qemu-kvm中vcpu虚拟化到底是咋整的？

腾讯云TStack

发布于 2018-03-22 14:21:50

4.5K0

发布于 2018-03-22 14:21:50

一句话总结

实例化一个vcpu就是在hostOS中创建了一个线程，线程里有个while循环，循环里不停的调用kvm_cpu_exec方法，kvm_cpu_exec方法调用通过kvm_vcpu_ioctl(cpu, KVM_RUN, 0)使得kvm切换为no-root模式。在no-root模式下处理特权指令的时候，会退回root模式，然后一步步返回到kvm_cpu_exec中根据不同原因，处理返回异常。

如此一个轮回结束，周而复始，vcpu。

再补充说一点，内存中申请一块内存，根模式和非根模式切换的时候，先把当前寄存器值放到这块内存中，然后设置物理cpu使得进入对应模式，这块内存叫vmcs。

背景

vcpu初始化的时候（qemu_init_vcpu）是启动了一个线程，也就是说vcpu其实就是一个线程.线程运行方法是qemu_kvm_cpu_thread_fn

kvm_init_vcpu调用KVM_CREATE_VCPU创建了vcpu返回vm_fdvcpu的运行是在kvm_cpu_exec里面的，这里调用如下命令进入kvm

run_ret = kvm_vcpu_ioctl(cpu, KVM_RUN, 0);

进入KVM后，KVM会切入Guest OS，假如Guest OS运行运行，需要访问IO等也就是说要访问physical device，那么Qemu与KVM就要进行emulate。如果是KVM emulate的则由KVM emulate，然后切回Guest OS。如果是Qemu emulate的，则从KVM中进入Qemu，等Qemu中的device model执行完emulate之后，再次在Qemu中调用kvm_vcpu_ioctl(vcpu_fd, KVM_RUN, xxx)进入KVM运行，然后再切回Guest OS

vm-entrykvm_vcpu_ioctl（kvm_main.c）-->kvm_arch_vcpu_ioctl_run(kvm/x86.c)-->vcpu_run(kvm/x86.c)-->vcpu_enter_guest(kvm/x86.c)在qemu中kvm_vcpu_ioctl(cpu, KVM_RUN, 0)调用kvm后代码层层调用最终核心实现的方法是vcpu_enter_guest

vcpu->requests 处理

上次VM-Exit时可能调用kvm_make_request设置不同的request下次准备VM-Entry时需要处理这些request.

prepare_guest_switch

 (vmx.c)
.prepare_guest_switch = vmx_save_host_state,

保存host的fs和gs的断选择子（segment selector）到vmcs
kvm_set_shared_msr设置host对应的msr寄存器 MSR 总体来是为了设置CPU 的工作环境和标示CPU 的工作状态，包括温度控制，性能监控等guest的msr在handle_wrmsr 最终是在vmx_set_msr中更新
判断当前是否满足vm-entry vcpu的mode不对，有requests请求，需要重新调度，有pending的信号有异常任何情况，不进入vm_entry开中断，开抢占（在此之前已经关抢占，关中断）

4.kvm_x86_ops->run(vcpu)-->vmx_vcpu_run(vmx.c)更新vmcs中的GUEST_RSP和 GUEST_RIP刷新vmcs中的HOST_CR4字段（其他寄存器在 kvm_arch_vcpu_ioctl_set_regs时设置）（段寄存器在vmx_vcpu_reset时设置）下面调用汇编代码，保存host相关内容，然后加载vmcs中的guest的寄存器值，跳转至guest中代码

vm-exit

前半部分我们知道了如何vm-entry此时进入no-root非根模式执行guest的指令当指令访问特权指令如访问io访问设备的时候会vm-exit

1.vmx_vcpu_run后半段

vmx->idt_vectoring_info = vmcs_read32(IDT_VECTORING_INFO_FIELD);
vmx->loaded_vmcs->launched = 1;
vmx->exit_reason = vmcs_read32(VM_EXIT_REASON);

2.加入vm-exit是由于EXIT_REASON_MCE_DURING_VMENTRY或者EXIT_REASON_EXCEPTION_NMI导致的在vmx_complete_atomic_exit方法中需要进行特殊处理（kvm_machine_check）（kvm_before_handle_nmi和kvm_after_handle_nmi）