Аппаратное ускорение модуля MMU при полносистемной эмуляции aarch64 на x86-64 в эмуляторе Qemu
Дмитрий Николаевич ПОЛЕТАЕВ,
Павел Михайлович ДОВГАЛЮК,
Георгий Николаевич ТЕЙС,
Максим Алексеевич КОСТИН https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2025-37(6)-35
Аннотация
В работе рассматривается оптимизация, позволяющая переложить часть вычислений, связанных с трансляцией гостевых виртуальных адресов при полносистемной эмуляции с программного MMU на MMU хостовой системы. Описан вариант применения оптимизации к эмулятору Qemu. Выполнена оценка прироста производительности от использования оптимизации, предложен вариант дальнейшего развития подхода.
При поддержке: Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-11-20022, https://rscf.ru/project/24-11-20022/.
Об авторах
Дмитрий Николаевич ПОЛЕТАЕВ
Институт системного программирования им. В.П. Иванникова РАН, Новгородский государственный университет им. Ярослава Мудрого
Россия
Россия
Разработчик программного обеспечения, сотрудник Института системного программирования РАН. Сфера научных интересов: обратная разработка, анализ бинарного кода, виртуальные машины.
Павел Михайлович ДОВГАЛЮК
Институт системного программирования им. В.П. Иванникова РАН, Новгородский государственный университет им. Ярослава Мудрого
Россия
Россия
Инженер, кандидат технических наук. Сфера научных интересов: интроспекция и инструментирование виртуальных машин, динамический анализ кода, отладчики, эмуляторы.
Георгий Николаевич ТЕЙС
Институт системного программирования им. В.П. Иванникова РАН, Новгородский государственный университет им. Ярослава Мудрого
Россия
Россия
Инженер по тестированию Института системного программирования РАН с 2022 года. Сфера научных интересов: автоматизация процессов в среде системного программирования.
Максим Алексеевич КОСТИН
Институт системного программирования им. В.П. Иванникова РАН, Новгородский государственный университет им. Ярослава Мудрого
Россия
Россия
Инженер отдела компиляторных технологий ИСП РАН. Научные интересы включают эмуляторы, динамическую двоичную трансляцию, оптимизации.
Список литературы
1. Chao-Jui Chang, Jan-Jan Wu, Wei-Chung Hsu, Pangfeng Liu, and Pen-Chung Yew. 2014. Efficient memory virtualization for Cross-ISA system mode emulation. In Proceedings of the 10th ACM SIGPLAN/SIGOPS international conference on Virtual execution environments (VEE '14). Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, 117–128.
2. “Qemu – a generic and open source machine emulator and virtualizer,” https://www.qemu.org/, accessed: 22.05.2025.
3. Antoine Faravelon. Acceleration of memory accesses in dynamic binary translation. Operating Systems [cs.OS]. Université Grenoble Alpes, 2018. English.
4. Chao-Jui Chang, Jan-Jan Wu, Wei-Chung Hsu, Pangfeng Liu, and Pen-Chung Yew. Efficient memory virtualization for cross-isa system mode emulation. In ACM SIGPLAN Notices, volume 49, pages 117–128. ACM, 2014.
5. Zhe Wang, Jianjun Li, Chenggang Wu, Dongyan Yang, Zhenjiang Wang, WeiChung Hsu, Bin Li, and Yong Guan. Hspt: Practical implementation and efficient management of embedded shadow page tables for cross-isa system virtual machines. In ACM SIGPLAN Notices, volume 50, pages 53–64. ACM, 2015.
6. Tom Spink, Harry Wagstaff, and Björn Franke. Hardware-accelerated crossarchitecture full-system virtualization. ACM Transactions on Architecture and Code Optimization (TACO), 13(4):36, 2016.
7. S. Rodzevich, K. Batuzov, D. Koltunov, A. Cheremnov and I. Shlyapin, "Efficient MMU Emulation in Case of Cross-ISA Dynamic Binary Translation," 2024 Ivannikov Ispras Open Conference (ISPRAS), Moscow, Russian Federation, 2024, pp. 1-6, doi: 10.1109/ISPRAS64596.2024.10899135.
8. “AMD-V Nested Paging White Paper,” https://www.cse.iitd.ac.in/~sbansal/csl862-virt/readings/NPT-WP-1%201-final-TM.pdf, accessed: 22.05.2025.
9. “Raspberry Pi 3 Model B,” https://www.raspberrypi.com/products/raspberry-pi-3-model-b/, accessed: 22.05.2025.
10. “Raspberry Pi OS (Legacy) Lite,” https://downloads.raspberrypi.com/raspios_oldstable_lite_arm64/ images/raspios_oldstable_lite_arm64-2025-05-07/2025-05-06-raspios-bullseye-arm64-lite.img.xz, accessed: 22.05.2025.
11. “Introduction to 5-Level Paging in 3rd Gen Intel Xeon Scalable Processors with Linux,” https://lenovopress.lenovo.com/lp1468-introduction-to-5-level-paging, accessed: 22.05.2025.
Рецензия
Для цитирования:
ПОЛЕТАЕВ Д.Н., ДОВГАЛЮК П.М., ТЕЙС Г.Н., КОСТИН М.А. Аппаратное ускорение модуля MMU при полносистемной эмуляции aarch64 на x86-64 в эмуляторе Qemu. Труды Института системного программирования РАН. 2025;37(6):45-58. https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2025-37(6)-35
For citation:
POLETAEV D.N., DOVGALYUK P.M., TEYS G.N., KOSTIN M.A. Hardware Acceleration of Qemu MMU for aarch64 on x86-64 Full System Emulation. Proceedings of the Institute for System Programming of the RAS (Proceedings of ISP RAS). 2025;37(6):45-58. (In Russ.) https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2025-37(6)-35
Послать статью по эл. почте 