qemu源码分析之四--dyngen动态翻译技术

由于刚刚接触qemu，所以前面几篇文章仅仅是肤浅的介绍qemu的一些背景知识，今天突然感觉前面说的太没有条理了，而且大部分是读别人的文章，一知半解，没有自己的总结体会，今天感觉稍微有点心得，敬请指教。

1. 明确guest和host

对于qemu而言，被仿真的平台成为guest或者说target；很明显，运行qemu的平台就称为host。

2. 了解qemu动态翻译技术的发展

qemu运用动态翻译的技术将guest binary instructions动态翻译成host binary instructions，之后由host运行翻译后的指令。在qemu-0.9之前的版本都采用dyngen的动态翻译技术，而从qemu-0.10开始的版本开始采用TCG（Tiny Code Generator）的翻译技术。

采用dyngen 动态翻译技术的资料主要有以下两篇文章，是了解动态翻译技术入门的好文章（在后续的分析中，会简单介绍dyngen技术）：

• QEMU, a Fast and Portable Dynamic Translator
• Porting QEMU to Plan 9: QEMU Internals and Port Strategy

介绍TCG技术的文章则相对较少，主要是阅读qemu源码和qemu官网上的相关资料。

3. dyngen简单介绍

图1简单说明了qemu采用dyngen动态翻译技术将目标平台指令翻译成主机平台指令的简单过程。

假设target为PowerPC，host为x86，说明整个翻译过程：

dyngen在整个过程中扮演了非常重要的角色，其详细功能在这里不再详述，但是有一个疑问，希望与大家讨论：

在将目标平台指令集向micro-operations这一步的转化中，《QEMU, a Fast and Portable Dynamic Translator》一文中提到采用了hand coded code的方式，我理解是我们说的“硬编码”，即目标平台指令到micro-op是预先写好的一一映射的关系，我的疑问就是这种一一映射的关系是怎么实现的，因为没有看过qemu-0.9之前版本的代码，所以很想知道是怎么hand coded 的。另外，该文还提到“When QEMU first encounters a piece of target code, it translates it to host code ... ....”, 我的问题是qemu怎么处理目标平台的objective file的， 比方说qemu怎么分析一个ELF文件，怎么从中读取指令，怎么来进行后面的hand coded ？？？？

在dyngen动态翻译技术中，还涉及到几个比较重要的地方，比如：

（1）TBs，Translated Blocks

qemu将TB定义为碰到下一个jump指令或修改CPU state的指令之前的所有代码称为一个TB
（2）寄存器分配

target平台的寄存器被映射到host的固定寄存器或指定的内存地址

（3）条件代码的优化

（4）TB块以hash表的形式组织

（5）mmap()系统调用仿真target的MMU

（6）longjmp()实现异常仿真

（7）异步轮询的方式实现中断的仿真

至于（3）~（7）的具体实现方式，现在还比较模糊，希望与大家交流！！！！！！！！！

4. TCG简单介绍

TCG是qemu的核心，主要实现了以下翻译流程：

guest binary instructions -> TCG IR -> host binary instructions TCG 定义了一组IR(intermediate representation),这些IR大致可以分为以下几类：

- Mov类操作: mov, movi, ... - 逻辑操作: and, or, xor, shl, shr, ... - 算术操作: add, sub, mul, div, ... - 分支跳转操作: jmp, br, brcond - 函数调用: call - 内存操作: ld, st - QEMU的特殊操作: tb_exit, goto_tb, qemu_ld/qemu_st