AMD KFD的BO设计分析系列5-3：VM-amdgpu_bo_va_mapping

1. 概念解释

amdgpu_bo_va_mapping 是 AMDGPU 驱动中用于描述一个 BO（Buffer Object）在某个 VM（虚拟地址空间）中的具体虚拟地址映射关系的数据结构。它的使用时机和代码调用点主要围绕 GPU 虚拟内存管理、显存映射、页表维护等场景。

struct amdgpu_bo_va_mapping {
    struct amdgpu_bo_va *bo_va;      // 指向该映射所属的 BO-VA 对象（BO 在 VM 中的描述）
    struct list_head list;           // 用于挂载到 BO-VA 的映射链表（如 invalids/valids）
    struct rb_node rb;               // 红黑树节点，用于插入 VM 的 interval tree，便于地址查找
    uint64_t start;                  // 映射区间的起始页号（GPU 虚拟地址空间）
    uint64_t last;                   // 映射区间的结束页号（GPU 虚拟地址空间）
    uint64_t __subtree_last;         // interval tree 用于快速查找的辅助字段（最大结束页号）
    uint64_t offset;                 // 映射到 BO 的偏移（BO 内部的起始位置）
    uint64_t flags;                  // 映射属性标志（如读/写/PRT/有效等）
};

2.使用时机

1. BO 映射到 VM 时

   • 当用户空间或内核需要将某个 BO 映射到 GPU 虚拟地址空间（如通过 ioctl 或 KFD/HSA runtime），驱动会创建一个 amdgpu_bo_va_mapping 实例，描述该 BO 的哪一段物理内存被映射到 VM 的哪个虚拟地址区间。

   • 典型场景：OpenCL/Vulkan 显存分配、图形渲染缓冲区映射、KFD 进程显存管理。

2. 虚拟地址空间管理和页表更新时

   • 每次 BO 的映射、迁移、驱逐、失效等操作，都会涉及到 amdgpu_bo_va_mapping 的创建、插入、删除或状态迁移。

   • 页表更新时，驱动遍历所有相关的 amdgpu_bo_va_mapping，批量更新 PTE（页表项）。

3. 映射冲突检测和 interval tree 管理时

   1. 驱动通过 interval tree（红黑树）管理所有 amdgpu_bo_va_mapping，实现虚拟地址区间的高效查找和冲突检测。

3. 主要代码调用点

amdgpu_vm_bo_map

这是 BO 映射的核心接口。每次调用都会分配一个新的 amdgpu_bo_va_mapping，并设置其起始地址、结束地址、offset、flags 等。

mapping = kmalloc(sizeof(*mapping), GFP_KERNEL);
mapping->start = saddr;
mapping->last = eaddr;
mapping->offset = offset;
mapping->flags = flags;
amdgpu_vm_bo_insert_map(adev, bo_va, mapping);

amdgpu_vm_bo_unmap

当需要解除 BO 的映射时（如显存回收、进程退出），会查找并删除对应的 amdgpu_bo_va_mapping，并更新 VM 的 interval tree 和状态链表。

页表更新相关函数

如 amdgpu_vm_update_range、amdgpu_vm_bo_update，会遍历所有 amdgpu_bo_va_mapping，批量更新页表项，确保 GPU 虚拟地址空间与物理内存的一致性。

映射冲突检测

在映射新 BO 前，驱动会通过 interval tree 查找是否有冲突的 amdgpu_bo_va_mapping，防止虚拟地址区间重叠。

状态迁移与调试

amdgpu_bo_va_mapping 还会参与 BO 状态链表的迁移（如 invalids、valids、moved、idle 等），并通过 trace 机制记录映射操作，便于调试和性能分析。

4.总结

amdgpu_bo_va_mapping 的使用时机贯穿于 BO 显存映射、虚拟地址空间管理、页表更新、冲突检测、状态迁移等所有 GPU 虚拟内存相关操作。其主要代码调用点集中在 BO 映射（amdgpu_vm_bo_map）、插入（amdgpu_vm_bo_insert_map）、解除映射（amdgpu_vm_bo_unmap）、页表更新和 interval tree 管理等函数中，是 AMDGPU 虚拟内存系统的基础数据结构之一。

---

技术交流，欢迎加入社区：GPUers。