03 内存脏页与异步 PF 机制与实现详解

1. dirty_ring.c — 脏页环

依赖：CONFIG_HAVE_KVM_DIRTY_RING（ARM64 可选 HAVE_KVM_DIRTY_RING_ACQ_REL，弱序架构需额外内存序语义）。

动机：传统 KVM_GET_DIRTY_LOG bitmap 在大内存 VM 上 扩展性差；脏页环提供 per-vCPU 环形缓冲区，用户态增量拉取脏 GPA。

要点：

• kvm_dirty_ring_used / soft_limit / full 控制背压；
• kvm_reset_dirty_gfn 清除 dirty 标记；
• kvm_cpu_dirty_log_size() 为 weak，架构可扩展保留项数。

RK3588：作 host 跑大内存 Android VM 时，若启用 dirty ring 可降低 migration/live snapshot 开销；需 QEMU 与内核 同时支持。

2. pfncache.c — PFN 缓存

依赖：CONFIG_HAVE_KVM_PFNCACHE。

缓存 GFN→PFN 解析结果，加速 MMIO/缺页路径中重复查找。架构通过 Kconfig 声明能力；与 ARM Stage-2 页表协作在 arch 层消费。

3. async_pf.c — 异步 Page Fault

依赖：CONFIG_KVM_ASYNC_PF（x86 为主；ARM 支持情况视配置）。

流程概念：

1. Guest 触发缺页 exit；
2. 架构可投递 异步 PF 工作项 async_pf_execute；
3. 在 host mm 中 fault-in 页面后 kvm_async_pf_completion 唤醒 guest。

static void async_pf_execute(struct work_struct *work)
{
	// 在 apf->mm 中处理缺页，再通知 vcpu
}

降低 KVM_RUN 线程阻塞；对 内存大、换页频繁 的 VM 有益。

4. coalesced_mmio.c — MMIO 合并

依赖：CONFIG_KVM_MMIO（ARM64 KVM select）。

问题：高频 MMIO（如 virtio 环）每次写都 VM exit 开销大。

做法：在 专用页（KVM_GET_VCPU_MMAP_SIZE 含一页）维护 ring buffer，批量提交 MMIO 写，减少 exit 次数。

头文件 coalesced_mmio.h 定义环格式；kvm_main 在 MMIO bus 上注册 coalesced zone。

5. kvm_mm.h

公共 MM 辅助声明，供 dirty_ring、kvm_main 共享，非独立功能模块。

6. 与 kvm_main 内存路径关系

机制	触发场景
mmu_notifier	host 换出/释放 guest RAM 页
dirty ring / dirty log	迁移、增量备份
async pf	guest 缺页
coalesced mmio	批量设备寄存器写

ARM64 guest RAM 映射实现在 arch/arm64/kvm/mmu.c（Stage-2 IPA）。

7. RK3588 实践

场景	建议
桌面/服务器式 VM 迁移	评估 dirty ring + QEMU 新版本
嵌入式轻量 VM	常关闭，简化路径
virtio 性能	coalesced mmio + ioeventfd（见 02 文档）

8. 小结

virt/kvm 中内存相关文件侧重 性能与可扩展性；页表与 Stage-2 仍在 arch。RK3588 host 调优 virtio/MMIO 时 coalesced_mmio 与 eventfd 通常比 dirty ring 更常触及。