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隨著計算機科技的不斷發(fā)展，操作系統(tǒng)也日新月異。其中一個重要功能就是對于內(nèi)存的管理，把物理內(nèi)存抽象為虛擬內(nèi)存，以便程序可以使用。在Linux操作系統(tǒng)中，MIPS架構(gòu)頁表管理是非常重要的一部分。
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什么是MIPS架構(gòu)頁表？
MIPS架構(gòu)頁表是一種將虛擬地址映射到物理地址的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在操作系統(tǒng)中，每個進程有自己的頁表，每個頁表中都包含了該進程使用的虛擬地址空間到實際物理地址的映射。
為什么需要MIPS架構(gòu)頁表管理？
因為多個進程共享物理內(nèi)存，所以需要一種機制來保證每個進程都有自己的獨立內(nèi)存空間，不受其他進程的影響。同時，頁表還可以實現(xiàn)進程間內(nèi)存的保護和共享，以及對物理內(nèi)存的高效利用。
MIPS架構(gòu)頁表管理的實現(xiàn)
MIPS架構(gòu)頁表是由多級頁表實現(xiàn)的。每個頁表中包含多個頁表項，每個頁表項對應一個地址段，其中包含虛擬地址和對應的物理地址。當進程訪問一個地址時，CPU會根據(jù)虛擬地址在頁表中尋找對應的物理地址，并進行地址轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)虛擬內(nèi)存到物理內(nèi)存的映射。
MIPS架構(gòu)頁表管理的優(yōu)化
為了提高頁表的訪問效率，Linux中引入了頁表項高速緩存（TLB）。TLB中存放了最近訪問的頁表項，以便在下一次訪問時可以直接獲取物理地址，而不必每次都迭代查找整個頁表。
此外，Linux中還使用了一些其他的技術(shù)來優(yōu)化頁表管理，如內(nèi)存壓縮，頁面替換算法等。這些技術(shù)可以減小頁面（Page）的大小，提高頁面的重復利用率，從而降低內(nèi)存的占用和延遲。
MIPS架構(gòu)頁表管理是Linux中非常重要的一部分，它可以幫助我們更高效地利用內(nèi)存空間，并保證進程之間的獨立性和安全性。在實踐中，我們需要不斷優(yōu)化頁表管理技術(shù)，以滿足不同的應用場景需求。相信隨著科技的不斷發(fā)展，頁表管理技術(shù)會越來越成熟和完善。
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不知道你要多雹旅詳細，無論你什么平臺，MIPS，X86，ARM 都是同一份源隱凳源碼，在編譯的時候選擇攜基對應的平臺而已，內(nèi)核源碼是一樣的。
MIPS的演化
MIPS16是一個1997年面世的可選的指令集擴展，它能減少二進制程序尺寸的30-40%。實現(xiàn)者希望這種CPU能夠在很關(guān)心代碼尺寸的場合中更有吸引力–這種場合通常就是指低成本系統(tǒng)。由于只應用于特定實現(xiàn)，它是一個多廠商標準：LSI, NEC和Philips都生產(chǎn)支持MIPS16的CPU。
使MIPS二進制代碼比其他架構(gòu)的并不是MIPS指令集干的活少了, 而是他們的尺寸更大一些–每個指令4字節(jié)長，相比之下某些CISC架構(gòu)一般平均只有3個字節(jié)。
MIPS增加了一種模式，在這種模式下CPU可以對16位固定大小的指令進行解碼。大多數(shù)MIPS16指令擴展成正常的MIPS III指令，所以很明顯這將是一個相當受限制的指令子集。竅門就在于使這個子集對足夠多的程序充分的進行高效編碼，以使整個程序的大小得到大大的壓縮。
當然，16位指令并不會使其變成一個16位指令集。MIPS16 CPU是實際存在的帶有32位或者64位寄存器的的CPU，MIPS16 CPU的運算也都在這些寄存器上。
MIPS16遠不是一個完整的指令集—例如它既沒有CPU控制指令，也沒有浮點運算指令。但沒有關(guān)系，因為每一個MIPS16 CPU也必須要運行完整的MIPS ISA。你能運行MIPS16和正常的MIPS代碼的混合指令。每個函數(shù)調(diào)用或者跳轉(zhuǎn)-寄存器指令都能改變運行模式。
1．并不是MIPS發(fā)明了提供一種可選的使部分指令只有一半大小的創(chuàng)意。Advanced RISC Machine（ARM）公司的Thumb版本的arm CPU首先提出這散啟個想法的。
在MIPS16中把指令地址編碼成更低有效位(Least Significant Bit, LSB)模式是既方便又高效的。MIPS16指令必須偶字節(jié)對齊，所以bit 0不再是指令指針(instruction pointer, 就是程序計數(shù)器PC)的組成部分了；取而代之的是，每條跳到奇數(shù)地址的指令開始執(zhí)行MIPS16，每條跳到偶數(shù)地址的指令回到正常的MIPS。MIPS子程序調(diào)用指令jal的目標地址總是字對齊的，所以新指令jalx隱藏了指令的模式間轉(zhuǎn)換。
為了把指令壓縮到一半大小，對于大多數(shù)指令我們只分配了3 bit來選擇寄存器，這樣只有8個通用寄存器允許自由訪問；在許多MIPS指令中可以見到的16 bit常數(shù)域也被壓縮，通常變成了5 bit。許多MIPS16指令只指明兩個寄存器，而不是三個。另外，還有一些特別的編碼規(guī)則將在蘆滾下一節(jié)描述。
D.1.1 MIPS16中的特殊編碼格式和指令
被縮減的通用指令沒有什么問題，但有兩個特定的弱點會加大程序尺寸；5 bit的立即數(shù)域構(gòu)造常量是不夠的，在load/store操作中也沒有足夠的地址范圍。三種新的指令和一種特別規(guī)定有助于解決這些問題。
extend是一條特殊的MIPS16指令，它由5 bit的代碼和11 bit的域構(gòu)成。這個11 bit的域可以和后續(xù)指令中的立即數(shù)域相連接，這樣就允許使用一個指令對來對16 bit立即數(shù)編碼。這條指令在匯編語言中看起來就像一個指令前綴。
裝載(load)常量在正常的MIPS模式下都需要額外的指令，在MIPS16模式下更是巨大的負擔；把常量放在內(nèi)存中然后再讀它們會更快一些。MIPS16對相對于指令自身位置的裝載操作(PC-relative loads， PC相關(guān)裝載)增加了支持，允許常量被嵌到代碼段中(典型情況就是在函數(shù)陪掘余的起始處前面)。這些是僅有的不是嚴格對應于正常的MIPS指令的MIPS16指令—MIPS沒有PC相關(guān)的數(shù)據(jù)操作。
許多MIPS load/store操作是直接在棧幀(stack frame)里，$29/mp可能是最普通的基寄存器。MIPS16定義了一組隱式使用mp的指令，允許我們把函數(shù)的棧幀引用地址也編進去而不需要一個分離的寄存器域。
MIPS的Load指令總是生成32位的全地址。由于裝載字(load word)指令只有當?shù)刂肥?的倍數(shù)是才合法，更低兩位就被浪費了。MIPS16的Load指令是可以伸縮的：地址的偏移量會根據(jù)被load/store的對象的大小左移，這樣就增加了指令中可用的地址范圍。
作為一種額外的應急機制，MIPS16定義了一些指令，允許在8個MIPS16可訪問的的寄存器中的一個與32個MIPS通用寄存器中的任何一個間任意做數(shù)據(jù)移動。
D.1.2 對MIPS16的評價
MIPS16對于匯編語言編程來說不是一種合適的語言，我們也不準備對它詳細說明。這些是編譯器的工作。大多數(shù)使用MIPS16模式編譯的程序的尺寸都會縮小到用MIPS模式編譯的 60-70%。MIPS16比32位CISC架構(gòu)的代碼更緊湊，和arm的Thumb代碼差不多，和純16位CPU相比相當有競爭力。
但是沒有免費的午餐；MIPS16程序可能比MIPS增加40-50%的指令。這意味著在CPU核上運行一個程序會多用40-50%的時鐘周期。但是低端CPU經(jīng)常主要被存儲器所限制，而不是被CPU核所限制。較小的MIPS16程序需要較低的帶寬來取指令，這樣就得到更低的cache缺失率。在cache很小并且程序的存儲器有限時，MIPS16將會彌補差距，還有可能要重新改寫正常的MIPS代碼。
由于性能的降低，MIPS16代碼在有大的存儲器資源和很寬總線的計算機中沒有吸引力。這就是為什么它只是一種可選擴展的原因。
在應用范圍的另一端, MIPS16將會與軟件壓縮技術(shù)展開競爭。在放進ROM存儲器之后，使用通常的文件壓縮算法壓縮的正常MIPS程序?qū)任磯嚎s的同等MIPS16代碼小，而稍大于壓縮過的MIPS16同等代碼(注1)；如果你的系統(tǒng)擁有足夠的內(nèi)存能夠把ROM當做文件系統(tǒng)使用，而把代碼解壓縮到RAM中執(zhí)行，那么全ISA軟件解壓很可能會帶來更好的總體性能。
也有這樣一種趨勢來構(gòu)造系統(tǒng)，那就是大量使用以字節(jié)編碼的解釋語言(Java或者它的后續(xù)者)來書寫大量在時間上要求不嚴格的程序。那種中間代碼非常小，在尺寸方面比任何二進制機器碼都高效的多。如果只有解釋器和一些對性能要求嚴格的程序留在機器中ISA中，那么更密集的指令集編碼格式將只會影響程序的一小部分。當然解釋器(特別是Java)本身會非常大，但是應用復雜度的無情增長將很快使它減少重要性。
我預料在年將會看到MIPS16小范圍的應用于低能量、小尺寸和成本受限制的系統(tǒng)中。它還是值得發(fā)明的，因為有些系統(tǒng)—比如”智能”移動—可能會大量生產(chǎn)。
1．更密集的編碼格式在使用上比壓縮算法有更低的冗余度。
D.2 MIPSV/MDMX
MIPS V和MDMX是在1997年早些時候一起公布的。它們本來是為一種新的準備在1998年發(fā)布MIPS/SGI的CPU中的指令而設計的。但是那個CPU后來被取消了，關(guān)于它們的未來存在疑問。
二者都是為了克服一些已知的傳統(tǒng)指令集的不足，這些不足是在ISA面向多媒體應用中產(chǎn)生的。象軟調(diào)制解調(diào)器的語音編/解碼、或流媒體應用、或圖像/視頻的壓縮/解壓縮這樣的任務采用一些過去只有專用數(shù)字信號處理器(digital signal processor, DSP)才用的數(shù)學算法。在這種計算等級，多媒體任務通常都包括重復進行一些對大向量或者數(shù)組數(shù)據(jù)的相同操作。
在基于寄存器的機器內(nèi)部，通常采用的方案是把多媒體數(shù)據(jù)項封裝到一個機器寄存器中，然后執(zhí)行一條寄存器-寄存器指令，這條指令對于每個寄存器中的每個域做同樣的工作。這是一種非常明顯的并行處理形式，被稱為單指令，多數(shù)據(jù)(single instruction, multiple data. SIMD)。
這個想法首先見于一款I(lǐng)ntel的業(yè)已消失的i860架構(gòu)的微處理器(circa 88)中。作為對Intel x86指令集進行擴展的MMX在1996年投放市場后，SIMD重新登場時更加引人注目。
MDMX對操縱在一個64位寄存器中8×8-bit的整數(shù)組提供了一組操作，這些操作能夠?qū)λ械?小片做同樣的事情。這些指令包括通常的算術(shù)操作(加，減，乘)，也有乘法-累加指令能把結(jié)果放在一個巨大的累加器中，這個累加器有足夠的精度防止溢出。
由于這些指令被用于特定數(shù)據(jù)類型被相當清楚的從正常的程序變量分離開來的場合中，MDMX指令集與浮點寄存器一起工作就變得有意義。以這種方式重復利用現(xiàn)有的寄存器意味著現(xiàn)有的操作系統(tǒng)不需要改變(在任務切換時操作系統(tǒng)已經(jīng)保存和恢復浮點寄存器了)。
與MDMX相似，Intel的MMX為封裝進一個64bit的8個8bit數(shù)提供了”octibyte”八路(eight-way)指令。MIPS MDMX也定義了4×16位(四個短整數(shù)操作)和2×32位(兩個字操作)格式，但是早期的情況是一些MDMX實現(xiàn)可能認定octibyte格式和指令足夠了。
當對8bit的數(shù)做算術(shù)運算時, 結(jié)果經(jīng)常下溢和上溢。如果我們必須為眾多的溢出測試條件編寫處理程序，那么多媒體應用的性能將不會得到提高。而只簡單截去更大的和最小的數(shù)(對于無符號8-bit數(shù)來說，就是255和0)的上溢和下溢結(jié)果，對于機器運算來說會更加有幫助。這個處理過程叫做”飽和”(saturating)算法。MDMX擁有這種能力。
這就給我們帶來了MIPS V。盡管從名字上看好像意思是指一個升級的指令集–就像MIPS I到IV那樣，MIPS V在浮點領(lǐng)域跟MDMX很相似，提供了paired-single操作。paired-single對一對被封裝進64-bit的浮點寄存器中的單精度數(shù)做兩次FP動作。
MIPS V沒有MDMX那么古怪；MIPS IV包含了一個相當廣泛的浮點運算，并且直接為其中的絕大部分提供了paired-single版本的指令；甚至成對比較(paired-compare)也可以做到，這是因為MIPS IV的CPU已經(jīng)有了多個浮點條件位來接收結(jié)果。但MIPS V沒有提供復雜多周期指令的成對操作版本的指令，這些多周期指令會需要非常多新的資源(例如沒有求平方根和除法)。
D.2.1 編譯器能用多媒體指令嗎？
引入SIMD多媒體指令的原因和70年代晚期以前在超級計算機中提供向量處理單元的原因相似。很容易為向量處理器構(gòu)造一個手工矩陣算術(shù)包。而用向量運算來編譯一個用高級語言寫成的程序就難得多了，盡管超級計算機提供商在這上面也取得一些成果。通常這些成果都集中在Fortran上；對于常規(guī)編程來說語義上的弱點使Fortran成為一種可憐的語言，但是這讓它變成了一種很容易優(yōu)化的語言
MIPS和x86是兩種不同的處理器架構(gòu)，屬于硬件范疇；
Linux 則是操作系統(tǒng)軟件，它支持包括 MIPS , x86, arm 等各種各樣的處理器架構(gòu)平臺。換句話說，它可以跑運睜在依據(jù)不同處理器架構(gòu)規(guī)范實作出來的各種處理器上面。
Linux 大部分的代碼都是由C語言寫成，因為C語言是一種高級別的語言，用它寫的程序可以被編譯成各種指令集中指令所野棗構(gòu)成的二進制可執(zhí)行程序。C語言雖然高級別，但是有時候在沒辦法使用C語言的場合(比方為了訪問處理器內(nèi)不同寄存器就需要使用匯編而非C語言)，或者有時候為了追求效率的提升，我們必須得用匯編來寫程序。Linux內(nèi)核為了支持不同的處理器架構(gòu)，所以在其代碼中包括了少量的匯編代碼。所以我們可以認為，就內(nèi)核源代碼級別來說，基于不同指令集的Linux內(nèi)核是沒有太多區(qū)別的。
這是內(nèi)核，對于不同應用程序來說，我們也可以認為是沒什么區(qū)別，因為應用程序基于C函數(shù)庫導出的不同函數(shù)，以及Linux內(nèi)核所提供的系統(tǒng)調(diào)用，這些都是C語言接口，所以旁脊歲應用程序都用高級語言寫成，基本上不會使用匯編語言。
如果要真說有什么區(qū)別，那就體現(xiàn)在編譯后出來的二進制代碼上。我們認為那是完全不同的。因為完成同一個功能的二進制代碼，里面包含的是來自不同指令集內(nèi)的不同指令。
就這么多了，您還需要多少詳細的解答？:)
(該解答來自JulianTec – 您在 arm 架構(gòu)下學習嵌入式Linux的上佳指導。)
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