qemu对虚拟机的内存管理（一）

在分析了KVM中对虚拟机各级地址（gva->gpa->hva->hpa）的转换之后，想要知道qemu中又是如何完成各级地址转换的，因此对qemu中对虚拟机内存管理的相关数据结构与源码进行了分析。qemu中对于虚拟机内存管理涉及的数据结构较多，仅gpa->hpa的转换过程涉及的数据结构就有：MemoryRegion, AddressSpace, MemoryRegionSection, Flatview, FlatRange, RAMBlock, RAMList等。

这几个数据结构的关系刚接触时有些混乱，以下试图从gpa到hva的转换来整理这几个数据结构之间的关系。

qemu源码版本为qemu-2.8.0

 

 一、MemoryRegion

QEMU通过MemoryRegion来管理虚拟机内存，通过内存属性，GUEST物理地址等特点对内存分类，就形成了多个MemoryRegion，这些MemoryRegion 通过树状组织起来，挂接到根MemoryRegion下。每个MemoryRegion树代表了一类作用的内存，如系统内存空间(system_memory)或IO内存空间(system_io),这两个是qemu中的两个全局MemoryRegion。

struct MemoryRegion {
    Object parent_obj;

    /* All fields are private - violators will be prosecuted */

    /* The following fields should fit in a cache line */
    bool romd_mode;
    bool ram;
    bool subpage;
    bool readonly; /* For RAM regions */
    bool rom_device;
    bool flush_coalesced_mmio;
    bool global_locking;
    uint8_t dirty_log_mask;
    RAMBlock *ram_block; //指向对应的RAMBlock
    Object *owner;
    const MemoryRegionIOMMUOps *iommu_ops;

    const MemoryRegionOps *ops;
    void *opaque;
    MemoryRegion *container; //指向父MR
    Int128 size; //区域大小
    hwaddr addr; //在父MR中的偏移量
    void (*destructor)(MemoryRegion *mr);
    uint64_t align;
    bool terminates;
    bool ram_device;
    bool enabled;
    bool warning_printed; /* For reservations */
    uint8_t vga_logging_count;
    MemoryRegion *alias; //指向实体MR
    hwaddr alias_offset;// 起始地址 (GPA) 在实体 MemoryRegion 中的偏移量
    int32_t priority;
    QTAILQ_HEAD(subregions, MemoryRegion) subregions; //子区域链表头
    QTAILQ_ENTRY(MemoryRegion) subregions_link; //子区域链表结点
    QTAILQ_HEAD(coalesced_ranges, CoalescedMemoryRange) coalesced;
    const char *name;
    unsigned ioeventfd_nb;
    MemoryRegionIoeventfd *ioeventfds;
    QLIST_HEAD(, IOMMUNotifier) iommu_notify;
    IOMMUNotifierFlag iommu_notify_flags;
};

MemoryRegion 表示在 Guest memory layout 中的一段内存，可将 MemoryRegion 划分为以下三种类型：

• 根级 MemoryRegion: 直接通过 memory_region_init 初始化，没有自己的内存，用于管理 subregion。如 system_memory
• 实体 MemoryRegion: 通过 memory_region_init_ram 初始化，有自己的内存 (从 QEMU 进程地址空间中分配)，大小为 size 。如 ram_memory(pc.ram) 、 pci_memory(pci) 等。 这种MemoryRegion中真正的分配物理内存，最主要的就是pc.ram和pci。分配的物理内存的作用分别是内存、PCI地址空间以及fireware空间。QEMU是用户空间代码，分配的物理内存返回的是hva，hva保存至RAMBlock的host域。通过实体MemoryRegion对应的RAMBlock可以管理HVA。
• 别名 MemoryRegion: 通过 memory_region_init_alias 初始化，没有自己的内存，表示实体 MemoryRegion(如 pc.ram) 的一部分，通过 alias 成员指向实体 MemoryRegion，alias_offset 代表了该别名MemoryRegion所代表内存起始GPA相对于实体 MemoryRegion 所代表内存起始GPA的偏移量。如 ram_below_4g 、ram_above_4g 等。

代码中常见的 MemoryRegion 关系为：

                   alias
ram_memory (pc.ram) - ram_below_4g(ram-below-4g)
                    - ram_above_4g(ram-above-4g)

                     sub
system_memory(system) - ram_below_4g(ram-below-4g)
                      - ram_above_4g(ram-above-4g)
                      - pcms->hotplug_memory.mr        热插拔内存

实际上虚拟机的ram申请时是一次性申请的一个完成的ram，记录在一个MR中，之后又对此ram按照size进行了划分，形成subregion,而subregion 的alias便指向原始的MR，而alias_offset 便是在原始ram中的偏移。对于系统地址空间的ram，会把刚才得到的subregion注册到系统中，父MR是刚才提到的全局MR system_memory,subregions_link是链表节点。addr是子MR相对于父MR的偏移，在函数pc_memory_init()函数中有对实体MemoryRegion和别名MemoryRegion的初始化：

void pc_memory_init(PCMachineState *pcms,
                    MemoryRegion *system_memory,
                    MemoryRegion *rom_memory,
                    MemoryRegion **ram_memory)
{
    int linux_boot, i;
    MemoryRegion *ram, *option_rom_mr;
    MemoryRegion *ram_below_4g, *ram_above_4g;
    FWCfgState *fw_cfg;
    MachineState *machine = MACHINE(pcms);
    PCMachineClass *pcmc = PC_MACHINE_GET_CLASS(pcms);

    assert(machine->ram_size == pcms->below_4g_mem_size +
                                pcms->above_4g_mem_size);

    linux_boot = (machine->kernel_filename != NULL);

    /* Allocate RAM.  We allocate it as a single memory region and use
     * aliases to address portions of it, mostly for backwards compatibility
     * with older qemus that used qemu_ram_alloc().
     */
    ram = g_malloc(sizeof(*ram));
    memory_region_allocate_system_memory(ram, NULL, "pc.ram",
                                         machine->ram_size); //初始化实体MR pc.ram
    *ram_memory = ram;
    ram_below_4g = g_malloc(sizeof(*ram_below_4g));
    memory_region_init_alias(ram_below_4g, NULL, "ram-below-4g", ram,
                             0, pcms->below_4g_mem_size); //初始化别名MR ram_below_4g，将其alias指向ram，alias_offset为0
    memory_region_add_subregion(system_memory, 0, ram_below_4g); //将别名MRram_below_4g添加为system_memory的subregion,设置偏移addr为0
    e820_add_entry(0, pcms->below_4g_mem_size, E820_RAM);
    if (pcms->above_4g_mem_size > 0) {
        ram_above_4g = g_malloc(sizeof(*ram_above_4g));
        memory_region_init_alias(ram_above_4g, NULL, "ram-above-4g", ram,
                                 pcms->below_4g_mem_size,
                                 pcms->above_4g_mem_size); //初始化别名MR ram_above_4g，将其alias指向ram，alias_offset为below_4g_mem_size
        memory_region_add_subregion(system_memory, 0x100000000ULL,
                                    ram_above_4g);//同上述ram_below_4g，初始化并添加ram_above_4g，设置偏移addr为0x100000000ull,即4g
        e820_add_entry(0x100000000ULL, pcms->above_4g_mem_size, E820_RAM);
    }

void memory_region_init_alias(MemoryRegion *mr,
                              Object *owner,
                              const char *name,
                              MemoryRegion *orig,
                              hwaddr offset,
                              uint64_t size)
{
    memory_region_init(mr, owner, name, size);
    mr->alias = orig; //别名MR的alias指向原实体MR
    mr->alias_offset = offset; //alias_offset表示偏移
}
static void memory_region_add_subregion_common(MemoryRegion *mr,
                                               hwaddr offset,
                                               MemoryRegion *subregion)
{
    assert(!subregion->container);
    subregion->container = mr;
    subregion->addr = offset; //将addr设置为offset
    memory_region_update_container_subregions(subregion);
}

void memory_region_add_subregion(MemoryRegion *mr,
                                 hwaddr offset,
                                 MemoryRegion *subregion)
{
    subregion->priority = 0;
    memory_region_add_subregion_common(mr, offset, subregion);
}

可见subregion的addr即为相对于父MR的偏移，对于ram_below_4g，addr为0，对于ram_above_4g,偏移则为4g,而alias_offset为相对于实体MR的偏移量，对于ram_below_4g，alias_offset为0，对于ram_above_4g，alias_offset为ram_below_4g_size，即为4g。

 二、RAMBlock

上面提到了qemu为虚拟机分配的内存的hva保存在RAMblock的host域，RAMBlock的定义如下：

struct RAMBlock {
    struct rcu_head rcu;                                        // 用于保护 Read-Copy-Update
    struct MemoryRegion *mr;                                    // 对应的 MemoryRegion
    uint8_t *host;                                              // 对应的 HVA
    ram_addr_t offset;                                          // 在 ram_list 地址空间中的偏移 (要把前面 block 的 size 都加起来)
    ram_addr_t used_length;                                     // 当前使用的长度
    ram_addr_t max_length;                                      // 总长度
    void (*resized)(const char*, uint64_t length, void *host);  // resize 函数
    uint32_t flags;
    /* Protected by iothread lock.  */
    char idstr[256];                                            // id
    /* RCU-enabled, writes protected by the ramlist lock */
    QLIST_ENTRY(RAMBlock) next;                                 // 指向在 ram_list.blocks 中的下一个 block
    int fd;                                                     // 映射文件的文件描述符
    size_t page_size;                                           // page 大小，一般和 host 保持一致
};

一个RAMBlock表示一段虚拟内存，host域指向申请的ram的虚拟地址，即hva。所有的RAMBlock通过next字段连接起来，表头保存在全局RAMList中，offset表示当前RAMBlock在RAMList中的偏移。每个RAMBlock都有一个唯一的MemoryRegion对应，但需要注意的是不是每个MemoryRegion都有RAMBlock对应。

在函数pc_memory_init()中为实体memoryregion分配内存时，调用了函数memory_region_allocate_system_memory()，非numa架构下调用函数allocate_system_memory_nonnuma(),继而调用memory_region_init_ram_from_file():

#ifdef __linux__
void memory_region_init_ram_from_file(MemoryRegion *mr,
                                      struct Object *owner,
                                      const char *name,
                                      uint64_t size,
                                      bool share,
                                      const char *path,
                                      Error **errp)
{
    memory_region_init(mr, owner, name, size);
    mr->ram = true;
    mr->terminates = true;
    mr->destructor = memory_region_destructor_ram;
    mr->ram_block = qemu_ram_alloc_from_file(size, mr, share, path, errp); //实体MR指向的RAM_BLOCK为qemu_ram_alloc_from_file函数返回的RAMBlock
    mr->dirty_log_mask = tcg_enabled() ? (1 << DIRTY_MEMORY_CODE) : 0;
}
#endif

函数 qemu_ram_alloc_from_file()中申请并设置RAMBlock，RAMBlock->host 为函数file_ram_alloc()函数的返回值，该函数使用对应路径的（设备）文件来分配内存，调用qemu_ram_mmap()通过mmap方式进行内存分配，可见RAMBlock->host 则为分配的内存的hva的起始地址。

static void *file_ram_alloc(RAMBlock *block,
                            ram_addr_t memory,
                            const char *path,
                            Error **errp)
{
    ......
    area = qemu_ram_mmap(fd, memory, block->mr->align,
                         block->flags & RAM_SHARED);//通过mmap在qemu的进程地址空间中进行地址分配
    if (area == MAP_FAILED) {
        error_setg_errno(errp, errno,
                         "unable to map backing store for guest RAM");
        goto error;
    }

 上述为对实体MemoryRegion “pc.ram” 内存的分配，在为别名MemoryRegion“ram-below-4g”和“ram-above-4g”初始化时调用的是函数memory_region_init_alias(), 该函数调用memory_region_init()

void memory_region_init(MemoryRegion *mr,
                        Object *owner,
                        const char *name,
                        uint64_t size)
{
    object_initialize(mr, sizeof(*mr), TYPE_MEMORY_REGION);
    mr->size = int128_make64(size);
    if (size == UINT64_MAX) {
        mr->size = int128_2_64();
    }
    mr->name = g_strdup(name);
    mr->owner = owner;
    mr->ram_block = NULL; //别名MR的ram_block设置为null
    .......
}

在该函数中将别名MR的ram_block设置为NULL，而“pc.ram”指向的ram_block是有内容的，可见不是所有的MemoryRegion都有对应的RAMBlock，对于分配的RAMBlock，最后会将其插入到全局链表RAMList中。

上述对结构体MemoryRegion和RAMblock的分析可知，对于系统内存而言（不考虑io）实体MemoryRegion是有具体内存的，而别名MemoryRegion是对实体MR不同分段的一个指向，其alias指向实体MR。别名MR都是根级MR system_memory的subregion，通过RAMBlock，可以知道一个MemoryRegion对应内存的hva，其关系大致如下：

 

 三、AddressSpace

从GPA与hva的角度来看，如果以结构体MemoryRegion为核心的话，RAMBlock可以看成是对该片内存区域hva的关联，而AddressSpace在我看来可以看做是对该片内存区域GPA的一个关联，从其注释AddressSpace: describes a mapping of addresses to #MemoryRegion objects也可看出。

这里我有一个疑问：在qemu-2.3.0版本的源码中，结构体MemoryRegion中有一个变量ram_addr表示该片内存区域的GPA的起始地址，而在qemu-2.8.0中，结构体MemoryRegion中没有了这个变量。猜想对于实体MR而言，其addr变量是否就表示为该片内存区域GPA的起始地址，如果是的话，那么对于subregion而言，其alias_offset加上实体addr即可表示该片MemoryRegion的GPA起始地址，加上实体MR对应的RAMBlock，应该就可以实现GPA到HVA的映射了，那么AddressSpace的作用又是什么，其意义何在？先提出这个疑问，看看后续能否得到解答。

/**
 * AddressSpace: describes a mapping of addresses to #MemoryRegion objects
 */
struct AddressSpace {
    /* All fields are private. */
    struct rcu_head rcu;
    char *name;
    MemoryRegion *root; //指向根MR
    int ref_count;
    bool malloced;

    /* Accessed via RCU.  */
    struct FlatView *current_map;                               // 指向当前维护的 FlatView，在 address_space_update_topology 时作为 old 比较

    int ioeventfd_nb;
    struct MemoryRegionIoeventfd *ioeventfds;
    struct AddressSpaceDispatch *dispatch;                      // 负责根据 GPA 找到 HVA
    struct AddressSpaceDispatch *next_dispatch;
    MemoryListener dispatch_listener;
    QTAILQ_HEAD(memory_listeners_as, MemoryListener) listeners;
    QTAILQ_ENTRY(AddressSpace) address_spaces_link;
};

结构体AddressSpace用来表示虚拟机的一片地址空间，不同的设备使用的地址空间不同，但qemu x86中只有两种， address_space_memory和address_space_io,这也是两个全局的address_space变量，所有设备的地址空间都被映射到了这两个上面。其root指向根MemoryRegion, 对于全局变量address_space_memory而言，其root指向系统全局的system_memory，address_space_io的root则指向system_io.由于根MR可能有自己的若干个subregion，因此每个AddressSpace一般包含一系列MemoryRegion，形成树状结构。

AddressSpace中的current_map指向当前维护的FlatView:

/*
 * Note that signed integers are needed for negative offsetting in aliases
 * (large MemoryRegion::alias_offset).
 */
struct AddrRange {
    Int128 start; //起始
    Int128 size; //大小
};

/* Range of memory in the global map.  Addresses are absolute. */
struct FlatRange {
    MemoryRegion *mr; //指向所属的MR
    hwaddr offset_in_region; //在MR中的offset
    AddrRange addr; //本FR代表的区间
    uint8_t dirty_log_mask;
    bool romd_mode;
    bool readonly;
};

/* Flattened global view of current active memory hierarchy.  Kept in sorted
 * order.
 */
struct FlatView {
    struct rcu_head rcu;
    unsigned ref; //引用计数，为0就销毁
    FlatRange *ranges; //对应的flatrange数组
    unsigned nr; //flatrange数目
    unsigned nr_allocated;
};

FlatView管理MR展开后得到的所有FlatRange，ranges是一个数组，记录FlatView下所有的FlatRange，每个FlatRange对应一段虚拟机物理地址区间，各个FlatRange不会重叠，按照地址的顺序保存在数组中。具体的范围由一个AddrRange结构描述，其描述了地址和大小。当memory region发生变化的时候，执行memory_region_transaction_commit，address_space_update_topology，address_space_update_topology_pass最终完成更新FlatView的目标。

FlatView结构如下，图源见水印：

由图片可知每个FlatRange的中的AddrRange的start为该段内存区间GPA的首地址，size则描述了该段区间的大小。那么结构体FlatRange中的offset_in_region是什么，是该flatrange相对于所属MR的offset？

与flatrange对应的是MemoryRegionSection：

/**
 * MemoryRegionSection: describes a fragment of a #MemoryRegion
 *
 * @mr: the region, or %NULL if empty
 * @address_space: the address space the region is mapped in
 * @offset_within_region: the beginning of the section, relative to @mr's start
 * @size: the size of the section; will not exceed @mr's boundaries
 * @offset_within_address_space: the address of the first byte of the section
 *     relative to the region's address space
 * @readonly: writes to this section are ignored
 */
    struct MemoryRegionSection {
    MemoryRegion *mr;                           // 指向所属 MemoryRegion
    AddressSpace *address_space;                // 所属 AddressSpace
    hwaddr offset_within_region;                // 起始地址 (HVA) 在 MemoryRegion 内的偏移量
    Int128 size;
    hwaddr offset_within_address_space;         // 在 AddressSpace 内的偏移量，如果该 AddressSpace 为系统内存，则为 GPA 起始地址
    bool readonly;
};

MemoryRegionSection 指向 MemoryRegion 的一部分 ([offset_within_region, offset_within_region + size])，是注册到 KVM 的基本单位。

将 AddressSpace 中的 MemoryRegion 映射到线性地址空间后，由于重叠的关系，原本完整的 region 可能会被切分成片段，于是产生了 MemoryRegionSection。

其中偏移offset_within_region描述的是该section在其所属的MR中的偏移，一个address_space可能有多个MR构成，因此该offset是局部的。而offset_within_address_space是在整个地址空间中的偏移，是全局的offset，如果AddressSpace为系统内存，则该偏移则为GPA的起始地址。

到这里，借助函数kvm_set_phys_mem()中组装kvmslot，并通过kvm_userspace_memory_region将qemu的内存分布信息传递给kvm的部分过程整理一下上述数据结构中GPA到HVA的对应关系：

static void kvm_set_phys_mem(KVMMemoryListener *kml,
                             MemoryRegionSection *section, bool add)
{
    KVMState *s = kvm_state;
    KVMSlot *mem, old;
    int err;
    MemoryRegion *mr = section->mr;
    bool writeable = !mr->readonly && !mr->rom_device;
    hwaddr start_addr = section->offset_within_address_space; //获取GPA
    ram_addr_t size = int128_get64(section->size);
    void *ram = NULL;
    unsigned delta;

    /* kvm works in page size chunks, but the function may be called
       with sub-page size and unaligned start address. Pad the start
       address to next and truncate size to previous page boundary. */
    delta = qemu_real_host_page_size - (start_addr & ~qemu_real_host_page_mask);
    delta &= ~qemu_real_host_page_mask;
    if (delta > size) {
        return;
    }
    start_addr += delta; //页对齐修正
    size -= delta;
    size &= qemu_real_host_page_mask;
    if (!size || (start_addr & ~qemu_real_host_page_mask)) {
        return;
    }

    if (!memory_region_is_ram(mr)) {
        if (writeable || !kvm_readonly_mem_allowed) {
            return;
        } else if (!mr->romd_mode) {
            /* If the memory device is not in romd_mode, then we actually want
             * to remove the kvm memory slot so all accesses will trap. */
            add = false;
        }
    }

    ram = memory_region_get_ram_ptr(mr) + section->offset_within_region + delta; //获取hva
  .......
}

GPA：在该函数中传入的参数为MemoryRegionSection，根据region section在AddressSpace中的偏移，即offset_within_address_space，加上页对齐修正（delta）得到该section的GPA，填入start_addr。

HVA: hva是通过该section所属的MR的起始HVA + 该region section在所属MR中的偏移量（offset_within_region）+页对齐修正（delta）得到。

该region section所属MR的起始HVA通过函数memory_region_get_ram_ptr()得到，该函数内容如下：

void *memory_region_get_ram_ptr(MemoryRegion *mr)
{
    void *ptr;
    uint64_t offset = 0;

    rcu_read_lock();
    while (mr->alias) { //追溯到实体MR为止
        offset += mr->alias_offset;
        mr = mr->alias;
    }
    assert(mr->ram_block);
    ptr = qemu_map_ram_ptr(mr->ram_block, offset); //实体MR有对应的RAMBlock
    rcu_read_unlock();

    return ptr;
}

void *qemu_map_ram_ptr(RAMBlock *ram_block, ram_addr_t addr)
{
    RAMBlock *block = ram_block;

    if (block == NULL) {
        block = qemu_get_ram_block(addr);
        addr -= block->offset;
    }

    if (xen_enabled() && block->host == NULL) {
        /* We need to check if the requested address is in the RAM
         * because we don't want to map the entire memory in QEMU.
         * In that case just map until the end of the page.
         */
        if (block->offset == 0) {
            return xen_map_cache(addr, 0, 0);
        }

        block->host = xen_map_cache(block->offset, block->max_length, 1);
    }
    return ramblock_ptr(block, addr);
}

static inline void *ramblock_ptr(RAMBlock *block, ram_addr_t offset)
{
    assert(offset_in_ramblock(block, offset));
    return (char *)block->host + offset; //hva的起始地址加上所有偏移得到最终hva
}

在 memory_region_get_ram_ptr 中，如果当前MR是另一个MR的 alias，则会向上追溯，一直追溯到非 alias region(实体 region) 为止。将追溯过程中的 alias_offset 加起来，可以得到当前 region 在实体 region 中的偏移量。由于实体 region 具有对应的 RAMBlock，所以调用函数 qemu_map_ram_ptr ，将实体 region 对应的 RAMBlock 的 host 和总 offset 加起来，得到当前 region 的起始 HVA。

在函数qemu_map_ram_ptr()中，如果传入的ram_block为空，还可以根据当前region在实体region中的偏移量找到对应的ramblock，其调用qemu_get_ram_block（）

static RAMBlock *qemu_get_ram_block(ram_addr_t addr)
{
    RAMBlock *block;

    block = atomic_rcu_read(&ram_list.mru_block);//首先看是不是处于最近使用的block中
    if (block && addr - block->offset < block->max_length) { //addr即为当前region相对于实体region的offset，若offset-当前block.offset小于该block的大小，说明该region对应的内存处于该block中
        return block;
    }
    QLIST_FOREACH_RCU(block, &ram_list.blocks, next) { //不在最近使用的block中，则遍历RAMList的所有block
        if (addr - block->offset < block->max_length) {
            goto found;
        }
    }

    fprintf(stderr, "Bad ram offset %" PRIx64 "\n", (uint64_t)addr);
    abort();
    .......
}

由于每一段内存都对应一个RAMblock，通过当前region相对于实体region的offset可以知道这段内存的大小，如果该段大小减去某个RAMBlock的offset小于该block的size，说明该段内存对应的hva在这段block中，否则则查找下一个。比如第一个block的offset为0，如果addr小于该block的大小，那么该block就是这段内存区域对应的block。

一些猜想及疑问：

1、虚拟机的GPA是从0开始的，由系统内存的初始化过程可以看出（不考虑io），初始时分配了一整片内存“pc.ram”及对应的RAMBlock，因此猜想MemoryRegion “pc.ram”的addr为起始GPA，即为0，其他region到该实体region的各级alias_offset之和应该就是该region的起始GPA。又MemoryRegionSection中的offset_within_address_space表示在所属AddressSpace中的偏移量，若该AS为系统内存，则为GPA的起始地址。那么各级subregion的alias_offset相加，再加上实体MR的addr是否就等于MemoryRegionSection中的offset_within_address_space。个人感觉应该是，但不确定，可通过实验进行相关验证。

2、若上述猜想是对的，那么由MemoryRegion及RAMBlock即可得到GPA到HVA的对应关系，那么之前提出的疑问：AddressSpace的意义何在？分析qemu的源码可知AddressSpace绑定了相关listener，当发生变化时会触发相关的listener，不能单从GPA到HVA的映射来考虑AddressSpace的意义。两个全局的AddressSpace（address_space_io，address_space_memory）串起了属于系统内存和io内存的所有memoryRegion，当内存发生变化时，会触发相关listener。所以个人认为AddressSpace可以更好地对不同级别的MemoryRegion进行管理，而不需要为各个MemoryRegion注册绑定listener。且由源码可以看出，MemoryRegion的偏移更偏向于应用得到该region对应于起始hva的偏移，从而计算该region的起始hva，而AddressSpace更偏向于应用于得到起始GPA。（若实体MR的addr为起始GPA，那么该MR到实体MR的偏移之和也可以用于得到该region的起始GPA，但源码中并没有应用此种方式，因为AddressSpace中的相关变量已经可以表示起始GPA了）

3、结构体FlatRange.addr.start就可以表示该段FlatRange的起始GPA,那么该结构体中的offset_in_region是什么，是其相对于所属的MR的offset，其意义又是什么？该问题从函数listener_add_address_space()中可以得到一些解答：

static void listener_add_address_space(MemoryListener *listener,
                                       AddressSpace *as)
{
    FlatView *view;
    FlatRange *fr;
    .......

    view = address_space_get_flatview(as);//获取as中的flatview
    FOR_EACH_FLAT_RANGE(fr, view) { //遍历flatview中的每个flatrange
        MemoryRegionSection section = { //新建一个memoryregionsection 并进行赋值
            .mr = fr->mr,
            .address_space = as,
            .offset_within_region = fr->offset_in_region, 
            .size = fr->addr.size,
            .offset_within_address_space = int128_get64(fr->addr.start),
            .readonly = fr->readonly,
        };     
    ......
}

由上述代码也可以看出FlatRange和MemoryRegionSection的对应关系，MemoryRegionSection中的offset_within_region即为FlatRange的offset_in_region，因此均表示为在所属MR中的偏移，若所属MR为全局MR，则表示为在全局MR中的偏移。同样的，MemoryRegionSection中的offset_within_address_space即为FlatRange.addr.start，表示GPA的起始地址。

补充一个在虚拟机退出时如何根据GPA找到HVA：https://www.anquanke.com/post/id/86412 链接中的第四小节对此进行了分析，主要原理是由AddressSpaceDispatch中的6级页表PhysPageMap实现，该页表的最后一级指向MemoryRegionSection，由MemoryRegionSection可以得到GPA对应的MR，由此得到HVA。

后续会分析结构体AddressSpace注册的listerner的一些操作，以及qemu如何把内存管理的信息传至KVM中，以及如何进行视图的更新。

 

以上仅是对qemu中管理虚拟机内存的一些数据结构的整理，由于个人理解及分析不够，存在着一些疑问及猜想，难免有不对的地方，欢迎大家提出疑问，指正错误。

 参考：https://www.cnblogs.com/ck1020/p/6729224.html

https://www.binss.me/blog/qemu-note-of-memory/

http://oenhan.com/qemu-memory-struct

https://blog.csdn.net/leoufung/article/details/48781205