kvm架构分析（一）：IO设备管理架构

kvm io设备管理架构采用IO总线方式，涉及到guest os陷入到hypervisor进行IO的设备都挂载在总线上。kvm提供四种总线：

• mmio(memory map input/output)
• pio(port input/output)
• virtio
• fast mmio

mmio和pio是常见的访问硬件设备寄存器的两种方式，所以mmio和pio总线是用来挂载支持硬件虚拟化的硬件设备，比如GICV3就是挂载在mmio总线上的。virtio总线则是挂载支持并实现相关virtio标准的设备，比如virtio-net、virtio-console、virtio-block等等。

以gicv3为例，kvm实现了三种结构体以支持IO。分别是：

• struct kvm_io_bus
• struct kvm_io_device
• struct vgic_io_device

其中vgic_io_device是gicv3设备私有的，不同的设备有着不同的结构体。本文第一部分简介读写gicv3的整个流程，第二部分介绍io总线和io设备，最后介绍vgic设备的IO。

1. kvm io总线读写流程

guest os访问gicv3的distributor寄存器会触发同步异常。相应的guest os访问的数据地址会保存在far_el2寄存器中。假设改地址是addr，那么kvm把addr交给io总线去处理，处理流程如下：

将地址信息和读/写信息传给io总线，io总线通过addr匹配找到相应的kvm_io_device，然后执行read/write。通过container_of函数找到私有的vgic_io_device，vgic_io_device将guest os可以修改的寄存器划分为不同的region。通过偏移地址（addr-gic_base_addr）和region的地址进行比较找到其所在的region，最后执行相应的读写操作。

2. io总线和io设备

kvm_io_bus结构体中dev_count是统计当前设备总数（一个vm的设备）；ioeventfd_count是统计当前io的次数；range则指示一个设备的所处地址范围，以便于io总线根据地址找到相应的设备。

struct kvm_io_bus {
   
   
	int dev_count;
	int ioeventfd_count;
	struct kvm_io_range range[];
};

struct kvm_io_range {
   
   
	gpa_t addr;
	int len;
	struct kvm_io_device *dev;
};

io总线的api如下：

int kvm_io_bus_write(struct kvm_vcpu *vcpu, enum kvm_bus bus_idx, gpa_t addr,
		     int len, const void *val);
int kvm_io_bus_write_cookie(struct kvm_vcpu *vcpu, enu