Chinaunix首页 | 论坛 | 博客
  • 博客访问: 9120
  • 博文数量: 9
  • 博客积分: 10
  • 博客等级: 民兵
  • 技术积分: 45
  • 用 户 组: 普通用户
  • 注册时间: 2011-08-23 20:55
文章分类

全部博文(9)

文章存档

2016年(9)

我的朋友

分类: 虚拟化

2016-09-12 16:32:55

转自:www.oenhan.com

基本原理里面提到kvm虚拟化由用户态程序Qemu和内核态驱动kvm配合完成,qemu负责HOST用户态层面进程管理,IO处理等,KVM负责把qemu的部分指令在硬件上直接实现,从虚拟机的创建和运行上看,qemu的代码占了流程上的主要部分。下面的代码主要主要针对与qemu,KVM部分另外开篇再说。

代码:

QEMU:git://git.qemu.org/qemu.git v2.4.0

KVM:https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/stable/linux-stable.git v4.2

QEMU和KVM是通过IOCTL进行配合的,直接抓住这个线看有kvm_ioctl、kvm_vm_ioctl、kvm_vcpu_ioctl、kvm_device_ioctl等,他们还都在一个C文件里面。

使用kvm_ioctl很少了,直接看调用的代码,有KVM_GET_VCPU_MMAP_SIZE,KVM_CHECK_EXTENSION,KVM_GET_API_VERSION,KVM_CREATE_VM,KVM_GET_SUPPORTED_CPUID等等,需要记住只有KVM_CREATE_VM。

而调用kvm_vm_ioctl的函数真是海了去了,需要看的是KVM_SET_USER_MEMORY_REGION,KVM_CREATE_VCPU,KVM_CREATE_DEVICE。

所有寄存器的交换信息都是通过kvm_vcpu_ioctl,需要记住的操作只有,KVM_RUN。

所有看QEMU和KVM的配合流程如下:

qemu_create_kvm_vm

接下来参考上图分析qemu代码流程: 从vl.c代码的main函数开始。 atexit(qemu_run_exit_notifiers)注册了qemu的退出处理函数,后面在具体看qemu_run_exit_notifiers函数。 module_call_init则开始初始化qemu的各个模块,陆陆续续的有以下参数:



最开始初始化的MODULE_INIT_QOM,QOM是qemu实现的一种模拟设备,具体可以参考http://wiki.qemu.org/Features/QOM,代码下面的不远处就MODULE_INIT_MACHINE的初始化,这两条语句放到一起看,直接说一下module_call_init的机制。 module_call_init实际设计的一个函数链表,ModuleTypeList ,链表关系如下图
qemu_module_init

它把相关的函数注册到对应的数组链表上,通过执行init项目完成所有设备的初始化。module_call_init就是执行e->init()完成功能的,而e->init是什么时候通过register_module_init注册到ModuleTypeList上的ModuleEntry,是module_init注册的,而调用module_init的有



那么执行machine_init则是挂到了MODULE_INIT_MACHINE,type_init则将函数挂载了MODULE_INIT_QOM。那么排查一下是,我们只关注PC的注册,那么就是machine_init(pc_machine_init_##suffix),源自DEFINE_PC_MACHINE(suffix, namestr, initfn, optsfn)宏,而DEFINE_I440FX_MACHINE有



DEFINE_PC_MACHINE注册的函数pc_init_##suffix在DEFINE_I440FX_MACHINE中定义,怎么组合都无关,pc_init1(machine)函数一定要执行,本质就是pc_init1赋值给了mc->init,其他爱看不看吧。
而module_init的宏是



它前面的修饰是__attribute__((constructor)),这个导致machine_init或者type_init等会在main()之前就被执行。所有type_init(kvm_type_init)-> kvm_accel_type -> kvm_accel_class_init -> kvm_init依次完成了函数注册,所有说module_call_init(MODULE_INIT_QOM)函数已经完成了kvm_init的执行,所有这样就清楚KVM调用关系了。
如此就先去看kvm_init函数,前面主要干了一件事,填充KVMState *s结构体,然后通过kvm_ioctl(s, KVM_GET_API_VERSION, 0)判断内核KVM驱动和当前QEMU版本是否兼容,下面则是执行kvm_ioctl(s, KVM_CREATE_VM, type)进行虚拟机的创建活动,创建了KVM虚拟机,获取虚拟机句柄。具体KVM_CREATE_VM在内核态做了什么,ioctl的工作等另外再说,现在假定KVM_CREATE_VM所代表的虚拟机创建成功,下面通过检查kvm_check_extension结果填充KVMState,kvm_arch_init初始化KVMState,其中有IDENTITY_MAP_ADDR,TSS_ADDR,NR_MMU_PAGES等,cpu_register_phys_memory_client注册qemu对内存管理的函数集,kvm_create_irqchip创建kvm中断管理内容,通过kvm_vm_ioctl(s, KVM_CREATE_IRQCHIP)实现,具体内核态的工作内容后面分析。到此kvm_init的工作就完成了,最主要的工作就是创建的虚拟机。

这样绕了这么大圈,重新回到vl.c上面来,前面刚说了module_call_init(MODULE_INIT_MACHINE)本质就是把pc_init1赋值给了mc->init,然后machine_class = find_default_machine(),如此可以看到machine_class的init函数一定会执行pc_init1。

下面涉及对OPT入参的解析过程略过不提。 qemu准备模拟的机器的类型从下面语句获得:



machine_class则是通过入参传入的



man qemu



下面有cpu_exec_init_all就是执行了qemu的内存结构体的初始化而已,cpudef_init则提供了VCPU的不同型号的模拟,qemu_set_log设置日志输出,kvm对外的日志是从这里配置的。中间的乱七八糟的就忽略掉即可,然后直接到了machine_class->init(current_machine)函数,其实就是执行了pc_init1。暂且记下来,先看下面的,cpu_synchronize_all_post_init就是内核和qemu数据不一致同步一下。下面的函数没有重要的了,只有vm_start()函数需要记一下,后面会用到。

现在进入pc_init1函数:

在pc_init1中重点看两个函数,pc_cpus_init和pc_memory_init,顾名思义,CPU和内存的初始化,中断,vga等函数的初始化先忽略掉,先看这两个。
pc_cpus_init入参是cpu_model,前面说过这是具体的CPU模型,所有X86的CPU模型都在builtin_x86_defs中定义,取其中一个看看



你可以cat一个本地的/proc/cpuinfo,builtin_x86_defs定义的就是这些参数。
然后是for循环中针对每个CPU初始化,即pc_new_cpu,直接进入cpu_x86_create函数,
主要就是把CPUX86State填充了一下,涉及到CPUID和其他的feature。下面是x86_cpu_realize,即唤醒CPU,重点是qemu_init_vcpu,MCE忽略掉,走到qemu_kvm_start_vcpu,qemu创建VCPU,如下:



线程创建完成,具体任务支线提,回到主流程上,qemu_init_vcpu执行完成后,下面就是cpu_reset,此处的作用是什么呢?答案是无用,本质是一个空函数,它的主要功能就是CPUClass的reset函数,reset在cpu_class_init里面注册的,注册的是cpu_common_reset,这是一个空函数,没有任何作用。cpu_class_init则是被cpu_type_info即TYPE_CPU使用,而cpu_type_info则由type_init(cpu_register_types)完成,type_init则是前面提到的和machine_init对应的注册关系。根据下句完成工作



从上面看,pc_cpus_init函数过程已经理顺了,下面看一下,vcpu所在的线程对应的qemu_kvm_cpu_thread_fn中:



CPU进入执行状态的时候我们看到其他的VCPU包括内存可能还没有初始化,关键是此处有一个开关,qemu_cpu_cond,打开这个开关才能进入到CPU执行状态,谁来打开这个开关,后面再说。先看kvm_init_vcpu,通过kvm_vm_ioctl,KVM_CREATE_VCPU创建VCPU,用KVM_GET_VCPU_MMAP_SIZE获取env->kvm_run对应的内存映射,kvm_arch_init_vcpu则填充对应的kvm_arch内容,具体内核部分,后面单独写。kvm_init_vcpu就是获取了vcpu,将相关内容填充了env。
qemu_kvm_init_cpu_signals则是将中断组合掩码传递给kvm_set_signal_mask,最终给内核KVM_SET_SIGNAL_MASK。kvm_cpu_exec此时还在阻塞过程中,先挂起来,看内存的初始化
内存初始化函数是pc_memory_init,memory_region_init_ram传入了高端内存和低端内存的值,memory_region_init负责填充mr,重点在qemu_ram_alloc,即qemu_ram_alloc_from_ptr,首先有RAMBlock,ram_list,那就直接借助find_ram_offset函数一起看一下qemu的内存分布模型。
qemu_memory_module

qemu模拟了普通内存分布模型,内存的线性也是分块被使用的,每个块称为RAMBlock,由ram_list统领,RAMBlock.offset则是区块的线性地址,即相对于开始的偏移位,RAMBlock.length(size)则是区块的大小,find_ram_offset则是在线性区间内找到没有使用的一段空间,可以完全容纳新申请的ramblock length大小,代码就是进行了所有区块的遍历,找到满足新申请length的最小区间,把ramblock安插进去即可,返回的offset即是新分配区间的开始地址。
而RAMBlock的物理则是在RAMBlock.host,由kvm_vmalloc(size)分配真正物理内存,内部qemu_vmalloc使用qemu_memalign页对齐分配内存。后续的都是对RAMBlock的插入等处理。
从上面看,memory_region_init_ram已经将qemu内存模型和实际的物理内存初始化了。
vmstate_register_ram_global这个函数则是负责将前面提到的ramlist中的ramblock和memory region的初始地址对应一下,将mr->name填充到ramblock的idstr里面,就是让二者有确定的对应关系,如此mr就有了物理内存使用。
后面则是subregion的处理,memory_region_init_alias初始化,其中将ram传递给mr->owner确定了隶属关系,memory_region_add_subregion则是大头,memory_region_add_subregion_common前面的判断忽略,QTAILQ_INSERT_TAIL(&mr->subregions, subregion, subregions_link)就是插入了链表而已,主要内容在memory_region_transaction_commit。
memory_region_transaction_commit中引入了新的结构address_spaces(AS),注释里面提到“AddressSpace: describes a mapping of addresses to #MemoryRegion objects”,就是内存地址的映射关系,因为内存有不同的应用类型,address_spaces以链表形式存在,commit函数则是对所有AS执行address_space_update_topology,先看AS在哪里注册的,就是前面提到的kvm_init里面,执行memory_listener_register,注册了address_space_memory和address_space_io两个,涉及的另外一个结构体则是MemoryListener,有kvm_memory_listener和kvm_io_listener,就是用于监控内存映射关系发生变化之后执行回调函数。
下面进入到address_space_update_topology函数,FlatView则是“Flattened global view of current active memory hierarchy”,address_space_get_flatview直接获取当前的,generate_memory_topology则根据前面已经变化的mr重新生成FlatView,然后通过address_space_update_topology_pass比较,简单说address_space_update_topology_pass就是两个FlatView逐条的FlatRange进行对比,以后一个FlatView为准,如果前面FlatView的FlatRange和后面的不一样,则对前面的FlatView的这条FlatRange进行处理,差别就是3种情况,如代码:



重点在MEMORY_LISTENER_UPDATE_REGION函数上,将变化的FlatRange构造一个MemoryRegionSection,然后遍历所有的memory_listeners,如果memory_listeners监控的内存区域和MemoryRegionSection一样,则执行第四个入参函数,如region_del函数,即kvm_region_del函数,这个是在kvm_init中初始化的。kvm_region_del主要是kvm_set_phys_mem函数,主要是将MemoryRegionSection有效值转换成KVMSlot形式,在kvm_set_user_memory_region中使用kvm_vm_ioctl(s, KVM_SET_USER_MEMORY_REGION, &mem)传递给kernel。
我们看内存初始化真正需要做的是什么?就是qemu申请内存,把申请物理地址传递给kernel进行映射,那我们直接就可以KVMSlot申请内存,然后传递给kvm_vm_ioctl,这样也是OK的,之所以有这么多代码,因为qemu本身是一个软件虚拟机,mr涉及的地址已经是vm的地址,对于KVM是多余的,只是方便函数复用而已。
内存初始化之后还是pci等处理先跳过,如此pc_init就完成了,但是前面VM线程已经初始化成功,在qemu_kvm_cpu_thread_fn函数中等待运行:



判断条件就是cpu_can_run函数,即cpu->stop && cpu->stopped && current_run_state != running 都是false,而这几个参数都是由vm_start函数决定的



如此kvm_cpu_exec就真正进入执行阶段,即通过kvm_vcpu_ioctl传递KVM_RUN给内核。

阅读(299) | 评论(0) | 转发(0) |
0

上一篇:没有了

下一篇:KVM源代码分析1:基本工作原理

给主人留下些什么吧!~~
评论热议
请登录后评论。

登录 注册