x86 KVM 时间相关寄存器

以普通 x86 KVM guest 为范围，涵盖 Intel VMX 和 AMD SVM；不展开 nested、机密虚拟机和 Hyper-V 兼容时钟。ARM64 的 Generic Timer 是另一套接口，参见 timer.aarch64.md。

实现核对基于本机 /home/martins3/data/kernel/linux，HEAD eb5a10dc0e00（v7.2-1-geb5a10dc0e00）。下面用源码文件和函数/宏定位；旧内核的分支与辅助函数可能不同。

1. 总览：计数、调整、通知和共享页

guest 可见接口	地址	保存或返回什么	作用
`MSR_IA32_TSC`	`0x10`	当前 guest TSC，单位为 TSC tick	读取计数；写入改变 guest TSC 起点
`MSR_IA32_TSC_ADJUST`	`0x3b`	TSC 的累计软件调整量，单位为 TSC tick	记录调整；写入时按新旧差值调整 TSC
`MSR_TSC_AUX`	`0xc0000103`	软件设置的 32 位辅助标识	`RDTSCP`/`RDPID` 返回它，常用于识别 CPU
`MSR_IA32_TSC_DEADLINE`	`0x6e0`	guest TSC 域中的绝对截止值	为本 vCPU 的 LAPIC 安排一次定时器中断
`MSR_KVM_SYSTEM_TIME_NEW`	`0x4b564d01`	共享结构的 guest physical address（GPA）及 enable bit	注册每 vCPU 的 TSC → ns 换算参数
`MSR_KVM_WALL_CLOCK_NEW`	`0x4b564d00`	墙钟共享结构的 GPA	获取 KVM 时间轴对应的日历时间基准
`MSR_KVM_STEAL_TIME`	`0x4b564d03`	steal-time 共享结构的 GPA 及 enable bit	向 guest 报告 vCPU 被抢占而未运行的累计时间

硬件 MSR 编号见 arch/x86/include/asm/msr-index.h；KVM 自定义编号见 arch/x86/include/uapi/asm/kvm_para.h。这些接口是否可用，要看 guest 获得的 CPUID 能力，不能仅凭 host 有这个 MSR 就在 guest 使用。

TSC tick 不一定等于当前 CPU 核心周期：现代 invariant TSC 通常按固定参考频率前进。TSC_ADJUST 改起点，TSC scaling 改速率，TSC_AUX 只改标识，TSC_DEADLINE 只安排通知。

2. `MSR_IA32_TSC`：guest 看到的计数器

guest 读 TSC 有几个入口：

RDTSC：通过 EDX:EAX 返回 64 位 TSC。
RDTSCP：通过 EDX:EAX 返回 TSC，同时通过 ECX 返回 TSC_AUX。
RDMSR(MSR_IA32_TSC)：特权方式读取 TSC；不要把它和普通应用使用的 RDTSC 混为一条访问路径。

普通单层虚拟化、启用相应硬件控制时，可以用下面的模型理解：

H = host TSC
G = guest TSC
R = TSC scaling ratio（定点数）
F = ratio 的小数位数
O = TSC offset（单位为 guest TSC tick）

G = ((H × R) >> F) + O       // 按 64 位计数语义处理
不缩放时 R = 1 << F，因而 G = H + O

对应 arch/x86/kvm/x86.c 的 kvm_scale_tsc() 和 kvm_read_l1_tsc()。正常情况下，硬件直接完成 RDTSC 的变换，不需要每次 VM exit；是否拦截 RDTSC 与是否拦截 RDMSR 是不同控制。

guest 执行 WRMSR(MSR_IA32_TSC, target)，KVM 调整该 vCPU 的虚拟 TSC offset，使读数达到目标值。它不会为此把 host 的物理 TSC 改成 guest 指定的值。

当前源码 kvm_set_msr_common() 的 MSR_IA32_TSC 分支区分两种写入来源：

guest 执行 WRMSR：通过 kvm_compute_l1_tsc_offset()、adjust_tsc_offset_guest() 更新 offset，并累计对应的 ia32_tsc_adjust_msr 调整量。
QEMU 等 userspace 通过 KVM API 设置状态：host_initiated 为真，进入 kvm_synchronize_tsc()，还涉及多个 vCPU 的 TSC 同步和恢复语义。

因此，迁移时恢复 TSC 状态不能简单等同于 guest 自己写了一次 TSC。

3. `MSR_IA32_TSC_ADJUST`：累计调整量，不是 KVM 的全部 offset

对暴露 TSC_ADJUST 能力的 guest，用忽略操作耗时的模型表示联动关系：

原来的 guest TSC = G，TSC_ADJUST = A

写 TSC = X：
    delta = X - G
    guest TSC 变为 X
    TSC_ADJUST 变为 A + delta

写 TSC_ADJUST = B：
    delta = B - A
    guest TSC 增加 delta
    TSC_ADJUST 变为 B

例如 TSC_ADJUST 从 100 写成 150，TSC 只增加 50 tick；随后把它写回 0，会撤销累计的 150 tick 调整。读取 TSC_ADJUST 不会得到当前 TSC。

KVM 在 vcpu->arch.ia32_tsc_adjust_msr 保存 guest 的值。kvm_set_msr_common() 的 MSR_IA32_TSC_ADJUST 分支使用新旧差值调用 adjust_tsc_offset_guest()，并请求 KVM_REQ_CLOCK_UPDATE，使 pvclock 的 tsc_timestamp 配合更新，避免锚点失配造成时间跳变。userspace 恢复该 MSR 时有单独处理，不再按 guest 写入语义重复调整 TSC。

TSC_ADJUST 与 VMCS/VMCB 的 TSC offset 不是同一个状态。 后者还承担 VM 初始时间轴、host 切换及迁移等映射工作；前者是 guest 架构可见的软件调整记录。不能通过读取 guest TSC_ADJUST 推导出完整的 host → guest offset。

前文提到的两个 Linux 用途分别是：

arch/x86/kernel/tsc_sync.c 的 tsc_store_and_check_tsc_adjust()、tsc_verify_tsc_adjust()：检查不同 CPU、启动/恢复等场景下的调整状态，发现或修正异常 TSC 调整。
arch/x86/kernel/tsc.c 的 detect_art()：读取 TSC_ADJUST 作为 ART 与 TSC 转换的 offset。当前实现发现 X86_FEATURE_HYPERVISOR 就提前返回，因此这不是普通 KVM guest 建立 kvmclock 的路径。

4. `MSR_TSC_AUX`：读时间时附带的 CPU 标识

TSC_AUX 不参与 TSC 的加减、缩放或 ns 换算。它由操作系统写入：Linux 通常编码 CPU/node 信息，guest Linux 设置的也是自己的 vCPU/node 标识，见 arch/x86/kernel/cpu/common.c 的 setup_getcpu()。

RDTSCP 一次返回 TSC 和 AUX，便于把时间戳与执行 CPU 联系起来；RDPID 只取得这个标识，不读取时间。前后 AUX 不同可以提示测量期间发生过 CPU 迁移，但相同不能排除迁出后又迁回。

KVM 为每个 vCPU 保存该状态，并通过 MSR 切换或硬件虚拟化支持使 guest 读到自己的值。因此 vCPU 换了 host pCPU 后，AUX 不应自动变成 host pCPU 编号。

源码入口是 arch/x86/kvm/x86.c 的 kvm_set_msr() / kvm_get_msr() 中 MSR_TSC_AUX 分支，以及 arch/x86/kvm/vmx/vmx.c 的 vmx_setup_uret_msr() 调用、arch/x86/kvm/svm/svm.c 的 svm_set_msr() / svm_get_msr()。普通路径还会借助 user-return MSR 机制恢复 host 的值，不宜概括成每次 VM exit 都立即恢复全部 MSR。

5. `MSR_IA32_TSC_DEADLINE`：指定何时通知，不返回当前时间

使用该 MSR 需要 guest 获得 TSC-deadline 能力，并把 LAPIC LVT timer 配置成 deadline 模式。

当前 guest TSC = G
guest TSC 频率 = 2 GHz
希望 1 ms 后触发：写 TSC_DEADLINE = G + 2,000,000

写入值是 guest TSC 的绝对截止值，不是纳秒，也不是从零开始的倒计数。写 0 取消；触发后需要重新写入才能安排下一次事件。实际中断处理还受屏蔽、vCPU 是否运行等影响，不能把 deadline 到达等同于 guest 回调立即执行。

guest Linux 的入口是 arch/x86/kernel/apic/apic.c 的 lapic_next_deadline()。host KVM 在 arch/x86/kvm/lapic.c 的 kvm_set_lapic_tscdeadline_msr() 保存 lapic_timer.tscdeadline，然后启动虚拟 LAPIC timer：

软件路径 start_sw_tscdeadline()：读当前 guest TSC，把剩余 tick 按 virtual_tsc_khz 换算成 ns，用 host hrtimer 等待到期。
Intel 硬件辅助路径 arch/x86/kvm/vmx/vmx.c 的 vmx_set_hv_timer()：把 guest TSC 差值转换到 host TSC 域，用 VMX preemption timer 辅助实现。不能使用时回退到软件路径。

所以 guest 写这个 MSR，并不等于把同一个数值原样写入 host 的物理 TSC-deadline MSR。guest 可以同时用 kvm-clock 读时间、用 TSC-deadline 安排中断，两者分属 clocksource 和 clockevent。

LAPIC 还存在传统的计数式 timer 寄存器，定义见 arch/x86/include/asm/apicdef.h：

寄存器	xAPIC MMIO 偏移	x2APIC MSR	含义
`APIC_LVTT`	`0x320`	`0x832`	中断 vector、mask 和 timer 模式
`APIC_TMICT`	`0x380`	`0x838`	initial count，设置初始倒计数
`APIC_TMCCT`	`0x390`	`0x839`	current count，读取当前倒计数
`APIC_TDCR`	`0x3e0`	`0x83e`	divide configuration，配置分频

x2APIC 编号按 0x800 + (MMIO offset >> 4) 映射。这些 count/divider 主要服务 one-shot/periodic 模式；deadline 模式使用 TSC 截止值，不能套用传统倒计数公式。

6. kvmclock MSR：登记共享内存，随后读内存与 TSC

MSR_KVM_SYSTEM_TIME_NEW 注册每 vCPU 的 struct pvclock_vcpu_time_info：guest 写入 4 字节对齐的 GPA，并设置 bit 0 启用；写入 bit 0 为 0 的值停用更新。MSR_KVM_WALL_CLOCK_NEW 则接收 struct pvclock_wall_clock 的 4 字节对齐 GPA，没有相同的 enable-bit 协议。接口布局和更新约定见 KVM-specific MSRs。

SYSTEM_TIME_NEW 对应的关键共享字段是：

字段	单位/用途
`tsc_timestamp`	guest TSC tick，采样锚点
`system_time`	ns，该锚点对应的 KVM 时间
`tsc_to_system_mul`、`tsc_shift`	将 TSC 增量转换为 ns 的定点参数
`version`	读取前后必须一致且为偶数，防止读到更新一半的数据
`flags`	包括跨 vCPU 稳定性和 guest 暂停提示

guest 正常读时间执行下面的计算，而不是反复 RDMSR(SYSTEM_TIME_NEW)：

delta = 当前 guest TSC - tsc_timestamp
shift >= 0 时 delta 左移 shift，否则右移 -shift
kvmclock_ns = system_time + ((delta × tsc_to_system_mul) >> 32)

源码路径：guest arch/x86/kernel/kvmclock.c 的 kvm_register_clock() 注册内存，arch/x86/include/asm/pvclock.h 的 __pvclock_read_cycles() / pvclock_scale_delta() 完成计算；host arch/x86/kvm/x86.c 的 kvm_write_system_time() 接收注册，kvm_guest_time_update() / kvm_setup_guest_pvclock() 更新数据。

WALL_CLOCK_NEW 提供的是日历时间的 epoch，作用于整个 VM。需要将 epoch 与当前 pvclock 读数相加才能获得当前墙钟样本；guest 的 pvclock_read_wallclock() 完成这一步。接口只保证在写 MSR 时刷新墙钟结构，再次查询需要再次写入。旧编号 MSR_KVM_WALL_CLOCK = 0x11、MSR_KVM_SYSTEM_TIME = 0x12 已弃用；旧接口由 KVM_FEATURE_CLOCKSOURCE 宣告支持，带 _NEW 的接口由 KVM_FEATURE_CLOCKSOURCE2 宣告支持。参见 KVM MSR ABI 的 WALL_CLOCK 和 SYSTEM_TIME 条目。

这组关系可以串成：

host TSC
  → 硬件 TSC scaling + offset
guest TSC
  → pvclock 锚点 + 增量换算
kvmclock 纳秒计数
  → guest Linux timekeeping
CLOCK_MONOTONIC / CLOCK_REALTIME 等应用时钟

system_time 字段、MSR_KVM_SYSTEM_TIME_NEW 和应用的 CLOCK_REALTIME 是三个不同对象。更完整的读路径见 overview-codex.md。

7. `MSR_KVM_STEAL_TIME`：调度统计接口

该 MSR 为每个 vCPU 注册 64 字节对齐的 struct kvm_steal_time GPA，bit 0 为 enable。真正的时间数据在共享内存的 steal 字段中，单位 ns，反映 vCPU 被抢占而未运行的累计时间，不把正常 idle 时间算进去；需要按 version 协议读取。见 KVM-specific MSRs 的 STEAL_TIME 条目。

host 更新入口是 arch/x86/kvm/x86.c 的 record_steal_time()。它用于 guest 调度和 CPU 使用统计，不是新的 wallclock，也不应作为补偿值直接加进或减出 kvmclock。稳定 TSC 的常规读路径本来就会反映 vCPU 未被调度期间经过的时间。

8. host 控制寄存器/字段：guest TSC 是怎样生成的

这些是 hypervisor 配置的硬件控制，普通 guest 不通过前面的 kvmclock MSR 访问它们：

硬件接口	所在位置	单位/作用
VMX `TSC_OFFSET`	VMCS 字段，编码 `0x2010`	guest TSC tick，缩放后的加法偏移
VMX `TSC_MULTIPLIER`	VMCS 字段，编码 `0x2032`	低 48 位为小数部分的缩放倍率
SVM `tsc_offset`	VMCB control 字段	guest TSC tick，加法偏移
SVM `MSR_AMD64_TSC_RATIO`	host MSR `0xc0000104`	低 32 位为小数部分的缩放倍率
VMX `VMX_PREEMPTION_TIMER_VALUE`	VMCS 字段，编码 `0x482e`	32 位倒计数，耗尽引起 VM exit
`MSR_IA32_VMX_MISC`	host MSR `0x485`	低 5 位给出 preemption timer 相对 TSC 的计数速率参数

VMCS 字段编码不是 MSR 编号，不能拿 0x2010 当成 rdmsr 的索引来读取 TSC offset。

VMX 的 vmx_write_tsc_offset() / vmx_write_tsc_multiplier() 写入 VMCS；SVM 的 svm_write_tsc_offset() 写入 VMCB，__svm_write_tsc_multiplier() 写 MSR_AMD64_TSC_RATIO。这些函数分别位于 arch/x86/kvm/vmx/vmx.c 和 arch/x86/kvm/svm/svm.c。scaling 需要相应硬件能力，不代表每台机器都支持任意 guest TSC 频率。

VMX preemption timer 按 host 硬件时间基准在 VMX non-root 执行期间倒计数，速率参数为 N 时，一个计数单位对应 2^N 个 TSC tick。它耗尽产生的是 VM exit，KVM 再处理虚拟 LAPIC 的到期事件；它本身不是直接送给 guest 的 LAPIC 中断，也不会因为 guest TSC scaling 自动改用 guest tick。vCPU 不运行时需要其他等待/唤醒机制配合，见 kvm-preemption-timer.md。

9. 看源码或排查时先确定是哪一层

观察/问题	优先检查
guest `RDTSC` 数值或频率不对	TSC offset、scaling、`MSR_IA32_TSC` 写入与恢复
guest TSC 突然被软件移动	`MSR_IA32_TSC_ADJUST` 及 TSC 写入路径
`RDTSCP` 附带的 CPU 编号不对	`MSR_TSC_AUX` 和 vCPU 状态切换
kvmclock 纳秒跳变，但 guest TSC 正常	pvclock 的锚点、比例、版本及 host 更新路径
定时器晚到，但读时间正常	LAPIC deadline、host timer、vCPU 调度与中断投递
日历时间不对，但单调时间正常	wallclock epoch、guest timekeeping 和校时服务

QEMU 的 KVM_GET_CLOCK / KVM_SET_CLOCK 是 VM 级 ioctl，KVM_GET_TSC_KHZ / KVM_SET_TSC_KHZ 是 TSC 频率相关 ioctl，都不是 guest MSR。vcpu->arch.l1_tsc_offset 的单位是 tick，kvm->arch.kvmclock_offset 的单位是 ns，也不能互换。迁移相关的恢复顺序和补偿另见 migration-codex.md。

human

MSR_IA32_TSC_ADJUST

tsc_sync.c
函数 detect_art ?

MSR_IA32_TSC

似乎的确是如此的:

MSR_IA32_TSC 返回的是 guest 看到的“虚拟 TSC 计数器值”；kvmclock 返回的是“时间”，通常是纳秒基准。两者的关系是：

[ ] MSR_TSC_AUX

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