内存与共享内存模型

每台机器拥有一个内存池文件，客户机内存与设备区域按固定布局排布。QEMU 与 设备模型映射同一文件，从而共享客户机内存与 VRAM。

内存池与区域

launcher 在启动进程前计算每台机器的布局：

  • 客户机内存位于第一个区域，设备区域按声明顺序追加；

  • 每个区域的大小必须是执行系统页大小的整数倍，起始对齐是不小于一页的 2 的 幂，默认 2 MiB；

  • 每个区域的名称、偏移与大小写入 layout.json；

  • 内存池总大小按布局一次算清，例如 8 GiB 客户机内存加一个 16 GiB VRAM 区域 得到 24 GiB 池。

        flowchart LR
    R[guest_ram 区域] --- H[Host QEMU]
    R --- G0[gem5 设备 0]
    R --- G1[gem5 设备 1]
    V0[mi300x-0.vram 区域] --- G0
    V1[mi300x-1.vram 区域] --- G1
    V0 ---|BAR0 映射| H
    V1 ---|BAR0 映射| H

客户机物理地址与文件偏移

vHost 模板通过 memory_map 声明客户机物理 RAM 区间。Rust 校验区间顺序、 页边界与总大小，为它们分配连续的文件偏移，再把结果通过 --host-memory-ranges 传给 gem5。

vHost profile 与客户机地址区间

池文件偏移

Q35：[0, below_4g)

从 0 开始

Q35：[4 GiB, 4 GiB + above_4g)

从 below_4g 开始

AArch64 virt：[1 GiB, 1 GiB + ram_size)

从 0 开始

PCI 地址空洞不占用池文件字节。VRAM 区域位于完整客户机内存之后，客户机物理 地址与文件偏移是两个独立字段。标准 x86 配置把 RAM 拆成低地址与 4 GiB 以上 两段，低地址段最多 2 GiB（RAM 不小于 2.75 GiB 时）。

QEMU 与 gem5 如何共享

  • QEMU 用 memory-backend-file 映射客户机内存区域，share=on，并指定 offset=ram.offset；

  • gem5 的 PhysicalMemory 在指定偏移映射客户机内存与设备内存，检查区域 大小，并保持外部文件原有长度；

  • MI300XVfioUser 用与池中 VRAM 相同的文件偏移调用 vfu_setup_region， 因此 QEMU 通过 BAR0 映射访问的字节与 gem5 设备内存是同一份；

  • QEMU 设备进程没有私有区域，客户机内存通过 vfio-user 的 DMA 映射提供。

VRAM 访问不走 vfio-user：它由共享文件的 BAR 映射直接完成。vfio-user 只承载 配置空间、MMIO、DMA 映射与中断。

容量预留与会话隔离

  • launcher 在启动任何模拟器之前预留内存池容量；并发会话在准备阶段占用文件 系统可用容量，预留失败时会释放该会话已占用的资源；

  • Linux 上池目录默认为 /dev/shm/cosim-<name>-<hash>，其他系统使用 <run-dir>/memory；目录先以临时名称创建并写入所有权标记，再以不替换 已有目录的方式发布；

  • 会话结束时删除池文件与池目录，其他会话以同名发布的目录不受影响；

  • 检查运行目录与池目录的包含关系前，两个路径中已存在的部分会先解析符号链接。

数据与一致性

客户机内存保存命令环、fence、中断记录、队列描述符与 DMA 缓冲；VRAM 保存 设备分配、discovery 信息与 GPU 页表。共享文件只提供数据存储，访问顺序、 缓存行为与同步语义由设备模型和客户机软件决定。地址翻译细节见 GPU 地址翻译。

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