qemu之linux-user分析 1

最后更新2021/12/26

这几天研究qemu linux-user有关的问题，此地立个桩，把我认为值得记录的研究结果记录在此。qemu整体的编译不细说了，只针对我需要的ppc64相关关键记录，很大众、特别是没遇到问题的过程就不记录了，也许以后整理全本说明的时候补充一下。另外由于我的最终目标是搞aix-user，与aix-user相关的内容也许会在这里有关联，但全部的内容应在另一个专题中，此处都是linux-user的东西。需要继续分析的标记为黑体，随时更新。

前置

通过configure定义目标，我用的是：

./configure --target-list="ppc64-softmmu ppc64-linux-user" --disable-curses --disable-kvm --disable-sdl

除了disable-curses是为了填wsl上libtinfow.so.6 missing的老坑，别的随意。

然后make，如果一切正常，会搞出两个可执行文件，一个用于虚拟ppc64 machine，另一个可作为ppc64 linux elf程序的加载器：

ppc64-softmmu/qemu-system-ppc64
ppc64-linux-user/qemu-ppc64 

本系列只研究linux-user。

顺序结构

主代码在linux-user/main.c

从main（）开始，都是各种初始化，涉及到的时候会更新本文，不需要仔细研究，则先承认，需要的时候再分析。我喜欢直达关键点，其它的东西遇到再说。虽然这种方法不太适合一层层抽丝剥茧，特别是没有任何概念的时候，一下子跳得太远，思维会乱，也不适合学习。但对我现在的研究来说，比较节省时间，而且如果走太多岔路，最后都不知道转到哪里去了，把主线荒废了。以走迷宫比喻，一种方法是从入口遍历每个岔路，这种适合对迷宫有透彻全面的了解；而我喜欢先到出口，反向走逆推，先通过再说，走迷宫不是我的目的，通过迷宫才是。所以，我们就直接翻到main.c的最后几行：
cpu_loop(env);

cpu_loop里面是个死循环

到了cpu_loop，则所有初始化等准备工作都已经完成，包括待加载执行文件格式审核、加载到内存等等，马上需要做的只是解码执行了。

在很多文件中都有cpu_loop调用，真正被使用的是对应目标cpu架构下的cpu_loop，我这里用的是linux-user/ppc/cpu_loop.c

cpu_loop()看起来也很简单，进来就是个for死循环，在里面完成这么几个操作：

    for (;;) {
   
        cpu_exec_start(cs);
        trapnr = cpu_exec(cs);
        cpu_exec_end(cs);
        process_queued_cpu_work(cs);
        ...
        switch (trapnr) {
   
            case POWERPC_EXCP_NONE:
            ...
        }
        process_pending_signals(env);
    }

这里有个背景知识，qemu执行目标代码是以jump block为单位整体处理之后再执行，每个jump block（程序中名称直译是翻译块，我觉得不形象贴切，所以自己起了个名字，也许以后会改更好的名字）是一组将要被连续执行的代码，直到需要跳转到其它地址或者发生意外中断等等情况发生，才结束一块，也许块太大也是一个分割条件，待确认。

那么，这个程序结构就很清晰了，代码从cs指定位置开始做准备,（解码、生成tcg代码等等，在cpu_exec里完成）解码顺序执行，直到本块执行完或者发生意外（此意外包含所有意外还是只包含guest代码意外待确认，目前认为包含所有意外），返回后，进行块后处理，此块将被保留，下次再跑到这个地址，就无需解码，可以直接执行，就更快了。这个过程类似java的JIT解释执行过程。

这里有个潜在的情况，就是代码块的连续性，会存在代码块解码时是连续的，运行时会提前中断跳出，或者虽然是跳转，本应两个代码块，但前后两个代码块其实可以合并到一起。这些问题qemu都有考虑，后续深入分析的时候能解析具体相应处理过程逻辑。

代码块预处理（cpu_exec_start)，主操作（cpu_exec)，后处理（cpu_exec_end)，再加上一个排队中的cpu任务处理(process_queued_cpu_work)都完成后就是意外处理，一个switch，case一堆的意外类型。这里也有我要关注的syscall问题。

        case POWERPC_EXCP_SYSCALL_USER:
            /* system call in user-mode emulation */
            /* WARNING:
             * PPC ABI uses overflow flag in cr0 to signal an error
             * in syscalls.
             */
            env->crf[0] &= ~0x1;
            env->nip += 4;
            ret = do_syscall(env, env->gpr[0], env->gpr[3], env->gpr[4],
                             env->gpr[5], env