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2016年(11)

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分类: LINUX

2016-06-04 12:37:10

8 KVM内核模块重要流程分析

8.1 初始化流程

如之前描述,KVM中主要包括:kvm.kokvm-intel.kokvm-amd.ko 3个模块,主要的初始化流程如下:

主要过程包括两部分:

ü  通过module_init宏执行平台相关的模块(kvm-intel.kokvm-amd.ko)初始化代码

ü  进入kvm_init执行kvm核心初始化工作

8.2 虚拟机创建

内核函数kvm_create_vm(linux/virt/kvm/kvm_main.c)用于创建虚拟机,用户态Qemu-kvm通过如下过程,最终进入内核的此函数中,由该函数完成虚拟机的创建。

ioctl(KVM_CREATE_VM..)

à kvm_dev_ioctl

à kvm_dev_ioctl_create_vm

à  kvm_create_vm

kvm_create_vm主要完成KVM虚拟机结构体的创建、KVMMMU操作接口的安装、KVMIO总线、事件通道的初始化等操作,主要流程如下:

1、kvm_arch_create_vm()初始化kvm结构体

2、hardware_enable_all(),针对每一个CPU,调用kvm_x86_ops中硬件相关的函数进行硬件使能,主要设置相关寄存器和标记,使CPU进入虚拟化相关模式中(Intel VMX)

3、初始化memslots结构体信息

4、初始化BUS总线结构体信息

5、初始化事件通知信息和内存管理相关结构体信息

6、将新创建的虚拟机加入KVM的虚拟机列表

8.3 VCPU创建

在通过ioctl(KVM_CREATE_VM…)创建虚拟机并获得相应的fd后,可以通过ioctl(KVM_CREATE_VCPU…)创建VCPU(相关操作通常在Qemu-kvm用户态进程中进行)

ioctl(KVM_CREATE_VCPU..)

à kvm_vm_ioctl

à kvm_dev_ioctl_create_vcpu

VCPU的创建过程只要是创建VCPU描述符,即kvm_vcpu结构体,该结构体内容较多,包括硬件相关的内容。具体实现由内核函数kvm_dev_ioctl_create_vcpu()完成,主要流程如下:

1、kvm_arch_vcpu_create()创建kvm_vcpu结构体,具体实现跟架构相关,直接调用kvm_x86_ops中的create_cpu方法执行,主要完成相关寄存器和CPUID的初始化,为调度运行做准备。

2、kvm_arch_vcpu_setup()初始化kvm_vcpu结构体

3、判断当前VCPU数量是否达到上限,如果是,则销毁刚创建的实例

4、判断当前VCPU是否已经加入了某个KVM主机,如果是,则销毁刚创建的实例

5、create_vcpu_fd()创建vcpu_fd

6、将创建的kvm_vcpu结构体加入kvmVCPU数组中

7、增加online vcpu数量

8、释放锁,结束。

8.4 VCPU运行

VMVCPU创建好并完成初始化后,就可以调度该VCPU运行了。VCPU(虚拟机)的运行主要任务是要进行上下文切换,主要就是相关寄存器、APIC状态、TLB等,通常上下文切换的过程如下:

1、保存当前的上下文

2、使用kvm_vcpu结构体中的上下文信息,加载到物理CPU

3、执行kvm_x86_ops中的run_vcpu函数,调用硬件相关的指令(VMLAUNCH),进入虚拟机运行环境中

Qemu-kvm可以通过ioctl(KVM_RUN…)使虚拟机运行。过程如下:

ioctl(KVM_CREATE_VCPU..)

à kvm_vcpu_ioctl

à kvm_arch_vcpu_ioctl_run

具体由内核函数kvm_arch_vcpu_ioctl_run完成相关工作。主要流程如下:

1、Sigprocmask()屏蔽信号,防止在此过程中受到信号的干扰。

2、设置当前VCPU状态为KVM_MP_STATE_UNINITIALIZED

3、配置APICmmio相关信息

4、VCPU中保存的上下文信息写入指定位置

5、然后的工作交由__vcpu_run完成

6、__vcpu_run最终调用vcpu_enter_guest,该函数实现了进入Guest,并执行Guest OS具体指令的操作。       

7、vcpu_enter_guest最终调用kvm_x86_ops中的run函数运行。对应于Intel平台,该函数为vmx_vcpu_run(设置Guest CR3和其他寄存器、EPT/影子页表相关设置、汇编代码VMLAUNCH切换到非根模式,执行Guest目标代码)

8、Guest代码执行到敏感指令或因其他原因(比如中断/异常)VM-Exit退出非根模式,返回到vcpu_enter_guest函数继续执行。

9、vcpu_enter_guest函数中会判断VM-Exit原因,并进行相应处理。

10、处理完成后VM-EntryGuest重新执行Guest代码,或重新等待下次调度。

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