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KVM虚拟化原理-创建KVM

亢仰岳
2023-12-01
kvm这个结构体包含了vCPU,内存,APIC,IRQ,MMU,Event事件管理等信息。该结构体中的信息主要在kvm虚拟机内部使用,用于跟踪虚拟机的状态。
对于一个kvm,就对应一个线程。
Kvm完全利用了硬件虚拟化技术,通过cat /proc/cpuinfo 查看信息,如果是intel处理器,那么就加载kvm-intel.ko
用户态创建一个虚拟机就是通过ioctl向/dev/kvm字符设备进行设置和管理kvm的。

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  1. struct kvm {
  2.     spinlock_t mmu_lock;
  3.     spinlock_t requests_lock;
  4.     struct rw_semaphore slots_lock;
  5.     struct mm_struct *mm; /* userspace tied to this vm */
  6.     int nmemslots;
  7.     struct kvm_memory_slot memslots[KVM_MEMORY_SLOTS +
  8.                     KVM_PRIVATE_MEM_SLOTS];
  9. #ifdef CONFIG_KVM_APIC_ARCHITECTURE
  10.     u32 bsp_vcpu_id;
  11.     struct kvm_vcpu *bsp_vcpu;
  12. #endif
  13.     struct kvm_vcpu *vcpus[KVM_MAX_VCPUS];
  14.     atomic_t online_vcpus;
  15.     struct list_head vm_list;
  16.     struct mutex lock;
  17.     struct kvm_io_bus mmio_bus;
  18.     struct kvm_io_bus pio_bus;
  19. #ifdef CONFIG_HAVE_KVM_EVENTFD
  20.     struct {
  21.         spinlock_t lock;
  22.         struct list_head items;
  23.     } irqfds;
  24.     struct list_head ioeventfds;
  25. #endif
  26.     struct kvm_vm_stat stat;
  27.     struct kvm_arch arch;
  28.     atomic_t users_count;
  29. #ifdef KVM_COALESCED_MMIO_PAGE_OFFSET
  30.     struct kvm_coalesced_mmio_dev *coalesced_mmio_dev;
  31.     struct kvm_coalesced_mmio_ring *coalesced_mmio_ring;
  32. #endif

  33.     struct mutex irq_lock;
  34. #ifdef CONFIG_HAVE_KVM_IRQCHIP
  35.     struct list_head irq_routing; /* of kvm_kernel_irq_routing_entry */
  36.     struct hlist_head mask_notifier_list;
  37. #endif

  38. #ifdef KVM_ARCH_WANT_MMU_NOTIFIER
  39.     struct mmu_notifier mmu_notifier;
  40.     unsigned long mmu_notifier_seq;
  41.     long mmu_notifier_count;
  42. #endif
  43. };
struct kvm_vm_stat stat;就是KVM虚拟机中的页表、MMU等运行时状态信息。
kvm_x86_ops 结构体中的所有成员都是函数指针,在kvm-intel.ko 和 kvm-amd.ko这两个不同的模块中,针对各自体系做不同的函数。KVM子系统代码将通过该结构体函数进行实际的硬件操作。

针对kvm的fd,通过KVM_CREATE_VCPU指令字可以创建KVM的vCPU,并且获得该vcpu_fd,vcpu_fd的操作主要包含在kvm_vcpu_fops中,kvm_vcpu_fops的实现方法如下:

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  1. static struct file_operations kvm_vcpu_fops = {
  2.     .release = kvm_vcpu_release,
  3.     .unlocked_ioctl = kvm_vcpu_ioctl,
  4.     .compat_ioctl = kvm_vcpu_ioctl,
  5.     .mmap = kvm_vcpu_mmap,
  6. };




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