android qemu-kvm内存管理和IO映射

最新推荐文章于 2022-04-27 19:09:22 发布

ayu_ag

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分类专栏： qemu 文章标签： qemu kvm 内存管理 MMIO

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/ayu_ag/article/details/52790850

本文探讨了KVM如何区分MMIO和普通内存，以及在执行过程中如何处理KVM_EXIT_MMIO和KVM_EXIT_IO退出状态。内容涉及MMIO与内存管理的关系，KVM内存虚拟化，QEMU内存管理，以及在Android QEMU中的具体实现。读者需具备MMU、页表和KVM基础知识。

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为什么内存管理和IO映射要放一起呢？因为IO映射有memory map io(MMIO)和port map io(PMIO)两种，其中MMIO和内存管理有关的。

MMIO和普通内存的访问的汇编指令是相同的；PMIO有自己的汇编指令。

kvm如果执行到了PMIO的指令，那么退出状态是KVM_EXIT_IO。

kvm怎么知道某段内存是MMIO，从而退出状态是KVM_EXIT_MMIO，而某段内存是普通内存，由kvm处理缺页，而不退出呢？这是本文想要探究的一个东西。

PS：kvm退出状态是KVM_EXIT_IO或者KVM_EXIT_MMIO，那么将由qemu进行读写虚拟设备IO端口的模拟，如何模拟？

PMIO的看《android qemu-kvm i8254 pit虚拟设备》，MMIO的看《android emulator虚拟设备分析第一篇之battery》。

阅读本文前，需要对MMU，页表，虚拟内存空间，物理内存空间有一些了解。对于kvm的影子页表的工作原理，kvm的vcpu的执行，以及kvm的ioctl有一些了解。

前提知识：

KVM之内存虚拟化：http://royluo.org/2016/03/13/kvm-mmu-virtualization/，重点看GVA，GPA，HVA，HPA，影子页表的东西

kvm api：https://kernel.org/doc/Documentation/virtual/kvm/api.txt，重点看ioctl的东西，并对kvm的使用有所印象

kvm api使用实例：https://lwn.net/Articles/658511/，https://lwn.net/Articles/658512/

QEMU-MEMORY-MANAGEMENT.TXT：https://android.googlesource.com/platform/external/qemu.git/+/master/docs/QEMU-MEMORY-MANAGEMENT.TXT

本文使用的android版本是5.1.0，x86的img；host机器是intel x86_64，ubuntu12.04

先来一个大图：

普通内存的申请(external/qemu/hw/i386/pc.c)：

     /*
      * Allocate a single contiguous RAM so that the goldfish
      * framebuffer can work well especially when the frame buffer is
      * large.
      */
     ram_addr = qemu_ram_alloc(NULL, "pc.ram", below_4g_mem_size);
     cpu_register_physical_memory(0, below_4g_mem_size, ram_addr);

由于kvm可以使用硬件提供的EPT影子页表，所以我们只需要将HVA和GPA的关系通过ioctl告知kvm即可(KVM_SET_USER_MEMORY_REGION)。

先介绍一下qemu内存管理中重要的ram_list和RAMBlock