VMのメモリ — 二重のアドレス変換

AMDのマニュアル(Rev.3.23)§15.25 は、この2段を表の根から説明します。

段    表     根      写す向き
1段目  gPT   gCR3    guest linear → guest physical
2段目  nPT   nCR3    guest physical → system physical

同じ節に次の一文があります。

It is important to note that gCR3 and the guest page table entries contain guest physical addresses, not system physical addresses. Hence, before accessing a guest page table entry, the table walker first translates that entry's guest physical address into a system physical address.

つまりゲストの表そのものの置き場所も、ゲスト物理アドレスで書かれているのです。1段辿るには、その所在を先に2段目の表で引かねばなりません。この入れ子が回数の増え方を生みます。

もう一つ読み違えやすいものがあります。VMの中から見えるメモリの総量です。手元のMacとその上のLinux VMを並べます。

$ sysctl hw.memsize
hw.memsize: 25769803776
 
$ docker info | grep -i 'total memory\|kernel version'
Kernel Version: 6.10.14-linuxkit
Total Memory: 7.654GiB
 
$ docker run --rm alpine free -m
            total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           7837        2154         230       113        5454        5373

ホストの搭載量は 25769803776 バイト(24GiB)。しかしVMの中の total は 7837MiB で、docker info の Total Memory: 7.654GiB と一致します。見えているのはこのVMへの割り当てです。free が空きを報告しても、ホストの余裕は分かりません。

持ち分は固定でもありません。virtio の仕様の balloon デバイスの説明です。

The traditional virtio memory balloon device is a primitive device for managing guest memory: the device asks for a certain amount of memory, and the driver supplies it (or withdraws it, if the device has more than it asks for). This allows the guest to adapt to changes in allowance of underlying physical memory.

デバイス側が量を求め、ドライバ(ゲスト)が差し出す。ゲストが見る量は、ホストが許した allowance の内側で動きます。