[kvm][qemu]CPU虚拟化
前言： 这里作者再次自不量力了，以一点微末的道行分析一下KVM的CPU虚拟化部分的代码。 分析： 1，分析具体代码逻辑之前，可以先使用strace大致看一下qemu启动的时候，和kernel的交互。 在正常启动qemu的命令之前加入strace即可：strace qemu-system-x86_64 -enable-kvm -m 2048 -drive if=virtio,file=/home/ubuntu-server-1604.qcow2,cache=none -redir :8090::80 -redir :8022::22 -cpu qemu64,+vmx -vnc :0 -smp 2
通过这段trace可以大致看出来，qemu首先打开/dev/kvm这个device，然后通过ioctl和它交互。 重点关注KVM_CREATE_VM，又创建出来了新的fd。 查看qemu打开的所有文件（包括设备，Linux上一切皆文件），可以使用lsof -p PID，或者ls -al /proc/PID/fd：
结合上述的strace，不难发现，先打开/dev/kvm作为文件描述符9，再通过ioctl 9得到文件描述符10，即anon_inode:kvm-vm；同理继续可以分析出来其他的fd。大致可以简单了解逻辑。 2，/dev/kvm 先来分析一下/dev/kvm的创建过程。代码在linux-4.0.4/virt/kvm目录。 在kvm_main.c中，kvm_init函数中会注册一个device（by misc_register(&kvm_dev)），
kvm_dev的名字就是“kvm”，即之前看到的/dev/kvm设备，KVM_MINOR是宏定义232，通过命令可以验证：file /dev/kvm /dev/kvm: character special (10/232) /dev/kvm的ioctl就是通过kvm_chardev_ops.kvm_dev_ioctl函数。 3，KVM_CREATE_VM 从kvm_dev_ioctl中选择KVM_CREATE_VM分支，即kvm_dev_ioctl_create_vm函数：
kvm_create_vm函数主要用来创建并初始化kvm数据结构，包括lock，memslot，mmu notifier等，并把数据结构加入到vm_list（双链表，用来保存本机上KVM创建的的所有vm）中； coalesced mmio不在这里分析。 anon_inode_getfd函数创建一个名为“kvm-vm”的一个新的匿名文件，即上文的文件描述符为10的anon_inode:kvm-vm，并注册这个文件的file operation-----kvm_vm_fops。 4，create vcpu 通过函数kvm_vm_fops .kvm_vm_ioctl的KVM_CREATE_VCPU分支----kvm_vm_ioctl_create_vcpu。
首先创建kvm_vcpu类型的vcpu数据结构。intel架构下，会使用linux-4.0.4/arch/x86/kvm/vmx.c中的vmx_create_vcpu函数。函数中初始化vcpu，并分配vmx数据结构，同时申请vmcs（vmcs很复杂，需要参考文档：https://software.intel.com/en-us/articles/intel-sdm，3B部分介绍intel的VMX）。 然后添加vcpu到vm中。当然，这里会根据id检查是否已经添加过了。 最后，还是会通过create_vcpu_fd函数创建匿名文件kvm-vcpu，即上文的anon_inode:kvm-vcpu。同理，用户进程可以通过这个匿名文件的描述符进行ioctl操作。 5，vcpu run anon_inode:kvm-vcpu提供了kvm_vcpu_ioctl函数进行vcpu的ioctl。 当用户进程请求了KVM_RUN之后，会通过这样的路径让CPU进入vm模式： kvm_arch_vcpu_ioctl_run(linux-4.0.4/arch/x86/kvm/x86.c)->__vcpu_run->vcpu_enter_guest->vmx_vcpu_run(linux-4.0.4/arch/x86/kvm/vmx.c) cpu进入到了vm模式，就在跑虚拟机中的代码。在虚拟机中，这就是一个cpu。如果遇到异常，比如说Guest使用了IO指令访问，那么就会让cpu退出vm模式，并把异常原因交给qemu来处理；如果qemu进程发生了缺页中断，那么host就需要给qemu进程分配page，分配之后，qemu进程继续跑，不需要qemu进程处理什么，当然，Guest中也不感知。 6，qemu KVM_CREATE_VM qemu中，init machine中，因为选择了kvm硬件加速，所以会通过kvm_init函数创建kvm的vm。下图是backtrace。
7，qemu KVM_CREATE_VCPU & KVM_RUN
pthread_create中会调用clone创建新的线程，由上图的backtrace可见，每一个vcpu都对应一个用户态的线程。用户态的多线程同时在跑，对应的就是vm中的多核心在跑。
创建完vcpu，qemu通过kvm_cpu_exec，进而进入vm模式（by kvm_vcpu_ioctl(cpu, KVM_RUN, 0)）。 8，vcpu exit 如上文所说，vcpu如果遇到异常，且是需要qemu来处理的情况下，那么将会退出vm模式。qemu继续执行kvm_cpu_exec函数。 qemu从kernel的kvm中获取到exit reason，然后做出相应的逻辑：
例如，Guest中访问使用了IO指令导致了退出了vm模式，那么qemu会调用kvm_handle_io。处理完成后，继续进入vm模式执行。 后记： 水平有限，CPU过于相关的，包括一些汇编代码，都需要对照intel的开发文档来分析。这里只对整体逻辑做了简单分析。 惭愧，惭愧～