KVM 页故障处理 包括EPT 和 影子页表

最新推荐文章于 2025-08-16 11:23:17 发布
原创 最新推荐文章于 2025-08-16 11:23:17 发布 · 1.9k 阅读 · 0 ·
CC 4.0 BY-SA版权
版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。

博客围绕KVM页故障处理展开，涉及EPT和影子页表相关内容。KVM在处理页故障时，EPT和影子页表发挥着重要作用，它们有助于保障系统的稳定运行和高效处理页故障问题。

KVM EPT页表
yiyeguzhou100的专栏
03-31 1738
KVM在vcpu创建时创建和初始化MMU, kvm_vm_ioctl kvm_vm_ioctl_create_vcpu kvm_arch_vcpu_create kvm_mmu_create(vcpu) vcpu->arch.mmu = &vcpu->arch.root_mmu; vcpu->arch.walk_mmu = &vcpu->arch.root_mmu; __kvm_mmu_cr
虚拟化——影子页表
ShenlanIdea的博客
09-12 2697
内存虚拟化的目的： 1.提供给虚拟机一个从0地址开始的连续物理内存空间； 2.在虚拟机之间有效隔离，调度以及共享内存资源。   客户机操作系统所维护的页表负责实现客户机虚拟地址(GVA)到客户机物理地址(GPA)的转化，而这个GPA地址是不能直接发送到系统总线上去 的。还需要实现GPA到宿主机虚拟地址(HVA），宿主机虚拟地址(HVA)到宿主机物理地址(HPA)的转化，总的
KVM 客户机影子页表机制和缺页处理机制及其代码流程.pdf
07-11
KVM 客户机影子页表机制和缺页处理机制及其代码流程.pdf 学习资料 复习资料 教学资源
KVM之EPT与影子页表（七）
bob的博客
09-01 2355
一、简述Linux内存映射 这部分其实是一个很庞大的话题，它包括分段、分页机制等，在不同架构、不同地址转换机制下，地址转换过程是不同的。本文的重点不在于这些复杂的分段分页保护机制、保护模式、实模式等内容。主要着眼于以下几个概念和问题： 虚拟地址和物理地址 MMU 内存置换 缺页中断处理 页表项初始化过程 1.1 虚拟地址和物理地址 从进程和CPU角度分析虚拟地址和物理地址： 虚拟地址（VA，virtual address）：对于正在运行的进程而言，代码指令中指针所指的地址、函数入口地址、返回地址等，进程
影子页表和EPT
weixin_34256074的博客
11-10 301
2019独角兽企业重金招聘Python工程师标准>>> ...
qemu-kvm 内存虚拟化---ept
04-17 2586
qemu-kvm内存虚拟化 内存虚拟化实际就是进行地址转换从客户机虚拟地址-->客户机物理地址-->宿主机的物理地址，转换实现有两种硬件内存虚拟化和软件影子页表方式， 下面主要分析基于intel ept硬件内存虚拟化实现，此实现主要做两件事情 1.开启ept功能2.构造转换页表。注意该页表构造采用动态方式（常说懒惰方式），就是不到完不得以情况不创建。此页表创建实现就是采用ept violati
KVM虚拟化技术解析：从企业应用到个人创新的开源力量
最新发布
qq_44623314的博客
08-16 1275
KVM（Kernel-based Virtual Machine）是Linux内核集成的开源虚拟化引擎，将Linux转变为Type-1型Hypervisor，利用硬件虚拟化扩展实现接近原生性能的虚拟化。其技术优势包括：深度内核集成降低性能开销；硬件辅助CPU虚拟化（VT-x/AMD-V）实现高效上下文切换；EPT/NPT内存管理技术优化访问效率；virtio半虚拟化框架提升I/O性能。KVM生态涵盖轻量级工具（如One-KVM）、企业级平台（oVirt、Proxmox VE）和云解决方案（OneCloud）
故障诊断新武器：EPT技术确保虚拟环境稳定运行的秘诀
本文详细探讨了扩展页表（EPT）技术的多个方面，包括其概述、理论基础、实际应用、高级应用与优化以及所面临的挑战与对策。EPT技术在现代虚拟化环境中扮演着核心角色，它通过提高内存管理效率和安全性来优化虚拟机的...
KVM——1——KVM简介及基础安装配置
lin小将的博客
08-12 2906
KVM简介： 1、虚拟化简史 2、为什么需要CPU虚拟化 X86 操作系统是设计在直接运行在裸硬件设备上的，因此它们自己认为它们完全占有计算机硬件。x86 架构提供四个特权级别给操作系统和应用程序来访问硬件。 Ring 是指CPU 的运行级别，Ring 0是最高级别，Ring1次之，Ring2更次之…… 就 Linux+x86 来说， 操作系统（内核）需要直接访问硬件和内存，因此它的代码需要运行在最高运行级别Ring0上，这样它可以使用特权指令，控制中断、修改页表、访问设备等等。 应用程序的代码运行在最低
潘多拉：KVM热迁移与匿名内存缺页优化
同时，在缺页处理流程中引入轻量级影子页表机制，减少TLB刷新与上下文切换开销，使得缺页响应时间大幅缩短。此外，还优化了KVM的EPT（Extended Page Table）缺页处理逻辑，避免不必要的锁竞争与内存拷贝，进一步增强...
影子页表机制和代码分析
11-25
对xen的影子页表进行分析，包括原理和代码分析。
linux内核源码分析之缺页异常
07-26 5055
在取指令或数据的时候，处理器的内存管理单元需要把虚拟地址转换成物理地址。如果虚拟也没有找到物理页时，或者没有访问权限，处理器将生成页错误异常。通常情况下称为缺页异常访问用户栈的时候，超出了当前用户栈的范围，需要扩大用户栈当进程申请虚拟内存区域的时候，通常没有分配物理页，进程第一次访问的时候触发页错误异常。内存不足的时候，内核把进程的匿名页换出到交换区一个文件页被映射到进程的虚拟地址空间，内存不足时，内核回收这个文件页，在进程的页表中删除这个文件的映射可能是软件有意造成的，如写时复制。............
再谈EPT与影子页表
leeham的博客
11-03 4239
再谈EPT与影子页表 之前写过一篇博客记录自己对EPT和影子页表的学习。但是随着其他知识的输入，发现之前对EPT和影子页表的理解还太肤浅。本人在最近的学习过程中又遇到了与EPT和影子页表有关的话题，发现自己还有很多细节问题没有弄懂。故本文旨在进一步分析自己对两者概念的理解，以及对两者之间差异的认识。相较于之前，多了一些自己的想法。 本文的提纲如下： 简述Linux内存映射 虚拟机的内存映射—以...
影子页表
sicofield的专栏
02-04 8568
在真实的物理机器里，我们可以将地址层次抽象成两层，一层是虚拟地址，另一层是物理地址。而虚拟地址到物理地址的映射（PA->MA）参考：地址管理而在虚拟化的环境中，GuestOS之中的地址映射是： PA（进程地址）->HA （虚拟机“物理”地址）。问题就在于HA向真实的物理地址MA的转换（HA -> MA）。以Xen为例子来说明：Xen是支持全虚拟化和半虚拟化的，所以Xen提供了两种地址转换模式:直接模
Linux虚拟化：KVM影子页表
RToax
06-14 937
2019年是崭新的一年，Linux kernel 5.0 低调发布了，给我的感觉就是，牛人不断在飞跃，我们也要策马奔腾赶紧追赶才有些许出路。 内核子系统众多，我发现KVM是个非常有意思的子系统，对cpu,内核，IO的虚拟化玩的太溜了，一些技巧真是令人折服，简直就是一个超级魔法师，也可以成为"骗术”,而且还是里因外和。话不多说，进入主题。 VM虚拟化，对虚拟cpu很好理解,cpu采用两种模式，一种是root模式下的0 – 3特权级，另一种是非root模式下的0 - 3特权级别。在...
简单的页异常流程
老鹰不捉小鸡
03-25 866
本文是基于Linux0.11源码来叙述该功能 取之于互联网 用之于互联网 页异常中断处理程序（中断 14），主要分两种情况处理。 是由于缺页引起的页异常中断， 这需要通过调用 do_no_page(error_code, address)来处理； 是由于页面写保护引起的页异常，此时调用页写保护处理函数 do_wp_page(error_code, address)进行处理。 函数参数中的出错码(error_code)是由CPU 自动产生并被压入堆栈的，出现异常时访问的线性地址是从控制寄存器 CR2
第一次页故障
m0_52774249的博客
05-18 888
课后作业4.3第一关
C语言之总线错误、段错误、页错误、malloc、static
weixin_38360181的博客
08-16 1993
当硬件告诉操作系统一个有问题的内存引用时，就会出现这两种错误。操作系统通过向出错的进程发送一个信号与之交流。进程收到 “bus error” 或 "segmentation fault"信号后将进行信息转储并终止。不过可以认为这些信号设置一个信号处理程序（signal handler），用于修改进程的缺省反应。 bus error (core dumped) 总线错误 CPU对进程引用内存的一些做法不满 事实上，总线错误几乎都是由于未对齐的读或写引起的。之所以称为总线错误，是因为出现未对齐的..
qemu建立ept页表的过程
03-21
<think>嗯，用户问的是QEMU建立EPT页表的过程。首先，我需要回忆一下QEMU和KVM之间的关系。QEMU负责设备模拟和用户层面的管理，而KVM负责处理CPU和内存虚拟化，特别是硬件加速的部分。EPT属于内存虚拟化，应该是由KVM来处理的，而不是QEMU直接建立EPT页表。 那用户为什么会这么问呢？可能他对QEMU和KVM的分工不太清楚，以为QEMU会直接参与EPT的创建。我需要解释清楚两者的分工，说明QEMU不直接建立EPT，而是通过KVM来完成的。 接下来，我需要详细说明QEMU在其中的角色。比如，QEMU如何配置内存区域，如何通过ioctl与KVM交互，触发KVM去建立EPT页表。可能需要分步骤解释，比如初始化内存区域、设置内存属性、通知KVM映射内存等。 还要注意用户可能的误区，比如认为QEMU直接操作EPT，但实际上所有的EPT操作都是由KVM在内核态处理的。需要强调QEMU在用户态，无法直接访问硬件功能，如EPT的指令。 另外，用户可能想知道整个流程的细节，比如内存注册、缺页处理等。需要解释当虚拟机访问内存时，如何触发EPT缺页，KVM如何处理，以及QEMU在其中的辅助作用，比如模拟设备或处理MMIO。 是否需要举例说明QEMU如何设置内存？比如使用memory_region_init_ram这样的函数，或者通过命令行参数配置大页，这些都会间接影响EPT的行为。但重点还是KVM负责EPT的建立和管理。 最后，总结一下整个过程，明确QEMU和KVM各自的职责，强调EPT是由KVM在硬件辅助下完成的，而QEMU只是辅助配置和通信。确保用户理解两者的协作关系，而不会混淆各自的功能。</think>在QEMU/KVM虚拟化架构中，**EPT页表的构建和管理完全由KVM内核模块负责**，QEMU并不直接参与EPT页表的创建或维护。但QEMU通过配置内存布局、传递客户机物理内存信息等操作，间接驱动KVM完成EPT页表构建。以下是详细过程分析： --- ### 一、QEMU与KVM的协作流程 | 步骤 | QEMU的行为 | KVM的行为 | 与EPT的关系 | |------|------------|-----------|-------------| | **1. 内存初始化** | 调用`memory_region_init_ram()`定义虚拟机内存区域 | 无直接操作 | 为EPT提供客户机物理内存（GPA）布局 | | **2. 内存注册** | 通过`kvm_set_user_memory_region()`将内存区域注册到KVM | 创建EPT影子页表框架 | 建立HVA（Host Virtual Address）到GPA的初步映射 | | **3. 虚拟机启动** | 调用`ioctl(KVM_RUN)`启动VCPU | 进入VMX非根模式，启用EPT硬件 | 硬件自动使用EPT进行GPA→HPA转换 | | **4. 缺页处理** | 处理KVM_EXIT_MMIO等异常（如设备模拟） | 捕获EPT_VIOLATION，动态填充EPT页表项 | 按需构建EPT页表 | --- ### 二、QEMU间接驱动EPT构建的关键步骤 #### 1. **定义虚拟机内存布局** QEMU通过`MemoryRegion`结构描述客户机物理地址空间（GPA空间）： ```c // 示例：分配4GB内存 ram_size = 4ULL * 1024 * 1024 * 1024; memory_region_allocate_system_memory(&ram_memory, NULL, "pc.ram", ram_size); memory_region_add_subregion(system_memory, 0, &ram_memory); ``` 此时仅建立逻辑上的内存布局，**尚未涉及EPT**。 #### 2. **向KVM注册内存区域** QEMU通过`KVM_SET_USER_MEMORY_REGION` ioctl将内存区域信息传递给KVM： ```c struct kvm_userspace_memory_region region = { .slot = 0, .guest_phys_addr = 0, // GPA起始地址 .memory_size = ram_size, // 内存大小 .userspace_addr = host_addr, // QEMU进程的虚拟地址（HVA） }; ioctl(kvm_fd, KVM_SET_USER_MEMORY_REGION, &region); ``` KVM收到此信息后： - 建立EPT顶层页表结构（PML4） - 将`HVA→HPA`的映射关系暂存，但**EPT页表项（PTE）此时为空** #### 3. **触发EPT页表动态填充** 当虚拟机首次访问某块内存时： 1. CPU检测到EPT页表缺失（EPT_VIOLATION） 2. KVM捕获该异常，调用`kvm_tdp_page_fault()` 3. KVM根据QEMU注册的`HVA→GPA`映射，结合宿主机页表（HVA→HPA）填充EPT页表项 4. 更新EPT后，VM继续执行 --- ### 三、技术细节：EPT页表构建的硬件加速 #### EPT页表层级结构（以4级页表为例） ``` EPT PML4 (Level 4) → EPT PDPT (Level 3) → EPT PD (Level 2) → EPT PT (Level 1) ``` - **KVM使用TDX（Two-Dimensional Paging）算法**自动管理层级结构 - **硬件自动缓存EPT页表**（EPT TLB），无需软件维护 #### 性能优化机制 | 机制 | QEMU的关联操作 | 对EPT的影响 | |------|----------------|-------------| | **大页（Huge Page）** | 使用`-mem-path /dev/hugepages` | KVM直接填充2MB/1GB EPT大页项，减少页表层级 | | **脏页跟踪** | `memory_region_set_log(true)` | KVM通过EPT写保护位监控内存修改 | | **内存去重** | Balloon驱动交互 | KVM合并相同EPT项 | --- ### 四、调试与观察方法 #### 1. **查看当前EPT状态** 通过KVM调试接口获取EPT信息： ```bash # 需内核启用CONFIG_KVM_MMU_AUDIT echo 1 > /sys/kernel/debug/kvm/print_pte ``` #### 2. **QEMU Trace日志** 启用EPT相关事件跟踪： ```bash qemu-system-x86_64 -trace "kvm_mmu_*" ... ``` #### 3. **GDB调试KVM模块** ```bash # 在内核中设置断点 b kvm_tdp_page_fault ``` --- ### 五、特殊场景处理 #### 1. **EPT缺页模拟（Emulated MMIO）** 当虚拟机访问未映射的GPA时： - KVM触发EPT_VIOLATION - QEMU收到`KVM_EXIT_MMIO`事件 - QEMU模拟设备响应，并调用`kvm_set_phys_mem()`更新EPT映射 #### 2. **动态内存热插拔** QEMU添加新内存区域后： ```c kvm_set_user_memory_region(new_region); // 触发KVM更新EPT ``` --- ### 结论： QEMU并不直接构建EPT页表，而是通过以下方式驱动KVM完成： 1. **配置内存布局**：定义客户机物理地址空间（GPA） 2. **注册内存区域**：通过`KVM_API`将HVA→GPA映射告知KVM 3. **响应缺页事件**：处理需要软件模拟的内存访问 EPT页表的具体填充完全由KVM在硬件辅助下动态完成，整个过程对QEM透明。理解这一分工机制是优化虚拟机内存性能的关键。
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

个

红包个数最小为10个

元

红包金额最低5元

当前余额3.43元 前往充值 >
需支付：10.00元
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付元
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明：

1.余额是钱包充值的虚拟货币，按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载，可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值