Qemu在ARM和X86平台上的运行机制初探

实验平台信息：

首先编译X86版本和ARM版本两个平台的QEMU

1.获取代码：

wget https://download.qemu.org/qemu-4.1.0.tar.bz2

2.安装依赖：

sudo apt-get install build-essential pkg-config zlib1g-dev libglib2.0-0 libglib2.0-dev libsdl1.2-dev libpixman-1-dev libfdt-dev autoconf automake libtool librbd-dev libaio-dev flex bison libattr1-dev libcap-ng-dev libcap-dev

3.编译

./configure --target-list=arm-softmmu --audio-drv-list=alsa,pa --prefix=/home/caozilong/Workspace/qemu/install

接着执行 make -j4

4.生成DEB包

sudo apt-get install checkinstall 
sudo checkinstall make install  

5.安装结果

 6.分析

由于HOST机是X86架构，所以这里的tcg-target.inc.c一定是X86目录下的tcg-target.inc.c文件。

ARM平台上：

arm平台上会使用arm目录的tcg-target.inc.c

原理方面，Qemu采用动态二进制翻译（Binary Translation)技术，能够支持多源（HOST）多目标（target)的跨平台仿真执行异构指令集，如下图所示，在有限的几个基础架构上，支持运行了远远超过基础架构数量的目标ISA架构。

如何判断target 目录和tcg目录各自的角色，可以根据const TranslatorOps对象的位置判断，此对象注册了对目标架构的指令ISA的翻译函数指针，它定义在target目录，自然也就是TARGE目录描述的是被模拟的目标指令架构：

也可以通过TCI目录的所在位置判断那个目录是HOST机（源机），因为它是通用目标ISA的解释器。TCI目录在tcg/tci下，自然和tci目录平级的架构目录都是源机目录。

helper和TCG的分派

TCG翻译引擎

KVM加速虚拟化过程虽然执行很快，但是要求目标平台和HOST平台为同一架构才有可能，而TCG引擎没有这个要求，TCG可以将目标机架构的二进制指令翻译为HOST指令，放到一片预先分配好的code_gen_buffer中，code_gen_buffer具有可执行权限，CPU可以执行放在其中的指令，用这种方式实现本地CPU加速。

带有可执行属性MAP的CODE_GEN_BUFFER分配过程：

可执行匿名区映射的例子：

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>

#define FILE_SIZE 0x4000

int add(int a, int b)
{
	return a+b;
}

typedef int (*ptrfunc)(int, int);
int main(void)
{
	int i;
	unsigned int *maddr;
	ptrfunc ptrf;

#if 0
	maddr = mmap(NULL, FILE_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
#else
	maddr = mmap(NULL, FILE_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE | PROT_EXEC, MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
#endif
	if(maddr == (void*)-1) {
		printf("%s line %d, faild to map buffer, error %s.\n", __func__, __LINE__, strerror(errno));
		return -1;
	}

	printf("%s line %d maddr = %p errno %s.\n", __func__, __LINE__, maddr, strerror(errno));

	memcpy(maddr, add, 64);
	ptrf = (ptrfunc)maddr;
	printf("%s line %d, maddr = %p, maddr(5,6) = %d.\n", __func__, __LINE__, maddr, ptrf(5, 6));

	for(i = 0; i < 16; i ++) {
		maddr[i] = i;
		printf("0x%02x ", maddr[i]);
	}

	printf("\n");

	munmap((void *)maddr, FILE_SIZE);

	return 0;
}

如果不支持KVM，则可以使能TCI，它会启动一个虚拟机解释器，这样可以兼容所有的架构：

当不配置--enable-tcg-interpreter时，TCG的后端是native x86_64.意思是说，将TARGET的指令集翻译为本地的x86_64指令，再交给本地CPU执行。

支持TCI的编译选项，当添加--enable-tcg-interpreter支持后，TCG的实现后端就发生了变化，此时的TCG后端成为了TCG with bytecode interpreter,也就是TARGET的指令依赖主机纯解释执行，解释器的效率是很低的，效率肯定打了折扣。

$ ./configure --target-list=arm-softmmu,aarch64-softmmu,i386-sof