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這期內(nèi)容當(dāng)中小編將會(huì)給大家?guī)?lái)有關(guān)虛擬化原理及QEMU啟動(dòng)過(guò)程是怎樣的，文章內(nèi)容豐富且以專業(yè)的角度為大家分析和敘述，閱讀完這篇文章希望大家可以有所收獲。
第一步，獲取到kvm句柄
kvmfd = open("/dev/kvm", O_RDWR);
第二步，創(chuàng)建虛擬機(jī)，獲取到虛擬機(jī)句柄。
vmfd = ioctl(kvmfd, KVM_CREATE_VM, 0);
第三步，為虛擬機(jī)映射內(nèi)存，還有其他的PCI，信號(hào)處理的初始化。
ioctl(kvmfd, KVM_SET_USER_MEMORY_REGION, &mem);
第四步，將虛擬機(jī)鏡像映射到內(nèi)存，相當(dāng)于物理機(jī)的boot過(guò)程，把鏡像映射到內(nèi)存。
第五步，創(chuàng)建vCPU，并為vCPU分配內(nèi)存空間。
ioctl(kvmfd, KVM_CREATE_VCPU, vcpuid);
vcpu->kvm_run_mmap_size = ioctl(kvm->dev_fd, KVM_GET_VCPU_MMAP_SIZE, 0);
第五步，創(chuàng)建vCPU個(gè)數(shù)的線程并運(yùn)行虛擬機(jī)。
ioctl(kvm->vcpus->vcpu_fd, KVM_RUN, 0);
第六步，線程進(jìn)入循環(huán)，并捕獲虛擬機(jī)退出原因，做相應(yīng)的處理。
這里的退出并不一定是虛擬機(jī)關(guān)機(jī)，虛擬機(jī)如果遇到IO操作，訪問(wèn)硬件設(shè)備，缺頁(yè)中斷等都會(huì)退出執(zhí)行，退出執(zhí)行可以理解為將CPU執(zhí)行上下文返回到QEMU。open("/dev/kvm")
ioctl(KVM_CREATE_VM)
ioctl(KVM_CREATE_VCPU)
for (;;) {
ioctl(KVM_RUN)
switch (exit_reason) {
case KVM_EXIT_IO: /* ... */
case KVM_EXIT_HLT: /* ... */
}
}關(guān)于KVM_CREATE_VM參數(shù)的描述，創(chuàng)建的VM是沒(méi)有cpu和內(nèi)存的，需要QEMU進(jìn)程利用mmap系統(tǒng)調(diào)用映射一塊內(nèi)存給VM的描述符，其實(shí)也就是給VM創(chuàng)建內(nèi)存的過(guò)程。
KVM ioctl接口文檔
下面是一個(gè)KVM的簡(jiǎn)單demo，其目的在于加載 code 并使用KVM運(yùn)行起來(lái).
這是一個(gè)at&t的8086匯編，.code16表示他是一個(gè)16位的，當(dāng)然直接運(yùn)行是運(yùn)行不起來(lái)的，為了讓他運(yùn)行起來(lái)，我們可以用KVM提供的API，將這個(gè)程序看做一個(gè)最簡(jiǎn)單的操作系統(tǒng)，讓其運(yùn)行起來(lái)。
這個(gè)匯編的作用是輸出al寄存器的值到0x3f8端口。對(duì)于x86架構(gòu)來(lái)說(shuō)，通過(guò)IN/OUT指令訪問(wèn)。PC架構(gòu)一共有65536個(gè)8bit的I/O端口，組成64KI/O地址空間，編號(hào)從0~0xFFFF。連續(xù)兩個(gè)8bit的端口可以組成一個(gè)16bit的端口，連續(xù)4個(gè)組成一個(gè)32bit的端口。I/O地址空間和CPU的物理地址空間是兩個(gè)不同的概念，例如I/O地址空間為64K，一個(gè)32bit的CPU物理地址空間是4G。
最終程序理想的輸出應(yīng)該是，al，bl的值后面KVM初始化的時(shí)候有賦值。
4\n (并不直接輸出\n，而是換了一行），hlt 指令表示虛擬機(jī)退出
.globl _start .code16 _start: mov $0x3f8, %dx add %bl, %al add $'0', %al out %al, (%dx) mov $'\n', %al out %al, (%dx) hlt
我們編譯一下這個(gè)匯編，得到一個(gè) Bin.bin 的二進(jìn)制文件
as -32 bin.S -o bin.o ld -m elf_i386 --oformat binary -N -e _start -Ttext 0x10000 -o Bin.bin bin.o
查看一下二進(jìn)制格式
? demo1 hexdump -C bin.bin
00000000 ba f8 03 00 d8 04 30 ee b0 0a ee f4 |......0.....|
0000000c
對(duì)應(yīng)了下面的code數(shù)組，這樣直接加載字節(jié)碼就不需要再?gòu)奈募虞d了
const uint8_t code[] = {
0xba, 0xf8, 0x03, /* mov $0x3f8, %dx */
0x00, 0xd8, /* add %bl, %al */
0x04, '0', /* add $'0', %al */
0xee, /* out %al, (%dx) */
0xb0, '\n', /* mov $'\n', %al */
0xee, /* out %al, (%dx) */
0xf4, /* hlt */
};#include <err.h>
#include <fcntl.h>
#include <linux/kvm.h>
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
int main(void)
{
int kvm, vmfd, vcpufd, ret;
const uint8_t code[] = {
0xba, 0xf8, 0x03, /* mov $0x3f8, %dx */
0x00, 0xd8, /* add %bl, %al */
0x04, '0', /* add $'0', %al */
0xee, /* out %al, (%dx) */
0xb0, '\n', /* mov $'\n', %al */
0xee, /* out %al, (%dx) */
0xf4, /* hlt */
};
uint8_t *mem;
struct kvm_sregs sregs;
size_t mmap_size;
struct kvm_run *run;
// 獲取 kvm 句柄
kvm = open("/dev/kvm", O_RDWR | O_CLOEXEC);
if (kvm == -1)
err(1, "/dev/kvm");
// 確保是正確的 API 版本
ret = ioctl(kvm, KVM_GET_API_VERSION, NULL);
if (ret == -1)
err(1, "KVM_GET_API_VERSION");
if (ret != 12)
errx(1, "KVM_GET_API_VERSION %d, expected 12", ret);
// 創(chuàng)建一虛擬機(jī)
vmfd = ioctl(kvm, KVM_CREATE_VM, (unsigned long)0);
if (vmfd == -1)
err(1, "KVM_CREATE_VM");
// 為這個(gè)虛擬機(jī)申請(qǐng)內(nèi)存，并將代碼（鏡像）加載到虛擬機(jī)內(nèi)存中
mem = mmap(NULL, 0x1000, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
if (!mem)
err(1, "allocating guest memory");
memcpy(mem, code, sizeof(code));
// 為什么從 0x1000 開(kāi)始呢，因?yàn)轫?yè)表空間的前4K是留給頁(yè)表目錄
struct kvm_userspace_memory_region region = {
.slot = 0,
.guest_phys_addr = 0x1000,
.memory_size = 0x1000,
.userspace_addr = (uint64_t)mem,
};
// 設(shè)置 KVM 的內(nèi)存區(qū)域
ret = ioctl(vmfd, KVM_SET_USER_MEMORY_REGION, ®ion);
if (ret == -1)
err(1, "KVM_SET_USER_MEMORY_REGION");
// 創(chuàng)建虛擬CPU
vcpufd = ioctl(vmfd, KVM_CREATE_VCPU, (unsigned long)0);
if (vcpufd == -1)
err(1, "KVM_CREATE_VCPU");
// 獲取 KVM 運(yùn)行時(shí)結(jié)構(gòu)的大小
ret = ioctl(kvm, KVM_GET_VCPU_MMAP_SIZE, NULL);
if (ret == -1)
err(1, "KVM_GET_VCPU_MMAP_SIZE");
mmap_size = ret;
if (mmap_size < sizeof(*run))
errx(1, "KVM_GET_VCPU_MMAP_SIZE unexpectedly small");
// 將 kvm run 與 vcpu 做關(guān)聯(lián)，這樣能夠獲取到kvm的運(yùn)行時(shí)信息
run = mmap(NULL, mmap_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, vcpufd, 0);
if (!run)
err(1, "mmap vcpu");
// 獲取特殊寄存器
ret = ioctl(vcpufd, KVM_GET_SREGS, &sregs);
if (ret == -1)
err(1, "KVM_GET_SREGS");
// 設(shè)置代碼段為從地址0處開(kāi)始，我們的代碼被加載到了0x0000的起始位置
sregs.cs.base = 0;
sregs.cs.selector = 0;
// KVM_SET_SREGS 設(shè)置特殊寄存器
ret = ioctl(vcpufd, KVM_SET_SREGS, &sregs);
if (ret == -1)
err(1, "KVM_SET_SREGS");
// 設(shè)置代碼的入口地址，相當(dāng)于32位main函數(shù)的地址，這里16位匯編都是由0x1000處開(kāi)始。
// 如果是正式的鏡像，那么rip的值應(yīng)該是類似引導(dǎo)扇區(qū)加載進(jìn)來(lái)的指令
struct kvm_regs regs = {
.rip = 0x1000,
.rax = 2, // 設(shè)置 ax 寄存器初始值為 2
.rbx = 2, // 同理
.rflags = 0x2, // 初始化flags寄存器，x86架構(gòu)下需要設(shè)置，否則會(huì)粗錯(cuò)
};
ret = ioctl(vcpufd, KVM_SET_REGS, ®s);
if (ret == -1)
err(1, "KVM_SET_REGS");
// 開(kāi)始運(yùn)行虛擬機(jī)，如果是qemu-kvm，會(huì)用一個(gè)線程來(lái)執(zhí)行這個(gè)vCPU，并加載指令
while (1) {
// 開(kāi)始運(yùn)行虛擬機(jī)
ret = ioctl(vcpufd, KVM_RUN, NULL);
if (ret == -1)
err(1, "KVM_RUN");
// 獲取虛擬機(jī)退出原因
switch (run->exit_reason) {
case KVM_EXIT_HLT:
puts("KVM_EXIT_HLT");
return 0;
// 匯編調(diào)用了 out 指令，vmx 模式下不允許執(zhí)行這個(gè)操作，所以
// 將操作權(quán)切換到了宿主機(jī)，切換的時(shí)候會(huì)將上下文保存到VMCS寄存器
// 后面CPU虛擬化會(huì)講到這部分
// 因?yàn)樘摂M機(jī)的內(nèi)存宿主機(jī)能夠直接讀取到，所以直接在宿主機(jī)上獲取到
// 虛擬機(jī)的輸出（out指令），這也是后面PCI設(shè)備虛擬化的一個(gè)基礎(chǔ)，DMA模式的PCI設(shè)備
case KVM_EXIT_IO:
if (run->io.direction == KVM_EXIT_IO_OUT && run->io.size == 1 && run->io.port == 0x3f8 && run->io.count == 1)
putchar(*(((char *)run) + run->io.data_offset));
else
errx(1, "unhandled KVM_EXIT_IO");
break;
case KVM_EXIT_FAIL_ENTRY:
errx(1, "KVM_EXIT_FAIL_ENTRY: hardware_entry_failure_reason = 0x%llx",
(unsigned long long)run->fail_entry.hardware_entry_failure_reason);
case KVM_EXIT_INTERNAL_ERROR:
errx(1, "KVM_EXIT_INTERNAL_ERROR: suberror = 0x%x", run->internal.suberror);
default:
errx(1, "exit_reason = 0x%x", run->exit_reason);
}
}
}編譯并運(yùn)行這個(gè)demo
gcc -g demo.c -o demo ? demo1 ./demo 4 KVM_EXIT_HLT
IBM的徐同學(xué)有做過(guò)介紹，在此基礎(chǔ)上我再詳細(xì)介紹一下qemu-kvm的啟動(dòng)過(guò)程。
.globl _start .code16 _start: xorw %ax, %ax # 將 ax 寄存器清零 loop1: out %ax, $0x10 # 像 0x10 的端口輸出 ax 的內(nèi)容，at&t匯編的操作數(shù)和Intel的相反。 inc %ax # ax 值加一 jmp loop1 # 繼續(xù)循環(huán)
這個(gè)匯編的作用就是一直不停的向0x10端口輸出一字節(jié)的值。
從main函數(shù)開(kāi)始說(shuō)起
int main(int argc, char **argv) {
int ret = 0;
// 初始化kvm結(jié)構(gòu)體
struct kvm *kvm = kvm_init();
if (kvm == NULL) {
fprintf(stderr, "kvm init fauilt\n");
return -1;
}
// 創(chuàng)建VM，并分配內(nèi)存空間
if (kvm_create_vm(kvm, RAM_SIZE) < 0) {
fprintf(stderr, "create vm fault\n");
return -1;
}
// 加載鏡像
load_binary(kvm);
// only support one vcpu now
kvm->vcpu_number = 1;
// 創(chuàng)建執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)
kvm->vcpus = kvm_init_vcpu(kvm, 0, kvm_cpu_thread);
// 啟動(dòng)虛擬機(jī)
kvm_run_vm(kvm);
kvm_clean_vm(kvm);
kvm_clean_vcpu(kvm->vcpus);
kvm_clean(kvm);
}第一步，調(diào)用kvm_init() 初始化了 kvm 結(jié)構(gòu)體。先來(lái)看看怎么定義一個(gè)簡(jiǎn)單的kvm。
struct kvm {
int dev_fd; // /dev/kvm 的句柄
int vm_fd; // GUEST 的句柄
__u64 ram_size; // GUEST 的內(nèi)存大小
__u64 ram_start; // GUEST 的內(nèi)存起始地址，
// 這個(gè)地址是qemu emulator通過(guò)mmap映射的地址
int kvm_version;
struct kvm_userspace_memory_region mem; // slot 內(nèi)存結(jié)構(gòu)，由用戶空間填充、
// 允許對(duì)guest的地址做分段。將多個(gè)slot組成線性地址
struct vcpu *vcpus; // vcpu 數(shù)組
int vcpu_number; // vcpu 個(gè)數(shù)
};初始化 kvm 結(jié)構(gòu)體。
struct kvm *kvm_init(void) {
struct kvm *kvm = malloc(sizeof(struct kvm));
kvm->dev_fd = open(KVM_DEVICE, O_RDWR); // 打開(kāi) /dev/kvm 獲取 kvm 句柄
if (kvm->dev_fd < 0) {
perror("open kvm device fault: ");
return NULL;
}
kvm->kvm_version = ioctl(kvm->dev_fd, KVM_GET_API_VERSION, 0); // 獲取 kvm API 版本
return kvm;
}第二步+第三步，創(chuàng)建虛擬機(jī)，獲取到虛擬機(jī)句柄，并為其分配內(nèi)存。
int kvm_create_vm(struct kvm *kvm, int ram_size) {
int ret = 0;
// 調(diào)用 KVM_CREATE_KVM 接口獲取 vm 句柄
kvm->vm_fd = ioctl(kvm->dev_fd, KVM_CREATE_VM, 0);
if (kvm->vm_fd < 0) {
perror("can not create vm");
return -1;
}
// 為 kvm 分配內(nèi)存。通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用.
kvm->ram_size = ram_size;
kvm->ram_start = (__u64)mmap(NULL, kvm->ram_size,
PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS | MAP_NORESERVE,
-1, 0);
if ((void *)kvm->ram_start == MAP_FAILED) {
perror("can not mmap ram");
return -1;
}
// kvm->mem 結(jié)構(gòu)需要初始化后傳遞給 KVM_SET_USER_MEMORY_REGION 接口
// 只有一個(gè)內(nèi)存槽
kvm->mem.slot = 0;
// guest 物理內(nèi)存起始地址
kvm->mem.guest_phys_addr = 0;
// 虛擬機(jī)內(nèi)存大小
kvm->mem.memory_size = kvm->ram_size;
// 虛擬機(jī)內(nèi)存在host上的用戶空間地址，這里就是綁定內(nèi)存給guest
kvm->mem.userspace_addr = kvm->ram_start;
// 調(diào)用 KVM_SET_USER_MEMORY_REGION 為虛擬機(jī)分配內(nèi)存。
ret = ioctl(kvm->vm_fd, KVM_SET_USER_MEMORY_REGION, &(kvm->mem));
if (ret < 0) {
perror("can not set user memory region");
return ret;
}
return ret;
}接下來(lái)就是load_binary把二進(jìn)制文件load到虛擬機(jī)的內(nèi)存中來(lái)，在第一個(gè)demo中我們是直接把字節(jié)碼放到了內(nèi)存中，這里模擬鏡像加載步驟，把二進(jìn)制文件加載到內(nèi)存中。
void load_binary(struct kvm *kvm) {
int fd = open(BINARY_FILE, O_RDONLY); // 打開(kāi)這個(gè)二進(jìn)制文件(鏡像）
if (fd < 0) {
fprintf(stderr, "can not open binary file\n");
exit(1);
}
int ret = 0;
char *p = (char *)kvm->ram_start;
while(1) {
ret = read(fd, p, 4096); // 將鏡像內(nèi)容加載到虛擬機(jī)的內(nèi)存中
if (ret <= 0) {
break;
}
printf("read size: %d", ret);
p += ret;
}
}加載完鏡像后，需要初始化vCPU，以便能夠運(yùn)行鏡像內(nèi)容
struct vcpu {
int vcpu_id; // vCPU id，vCPU
int vcpu_fd; // vCPU 句柄
pthread_t vcpu_thread; // vCPU 線程句柄
struct kvm_run *kvm_run; // KVM 運(yùn)行時(shí)結(jié)構(gòu)，也可以看做是上下文
int kvm_run_mmap_size; // 運(yùn)行時(shí)結(jié)構(gòu)大小
struct kvm_regs regs; // vCPU的寄存器
struct kvm_sregs sregs; // vCPU的特殊寄存器
void *(*vcpu_thread_func)(void *); // 線程執(zhí)行函數(shù)
};
struct vcpu *kvm_init_vcpu(struct kvm *kvm, int vcpu_id, void *(*fn)(void *)) {
// 申請(qǐng)vcpu結(jié)構(gòu)
struct vcpu *vcpu = malloc(sizeof(struct vcpu));
// 只有一個(gè) vCPU，所以這里只初始化一個(gè)
vcpu->vcpu_id = 0;
// 調(diào)用 KVM_CREATE_VCPU 獲取 vCPU 句柄，并關(guān)聯(lián)到kvm->vm_fd（由KVM_CREATE_VM返回）
vcpu->vcpu_fd = ioctl(kvm->vm_fd, KVM_CREATE_VCPU, vcpu->vcpu_id);
if (vcpu->vcpu_fd < 0) {
perror("can not create vcpu");
return NULL;
}
// 獲取KVM運(yùn)行時(shí)結(jié)構(gòu)大小
vcpu->kvm_run_mmap_size = ioctl(kvm->dev_fd, KVM_GET_VCPU_MMAP_SIZE, 0);
if (vcpu->kvm_run_mmap_size < 0) {
perror("can not get vcpu mmsize");
return NULL;
}
printf("%d\n", vcpu->kvm_run_mmap_size);
// 將 vcpu_fd 的內(nèi)存映射給 vcpu->kvm_run結(jié)構(gòu)。相當(dāng)于一個(gè)關(guān)聯(lián)操作
// 以便能夠在虛擬機(jī)退出的時(shí)候獲取到vCPU的返回值等信息
vcpu->kvm_run = mmap(NULL, vcpu->kvm_run_mmap_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, vcpu->vcpu_fd, 0);
if (vcpu->kvm_run == MAP_FAILED) {
perror("can not mmap kvm_run");
return NULL;
}
// 設(shè)置線程執(zhí)行函數(shù)
vcpu->vcpu_thread_func = fn;
return vcpu;
}最后一步，以上工作就緒后，啟動(dòng)虛擬機(jī)。
void kvm_run_vm(struct kvm *kvm) {
int i = 0;
for (i = 0; i < kvm->vcpu_number; i++) {
// 啟動(dòng)線程執(zhí)行 vcpu_thread_func 并將 kvm 結(jié)構(gòu)作為參數(shù)傳遞給線程
if (pthread_create(&(kvm->vcpus->vcpu_thread), (const pthread_attr_t *)NULL, kvm->vcpus[i].vcpu_thread_func, kvm) != 0) {
perror("can not create kvm thread");
exit(1);
}
}
pthread_join(kvm->vcpus->vcpu_thread, NULL);
}啟動(dòng)虛擬機(jī)其實(shí)就是創(chuàng)建線程，并執(zhí)行相應(yīng)的線程回調(diào)函數(shù)。
線程回調(diào)函數(shù)在kvm_init_vcpu的時(shí)候傳入
void *kvm_cpu_thread(void *data) {
// 獲取參數(shù)
struct kvm *kvm = (struct kvm *)data;
int ret = 0;
// 設(shè)置KVM的參數(shù)
kvm_reset_vcpu(kvm->vcpus);
while (1) {
printf("KVM start run\n");
// 啟動(dòng)虛擬機(jī)，此時(shí)的虛擬機(jī)已經(jīng)有內(nèi)存和CPU了，可以運(yùn)行起來(lái)了。
ret = ioctl(kvm->vcpus->vcpu_fd, KVM_RUN, 0);
if (ret < 0) {
fprintf(stderr, "KVM_RUN failed\n");
exit(1);
}
// 前文 kvm_init_vcpu 函數(shù)中，將 kvm_run 關(guān)聯(lián)了 vCPU 結(jié)構(gòu)的內(nèi)存
// 所以這里虛擬機(jī)退出的時(shí)候，可以獲取到 exit_reason，虛擬機(jī)退出原因
switch (kvm->vcpus->kvm_run->exit_reason) {
case KVM_EXIT_UNKNOWN:
printf("KVM_EXIT_UNKNOWN\n");
break;
case KVM_EXIT_DEBUG:
printf("KVM_EXIT_DEBUG\n");
break;
// 虛擬機(jī)執(zhí)行了IO操作，虛擬機(jī)模式下的CPU會(huì)暫停虛擬機(jī)并
// 把執(zhí)行權(quán)交給emulator
case KVM_EXIT_IO:
printf("KVM_EXIT_IO\n");
printf("out port: %d, data: %d\n",
kvm->vcpus->kvm_run->io.port,
*(int *)((char *)(kvm->vcpus->kvm_run) + kvm->vcpus->kvm_run->io.data_offset)
);
sleep(1);
break;
// 虛擬機(jī)執(zhí)行了memory map IO操作
case KVM_EXIT_MMIO:
printf("KVM_EXIT_MMIO\n");
break;
case KVM_EXIT_INTR:
printf("KVM_EXIT_INTR\n");
break;
case KVM_EXIT_SHUTDOWN:
printf("KVM_EXIT_SHUTDOWN\n");
goto exit_kvm;
break;
default:
printf("KVM PANIC\n");
goto exit_kvm;
}
}
exit_kvm:
return 0;
}
void kvm_reset_vcpu (struct vcpu *vcpu) {
if (ioctl(vcpu->vcpu_fd, KVM_GET_SREGS, &(vcpu->sregs)) < 0) {
perror("can not get sregs\n");
exit(1);
}
// #define CODE_START 0x1000
/* sregs 結(jié)構(gòu)體
x86
struct kvm_sregs {
struct kvm_segment cs, ds, es, fs, gs, ss;
struct kvm_segment tr, ldt;
struct kvm_dtable gdt, idt;
__u64 cr0, cr2, cr3, cr4, cr8;
__u64 efer;
__u64 apic_base;
__u64 interrupt_bitmap[(KVM_NR_INTERRUPTS + 63) / 64];
};
*/
// cs 為code start寄存器，存放了程序的起始地址
vcpu->sregs.cs.selector = CODE_START;
vcpu->sregs.cs.base = CODE_START * 16;
// ss 為堆棧寄存器，存放了堆棧的起始位置
vcpu->sregs.ss.selector = CODE_START;
vcpu->sregs.ss.base = CODE_START * 16;
// ds 為數(shù)據(jù)段寄存器，存放了數(shù)據(jù)開(kāi)始地址
vcpu->sregs.ds.selector = CODE_START;
vcpu->sregs.ds.base = CODE_START *16;
// es 為附加段寄存器
vcpu->sregs.es.selector = CODE_START;
vcpu->sregs.es.base = CODE_START * 16;
// fs, gs 同樣為段寄存器
vcpu->sregs.fs.selector = CODE_START;
vcpu->sregs.fs.base = CODE_START * 16;
vcpu->sregs.gs.selector = CODE_START;
// 為vCPU設(shè)置以上寄存器的值
if (ioctl(vcpu->vcpu_fd, KVM_SET_SREGS, &vcpu->sregs) < 0) {
perror("can not set sregs");
exit(1);
}
// 設(shè)置寄存器標(biāo)志位
vcpu->regs.rflags = 0x0000000000000002ULL;
// rip 表示了程序的起始指針，地址為 0x0000000
// 在加載鏡像的時(shí)候，我們直接將binary讀取到了虛擬機(jī)的內(nèi)存起始位
// 所以虛擬機(jī)開(kāi)始的時(shí)候會(huì)直接運(yùn)行binary
vcpu->regs.rip = 0;
// rsp 為堆棧頂
vcpu->regs.rsp = 0xffffffff;
// rbp 為堆棧底部
vcpu->regs.rbp= 0;
if (ioctl(vcpu->vcpu_fd, KVM_SET_REGS, &(vcpu->regs)) < 0) {
perror("KVM SET REGS\n");
exit(1);
}
}運(yùn)行一下結(jié)果，可以看到當(dāng)虛擬機(jī)執(zhí)行了指令 out %ax, $0x10 的時(shí)候，會(huì)引起虛擬機(jī)的退出，這是CPU虛擬化里面將要介紹的特殊機(jī)制。
宿主機(jī)獲取到虛擬機(jī)退出的原因后，獲取相應(yīng)的輸出。這里的步驟就類似于IO虛擬化，直接讀取IO模塊的內(nèi)存，并輸出結(jié)果。
? kvmsample git:(master) ? ./kvmsample read size: 712288 KVM start run KVM_EXIT_IO out port: 16, data: 0 KVM start run KVM_EXIT_IO out port: 16, data: 1 KVM start run KVM_EXIT_IO out port: 16, data: 2 KVM start run KVM_EXIT_IO out port: 16, data: 3 KVM start run KVM_EXIT_IO out port: 16, data: 4 ...
虛擬機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程基本上可以這么總結(jié)：
創(chuàng)建kvm句柄->創(chuàng)建vm->分配內(nèi)存->加載鏡像到內(nèi)存->啟動(dòng)線程執(zhí)行KVM_RUN。從這個(gè)虛擬機(jī)的demo可以看出，虛擬機(jī)的內(nèi)存是由宿主機(jī)通過(guò)mmap調(diào)用映射給虛擬機(jī)的，而vCPU是宿主機(jī)的一個(gè)線程，這個(gè)線程通過(guò)設(shè)置相應(yīng)的vCPU的寄存器指定了虛擬機(jī)的程序加載地址后，開(kāi)始運(yùn)行虛擬機(jī)的指令，當(dāng)虛擬機(jī)執(zhí)行了IO操作后，CPU捕獲到中斷并把執(zhí)行權(quán)又交回給宿主機(jī)。
當(dāng)然真實(shí)的qemu-kvm比這個(gè)復(fù)雜的多，包括設(shè)置很多IO設(shè)備的MMIO，設(shè)置信號(hào)處理等。
上述就是小編為大家分享的虛擬化原理及QEMU啟動(dòng)過(guò)程是怎樣的了，如果剛好有類似的疑惑，不妨參照上述分析進(jìn)行理解。如果想知道更多相關(guān)知識(shí)，歡迎關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道。
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