QEMU是否模拟TLB？

Question

我有一个非常简单的问题，QEMU是否模拟TLB？当客户Linux系统执行“invlpg”指令以使TLB条目无效时会发生什么？我知道QEMU有用于将客户虚拟地址转换为主机虚拟地址的softmmu link，但是QEMU是否模拟实际的TLB，以及“invlpg”指令的效果是什么？还是QEMU只是忽略此指令？

- Naman Patel

Answer 1

答案介于“是”和“否”之间。QEMU不尝试模拟实际客户CPU的TLB（这是一种加速从客户虚拟地址到客户物理地址查找的硬件）。但是它实现了自己相当类似的数据结构，称为TLB - 这加速了从客户虚拟地址直接到主机虚拟地址的RAM的查找，或从客户虚拟地址到模拟设备的读/写函数的查找。

由于CPU TLB和QEMU的TLB之间存在相似之处，我们可以使用客户指令使TLB失效或以其他方式操作TLB，作为执行QEMU TLB失效的触发器（这就是helper_invlpg（）中tlb_flush_page（）调用的操作）; 因此，这些指令不是简单的无操作。我们也欺骗客户端并告诉它关于其TLB大小的合理信息，如果它使用cpuid指令查询缓存和TLB信息。但是我们实际上没有对客户端TLB进行建模 - 因此您不会看到与客户端TLB大小相关的性能变化，并且您无法记录有关客户端TLB命中和未命中的信息，并且我们不在具有TLB锁定功能的CPU架构上实施TLB锁定。

最后，“info tlb”监视器命令名称相当错误，因为它实际上显示有关客户端页面表设置的信息，与TLB状态无关。

- Peter Maydell

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当您说客户CPU的TLB时，它是否指向在带有vCPU的客户环境中虚拟化的TLB？ - Amit Singh Tomar

Answer 2

QEMU是否模拟TLB？

是的。

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QEMU监视器控制台提供了一个info tlb命令，该命令将

列出TLB（转换后备缓存），即物理内存和虚拟内存之间的映射

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CPU仿真文档中有一节说

页面高速缓存在QEMU源代码中称为“TLB”。

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在源代码中，即target-i386/cpu.c，我们看到与TLB相关的以下定义：

/* TLB definitions: */

#define L1_DTLB_2M_ASSOC       1
#define L1_DTLB_2M_ENTRIES   255
#define L1_DTLB_4K_ASSOC       1
#define L1_DTLB_4K_ENTRIES   255

#define L1_ITLB_2M_ASSOC       1
#define L1_ITLB_2M_ENTRIES   255
#define L1_ITLB_4K_ASSOC       1
#define L1_ITLB_4K_ENTRIES   255

#define L2_DTLB_2M_ASSOC       0 /* disabled */
#define L2_DTLB_2M_ENTRIES     0 /* disabled */
#define L2_DTLB_4K_ASSOC       4
#define L2_DTLB_4K_ENTRIES   512

#define L2_ITLB_2M_ASSOC       0 /* disabled */
#define L2_ITLB_2M_ENTRIES     0 /* disabled */
#define L2_ITLB_4K_ASSOC       4
#define L2_ITLB_4K_ENTRIES   512

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在target-i386/translate.c中，我们看到以下代码处理INVLPG指令：

    case 7:
        if (mod != 3) { /* invlpg */
            if (s->cpl != 0) { 
                gen_exception(s, EXCP0D_GPF, pc_start - s->cs_base);
            } else {
                gen_update_cc_op(s);
                gen_jmp_im(pc_start - s->cs_base);
                gen_lea_modrm(env, s, modrm);
                gen_helper_invlpg(cpu_env, cpu_A0);
                gen_jmp_im(s->pc - s->cs_base);
                gen_eob(s);
            }
        }

gen_helper_invlpg是在target-i386/misc_helper.c中实现的：

void helper_invlpg(CPUX86State *env, target_ulong addr)
{
    X86CPU *cpu = x86_env_get_cpu(env);

    cpu_svm_check_intercept_param(env, SVM_EXIT_INVLPG, 0); 
    tlb_flush_page(CPU(cpu), addr);
}

这里调用了 tlb_flush_page，该函数实现在cputlb.c中。

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所以可以看出，是的，INVLPG指令会刷新地址的TLB。

- Jonathon Reinhart

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只是一个问题，我想知道是否可以使用QEMU管理和模拟虚拟缓存系统？就像这样的系统：“来自CPU的虚拟地址”->“虚拟缓存（VIVT或VIPT）”->“TLB”->“内存（DRAM）”。而不是传统的系统，即“来自CPU的虚拟地址”->“TLB”->“缓存（PIPT）”->“内存”。 - Alireza Sanaee