KVM基本原理及架构六-KVM API

6 KVM API

KVM的API是通过/dev/kvm设备访问的，/dev/kvm是一个标准的字符设备，可以使用常用的open、close、ioctl接口操作，但是kvm的实现中，没有提供read和write接口，所有对KVM的所有操作都是通过ioctl接口操作的。KVM提供给上层的API功能上分，可分为3中类型：

1、    system指令，针对虚拟化系统的全局性参数设置和控制。

2、    VM指令，针对VM虚拟机进行控制，如：内存设置、创建VCPU等。

3、    VCPU指令，针对具体的VCPU进行参数设置。如：相关寄存器的读写、中断控制等。

通常对于KVM的操作都是从open /dev/kvm设备文件开始的，open后，会获得相应的文件描述符(fd)，然后通过ioctl系统指令对该fd进行进一步的操作，比如通过KVM_CREATE_VM指令，可以创建一个虚拟机并返回虚拟机对应的文件描述符，然后根据该描述符来进一步控制虚拟机的行为，比如通过KVM_CREATE_VCPU指令来为该虚拟机创建VCPU。

6.1 System指令

System ioctl指令用于控制KVM运行环境的参数，包括全局性的参数设置和虚拟机创建等工作，主要的指令字包括：

ü  KVM_CREATE_VM 创建KVM虚拟机

ü  KVM_GET_API_VERSION 查询当前KVM API版本

ü  KVM_GET_MSR_INDEX_LIST 获得MSR索引列表

ü  KVM_CHECK_EXTENSION 检查扩展支持情况

ü  KVM_GET_VCPU_MMAP_SIZE 运行虚拟机和用户态空间共享的一片内存区域的大小

其中，KVM_CREATE_VM比较重要，用于创建虚拟机，并返回一个代表该虚拟机的描述符(fd)。新创建的虚拟机没有VCPU，也没有内存等资源，需要对创建虚拟机时返回的描述符，通过ioctl指令，进行进一步的配置。

6.2 VM指令

VM ioctl指令实现对虚拟机的控制，大多需要从KVM_CREATE_VM中返回的fd来进行操作，具体操作包括：配置内存、配置VCPU、运行虚拟机等，主要指令如下：

ü  KVM_CREATE_VCPU 为虚拟机创建VCPU

ü  KVM_RUN 根据kvm_run结构体信息，运行VM虚拟机

ü  KVM_CREATE_IRQCHIP 创建虚拟APIC，且随后创建的VCPU都关联到此APIC

ü  KVM_IRQ_LINE 对某虚拟APIC发出中断信号

ü  KVM_GET_IRQCHIP 读取APIC的中断标志信息

ü  KVM_SET_IRQCHIP 写入APIC的中断标志信息

ü  KVM_GET_DIRTY_LOG 返回脏内存页的位图

KVM_CREATE_VCPU 和KVM_RUN是VM ioctl指令中两种重要的指令字，通过KVM_CREATE_VCPU为虚拟机创建VCPU，并获得对应的fd描述符后，可以对其调用KVM_RUN，以启动该虚拟机(或称为调度VCPU)。 

Kvm_run结构体定义在include/linux/kvm.h中，可以通过该结构体了解KVM的内部运行状态。

6.3 VCPU指令

VCPU ioctl指令主要针对具体的VCPU进行配置，包括寄存器读写、中断设置、内存设置、时钟管理、调试开关等，可以对KVM虚拟机进行运行时配置。主要指令字包括：

l  寄存器控制方面：

ü  KVM_GET_REGS 获取通用寄存器信息

ü  KVM_SET_REGS 设置通用寄存器信息

ü  KVM_GET_SREGS 获取特殊寄存器信息

ü  KVM_SET_SREGS设置特殊寄存器信息

ü  KVM_GET_MSRS获取MSR寄存器信息

ü  KVM_SET_MSRS设置MSR寄存器信息

ü  KVM_GET_FPU获取浮点寄存器信息

ü  KVM_SET_FPU设置浮点寄存器信息

ü  KVM_GET_XSAVE获取VCPU的xsave寄存器信息

ü  KVM_SET_XSAVE设置VCPU的xsave寄存器信息

ü  KVM_GET_XCRS获取VCPU的xcr寄存器信息

ü  KVM_SET_XCRS设置VCPU的xcr寄存器信息

2  中断和事件管理方面

ü  KVM_INTERRUPT 在VCPU上产生中断(当APIC无效时)

ü  KVM_SET_SIGNAL_MASK 设置某个VCPU的中断信号屏蔽掩码

ü  KVM_GET_CPU_EVENTS 获取VCPU中被挂起待延时处理的事件，如中断、NMI或异常

ü  KVM_SET_CPU_EVENTS 设置VCPU的事件，如中断、NMI或异常

3  内存管理方面

ü  KVM_TRANSLATE 将VCPU的物理地址翻译成HPA

ü  KVM_SET_USER_MEMORY_REGION 修改VCPU的内存区域

ü  KVM_SET_TSS_ADDR 初始化TSS内存区域(Intel架构专用)

ü  KVM_SET_IDENTITY_MAP_ADDR 创建EPT页表(Intel架构专用)

4  其他方面(如：CPUID的设置、调试接口等)