[qemu][irq]KVM虚拟化的中断系统

1，中断类型 guest使用ubuntu 1604，在guest中执行cat /proc/interrupts

目前操作系统使用的中断有io apic，MSI，还有就是NMI，LOC等。 继续执行cat /proc/ioports | grep pic

实际上，主板上来连接这两颗pic设备，也就是两个i8259，分别是i8259 master和i8259 slave。对它们的访问使用pio（port io）即可。当guest访问8259的时候，vm会发生exit，虚拟的i8259响应guest的操作即可。 继续执行/proc/iomem | grep -i apic

apic设备的访问可以使用mmio（memory mapped io）的方式进行。同时，如果支持x2apic也可以使用msr访问apic。 那么中断设备的关系如下：

i8259每个pic可以产生8中irq，所以master产生的irq是从0-7，slave是8-15。 以i8042 kbd为例，在qemu-kvm的场景下，它会产生irq 1，所以它是由i8259 master产生的。 I8042 mouse，产生的irq是12，所以是i8259 slave产生的。 vda是virtio-blk，它是一个pci设备，它的中断是msi信号。 net0也是pci设备，中断也是msi信号。 2，irq routing 物理环境上，irq是由硬件产生的。在虚拟化下，却是由虚拟出来的。 kvm提供了set irq line这ioctl给user-mode调用，也提供了kvm_vm_ioctl_irq_line这样的函数在kernel-mode使用。 以键盘i8042 kbd为例，如果模拟一个键盘中断，即set irq 1.

虚拟触发了irq 1，那么需要经过irq routing： irq 1在0-7的范围内，所以会路由到i8259 master，随后i8259 master会向vCPU注入中断。 同时，irq 1也会路由到io apic一份，io apic也会向lapic继续delivery。lapic继续向vCPU注入中断。 linux在启动阶段，检查到io apic后，会选择使用io apic。尽管经过irq routing产生了i8259 master和io apic两个中断，但是Linux选择io apic上的中断。 同理，如果是virtio-blk产生了中断，则路由到msi处理。 3，apicv vcpu在setup阶段，如果支持apicv技术，将会配置EOI exit bitmap和posted interrupt等寄存器。在posted interrupt技术下，可以在不发生vm exit的情况注入中断，提高虚拟机的性能。 相关文档在intel的开发文档中《29.6 POSTED-INTERRUPT PROCESSING》中，对应的代码在linux-4.4/arch/x86/kvm/vmx.c中。 4，pv eoi 经过posted interrupt技术优化后，注入irq不发生vm exit。但是guest在应答irq的时候，还是要发生vm exit。 所以有了pv eoi技术： a，guest和host通过msr寄存器，协商出来一个地址，用作eoi使用。前提是host和guest都支持pv eoi。 b，guest的pa，和host的va，通过映射计算，就是在操作同一块内存。 那么就不用发生vm exit的情况下，达到guest和host内外通信的目的。同样原理的还有kvm clock、steal time等。 5，i8254 i8254就是irq 0的timer。在qemu-kvm中，可以通过用户态qemu实现，也可以通过内核态实现。默认使用内核态的实现。在host上执行ps，就可以看到[kvm-pit/1234]类似的进程，后面的数字是qemu进程的pid。kvm-pit线程是一个kthread worker线程，周期性的执行set irq 0，就可以在guest中周期性的发生中断。 Linux如果检测到LOC timer，就会选择停止i8254。停止i8254，kvm-pit停止周期性的注入中断，但是并不会退出。所以看到kvm-pit内核线程，但是它并不一定是在工作的。 如果在内核中加log，就会发现有趣的现象：在vm启动阶段，会有大量的注入中断的log；linux启动过程中，log就停止了。