QEMU模块构造

QEMU模块构造

#define module_init(function, type)                                         \
static void __attribute__((constructor)) do_qemu_init_ ## function(void) {  \
    register_module_init(function, type);                                   \
}

typedef enum {
    MODULE_INIT_BLOCK,
    MODULE_INIT_MACHINE,
    MODULE_INIT_QAPI,
    MODULE_INIT_QOM,
    MODULE_INIT_MAX
} module_init_type;

#define block_init(function) module_init(function, MODULE_INIT_BLOCK)
#define machine_init(function) module_init(function, MODULE_INIT_MACHINE)
#define qapi_init(function) module_init(function, MODULE_INIT_QAPI)
#define type_init(function) module_init(function, MODULE_INIT_QOM)

//创建init指向fn的ModuleEntry,并将其插入到链表init_type_list[type]尾部
void register_module_init(void (*fn)(void), module_init_type type);

//依次调用链表init_type_list[type]中所有ModuleEntry的函数指针init
void module_call_init(module_init_type type);


typedef struct ModuleEntry
{
    void (*init)(void);
    QTAILQ_ENTRY(ModuleEntry) node;
} ModuleEntry;

typedef QTAILQ_HEAD(, ModuleEntry) ModuleTypeList;

static ModuleTypeList init_type_list[MODULE_INIT_MAX];


如何完成模块的构造呢?下面以an5206机器模块构造为例进行说明:

static void an5206_init(ram_addr_t ram_size,
                     const char *boot_device,
                     const char *kernel_filename, const char *kernel_cmdline,
                     const char *initrd_filename, const char *cpu_model)
{
    ...
}

static QEMUMachine an5206_machine = {
    .name = "an5206",
    .desc = "Arnewsh 5206",
    .init = an5206_init,
};

static void an5206_machine_init(void)
{
    qemu_register_machine(&an5206_machine);
}

machine_init(an5206_machine_init);


由于带有__attribute__((constructor))属性,表示在main函数之前执行,所以
    machine_init(an5206_machine_init);
作用是在main之前在链表init_type_list[MODULE_INIT_MACHINE]中插入一个ModuleEntry元素,其init指针指向an5206_machine_init



在main函数中,执行下面语句时,
    module_call_init(MODULE_INIT_MACHINE);
间接调用了an5206_machine_init();
也就是说将an5206_machine注册到了QEMUMachine链表(first_machine)中。

于是对QEMUMachine链表中元素,调用下面语句进行初始化。
machine->init(ram_size, boot_devices,kernel_filename, kernel_cmdline, initrd_filename, cpu_model);
如果machine指向的是an5206_machine,上面语句就相当于:
an5206_machine.an5206_init(ram_size, boot_devices,kernel_filename, kernel_cmdline, initrd_filename, cpu_model);


### QEMU 工作原理及其在虚拟化中的技术实现 #### 1. QEMU 的基本概念 QEMU 是一种开源的机器模拟器和虚拟机监视器 (VMM),能够通过软件方式提供硬件仿真功能。它支持多种处理器架构,包括但不限于 x86、ARM 和 PowerPC 等[^2]。 #### 2. QEMU 的核心组件和技术实现 QEMU 主要由以下几个部分组成: - **用户模式下的指令翻译** 在没有硬件辅助的情况下,QEMU 使用动态二进制翻译 (Dynamic Binary Translation, DBT) 来执行客户机的操作系统指令。DBT 将目标体系结构的指令转换为宿主机可识别的指令集,并缓存这些翻译后的代码以便重复利用,从而提高性能[^1]。 - **设备模型** QEMU 提供了一套丰富的虚拟设备模型来模拟各种硬件资源,例如网卡、硬盘控制器以及显卡等。这些设备被抽象成独立模块,在运行时加载到虚拟环境中[^3]。 - **内存管理单元 (MMU)** 对于不支持硬件加速的情况,QEMU 实现了自己的 MMU 模拟机制以处理地址空间映射等问题。当启用 KVM 或其他形式的硬件辅助虚拟化时,则会依赖底层平台提供的能力来进行更高效的内存管理和保护。 #### 3. 结合 KVM 进行硬件加速 虽然单独使用 QEMU 可以完成完全的功能性虚拟化,但由于其本质上属于纯软件解决方案,因此效率较低。为了提升性能表现,通常将 QEMU 配置为与 Linux Kernel 中内置的 KVM 子系统协同工作。在这种配置下: - 客户操作系统可以直接访问物理 CPU 并受益于原生速度; - 同时保留了 QEMU 所具备的强大外设建模优势。 具体而言,创建一个新的 VM 实例涉及调用特定接口函数 `ioctl` 请求分配相应的文件句柄 (`vmfd`) ,此对象允许后续操作如定义 VCPU 数量及大小设定等工作得以顺利开展。 ```c int vm_fd = ioctl(kvm_fd, KVM_CREATE_VM, 0); if(vm_fd < 0){ perror("Failed to create virtual machine"); } ``` 上述代码片段展示了如何借助 KVM API 构造基础框架的一部分过程。 #### 4. 总结 综上所述,QEMU 不仅可以作为独立工具用于跨平台应用程序测试等领域,而且还能与其他高级特性相结合形成更加完善的云计算基础设施组成部分之一。它的灵活性加上强大的插件生态系统使得开发者可以根据实际需求定制专属方案。 ---
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