qemu/kvm -- guest中断注入机制

最新推荐文章于 2025-07-19 11:33:02 发布
原创 最新推荐文章于 2025-07-19 11:33:02 发布 · 1.3k 阅读 · 35 ·
CC 4.0 BY-SA版权
版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。
文章标签：

#云计算

非虚拟化的中断注入

硬件 -> apic -> lapic -> 中断管脚的入口

指令和时钟也是同步的，cpu在一个指令周期结束后，要么去执行下一条指令，要么就触发中断（会从中断向量表找到中断处理函数入口，然后跳到该函数），没有”主动轮询“某个信号的概念。有INT电平信号了，就去触发一个中断，没有电平信号，就继续取指令干活。这个判断的过程，在宏观上看，是“同时”完成的，没有先查询状态，然后要做什么的动作的过程，不要把软件编程的概念带入到电路设计中。

虚拟化下的硬件支持

可以看到上面的过程中大部分都是cpu的体系架构中实现的，操作系统只要指定好中断向量表即可，剩下的事情其实没有操作系统的事情。

所以当到虚拟化的时候，硬件也是虚拟化的时候，就不能由硬件来实现这些中断注入了；或者再增加新的寄存器，然后在cpu硬件架构这个层面就实现虚拟中断注入

interruption-information

中断注入最底层要依靠硬件实现，VMCS中VM-entry控制类字段，interruption-information是实现中断注入的基础，这个字段32bit，各字段含义如下，截图来自Intel手册vol3-24.8.3


CPU进入客户态时，中断注入区域VM-entry interruption-information的加载，是在guest state区域加载之后——跳转到guest state中RIP指向的地址之前。实际上，中断注入的本质就是在硬件上deliver中断信息到CPU，而deliver的时机必须在CPU VM-entry建立好guest上下文，但还没开始运行的时

Posted-Interrupt Descriptor

现在Intel提供了另外一种中断检查机制，通过VMC

最低0.47元/天 解锁文章
QEMU源码全解析 —— CPU虚拟化（17）
phmatthaus的专栏
08-01 654
QEMU源码全解析 —— CPU虚拟化（17）
KVM中断虚拟化
硅基创想家的博客
04-14 1631
中断虚拟化，有两方面： 如何保证物理中断只有host来处理； host如何将一个虚拟中断注入到guest中。 首先看物理中断情况；在没有guest情况下，一旦CPU检测到中断信号，将在下一条指令之前响应中断，根据中断号从host OS IDT中取到对应的中断向量，然后调用interrupt handler。但是，假如guest vcpu正在执行中来了物理中断，此时的物理IDTR指向的是gues...
KVM中断注入机制
Take Easy，Work Hard！
12-10 5372
X86平台内核对QEMU下发的中断处理大致分三部分：查路由表，递交IO到中断控制器直至LAPIC，寄存器注入。第一部分路由中断在前一章已经介绍，中断向量的传递涉及到8259中断控制器的模拟，IOAPIC中断控制器模拟和LAPIC控制器的模拟，本文首先根据控制器手册分析其工作原理，然后介绍其软件模拟的实现，和中断流程的模拟
KVM中断虚拟化（二）
rayylee
12-01 1240
PIC虚拟化 计算机系统有很多的外设需要服务，显然，CPU采用轮询的方式逐个询问外设是否需要服务，是非常浪费CPU的计算的，尤其是对那些并不是频繁需要服务的设备。因此，计算机科学家们设计了外设主动向CPU发起服务请求的方式，这种方式就是中断。采用中断方式后，在没有外设请求时，CPU就可以继续其他计算任务，而不是进行很多不必要的轮询，极大地提高了系统的吞吐[1] 在每个指令周期结束后，如果CPU关中断标识（IF）没有被设置，那么其会去检查是否有中断请求，如果有中断请求，则运行对应的中断服务程序，然后返回被中断
虚拟化技术之 kvm （二）- 中断虚拟化
weixin_41028621的博客
01-31 2978
中断虚拟化 1.X86 中断   中断从设备发送到CPU需要经过中断控制器，现代x86架构采用的中断控制器被称为APIC(Advanced Programmable Interrupt Controller)。APIC是伴随多核处理器产生的，所有的核共用一个I/O APIC，用于统一接收来自外部I/O设备的中断，而后根据软件的设定，格式化出一条包含该中断所有信息的Interrupt Message，发送给对应的CPU。   每个核有一个Local APIC，用于接收来自I/O APIC的Interrup.
KVM- Guest Enter & Guest Exit
qq_41539484的博客
06-14 1211
Linux 4.14实现： KVM Guest Exit 实现原理： 进入Guest OS之前保存Host的调用__guest_enter时的context以便Guest退出时返回该调用点继续支持 Guest退出Trap到EL2时，则会借用__guest_exit返回enter时的调用点继续执行 例如：Guest OS访问GICD Trap时，el1_sync -》 ENTRY(__kvm_hyp_vector) ventry el2t_sync_invalid // Synchronous EL2
KVM中断虚拟化（一）
rayylee
12-01 4939
中断是计算机系统中非常重要的部分，计算机基础理论书籍往往也会花上很多篇幅讨论中断，但是因为操作系统都替开发人员处理好中断了，所以除非是系统工程师，否则一般开发人员对中断很难有一个很直观的认识，因此理解如何通过软件的方式来模拟中断更是一个挑战。 因此，在本章中，我们简单介绍硬件中断的基本原理，然后结合中断的基本原理讨论如何虚拟化中断芯片。我们从起初IBM PC为单核系统设计的PIC(8259A)机制开始，讨论到为多核系统设计的APIC，一直到绕开I/O APIC、从设备直接向LAPIC发送基于消息的MSI机制
QEMU/KVM透传设备中断实现
leiyanjie8995的博客
09-18 848
VFIO的msix bar空间不是向用户态透传的，而是GUEST退出到KVM/QEMU里处理的。原因也比较容易理解，就是虚机里的MSIX中断需要QEMU和KVM的复杂处理，所以必须退出到主机。
【虚拟化】QEMU/KVM与 虚拟机资源配置
weixin_49199313的博客
07-19 1499
QEMU通过​​类型注册系统​​和​​QOM框架​​​类型注册​注册架构特定的CPU类型​​对象实例化​触发架构相关的realizefn函数​​加速器绑定​accel_ops动态调用硬件加速接口这种设计使得QEMU既能保持核心代码的简洁性，又能灵活支持从x86到RISC-V等数十种CPU架构的模拟需求。
Linux虚拟化KVM-Qemu分析（六）之中断虚拟化
生活需要深度
04-11 1366
本文会将ARM GICv2中断虚拟化的总体框架和流程讲清楚，这个曾经困扰我好几天的问题在被捋清的那一刻，让我有点每有会意，欣然忘食的感觉。中断是处理器用于异步处理外围设备请求的一种机制；外设通过硬件管脚连接在中断控制器上，并通过电信号向中断控制器发送请求；中断控制器将外设的中断请求路由到CPU上；
kvm中断虚拟化
zheng的博客
04-11 2262
1、x86平台主要使用的中断类型有pic、apic及msi中断，在多核系统下的apic结构图如下所示，每个cpu有一个lapic，外部中断通过ioapic转发到lapic，如果是msi中断，则绕过了io apic直接发给lapic。 2、kvm初始化过程为每个虚拟机维护一个pic主控制器、一个pic备控制器以及一个ioapic控制器，每个vcpu维护一个lapic控制器。同时每个虚拟机有一张...
KVM虚拟化中断和IO虚拟化的功能分析说明
远方雪的专栏
03-28 1246
在物理机中，中断由硬件设备（如网卡、磁盘）触发，CPU通过中断描述符表（IDT）定位处理程序。在虚拟化环境中，Hypervisor需捕获物理中断并正确路由到目标虚拟机（VM）。通过深入理解中断与IO虚拟化的协同机制，开发者能够优化虚拟化性能，并在安全隔离与资源效率之间找到平衡点。
深入解析Linux虚拟化KVM-Qemu分析之中断虚拟化
youzhangjing_的博客
01-06 1315
本文会将ARM GICv2中断虚拟化的总体框架和流程讲清楚，这个曾经困扰我好几天的问题在被捋清的那一刻，让我有点每有会意，欣然忘食的感觉。中断是处理器用于异步处理外围设备请求的一种机制；外设通过硬件管脚连接在中断控制器上，并通过电信号向中断控制器发送请求；中断控制器将外设的中断请求路由到CPU上；
qemu-kvm 中断虚拟化代码分析
04-16 1874
硬件中断发生（qemu模拟设备） 1.硬件产生中断的接口 void qemu_set_irq(qemu_irq irq, int level); 2.中断过程 void qemu_set_irq(qemu_irq irq, int level) {     if (!irq)         return;     irq->handler(irq->opaque, irq
qemu-kvm 中断虚拟化
xb_0916的专栏
09-11 1018
转自：http://www.kaixinwenda.com/article-luo_brian-8454002.html 中断，这个概念相信大家已经不陌生了，我也没什么资格来介绍中断，就简单的说一下。我认为它从宏观上看可以分为软件部分和硬件部分。 软件部分： 软件部分在操作系统中实现，如Linux中断的x86，每一个中断对应一个中断门，中断门中包含中断处理函数（ISR
kvm 处理中断流程
zheng的博客
02-28 1124
一、x86In x86 architecture, Intel in this case, most interrupts will cause CPU VM exit, which means the control of CPU will return to host from guests.So the processes areCPU is used by guest OS in VMX ...
KVM虚拟机代码揭秘——中断虚拟化
热门推荐
Shawn的专栏
08-08 1万+
KVM中断虚拟化主要是使用intel的VT-x技术，它分为两个部分，中断退出个中断注入。 中断退出 是指虚拟机发生中断时，主动使得客户机发生VM-exit，这样能够在主机中实现对客户机中断的注入。 中断注入 它是指将中断写入VMCS对应的中断信息位，来实现中断的注入，当中
QEMU–KVM
最新发布
08-11
<think>嗯，用户这次明确提出了关于QEMU-KVM技术原理及使用的问题，并提供了详细的站内引用资料。从引用的内容来看，用户已经掌握了QEMU-KVM的基础分工模式：KVM负责CPU和内存虚拟化，QEMU负责I/O设备模拟。但用户可能更想了解深层的协作机制和实际应用场景。 用户提供的引用[3]和[4]特别有价值，它们揭示了内存虚拟化的实现细节（通过mmap分配内存）和CPU切换的关键流程（ioctl调用/VMLAUNCH指令）。这提示我应该重点解释这两个组件的交互时序，比如当guest OS执行I/O操作时，控制权如何从KVM模块转移到用户空间的QEMU进程。 注意到引用[5]提到了virt-manager这个图形化管理工具，说明用户可能也有环境搭建的实操需求。虽然用户当前没明确要求安装步骤，但在"使用模式"部分补充yum安装命令和图形界面操作是必要的，这能形成理论到实践的闭环。 用户的上次提问（关于CDN）和本次问题属于完全不同的技术领域，但共同点是都涉及系统级架构。回答时需要保持同样的深度和严谨性，特别是对硬件辅助虚拟化（如Intel VT-x）的解释要准确——引用[4]提到的VMCS（虚拟机控制结构）就是VT-x技术的核心组件。 需要警惕一个易错点：不能简单说"KVM处理CPU虚拟化"，而要强调KVM模块是通过暴露/dev/kvm字符设备，接收QEMU的ioctl调用来实现这点。引用[2]和[4]都证实了这个交互路径，这个细节决定回答的专业性。 最后生成的问题要覆盖用户可能忽略的实践痛点，比如第3个问题"如何配置PCI设备直通"就是生产环境中常见需求，引用里虽未提及，但符合技术逻辑的延伸。</think>### QEMU-KVM 技术原理及使用详解 #### 一、QEMU-KVM 架构与核心组件 1. **分层架构** - **内核层 (KVM)** 通过内核模块 `kvm.ko` 提供 CPU 和内存虚拟化能力，直接利用硬件虚拟化扩展（如 Intel VT-x/AMD-V）[^4]。 - 关键操作：通过 `ioctl` 调用 `/dev/kvm` 接口控制虚拟机状态（如 `VMLAUNCH` 指令触发非根模式执行）[^4]。 - **用户层 (QEMU)** 运行在用户空间，模拟 I/O 设备（磁盘/网卡/显卡等）并管理虚拟机生命周期[^2]。 2. **协同工作机制** ```mermaid graph LR A[Guest OS] -->|I/O 请求| B(QEMU 设备模拟) B -->|生成中断/信号| C(KVM 内核模块) C -->|注入中断| A D[物理CPU] -->|VT-x/AMD-V| C C -->|调度| D ``` #### 二、关键技术原理 1. **CPU 虚拟化** - **硬件辅助**：KVM 利用 CPU 的 VT-x 技术，在非根模式（Non-Root Mode）直接执行 Guest 指令[^4]。 - **上下文切换**： ```c // 简化流程 qemu -> ioctl(KVM_RUN) // 用户态触发 -> kvm_vcpu_ioctl_run() // 内核态处理 -> vcpu_load() // 加载 Guest 状态到 VMCS -> __vmx_vcpu_run() // 执行 VMLAUNCH ``` 2. **内存虚拟化** - **EPT/NPT 支持**：通过硬件扩展实现 Guest 物理地址到主机物理地址的二次转换[^3]。 - **内存分配**：QEMU 通过 `mmap` 分配虚拟内存作为 Guest 的"物理内存"，并通过 KVM 接口更新内存布局[^3]。 $$ \text{GPA} \xrightarrow{\text{EPT}} \text{HPA} $$ 3. **I/O 虚拟化** - **设备模拟**：QEMU 完全模拟标准设备（如 virtio-blk 磁盘）。 - **优化机制**： - **virtio 半虚拟化**：Guest 安装 virtio 驱动，通过共享内存环直接通信，减少陷入开销。 - **VFIO 直通**：将物理设备直接映射给虚拟机（需 IOMMU 支持）。 #### 三、部署与使用实践 1. **环境准备**（基于 CentOS/RHEL） ```bash # 安装核心组件 yum install qemu-kvm libvirt virt-manager -y # 启动服务 systemctl start libvirtd ``` - **qemu-kvm**：提供 QEMU 与 KVM 的集成 - **libvirt**：虚拟机管理 API - **virt-manager**：图形化管理工具[^5] 2. **创建虚拟机** ```bash virt-install \ --name vm1 \ --ram 4096 \ --vcpus 4 \ --disk path=/var/lib/libvirt/images/vm1.qcow2,size=20 \ --os-type linux \ --os-variant centos8 \ --network bridge=virbr0 \ --graphics vnc ``` - **磁盘格式**：`qcow2` 支持动态分配、快照 - **网络配置**：使用 NAT 桥接 `virbr0` 或物理网卡直通 3. **关键管理命令** | 功能 | 命令 | |---------------------|--------------------------| | 启动虚拟机 | `virsh start vm1` | | 查看虚拟机列表 | `virsh list --all` | | 控制台连接 | `virsh console vm1` | | 调整 CPU/内存 | `virsh edit vm1` | #### 四、性能优化方向 1. **CPU 绑定** ```bash virsh vcpupin vm1 0 2 # 将 vCPU0 绑定到物理核2 ``` 2. **大页内存** ```bash # 分配 1GB 大页 echo 1024 > /sys/kernel/mm/hugepages/hugepages-1048576kB/nr_hugepages ``` ```xml <!-- XML 配置 --> <memoryBacking> <hugepages/> </memoryBacking> ``` 3. **virtio 加速** 在 Guest 中安装 `virtio-balloon` 和 `virtio-net` 驱动，提升 I/O 效率。 > **典型问题排查**：若虚拟机启动卡住，检查 `/var/log/libvirt/qemu/vm1.log` 中的错误日志，常见原因包括： > - 缺少 KVM 内核模块 → `lsmod | grep kvm` > - SELinux 限制 → `setenforce 0` 临时关闭测试 #### 五、QEMU-KVM vs 其他虚拟化方案 | 特性 | QEMU-KVM | VMware ESXi | Hyper-V | |---------------|------------------------|----------------------|---------------------| | 类型 | 开源 Type-1 半虚拟化 | 商业 Type-1 | 商业 Type-1 | | 性能损失 | 5%-10% | 3%-8% | 5%-12% | | 硬件要求 | VT-x/AMD-V + IOMMU | 特定兼容硬件列表 | SLAT 支持 CPU | | 适用场景 | 云计算/开发测试 | 企业级虚拟化 | Windows 环境 |
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

个

红包个数最小为10个

元

红包金额最低5元

当前余额3.43元 前往充值 >
需支付：10.00元
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付元
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明：

1.余额是钱包充值的虚拟货币，按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载，可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值