Qemu-KVM Guest OS Time Tick Source (3)

最新推荐文章于 2025-05-11 07:30:00 发布

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本文详细阐述了KVM如何通过内核模拟PIT产生1000Hz时钟源，以及如何将物理中断转化为虚拟中断注入到虚拟机中，包括直接注入和通过模拟PIC或APIC的两种注入方式。重点分析了物理中断产生时的不同场景下，KVM如何确保虚拟机能够正确响应虚拟时钟中断。

在(1)中详细阐述了KVM是如何模拟内核PIT以及如何将timer中断注入到guest中去的。但是，那时对这一整套的机制理解还不够深，现在通过研究代码，理解又上升了一层，所以加深的总结一下。

核心想搞清楚的问题是如下几个：

1. 假如guest中设定PIT的频率为1000Hz，那么KVM如何为模拟PIT产生这个1000Hz的时钟源

2. 当时钟周期到时，会产生物理中断，KVM是如何将这个物理中断最终注入到guest中，使guest产生一个虚拟时钟中断的

第一个问题在(1)中讲的比较清楚，总的来讲就是，KVM的内核模拟PIT实际是用host Linux的hrtimer机制来产生时钟源。模拟PIT时钟源周期是1ms，那么KVM就创建一个hrtimer，过期时间是now+1ms。

第二个问题比较复杂。首先，当now+1ms到时，host hrtimer所利用的物理时钟设备，如物理PIT，会产生一个物理中断。这里就要分两种情况来讨论了：

1. 第一种情况是，物理中断产生的这一刻是guest在运行，这种情况下又有两种方式可以将虚拟时钟中断注入guest中：

1.1 直接注入进去

1.1.1 先要发生VM exit，在vmx_vcpu_run的最后调用complete_interrupt，会将vcpu.arch.interrupt_pending位置1，并从VMCS中取出中断信息保存到vcpu控制结构中去。

1.1.2 下一次迭代重新进入vcpu_guest_enter后，在vmx_vcpu_run之前会调用inject_pending_event。它会检测vcpu->arch.interrupt_pending位，发现是1，那么调用kvm_x86_ops->set_irq将中断真正注入VMCS中去，在VM entry时guest就能响应虚拟中断了。

1.2 通过模拟PIC或模拟APIC注入虚拟中断

1.2.1 先要发生VM exit，随后vmx_vcpu_run返回到vcpu_guest_enter中后将开中断，立刻进入host中断处理流程。

1.2.2 host ISR发现为模拟PIT创建的hrtimer到期，将在softirq中调用它的回调函数kvm_timer_fn。

1.2.3 kvm_timer_fn将设置ktimer.pending为1，其实就是vcpu.kvm->arch.pit->pit_state.pit_timer. pending，这是模拟了PIT设备产生一次时钟信号的操作。

1.2.4 之后vcpu_guest_enter返回到__vcpu_enter中，将调用kvm_cpu_has_pending_timer，其实就是去检测那个pending位，将发现已经有了pending timer，那么会调用kvm_inject_pending_timer_irqs将这个时钟中断注入到模拟PIC或模拟APIC中去，这是模拟了一次PIT设备向PIC或APIC发送一个中断信号的操作。

1.2.5 下一次迭代重新进入vcpu_guest_enter后，在vmx_vcpu_run之前会调用inject_pending_event。它中间会调用kvm_cpu_has_interrupt去检测模拟PIC或模拟APIC中是否有中断触发，发现有，将首先设置vcpu->arch.interrupt_pending位为1，再调用kvm_x86_ops->set_irq将中断真正注入VMCS中去，在VM entry时guest就能响应了，这是模拟了一次PIC或APIC向CPU发送一个中断信号的操作。

上述两种情况会同时发生，只有在最后inject_pending_event中，如果前一种方式存在，那么后面这种方式就不用注入了，因为检测vcpu->arch.interrupt_pending在前，如果为1后面会直接返回了。

2. 第二种情况时，物理中断发生时guest并没有在运行。那么将直接进入host ISR，此时只能是通过上述第二种方式将虚拟时钟中断注入到guest中去。这应该就是为什么要设计两种注入方式的原因吧。

1. Interrupt occurs when guest code is running

1. vmx_vcpu_run--> complete_interrupt --> vcpu.arch.interrupt.pending = 1

2. vcpu_enter_guest (before vmx_vcpu_run) --> inject_pending_event --> kvm_x86_ops->set_irq (vmx_inject_irq) --> vmcs_write (VM_ENTRY_INTR_INFO_FIELD)

2. Timer ISR --> hrtimer_func (kvm_timer_fn) --> timer->pending --> __vcpu_run (after vcpu_enter_guest return) -->