kvmtool 中的数据结构
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前言
本文是 kvm 虚拟化系列的第 4 篇，前三篇介绍了 kvmtool 的基本使用以及linux 根文件系统的制作。 接下来我们将正式进入副主题，也就是 kvm 的用户态管理程序，即本系列第一篇的 kvmtool。 最后才是 kvm 子系统。kvmtool 中涉及的数据结构主要有 kvm/kvm_arch/kvm_config 等。
kvm
定义：
struct kvm {
struct kvm_arch arch; /* 和 cpu 架构相关的结构体 */
struct kvm_config cfg; /* kvm 配置结构体 */
int sys_fd; /* 用于系统 ioctls(), i.e. /dev/kvm */
int vm_fd; /* 用于虚拟机 ioctls() */
timer_t timerid; /* Posix 定时器，用于中断 */
int nrcpus; /* 运行的 cpu 数量 */
struct kvm_cpu **cpus;
u32 mem_slots; /* 内存槽， 用于 KVM_SET_USER_MEMORY_REGION */
u64 ram_size; /* 内存大小 */
void *ram_start; /* 内存起始地址 */
u64 ram_pagesize; /* 内存页大小 */
struct mutex mem_banks_lock; /* 内存互斥锁 */
struct list_head mem_banks; /* 内存链表 */
bool nmi_disabled; /* 是否禁用 NMI */
bool msix_needs_devid; /* 是否需要 devid */
const char *vmlinux; /* 内核镜像 */
struct disk_image **disks; /* 磁盘镜像指针数组 */
int nr_disks; /* 磁盘个数 */
int vm_state; /* 虚拟机状态 */
#ifdef KVM_BRLOCK_DEBUG
pthread_rwlock_t brlock_sem; /* 读写信号量 */
#endif
};
kvm 是 kvmtool 中最重要的数据结构之一，它描述了虚拟机所需要的所有硬件、配置以及虚拟机的状态等。 接下来以 kvm 为中心，介绍其相关的结构体。
kvm_arch
kvm_arch 结构体用于描述CPU特定架构的信息，以 x86 为例：
定义：
struct kvm_arch {
u16 boot_selector; /* 启动扇区 */
u16 boot_ip; /* ip 地址 */
u16 boot_sp; /* sp 地址 */
struct interrupt_table interrupt_table; /* 中断向量表 */
};
kvm_config
定义：
struct kvm_config {
struct kvm_config_arch arch; /* 特定架构的配置 */
struct disk_image_params disk_image[MAX_DISK_IMAGES]; /* 磁盘参数配置 */
struct vfio_device_params *vfio_devices; /* vfio 参数配置 */
u64 ram_size; /* 内存大小 */
u8 image_count; /* 镜像数量 */
u8 num_net_devices; /* 网络设备数量 */
u8 num_vfio_devices; /* vfio 设备数量 */
bool virtio_rng; /* virtio 是否随机 */
int active_console; /* 活动控制台 */
int debug_iodelay; /* 调试 io 配置 */
int nrcpus; /* cpu 数量 */
const char *kernel_cmdline; /* 内核启动参数 */
const char *kernel_filename; /* 内核文件 */
const char *vmlinux_filename; /* 解压内核文件 */
const char *initrd_filename; /* initrd 文件 */
const char *firmware_filename; /* fireware 文件 */
const char *flash_filename; /* flash 文件 */
const char *console; /* console 文件 */
const char *dev; /* dev 子系统 */
const char *network; /* 网络子系统 */
const char *host_ip; /* 主机 ip */
const char *guest_ip; /* 客户 ip */
const char *guest_mac; /* 客户 mac */
const char *host_mac; /* 主机 mac */
const char *script; /* 脚本 ? */
const char *guest_name; /* 客户机名字 */
const char *sandbox; /* 沙盒 */
const char *hugetlbfs_path; /* 大页路径 */
const char *custom_rootfs_name; /* 自定义 rootfs */
const char *real_cmdline; /* 实际 cmdline */
struct virtio_net_params *net_params; /* virtio 网络参数 */
bool single_step; /* 单步调试 */
bool vnc; /* 显示方式： vnc/gtk/sdl */
bool gtk;
bool sdl;
bool balloon; /* ? */
bool using_rootfs; /* 正在使用的 rootfs */
bool custom_rootfs; /* 是否自定义 rootfs */
bool no_net; /* 是否不需要网络 */
bool no_dhcp; /* 是否不使用 dhcp */
bool ioport_debug; /* io 端口调试 */
bool mmio_debug; /* mmio 调试 */
};
从配置结构体的定义可以看出，包含了虚拟机的所需要的所有配置信息，如架构、调试、外设参数等。
cpu
用于描述 vcpu 的上下文信息。
定义：
struct kvm_cpu {
pthread_t thread; /* VCPU 线程 */
unsigned long cpu_id; /* cpu id */
struct kvm *kvm; /* 指向 KVM */
int vcpu_fd; /* 用于 VCPU ioctls() */
struct kvm_run *kvm_run; /* 运行时上下文 */
struct kvm_cpu_task *task; /* 任务 */
struct kvm_regs regs; /* kvm 通用寄存器 */
struct kvm_sregs sregs; /* kvm 系统寄存器 */
struct kvm_fpu fpu; /* kvm 浮点处理器 */
struct kvm_msrs *msrs; /* ? */
u8 is_running; /* 是否正在运行 */
u8 paused; /* 暂停 */
u8 needs_nmi; /* 是否有 NMI */
struct kvm_coalesced_mmio_ring *ring; /* 模拟环形io总线 */
};
kvm_run 结构体是 kvm 子系统的数据结构之一，后续文章再详细讲解。 kvm_regs/kvm_sregs/kvm_fpu/kvm_msrs 都是用于保存从内核态获取的 kvm 子系统中的上下文。 kvm_coalesced_mmio_ring 这个结构体用于分配环形 io 内存地址。
kvm_cpu_task
定义：
struct kvm_cpu_task {
void (*func)(struct kvm_cpu *vcpu, void *data); /* 任务函数指针 */
void *data; /* 任务参数 */
};
这个结构的作用在后续章节详细分析。
disk_image
磁盘镜像文件数据结构。
定义：
struct disk_image {
int fd; /* 描述符 */
u64 size; /* 大小 */
struct disk_image_operations *ops; /* 操作函数 */
void *priv; /* 优先级 */
void *disk_req_cb_param; /* 请求回调函数参数 */
void (*disk_req_cb)(void *param, long len); /* 请求回调函数 */
bool readonly; /* 只读 */
bool async; /* 支持异步 */
#ifdef CONFIG_HAS_AIO
io_context_t ctx; /* 上下文 */
int evt; /* 异步事件 */
pthread_t thread; /* 线程 */
u64 aio_inflight; /* ? */
#endif /* CONFIG_HAS_AIO */
const char *wwpn; /* ? */
const char *tpgt; /* ? */
int debug_iodelay; /* 调试 io */
};
结束语
这篇文章以基础数据结构 kvm 为中心，介绍了相关的数据结构。
kvm 系列
00 : kvmtool 启动 linux 内核
01 : 制作根文件系统
02 : kvmtool 开启网络功能