1、基本原理
如之前分析,kvm虚拟机通过对/dev/kvm字符设备的ioctl的System指令KVM_CREATE_VM进行创建。
对虚拟机(VM)来说,kvm结构体是关键,一个虚拟机对应一个kvm结构体,虚拟机的创建过程实质为kvm结构体的创建和初始化过程。
本文简单解释及分析在3.10版本内核代码中的相关流程,用户态qemu-kvm部分暂不包括。
2、大致流程如下:
用户态ioctl(fd,KVM_CREATE_VM,..)
内核态kvm_dev_ioctl()
kvm_dev_ioctl_create_vm()
kvm_create_vm() //实现虚拟机创建的主要函数
kvm_arch_alloc_vm() // 分配kvm结构体
kvm_arch_init_vm() // 初始化kvm结构中的架构相关部分,比如中断
hardware_enable_all() // 使能硬件,架构相关操作
hardware_enable_nolock
kvm_arch_hardware_enable()
kvm_x86_ops->hardware_enable()
kzalloc() // 分配memslots结构,并初始化为0
kvm_init_memslots_id() // 初始化内存槽位(slot)的id信息
kvm_eventfd_init() // 初始化事件通道
kvm_init_mmu_notifier() // 初始化mmu操作的通知链
list_add(&kvm->vm_list, &vm_list) // 将新创建的虚拟机的kvm结构,加入到全局链表vm_list中
3、代码分析
kvm结构体:
-
/*
-
* kvm中全局的数据结构,其中包含kvm相关的重要数据信息,包括memslot等
-
*/
-
struct kvm {
-
// 用于保护mmu的spin_lock
-
spinlock_t mmu_lock;
-
struct mutex slots_lock;
-
// 指向qemu用户态进程的mm_struct?
-
struct mm_struct *mm; /* userspace tied to this vm */
-
/*
-
* kvm_mem_slot是kvm内存管理相关主要数据结构,用来表示虚拟机GPA和主机HVA之间的
-
* 映射关系,一个kvm_mem_slot表示一段内存区域(slot)的映射关系,kvm_memslots结构体是
-
* kvm_mem_slot的封装,其中包含一个kvm_mem_slot的数组,对应于该虚拟机使用的所有
-
* 内存区域(slot)。
-
*/
-
struct kvm_memslots *memslots;
-
struct srcu_struct srcu;
-
#ifdef CONFIG_KVM_APIC_ARCHITECTURE
-
u32 bsp_vcpu_id;
-
#endif
-
// 虚拟机中包含的VCPU结构体数组,一个VCPU对应一个数组成员。
-
struct kvm_vcpu *vcpus[KVM_MAX_VCPUS];
-
// online的vcpu数量
-
atomic_t online_vcpus;
-
int last_boosted_vcpu;
-
struct list_head vm_list;
-
struct mutex lock;
-
//虚拟机中包括的IO总线结构体数组,一条总线对应一个kvm_io_bus结构体,如ISA总线、PCI总线。
-
struct kvm_io_bus *buses[KVM_NR_BUSES];
-
// 事件通道相关
-
#ifdef CONFIG_HAVE_KVM_EVENTFD
-
struct {
-
spinlock_t lock;
-
struct list_head items;
-
struct list_head resampler_list;
-
struct mutex resampler_lock;
-
} irqfds;
-
struct list_head ioeventfds;
-
#endif
-
// 虚拟机中的运行时状态信息,比如页表、MMU等状态。
-
struct kvm_vm_stat stat;
-
// 架构相关的部分。
-
struct kvm_arch arch;
-
// 引用计数
-
atomic_t users_count;
-
#ifdef KVM_COALESCED_MMIO_PAGE_OFFSET
-
struct kvm_coalesced_mmio_ring *coalesced_mmio_ring;
-
spinlock_t ring_lock;
-
struct list_head coalesced_zones;
-
#endif
-
-
struct mutex irq_lock;
-
#ifdef CONFIG_HAVE_KVM_IRQCHIP
-
/*
-
* Update side is protected by irq_lock and,
-
* if configured, irqfds.lock.
-
*/
-
// irq相关部分
-
struct kvm_irq_routing_table __rcu *irq_routing;
-
struct hlist_head mask_notifier_list;
-
struct hlist_head irq_ack_notifier_list;
-
#endif
-
-
#if defined(CONFIG_MMU_NOTIFIER) && defined(KVM_ARCH_WANT_MMU_NOTIFIER)
-
// mmu通知链
-
struct mmu_notifier mmu_notifier;
-
unsigned long mmu_notifier_seq;
-
long mmu_notifier_count;
-
#endif
-
// dirty TLB数量
-
long tlbs_dirty;
-
struct list_head devices;
-
};
kvm_dev_ioctl()-->kvm_dev_ioctl_create_vm()-->kvm_create_vm():
-
/*
-
* 实现虚拟机创建的主要函数
-
*/
-
static struct kvm *kvm_create_vm(unsigned long type)
-
{
-
int r, i;
-
/*
-
* 分配kvm结构体,一个虚拟机对应一个kvm结构,其中包括了虚拟机中的
-
* 关键系统,比如内存、中断、VCPU、总线等信息,该结构体也是kvm的关键结
-
* 构体之一
-
*/
-
struct kvm *kvm = kvm_arch_alloc_vm();
-
-
if (!kvm)
-
return ERR_PTR(-ENOMEM);
-
// 初始化kvm结构中的架构相关部分,比如中断
-
r = kvm_arch_init_vm(kvm, type);
-
if (r)
-
goto out_err_nodisable;
-
// 硬件使能,最终调用架构相关的kvm_x86_ops->hardware_enable()接口
-
r = hardware_enable_all();
-
if (r)
-
goto out_err_nodisable;
-
-
#ifdef CONFIG_HAVE_KVM_IRQCHIP
-
INIT_HLIST_HEAD(&kvm->mask_notifier_list);
-
INIT_HLIST_HEAD(&kvm->irq_ack_notifier_list);
-
#endif
-
-
BUILD_BUG_ON(KVM_MEM_SLOTS_NUM > SHRT_MAX);
-
-
r = -ENOMEM;
-
// 分配memslots结构,并初始化为0
-
kvm->memslots = kzalloc(sizeof(struct kvm_memslots), GFP_KERNEL);
-
if (!kvm->memslots)
-
goto out_err_nosrcu;
-
// 初始化内存槽位(slot)的id信息,便于后续索引
-
kvm_init_memslots_id(kvm);
-
if (init_srcu_struct(&kvm->srcu))
-
goto out_err_nosrcu;
-
// 初始化虚拟机的bus信息。
-
for (i = 0; i < KVM_NR_BUSES; i++) {
-
kvm->buses[i] = kzalloc(sizeof(struct kvm_io_bus),
-
GFP_KERNEL);
-
if (!kvm->buses[i])
-
goto out_err;
-
}
-
// 初始化mmu_lock
-
spin_lock_init(&kvm->mmu_lock);
-
// 设置虚拟机的mm(mm_struct)为当前进程的mm
-
kvm->mm = current->mm;
-
atomic_inc(&kvm->mm->mm_count);
-
// 初始化事件通道
-
kvm_eventfd_init(kvm);
-
mutex_init(&kvm->lock);
-
mutex_init(&kvm->irq_lock);
-
mutex_init(&kvm->slots_lock);
-
atomic_set(&kvm->users_count, 1);
-
INIT_LIST_HEAD(&kvm->devices);
-
-
// 初始化mmu操作的通知链
-
r = kvm_init_mmu_notifier(kvm);
-
if (r)
-
goto out_err;
-
-
raw_spin_lock(&kvm_lock);
-
// 将新创建的虚拟机的kvm结构,加入到全局链表vm_list中
-
list_add(&kvm->vm_list, &vm_list);
-
raw_spin_unlock(&kvm_lock);
-
-
return kvm;
-
-
out_err:
-
cleanup_srcu_struct(&kvm->srcu);
-
out_err_nosrcu:
-
hardware_disable_all();
-
out_err_nodisable:
-
for (i = 0; i < KVM_NR_BUSES; i++)
-
kfree(kvm->buses[i]);
-
kfree(kvm->memslots);
-
kvm_arch_free_vm(kvm);
-
return ERR_PTR(r);
-
}
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