scott Graham, and R.K. Gupta. Anomalies with Variable Partition PagingAlgorithms.Communications of the ACM, 21(3):232–236, March 1974.

[Gels89] P.P. Gelsinger, P.A. Gargini, G.H. Parker, and A.Y. C. Yu. Microprocessors circa 2000.IEEESpectrum, 26(10):43–47, October 1989.

[Ging87a]RobertA. Gingell, Meng Lee, XuongT. Dang, and MaryS. Weeks. Shared Libraries in SunOS.In Proc. of the Summer USENIX Conference, pages 81–94, Phoenix, Summer 1987.

[Ging87b]RobertA. Gingell, JosephP. Moran, and WilliamA. Shannon. Virtual Memory Architecture inSunOS. InProc. of the Summer USENIX Conference, pages 131–146, Phoenix, Summer 1987.

[Glas65] E. L. Glaser, J.F. Couleur, and G.A. Oliver. System Design of a computer for time sharing appli-cations. InProc. of AFIPS, volume27, pages 197–202, 1965.

[Good83]JamesR. Goodman. Using Cache Memory to Reduce Processor-Memory Traffic. InProc. of theTenth Annual International Symposium on Computer Architecture, pages 124–131, StockholmSweden, June 1983.

[Gutt84] A. Guttman. R-Trees: A Dynamic Index Structure for Spatial Searching. InProceedings of ACMSIGMOD Conference, page47, Boston, MA, June 1984. Reprinted in M. Stonebraker, Readingsin Database Systems, Morgan Kaufmann, San Mateo, CA, 1988.

[Hart92] Kieran Harty and DavidR. Cheriton. Application-Controlled Physical Memory using ExternPage-Cache Management. InProc. of the Fifth International Conference on Architectural Sup-port for Programming Languages and Operating Systems, pages 187–197, Boston MA BostonMA, October 1992.

[Henn90]JohnL Hennessy and DavidA Patterson.Computer Architecture A Quantitative Approach. Mor-gan Kaufmann Publishers Inc., 1990.

[Hewl93] Hewlett Packard. Hewlett-Packard’s 7100: A High-speed Superscalar PA-RISC Processor, 1993.White paper.

[Hill84] Mark D. Hill and AlanJay Smith. Experimental Evaluation of On-Chip Microprocessor CacheMemories. InProc. of the 11th Annual International Symposium on Computer Architecture, pages158–166, Ann Arbor MI, June 1984.

[Hill86] Mark D. Hill, SusanJ. Eggers, JamesR. Larus, GeorgeS. Taylor, G.Adams, B.K. Bose,GarthA. Gibson, P.M. Hansen, J.Keller, ShingI. Kong, C.G. Lee, D.Lee, J.M. Pendleton,S. A. Ritchie, DavidA. Wood, B.G. Zorn, P.N. Hilfinger, D. Hodges, RandyH. Katz, JohnOusterhout, and DavidA. Patterson. Design Decisions in SPUR.IEEE Computer, 19(11):8–22,November 1986.

[Hill87] Mark D. Hill. Aspects of Cache Memory and Instruction Buffer Performance. Ph.D. thesis, Uni-versity of California, Berkeley, November 1987.

[Hill88] Mark D. Hill. A Case for Direct-Mapped Caches.IEEE Computer, 21(12):25–40, December1988. Also available as Computer Sciences Technical Report #778, Univ. of Wisconsin, June1988.

[Hill89] Mark D. Hill and AlanJay Smith. Evaluating Associativity in CPU Caches.IEEE Trans. on Com-puters, C-38(12):1612–1630, December 1989.

[Hirs73] DanielS. Hirschberg. A Class of dynamic Memory Allocation Algorithms.Communications ofthe ACM, 16(10):615–618, October 1973.

[Houd68]M. E. Houdek and G.R. Mitchell. Translating a large virtual address.IBM System/38 Tech. De-velopments, pages 22–24, 1968.

[Hsu86] M-C. Hsu and M-P. Yang. Concurrent Operations in Extendible Hashing. InProceedings of the12th Conference on Very Large Databases, August 1986.

Page 188: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

180

[Huck93]Jerry Huck and Jim Hays. Architectural Support for Translation Table Management in Large Ad-dress Space Machines. InProc. of the 20th Annual International Symposium on Computer Archi-tecture, pages 39–50, May 1993.

[Hunt95] Doug Hunt. Advanced Performance Features of the 64-bit PA-8000.Compcon Digest of Papers,pages 123–115, March 1995.

[IBM78] IBM System/38 technical developments. IBM, 1978. Order no G580-0237.

[Inte91] Intel Corporation. i860 Microprocessor Family Programmer’s Reference Manual, 1991.

[John61]L. R. Johnson. Indirect chaining method for addressing on secondary keys.Communications ofthe ACM, pages 218–222, May 1961.

[John87]Mike Johnson. System Consideration in the Design of the Am29000.IEEE Micro, 7(4):28–41,August 1987.

[Joup89]NormanP. Jouppi and DavidW. Wall. Available Instruction-Level Parallelism for Superscalarand Superpipelined Machines. InProc. of the Third International Conference on ArchitecturalSupport for Programming Languages and Operating Systems, Boston, April 1989.

[Joup94]NormanP. Jouppi and Steven J.E. Wilson. Tradeoffs in Two-Level On-Chip Caching. InProc. ofthe 21st Annual International Symposium on Computer Architecture, pages 34–45, April 1994.(Also as) WRL Research Report 93/3.

[Kagi91] Toyohiko Kagimasa, Kikuo Takahashi, and Toshiaki Mori. Adaptive Storage Management forVery Large Virtual/Real Storage Systems. InProc. of the 18th Annual International Symposiumon Computer Architecture, pages 372–379, May 1991.

[Kane89]Gerry Kane.MIPS RISC Architecture. Prentice Hall, 1989.

[Kane92]Gerry Kane and Joe Heinrich.MIPS RISC Architecture. Prentice Hall, 1992.

[Karl88] A. Karlin, M. Manasse, L.Rudolph, and D.Sleator. Competitive Snoop Caching.Algorithmica,3(1):70–119, 1988.

[Karl91] A. Karlin, K. Li, M. Manasse, and S.Owicki. Empirical Studies of Competitive Spinning forShared Memory Multiprocessors. InProc. of the Thirteenth ACM Symposium on Operating Sys-tem Principles, 1991.

[Kess89]R. E. Kessler and Miron Livny. An Analysis of Distributed Shared Memory Algorithms. Comput-er Sciences Technical Report #825, Univ. of Wisconsin, February 1989.

[Kess91]RichardEugene Kessler. Analysis of Multi-Megabyte Secondary CPU Cache Memories. Com-puter Sciences Technical Report #1032, Univ. of Wisconsin, July 1991.

[Kess92]R. E. Kessler and MarkD. Hill. Page Placement Algorithms for Large Real-Index Caches.ACMTransactions on Computer Systems, 10(4):338–359, November 1992.

[Khal93a]YousefA. Khalidi, GlenR. Anderson, StephenA. Chessin, ShingIp Kong, CharlesE. Narad,and Madhusudhan Talluri. Virtual Address To Physical Address Translation Cache that SupportsMultiple Page Sizes. Patent application filed, Serial No. 08/118,398, Sun Microsystems, Septem-ber 1993. (Accepted March 1995).

[Khal93b]YousefA. Khalidi, Madhusudhan Talluri, MichaelN. Nelson, and Dock Williams. Virtual Mem-ory Support for Multiple Page Sizes. InProc. of the Fourth Workshop on Workstation OperatingSystems, pages 104–109, Napa CA, October 1993.

[Khal94] YousefA. Khalidi, Vikram P. Joshi, and Dock Williams. A Study of the Structure and Perfor-mance of MMU Handling Software. Technical Report TR-94-28, Sun Microsystems Laborato-ries, 1994.

[Khal95a]Yousef Khalidi, Vikram Joshi, Madhusudhan Talluri, Adrian Caceras, and Dock Williams. De-

Page 189: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

181

sign Rationale of the UltraSPARC Hardware Address Translation Layer. InSunSoft TechnicalConference, April 1995.

[Khal95b]YousefA. Khalidi and Madhusudhan Talluri. Improving the Address Translation Performance ofWidely Shared Pages. Technical Report TR-95-38, Sun Microsystems Laboratories, February1995.

[Kim91] Yul H. Kim, Mark D. Hill, and DavidA. Wood. Implementing Stack Simulation for Highly-As-sociative Memories. InProc. ACM SIGMETRICS Conference on Measurement and Modeling ofComputer Systems, pages 212–213, May 1991. Also available as University of Wisconsin-Mad-sion, Computer Sciences Technical Report #997.

[Klei86] SteveR. Kleiman. Vnodes: An Architecture for Multiple File System Types in Sun UNIX. InProc. of the Summer USENIX Conference, Atlanta, Summer 1986.

[Knig81] J.Knight and P.Rosenfield. Segmented Virtual to Real Translation Assist.IBM Technical Disclo-sure Bulletin, 23(11):5186–5187, April 1981.

[Know65] KennethC. Knowlton. A Fast Storage Allocator.Communications of the ACM, 8(10):623–625,October 1965.

[Knut68a]DonaldE. Knuth.The Art of Computer Programming, Volume 1. Addison Wesley, 1968. SecondPrinting.

[Knut68b]DonaldE. Knuth.The Art of Computer Programming, Volume 3. Addison Wesley, 1968. SecondPrinting.

[Koga88]M. S. Kogan and F.L. Rawson, III. The design of Operating System/2.IBM Systems Journal,27(2):90–104, 1988.

[Kold92] Eric J. Koldinger, JeffreyS. Chase, and SusanJ. Eggers. Architectural Support for Single Ad-dress Space Operating Systems. InProc. of the Fifth International Conference on ArchitecturalSupport for Programming Languages and Operating Systems, pages 175–186, Boston MA, Octo-ber 1992.

[Kong92]Shing Kong.Sparc V9 Memory Management Unit Design Rationale. Sun Microsystems Inc., Oc-tober 1992.

[Kuma90]Vijay Kumar. Concurrent Operations on Extendible Hashing and its Performance.Communica-tions of the ACM, ; ACM CR 9012-0959, 33(6), June 1990.

[Lebe95]Alvin R. Lebeck and DavidA. Wood. Active Memory: A New Abstraction for Memory-SystemSimulation. InProc. of the ACM SIGMETRICS Conference on Measurement and Modeling ofComputer Systems, May 1995.

[Lee69] FrancisF. Lee. Study of "Look-Aside" Memory.IEEE Transactions on Computers, 18(11):1062–1064, November 1969.

[Lee89a]DavidD. Lee, ShingI. Kong, MarkD. Hill, GeorgeS. Taylor, DavidA. Hodges, RandyH. Katz,and DavidA. Patterson. VLSI chip set for a multiprocessor workstation - Part I: An RISC micro-processor with coprocessor interface and support for symbolic processing.IEEE Journal of Solid-State Circuits, pages 1688–1698, December 1989.

[Lee89b]RubyB. Lee. Precision Architecture.IEEE Computer, 22(1):78–91, January 1989.

[Lee89c]T. Paul Lee and RonaldE. Barkley. A Watermark-Based Lazy Buddy System for Kernel MemoryAllocation. InProc. Summer 89 USENIX Conference, pages 1–14, June 1989.

[Leff90] SamuelJ. Leffler, MarshallKirk McKusick, MichaelJ. Karels, and JohnS. Quarterman.The De-sign and Implementation of the 4.3BSD UNIX Operating System. Addison-Wesley, 1990.

[Leon82]T. Leonard, editor.VAX-11 Architecture Reference Manual. Digital Press, May 1982. Revision6.1.

Page 190: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

182

[Levi95] David Levitan, Thomas Thomas, and Paul Tu. The PowerPC 620 Microprocessor: A High-Perfor-mance Superscalar RISC Processor.Compcon Digest of Papers, pages 285–291, March 1995.

[Levy82] H. M. Levy and P.H. Lipman. Virtual Memory Management in the VAX/VMS Operating Sys-tem.IEEE Computer, 15(3):35–41, March 1982.

[Lied95] Jochen Liedtke. Address Space Sparsity and Fine Granularity.Operating Systems Review,29(1):87–90, January 1995.

[Lipt68] J.S. Liptay. Structural aspects of the System/360 Model 85, Part II: the cache.IBM Systems Jour-nal, 7(1):15–21, 1968.

[Litw93] W. Litwin, M. Neimat, and D.Schneider. LH -Linear Hashing for Distributed Files.19 ACM SIG-MOD Conf. on the Management of Data, May 1993.

[Mack94]Kenneth Mackenzie, John Kubiatowicz, Anant Agarwal, and Frans Kaashoek. FUGU: Imple-menting Translation and Protection in a Multiuser, Multimodel Multiprocessor. Technical MemoMIT/LCS/TM-503, October 1994.

[Matt70] R. L. Mattson, J.Gecsei, D.R. Slutz, and I.L. Traiger. Evaluation Techniques for Storage Hierar-chies.IBM Systems Journal, 9(2):78–117, 1970.

[May94] Cathay May, EdSilha, Rick Simpson, and Hank Warren.The PowerPC Architecture. MorganKaufman Publishers, May 1994.

[McKu84] M. K. McKusick, W.N. Joy, S.J. Leffler, and R.S. Fabry. A Fast File System for UNIX.ACMTransactions on Computer Systems, 2(3):191–197, August 1984.

[Mile90] Milan Milenkovic. Microprocessor Memory Management Units.IEEE Micro, 10(2):70–85, April1990.

[MIPS93]MIPS Technologies, Inc. TFP Microprocessor Chip Set: Preliminary Product Information, Octo-ber 1993.

[Mogu93]JeffreyC. Mogul. Big Memories on the Desktop. InProc. of the Fourth Workshop on Worksta-tion Operating Systems, pages 110–115, Napa CA, October 1993.

[Mogu95]Jeffrey Mogul, Joel Bartlett, Robert Mayo, and Amitabh Srivastava. Performance Implications ofMultiple Pointer Sizes.USENIX, 1995.

[Mora88]JosephP. Moran. SunOS Virtual Memory Implementation. InProc. of Europoean UNIX UsersGroup Conference, Spring 1988.

[Morr68] R. Morris. Scatter Storage Techniques.Communications of the ACM, 11(1):38–43, January 1968.

[Moto86] Motorola Inc. MC68851 Paged Memory Management Unit User’s Manual, 1986.

[Muld91] JohannesM. Mulder, NhonT. Quach, and MichaelJ. Flynn. An Area Model for On-Chip Memo-ries and its Applications.IEEE Journal of Solid State Circuits, 26(2):98–106, February 1991.

[Nagl92] David Nagle, Richard Uhlig, and Trevor Mudge. Monster: A Tool for Analyzing the InteractionBetween Operating Systems and Computer Architecture. University of michigan technical report,University of Michigan, May 1992.

[Nagl94a]David Nagle, Richard Uhlig, Trevor Mudge, and Stuart Sechrest. Optimal Allocation of On-ChipMemory for Multiple-API Operating Systems. InProc. of the 21st Annual International Sympo-sium on Computer Architecture, pages 358–369, April 1994.

[Nagl94b]David Nagle, Richard Uhlig, Tim Stanley, Stuart Sechrest, Trevor Mudge, and Richard Brown.Design Tradeoffs for Software-Managed TLBs.ACM Trans. on Computer Systems, 12(3):175–205, August 1994.

[Ogde95]Deene Ogden, Belli Kuttanna, AlbertJ. Loper, Soummya Mallick, and Michael Putrino. A NewPowerPC Microprocessor for Low Power Computing Systems.Compcon Digest of Papers, pages

Page 191: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

183

281–284, March 1995.

[Orga72]E.J. Organick.The Multics System: An Examination of Its Structure. MIT Press, Cambridge, MA,1972.

[Pete77] J.L. Peterson and N.Theodore. Buddy Systems.Communications of the ACM, 20(6):421–431,June 1977.

[Prie76] B. G. Prieve and R.S. Fabry. VMIN- AN Optimal Variable Space Page Replacement algorithm.Communications of the ACM, 19(6):295–297, May 1976.

[Purd70] P.W. Purdom and S.M. Stigler. Statistical Properties of the Buddy System.JACM, 17(4):683–697, October 1970.

[Puza85]T. R. Puzak.Analysis of Cache Replacement Algorithms. Ph.D. dissertation, Dept. of Electricaland Computer Engineering, University of Massachusetts, February 1985.

[Radi82] G. Radin. The 801 Minicomputer. InProc. of the Symposium on Architectural Support for Pro-gramming Languages and Operating Systems, pages 39–47, Palo Alto CA, March 1982.

[Rama81]K. Ramamohanarao and R.Sacks-Davis. Hardware address translation for machines with a largevirtual memory.Information Processing Letters, 13(1):23–29, 1981.

[Rama93]Raghu Ramakrishnan, Divesh Srivastava, S.Sudarshan, and Praveen Seshadri. Implementationof the CORAL Deductive Database System. InProceedings of ACM SIGMOD International Con-ference on Management of Data, 1993.

[Rash88]RichardF. Rashid, Avadis Tevanian, Michael Young, DavidB. Golub, RobertV. Baron,David L. Black, William Bolosky, and Jonathan Chew. Machine-Independent Virtual MemoryManagement for Paged Uniprocessor and Multiprocessor Architectures.IEEE Transactions onComputers, 37(8):896–908, August 1988.

[Redd75]Y. V. Reddy. Optimal Segment Size for Storage Allocation in a Multiprogrammed Computer Sys-tem. InProc. of IEEE Computer Society Conference, pages 303–305, September 1975.

[Rein93] StevenK. Reinhardt, MarkD. Hill, JamesR. Larus, AlvinR. Lebeck, JamesC. Lewis, andDavid A. Wood. The Wisconsin Wind Tunnel: Virtual Prototyping of Parallel Computers. InProc. ACM SIGMETRICS Conference on Measurement and Modeling of Computer Systems, pag-es 48–60, May 1993.

[Rein94] StevenK. Reinhardt, JamesR. Larus, and DavidA. Wood. Tempest and Typhoon: User-LevelShared Memory. InProc. of the 21st Annual International Symposium on Computer Architecture,pages 325–337, April 1994.

[Repp94]JohnH. Reppy. A High-performance Garbage Collector for Standard ML, 1994. AT&T Bell LabsTechnical Memo.

[Rome95]Ted Romer, Wayne Ohlrich, Anna Karlin, and Brian Bershad. Reducing TLB and Memory Over-head Using Online Superpage Promotion. InProc. of the 22nd Annual International Symposiumon Computer Architecture, pages 176–187, June 1995.

[Rose85]J. Rosenberg and D.A. Abramson. MONAD PC: A Capability Based Workstation to SupportSoftware Engineering. InProc. of the 18th Hawaii International Conference on System Sciences,pages 222–231, 1985.

[Rose92]J.Rosenberg, J.L. Keedy, and D.Abramson. Addressing Large Virtual Memories.The ComputerJournal, 35(4):369–376, 1992.

[Saty81] M. Satyanarayanan and D.Bhandarkar. Design Trade-offs in VAX-11 Translation Buffer Organi-zation.IEEE Computer, 14(12):103–111, December 1981.

[Silh93] EdSilha.The PowerPC Architecture, IBM RISC System/6000 Technology, Volume II. IBM Corp.,1993.

Page 192: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

184

[Sing92] JaswinderPal Singh, Wolf-Dietrich Weber, and Anoop Gupta. SPLASH: Stanford Parallel Appli-cations for Shared Memory.Computer Architecture News, 20(1):5–44, March 1992.

[Site92] RichardL. Sites.Alpha Architecture Reference Manual. Digital Press, 1992.

[Site93] RichardL. Sites. Alpha AXP Architecture.Communications of the ACM, 36(2):33–44, February1993.

[Slea85] D. D. Sleator and R.E. Tarjan. Amortized Efficiency of List Update and Paging Rules.Communi-cations of the ACM, pages 202–208, February 1985.

[Smit78a]A. Smith. A Comparative Study of Set Associative Memory Mapping Algorithms and Their Usefor Cache and Main Memory.IEEE Transactions on Software Engineering, SE-4(2):121–130,March 1978.

[Smit78b]Alan J. Smith. Sequential Program Prefetching in Memory Hierarchies.IEEE Computer,11(12):7–21, December 1978.

[Smit78c]Alan Jay Smith. Bibliography on Paging and Related Topics.Operating Systems Review, October1978.

[Smit82] Alan Jay Smith. Cache Memories.Computing Surveys, 14(3):473–530, September 1982.

[Smit86] Alan Jay Smith. Bibliography and Readings on Cache Memories.Computer Architecture News,11(1):22–42, January 1986.

[Smit87] J.E. Smith, G.E. Dermer, B.D. Vanderwarn, S.D. Klinger, C.M. Rozewski, D.L. Fowler, K.R.Scidmore, and J.P. Laudon. The ZS-1 Central Processor, 1987.

[Smit88] J.E. Smith and A.R. Pleszkun. Implementing Precise Interrupts in Pipelined Processors.IEEETrans. on Computers, C-37(5):562–573, May 1988.

[Smit91] Alan Jay Smith. Second Bibliography on Cache Memories.Computer Architecture News,19(4):154–182, June 1991.

[So88] Kimming So and RudolphN. Rechtschaffen. Cache Operations by MRU Change.IEEE Trans. onComputers, C-37(6), June 1988.

[SPAR91]SPARC International Inc. The SPARC Architecture Manual, Version 8, 1991.

[SPAR94]SPARC International Inc. The SPARC Architecture Manual, Version 9, 1994.

[SPEC91]SPEC. (entire issue).SPEC Newsletter, 3(4), December 1991.

[Sriv94] Amitabh Srivastava and Alan Eustace. ATOM A System for Building Customized Program Anal-ysis Tools. InProc. of the SIGPLAN Conference on Programming Language Design and Imple-mentation, pages 196–205, June 1994.

[Tall92] Madhusudhan Talluri, Shing Kong, MarkD. Hill, and DavidA. Patterson. Tradeoffs in Support-ing Two Page Sizes. InProc. of the 19th Annual International Symposium on Computer Architec-ture, pages 415–424, May 1992.

[Tall93] Madhusudhan Talluri, YousefA. Khalidi, Dock Williams, and Vikram Joshi. Virtual MemoryComputer System Address Translation Mechanism that Supports Multiple Page Sizes. Patent ap-plication filed, Serial No. 08/139,549, Sun Microsystems, October 1993. (Accepted 1995).

[Tall94a]Madhusudhan Talluri and MarkD. Hill. Surpassing the TLB performance of Superpages withLess Operating System Support. InProc. of the Sixth International Conference on ArchitecturalSupport for Programming Languages and Operating Systems, pages 171–182, San Jose, CA, Oc-tober 1994.

[Tall94b] Madhusudhan Talluri and YousefA. Khalidi. Apparatus and Method for Efficient Sharing of Vir-tual Memory Translations. Patent application filed, Serial No. 08/333,487, Sun Microsystems,November 1994.

Page 193: USE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ...pages.cs.wisc.edu/~markhill/theses/madhu_talluri.pdfUSE OF SUPERPAGES AND SUBBLOCKING IN THE ADDRESS TRANSLATION HIERARCHY by Madhusudhan

185

[Tall95] Madhusudhan Talluri, MarkD. Hill, and YousefA. Khalidi. A New Page Table for 64-bit Ad-dress Spaces. In(To appear) Proceedings of 15th ACM Symposium on Operating System Princi-ples, December 1995.

[Tayl81] Mitchell B. Taylor.Efficient Memory allocation with the buddy algorithm. Motorola, November1981.

[Tayl90] George Taylor, Peter Davies, and Michael Farmwald. The TLB Slice - A Low-Cost High-SpeedAddress Translation Mechanism. InProc. of the 17th Annual International Symposium on Com-puter Architecture, pages 355–363, June 1990.

[Tell90] PatriciaJ. Teller. Translation-Lookaside Buffer Consistency.IEEE Computer, 23(6):26–36, June1990.

[Thak86]ShreekantS. Thakkar and AlanE. Knowles. A High-Performance Memory ManagementScheme.IEEE Computer, pages 8–22, May 1986.

[Thom74]K. Thompson and D.M. Ritchie. The UNIX Time-Sharing System.Communications of the ACM,17(7):365–375, July 1974.

[Turn81] R. Turner and H.Levy. Segmented FIFO Page Replacement. InProc. of the ACM SIGMETRICSConference on Measurement and Modeling of Computer Systems, pages 48–51, 1981.

[Uhli94] Richard Uhlig, David Nagle, Trevor Mudge, and Stuart Sechrest. Tapeworm II: A New Methodfor Measuring OS Effects on Memory Architecture Performance. InProc. of the Sixth Interna-tional Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems,pages 132–144, October 1994.

[Wada92]Tomohisa Wada, Suresh Rajan, and StevenA. Przyblski. An Analytical Access Time Model forOn-Chip Cache Memories.IEEE Journal of Solid State Circuits, 27(8):1147–1156, August 1992.

[Wang93]Chia-Jiu Wang and Frank Emnett. Implementing Precise Interruptions in Pipelines RISC Proces-sors.IEEE Micro, 13(4):36–43, August 1993.

[West88]Neil Weste and Kamran Eshraghian.Principles of CMOS VLSI Design. Addison Wesley, 1988.

[Whee92]Bob Wheeler and BrianN. Bershad. Consistency Management for Virtually Indexed Caches. InProc. of the Fifth International Conference on Architectural Support for Programming Languag-es and Operating Systems, pages 124–136, Boston MA, October 1992.

[Wilk92] J.Wilkes and B.Sears. A comparison of protection lookaside buffers and the PA-RISC protectionarchitecture. Technical Report HPL-92-55, Hewlett-Packard Laboratories, March 1992.

[Wilt93] Steven J.E. Wilton and NormanP. Jouppi. An Enhanced Access and Cycle Time Model for On-Chip Caches. WRL Research Report 93/5, DEC Western Research Lab, 1993.

[Wood86]David A. Wood, S.J. Eggers, G.Gibson, MarkD. Hill, J. Pendleton, S.A. Ritchie, RandyH.Katz, and DavidA. Patterson. An In-Cache Address Translation Mechanism. InProc. of the 13thAnnual International Symposium on Computer Architecture, pages 158–166, Tokyo Japan, June1986.

[Yoo93] Hyuck Yoo and Tom Rogers. UNIX Kernel Support for OLTP Performance. In1993 Winter US-ENIX Conference, pages 241–247, January 1993.

[Youn89]MichaelW. Young.Exporting a User Interface to Memory Management from a Communication-Oriented Operating System. Ph.D. thesis, Department of Computer Science, Carnegie MellonUniversity, November 1989.

[Yung94]Robert Yung and Leslie Kohn.UltraSPARC Programmer’s Reference Manual. Sun Microsys-tems Inc., 1994.

[Yung95]Robert Yung. UltraSPARC-I (Spitfire) Architecture. Technical report, Sun Microsystems, April1995.