QEMU中KVM的初始化调用路径

vcpu的初始化函数注册

accel/kvm/kvm_all中的最后一行
type_init(kvm_type_init)
kvm_type_init
type_register_static(&kvm_accel_type)
kvm_accel_type.class_init=kvm_accel_class_init
kvm_accel_class_init中设置ac->init_machine=kvm_init
kvm_init中执行初始化。

其中,type_init(kvm_type_init)只是把kvm_type_init插入给了init_type_list[MODULE_INIT_QOM]链表中,并把type_register_static(&kvm_accel)作为该成员的e->init而已。

而这个初始化函数,则是在module_call_init(MODULE_INIT_QOM)中调用,此时会把这个type_info,即kvm_accel_type得相关信息,生成一个TypeImpl得类型,插入到全局类型哈希表type_table中。

kvm_init初始化函数的执行

而我们注册的ac->init_machine何时被调用呢?
他就是在vl.c的main函数中,在configure_accelerator()函数中被调用,首先,在寻找加速器accel的过程中,会根据传入的参数,调用accel_find()函数,在全局的type_table中找到相应的KVM类,然后把它转换成AccelClass返回到configure_accelerator函数中,紧接着调用accel_init_machine函数,在这个函数中,则会调用acc->init_machine(ms)函数,由于之前注册了ac->init_machine=kvm_init,所以此时实际调用的就是kvm_init函数,从而完成KVM的初始化。

vpu的初始化以及每个vcpu主线程的执行流程

target/i386/cpu.c中设置了x86_cpu_type_info.class_init=x86_cpu_common_class_init,并调用x86_cpu_register_types将其在初始化时注册进MODULE_INIT_QOM类型中
x86_cpu_common_class_init中调用device_class_set_parent_realize(dc, x86_cpu_realizefn, &xcc->parent_realize)
x86_cpu_realizefn()调用
qemu_init_vpcu(在cpus.c中)调用
qemu_kvm_start_vcpu,在这里面,调用了qemu_thread_create(cpu->thread, thread_name, qemu_kvm_cpu_thread_fn, cpu, QEMU_THREAD_JOINABLE)增加了qemu_kvm_cpu_thread_fn作为线程工作函数:

static void *qemu_kvm_cpu_thread_fn(void *arg)
{
    CPUState *cpu = arg;
    int r;

    rcu_register_thread();

    qemu_mutex_lock_iothread();
    qemu_thread_get_self(cpu->thread);
    cpu->thread_id = qemu_get_thread_id();
    cpu->can_do_io = 1;
    current_cpu = cpu;

    r = kvm_init_vcpu(cpu);
    if (r < 0) {
        error_report("kvm_init_vcpu failed: %s", strerror(-r));
        exit(1);
    }

    kvm_init_cpu_signals(cpu);

    /* signal CPU creation */
    cpu->created = true;
    qemu_cond_signal(&qemu_cpu_cond);

    do {
        if (cpu_can_run(cpu)) {
            r = kvm_cpu_exec(cpu);
            if (r == EXCP_DEBUG) {
                cpu_handle_guest_debug(cpu);
            }
        }
        qemu_wait_io_event(cpu);
    } while (!cpu->unplug || cpu_can_run(cpu));

    qemu_kvm_destroy_vcpu(cpu);
    cpu->created = false;
    qemu_cond_signal(&qemu_cpu_cond);
    qemu_mutex_unlock_iothread();
    rcu_unregister_thread();
    return NULL;
}

在这里,调用了kvm_init_vcpu(cpu)进行初始化,其实主要也就是用ioctl创建vpu,并给vcpu进行一些属性的初始化。

内存初始化的执行

hw/i386/pc_piix.c中的pc_init1函数中,会首先初始化ram_size
首先对max_ram_below_4g这个元素进行了初始化,默认初始化成了0xe0000000,即3.5G的默认值,并且是初始化了above_4g_mem_size
pc_memory_init中,则是调用了memory_region_allocate_system_memory(位于numa.c:510),此处则是调用了allocate_system_memory_nonnuma, 在这其中则调用了memory_region_init_ram_from_file函数,该函数的实现如下图所示:

void memory_region_init_ram_from_file(MemoryRegion *mr,
                                      struct Object *owner,
                                      const char *name,
                                      uint64_t size,
                                      uint64_t align,
                                      uint32_t ram_flags,
                                      const char *path,
                                      Error **errp)
{
    Error *err = NULL;
    memory_region_init(mr, owner, name, size);
    mr->ram = true;
    mr->terminates = true;
    mr->destructor = memory_region_destructor_ram;
    mr->align = align;
    mr->ram_block = qemu_ram_alloc_from_file(size, mr, ram_flags, path, &err);
    mr->dirty_log_mask = tcg_enabled() ? (1 << DIRTY_MEMORY_CODE) : 0;
    if (err) {
        mr->size = int128_zero();
        object_unparent(OBJECT(mr));
        error_propagate(errp, err);
    }
}

显然,初始化后,使用了qemu_ram_alloc_from_file函数分配了ram_block,那么再往深处走一下,其实这个函数就是比较简单的调用了qemu_ram_alloc_from_fd,而该函数的实现则:

RAMBlock *qemu_ram_alloc_from_fd(ram_addr_t size, MemoryRegion *mr,
                                 uint32_t ram_flags, int fd,
                                 Error **errp)
{
    RAMBlock *new_block;
    Error *local_err = NULL;
    int64_t file_size;

    /* Just support these ram flags by now. */
    assert((ram_flags & ~(RAM_SHARED | RAM_PMEM)) == 0);

    if (xen_enabled()) {
        error_setg(errp, "-mem-path not supported with Xen");
        return NULL;
    }

    if (kvm_enabled() && !kvm_has_sync_mmu()) {
        error_setg(errp,
                   "host lacks kvm mmu notifiers, -mem-path unsupported");
        return NULL;
    }

    if (phys_mem_alloc != qemu_anon_ram_alloc) {
        /*
         * file_ram_alloc() needs to allocate just like
         * phys_mem_alloc, but we haven't bothered to provide
         * a hook there.
         */
        error_setg(errp,
                   "-mem-path not supported with this accelerator");
        return NULL;
    }

    size = HOST_PAGE_ALIGN(size);
    file_size = get_file_size(fd);
    if (file_size > 0 && file_size < size) {
        error_setg(errp, "backing store %s size 0x%" PRIx64
                   " does not match 'size' option 0x" RAM_ADDR_FMT,
                   mem_path, file_size, size);
        return NULL;
    }

    new_block = g_malloc0(sizeof(*new_block));
    new_block->mr = mr;
    new_block->used_length = size;
    new_block->max_length = size;
    new_block->flags = ram_flags;
    new_block->host = file_ram_alloc(new_block, size, fd, !file_size, errp);
    if (!new_block->host) {
        g_free(new_block);
        return NULL;
    }

    ram_block_add(new_block, &local_err, ram_flags & RAM_SHARED);
    if (local_err) {
        g_free(new_block);
        error_propagate(errp, local_err);
        return NULL;
    }
    return new_block;

}

尽管该函数的实现颇长,但我们需要关系的大概也就两句话:file_ram_allocram_block_add,前一句是实打实地用qemu_ram_mmap影射了一段内存并返回,而后一句则是把这段内存使用RAMBlock的形式保存,并插入全局的ram_list.blocks中。

这样系统的RAMBlock就初始化完毕了,那么如何把分配出来的内存分配给KVM呢?这里就主要是memory_region_add_subregion做的事情了。
memory_region_add_subregion首先讲传入的subregioncontainer成员设为mr,然后就调用memory_region_update_container_subregions函数。
memory_region_update_container_subregions则把subregion插入到其container,也就是爸爸的subregions_link链表中去,紧接着就调用memory_region_transaction_commit函数,对所有address_spaces_link调用address_space_set_flatview,寻找挂载在AddressSpace上的所有listener,执行address_space_update_topology_pass,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。
具体逻辑如下:

static void address_space_update_topology_pass(AddressSpace *as,
                                               const FlatView *old_view,
                                               const FlatView *new_view,
                                               bool adding)
{
    unsigned iold, inew;
    FlatRange *frold, *frnew;

    /* Generate a symmetric difference of the old and new memory maps.
     * Kill ranges in the old map, and instantiate ranges in the new map.
     */
    iold = inew = 0;
    while (iold < old_view->nr || inew < new_view->nr) {
        if (iold < old_view->nr) {
            frold = &old_view->ranges[iold];
        } else {
            frold = NULL;
        }
        if (inew < new_view->nr) {
            frnew = &new_view->ranges[inew];
        } else {
            frnew = NULL;
        }

        if (frold
            && (!frnew
                || int128_lt(frold->addr.start, frnew->addr.start)
                || (int128_eq(frold->addr.start, frnew->addr.start)
                    && !flatrange_equal(frold, frnew)))) {
            /* In old but not in new, or in both but attributes changed. */

            if (!adding) {
                flat_range_coalesced_io_del(frold, as);
                MEMORY_LISTENER_UPDATE_REGION(frold, as, Reverse, region_del);
            }

            ++iold;
        } else if (frold && frnew && flatrange_equal(frold, frnew)) {
            /* In both and unchanged (except logging may have changed) */

            if (adding) {
                MEMORY_LISTENER_UPDATE_REGION(frnew, as, Forward, region_nop);
                if (frnew->dirty_log_mask & ~frold->dirty_log_mask) {
                    MEMORY_LISTENER_UPDATE_REGION(frnew, as, Forward, log_start,
                                                  frold->dirty_log_mask,
                                                  frnew->dirty_log_mask);
                }
                if (frold->dirty_log_mask & ~frnew->dirty_log_mask) {
                    MEMORY_LISTENER_UPDATE_REGION(frnew, as, Reverse, log_stop,
                                                  frold->dirty_log_mask,
                                                  frnew->dirty_log_mask);
                }
            }

            ++iold;
            ++inew;
        } else {
            /* In new */

            if (adding) {
                MEMORY_LISTENER_UPDATE_REGION(frnew, as, Forward, region_add);
                flat_range_coalesced_io_add(frnew, as);
            }

            ++inew;
        }
    }
}

可以看出,经过一系列判断之后,调用了MEMORY_LISTENER_UPDATE_REGION宏,该宏则根据第四个参数索引应该执行的回调方法,这里如果传入的是region_add,则调用AddressSpace::region_add方法,对于kvm而言,则是调用了kvm_region_add方法。
而该回调则是在初始化时调用kvm_init时,在初始化结束之后调用了kvm_memory_listener_register将kvm的一系列函数注册到address_space_memory中的。
话说回来,kvm_region_add又做了什么呢?最核心的其实就是用kvm_vm_ioctl(s, KVM_SET_USER_MEMORY_REGION, &mem)将这段内存扔给KVM啦。

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