QEMU源码全解析 —— CPU虚拟化（11）

接前一篇文章：

本文内容参考：

《趣谈 Linux操作系统 》 —— 刘超， 极客时间

《 QEMU /KVM》 源码 解析与应用 —— 李强，机械工业出版社

《深度探索 Linux 系统 虚拟化 原理与实现》—— 王柏生 谢广军， 机械工业出版社

特此致谢！

前边几回又再次讲了一下VMX，本回开始讲解VCPU的生命周期。

二、x86架构CPU虚拟化

4. VCPU生命周期

对于每个虚拟处理器（VCPU），VMM使用一个线程来代表VCPU这个实体 。在Guest运转过程中，每个VCPU基本都在下图所示的状态中不断地转换。

（1） 在用户空间准备好后，VCPU所在线程向（Linux）内核中KVM模块发起一个ioctl请求KVM_RUN 。告知内核中的KVM模块，用户空间的操作已经完成，可以切入Guest模式运行Guest了。

（2） 在进入内核态后，KVM模块将调用CPU提供的虚拟化指令切入Guest模式 。如果是首次运行Guest，则使用VMLaunch命令，否则使用VMResume命令。

在这个切换过程中：

1）首先，CPU的状态（即Host的状态）将被保存到VMCS中存储Host状态的区域，非CPU自动保存的状态由KVM负责保存。

2）然后，加载存储在VMCS中的Guest的状态到物理CPU，非CPU自动恢复的状态则由KVM负责恢复。

（3）物理CPU切入Guest模式，运行Guest指令。 当执行Guest指令遇到敏感指令时，CPU将从Guest模式切换回Host模式的ring 0，进入Host内核的KVM模块 。

在这个切换过程中：

1）首先，CPU的状态（也就是Guest的状态）将会保存到VMCS中存储Guest状态的区域。

2）然后，加载存储在VMCS中的Host的状态到物理CPU。同样的，非CPU自动保存的状态由KVM模块负责保存。

（4） 处于内核态的KVM模块从VMCS中读取虚拟机退出的原因，尝试在内核中处理 。如果内核中可以处理，那么 虚拟机 就不必再切换到Host模式的用户态了，处理完后，直接快速切回Guest。这种退出也称为 轻量级虚拟机退出 。

（5） 如果内核态的KVM模块不能处理虚拟机退出，那么VCPU将再进行一次上下文切换，从Host的内核态切换到Host的用户态，由VMM的用户空间部分进行处理 。

（6） VMM用户空间处理完毕，再次发起切入Guest模式的指令 。在整个虚拟机的运行过程中，步骤（1）~（6）循环往复。

QEMU示例代码如下（对应以上过程）：

    while (1)
    {
        ret = ioctl(vcpufd, KVM_RUN, NULL);
        if (ret == -1)
        {
            printf("exit unknown\n");
            return -1;
        }
        switch(run->exit_reason)
        {
            case KVM_EXIT_HLT:
                puts("KVM_EXIT_HLT");
                return 0;
            case KVM_EXIT_IO:
                putchar( ((char *)run) + run->io.data_offset));
                break;
            case KVM_EXIT_FAIL_ENTRY:
                puts("entry error");
                return -1;
            default:
                puts("other error");
                printf("exit_reason: %d\n, run->exit_reason");
                return -1;
        }
 
    }

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