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分类: LINUX

2013-06-18 15:22:19

VMCS是Intel-x中一个很重要的数据结构,它占用一个page大小,由VMM分配,但是硬件是需要读写的,有点类似于页表。vmcs的各个域在manual中有说明,但是每个域在vmcs页中的具体位置是不知道的,程序员不用关心,只需要用相应的VMWRITE和VMREAD指令去访问。这样做的好处是,vmcs页中结构的具体layout可以透明的进行变动。

今天稍微把kvm中有关vmcs的部分研究了一下,下面从三个方面总结一下:一是vmcs组成部分;二是kvm中vmcs分配与初始化路径;三是kvm配置vmcs中一些重要的域。
首先来看vmcs组成部分,这个可以参考"IA32 Intel Architecture Software Developer's Manual Volume 3B System Programming Guide",这里简单总结一下:
* 1. Guest State Area * 2. Host State Area * 3. VM Execution Control Fields * 3.1 32bit pin-based exec ctrl * 3.2 32bit cpu-based exec ctrl * 3.3 32bit cpu-based secondary exec ctrl * 3.4 32bit exeception bitmap * 3.5 64bit physical addr of I/O bitmaps A and B(each is 4KB in size) * 3.6 64bit TSC-offset * 3.7 controls for APIC access * 4. VM-Exit Control Fields
* 4.1 32bit VM-Exit Controls
* 4.2 32+64bit VM-Exit Controls for MSRs
* 5. VM-Entry Control Fields
* 5.1 32bit VM-Entry Controls
* 5.2 VM-Entry Controls for Event Injection
* 5.2.1 32bit VM-Entry Interruption-information field
* 5.2.2 32bit VM-Entry exception error code
* 5.2.3 32bit VM-Entry instruction length
* 5.3 32+64bit VM-Entry Controls for MSRs * 6. VM-Exit Information Fields
再来看kvm分配与初始化vmcs的代码路径。我发现有两个路径都是要分配vmcs的:
第一是kvm内核模块加载时,在hardware_setup中调用alloc_kvm_area,进而对每一个cpu调用alloc_vmcs_cpu。这里的每一个cpu应该是物理cpu了,为什么要对每个物理cpu都分配一个页的vmcs空间觉得有点奇怪,还没想明白。另外,setup_vmcs_config很重要,是kvm默认对vmcs的一些配置,第三部分再讲,要注意的是它只是将配置记录到额外的一个结构vmcs_config中,并没有真正就写入vmcs了,后面真正写vmcs会用到这个结构。
vmx_init(vmx.c)
      |
  kvm_init(kvm_main.c)
      |
  kvm_arch_init(kvm_main.c) --> kvm_arch_hardware_setup
      |                                                            |
  kvm_timer_init(x86.c)           kvm_x86_ops->hardware_setup(vmx.c)
                                                                   |
                                               setup_vmcs_config(vmx.c)  --> alloc_kvm_area(vmx.c)
                                                                                                       | for_each_cpu
                                                                                          alloc_vmcs_cpu(vmx.c)
  第二是创建vcpu时,因为每个vcpu应该要单独对应一个vmcs。可以看到,这里也是用alloc_vmcs_cpu分配一个页的vmcs,所以我就觉得奇怪,既然每个vcpu都分配了vmcs页,为什么pcpu也要每个都分配一个vmcs页,不是可以像页表那样,用一个寄存器指向当前vcpu的vmcs页就行了么?另外,vmx_vcpu_setup很重要,它是真正地将配置写入vmcs页中去了。
KVM_CREATE_VCPU ---> kvm_vm_ioctl (kvm_main.c)
                                                | 
               kvm_vm_ioctl_create_vcpu(kvm_main.c)
  |
kvm_arch_vcpu_create(x86.c)
  |
   kvm_x86_ops->vcpu_create(vmx_create_vcpu in vmc.c) 
                                  | 
                      alloc_vmcs(vmx.c)   --->   vmx_vcpu_setup
                                  |                                   |
                      alloc_vmcs_cpu(vmx.c)     vmcs_writel  -->  guest_write_tsc
最后来看kvm对vmcs的一些重要配置。它几个部分的配置比较的分散:
IO bitmap A and B在vmx_init中配置,毕竟vmcs中记录的只是IO bitmap的物理地址。具体的配置这里就不说了。
我现在关心的vmcs配置是:VM execution control、VM entry control及VM exit control三个部分。它们的具体配置是在setup_vmcs_config(注意这个是通用配置,后面特定的vcpu可以有修改),其中重要的设置有:
1. PIN_BASED_EXT_INTR_MASK;标志着external interrupt会导致VMExit;
2. 没有RDTSC_EXITING;标志着rdtsc指令不会导致VMExit,guest可以直接读取物理TSC;
3. CPU_BASED_USE_TSC_OFFSETTING;标志着读取的物理TSC还要加上一个TSC_OFFSET才得到guest TSC;
4. CPU_BASED_USE_IO_BITMAPS;标志着每个guest IO指令产不产生VMExit要去查IO bitmap;
5. SECONDARY_EXEC_ENABLE_EPT;标志着默认是打开ept特性的;6. 没有VM_EXIT_ACK_INTR_ON_EXIT;我的理解是这样的—原来在guest模式下,中断是关闭的,但是会导致VMExit(上1配置)。Exit后kvm内核代码立刻开中断,这时必须能检测到这个中断。如果VMExit时就自动ack了,再开中断时就检测不到这个中断了。
7. 1-6都是Execution control,至于Entry和Exit control在setup_vmcs_config中固定配置比较少,现在也不太关心,以后再总结。
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给主人留下些什么吧!~~

yunsongice2014-12-10 17:29:55

其实vmx模块加载的时候有个模块参数vmm_exclusive,如果以这个参数为0加载vmx模块,那么所有虚拟机vcpu共享物理CPU的VMCS,并且虚拟机的vcpu个数不能超过物理机,从而保障性能。不过这个值默认是1,也就是说系统允许我们进行“超分”,让每个vcpu拥有自己的VMCS结构即可。

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