qemu2的qom系统分析(二)规范路径和属性

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分类专栏： qemu源码分析 文章标签： javascript 开发语言 ecmascript
于 2019-11-23 12:41:33 首次发布
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我们在qemu2的qom系统分析(-)对象系统 一文中分析过qom系统如何通过TypeInfo注册对象，和对象的创建，继承，实现。

qom系统除了这些能力，还提供了引用计数能力，和属性设置，规范路径的能力。

规范路径的能力其实就是设置对象的child类型子属性，从而形成对象之间的一个树状结构。这样从根节点向下遍历，每个对象都有一个唯一的路径，所以就可以通过路径来寻找对象。

所以我们要想了解对象的规范路径如何实现就需要先看下对象的属性是如何实现的。

1 属性系统

首先什么是属性？其实就是对象的成员变量，成员变量要有名字，还要有值。所以也可以理解成key，value的形式。
qom对象支持的属性类型有：

  • str
  • bool
  • int
  • uint
  • link
  • qobject

在object.c里面对应设置这些属性的函数名称为object_property_set_* ，获取属性value的函数名称为object_property_get_， 其中就是类型的名称。其中link比较不好理解，其实对于link类型，k

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架构细节方面的内容，再仔细讲解一下吧
03-08
<think>好的，用户之前已经让我详细介绍了QEMU的框架，现在他们要求进一步深入了解架构细节。我需要回顾之前的回答，确保这次补充的信息更深入且不重复。 首先，用户可能对QEMU的内部机制，比如TCG、内存管理、设备模拟等模块的具体实现感兴趣。之前的回答提到了分层架构和关键模块，但可能需要更详细的技术细节，比如代码结构或具体算法。 接下来，用户可能希望了解QEMU如何与硬件交互，特别是KVM和TCG的协作，以及设备模拟的具体流程。需要详细解释动态二进制翻译的过程，包括前端解码、中间代码生成和后端优化，以及如何管理翻译后的代码块。 另外，内存虚拟化部分需要深入，比如影子页表、EPT/NPT的实现，以及QEMU如何处理内存区域的重叠和DMA重映射。这部分可能涉及到硬件特性，需要解释清楚QEMU如何利用这些特性提升性能。 设备模拟子系统中的QOM模型和总线架构也需要详细展开，说明如何通过类型继承和设备树来管理设备实例。同时，virtio设备的半虚拟化机制和性能优化方法，比如异步I/O和vhost-user协议，都是用户可能关心的点。 用户还可能对QEMU的启动流程和vCPU调度机制感兴趣，需要详细描述从初始化到执行循环的每个步骤，包括如何解析参数、创建虚拟设备，以及如何处理中断和事件通知。 最后，考虑到用户可能希望进行二次开发或性能调优，补充构建系统、代码结构以及自定义设备开发的内容会有帮助。需要确保术语准确，结构清晰，分点说明，便于用户理解复杂的系统架构。 需要检查是否存在技术细节错误，比如TCG的工作流程是否正确，KVM与QEMU的交互方式是否准确。同时，避免重复之前的内容，而是在此基础上深入展开，确保信息的新增量和深度满足用户需求。</think>好的，我将深入剖析QEMU的架构实现细节，重点围绕其核心子系统的工作原理和技术实现展开。以下内容将涉及代码级设计、数据结构与关键算法： --- ### **一、TCG动态二进制翻译引擎** #### 1. **翻译块（TB）生命周期管理** - **TB生成流程**： ```c tb_find() → tb_gen_code() → disas_insn() → gen_intermediate_code() → tcg_gen_code() ``` - 使用`tb_jmp_cache`哈希表缓存已翻译块（key=PC+flags） - 每个TB最多包含`CF_COUNT_MASK`（默认128）条Guest指令 - 退出条件：分支指令、页边界跨越、特权级切换 - **翻译优化技术**： - **直接块链接（Direct Block Chaining）**： ```c // arch/x86/translate.c if (cond) { gen_goto_tb(dc, 1, dest); // 生成条件跳转目标TB } else { gen_goto_tb(dc, 0, next); // 生成fall-through路径 } ``` 通过`tb_add_jump()`建立TB间的直接跳转链接，避免退出到主循环 - **中间代码优化**： - 常量传播（Constant Propagation） - 死代码消除（Dead Code Elimination） - 窥孔优化（Peephole Optimization） #### 2. **跨架构支持实现** - **目标描述文件**： ```python # target/arm/translate-a64.decode # 定义A64指令解码模式 @op0 ...... . .. ...... ..... .... . q:1 . . .... \ &logicq rd rn rm rdahi rdalo AND_qrrr 0100 1111 .. 1 ..... 0001 0 . .. .... \ @op0 op=0b00 ``` 使用基于Python的decodetree工具生成解码模板 - **Host代码生成**： ```c // tcg/i386/tcg-target.c.inc static void tcg_out_mov(TCGContext *s, TCGType type, TCGReg ret, TCGReg arg) { if (ret != arg) { tcg_out_modrm(s, OPC_MOVL_EvGv + (type == TCG_TYPE_I64), ret, arg); } } ``` 每个Host架构实现`tcg_target_op_def`定义指令发射规则 --- ### **二、内存虚拟化子系统** #### 1. **多级地址转换** QEMU实现GVA→GPA→HVA→HPA四级映射： - **Stage 1**：Guest OS维护进程页表（GVA→GPA） - **Stage 2**：Hypervisor维护SLAT页表（GPA→HPA） - KVM使用`kvm_memory_slot`结构管理内存槽 - QEMU通过`kvm_set_user_memory_region()`注册内存区域 #### 2. **MemoryRegion拓扑管理** ```c // include/exec/memory.h struct MemoryRegion { Object parent_obj; AddressSpace *address_space; // 所属地址空间 hwaddr offset; // 在AS中的偏移 uint64_t size; // 区域大小 const MemoryRegionOps *ops; // 访问回调函数 RAMBlock *ram_block; // 关联的后端内存 ... }; ``` - **优先级仲裁**：使用`mr->priority`解决重叠区域访问冲突 - **监听机制**：通过`memory_listener`捕获内存区域变化事件 #### 3. **IOMMU模拟** 以Intel VT-d为例： ```c // hw/i386/intel_iommu.c static void vtd_memory_region_class_init(ObjectClass *klass, void *data) { IOMMUMemoryRegionClass *imrc = IOMMU_MEMORY_REGION_CLASS(klass); imrc->translate = vtd_iommu_translate; } static IOMMUTLBEntry vtd_iommu_translate(IOMMUMemoryRegion *iommu, hwaddr addr, ...) { // 查询I/O页表完成地址转换 VTDContextEntry ce; vtd_get_context_entry(vtd, bus, devfn, &ce); ... } ``` --- ### **三、设备模型与QOM** #### 1. **QOM类型系统** - **类型注册**： ```c #define TYPE_DEVICE "device" static const TypeInfo device_type_info = { .name = TYPE_DEVICE, .parent = TYPE_OBJECT, .instance_size = sizeof(DeviceState), .abstract = true, }; type_register_static(&device_type_info); ``` - **对象实例化**： ```c DeviceState *dev = DEVICE(object_new(TYPE_PCI_DEVICE)); object_property_set_bool(OBJECT(dev), "realized", true, &error_fatal); ``` #### 2. **PCI设备模拟** - **配置空间生成**： ```c // hw/pci/pci.c void pci_config_set_vendor_id(uint8_t *config, uint16_t val) { config[PCI_VENDOR_ID] = val & 0xff; config[PCI_VENDOR_ID + 1] = (val >> 8) & 0xff; } ``` - **MSI-X中断路由**： ```c // hw/pci/msix.c void msix_notify(PCIDevice *dev, unsigned vector) { MSIXTableEntry *entry = &dev->msix_table[vector]; address_space_write(&dev->bus_master_as, entry->addr, MEMTXATTRS_UNSPECIFIED, &entry->data, sizeof(entry->data)); } ``` --- ### **四、vCPU调度与中断注入** #### 1. **KVM vCPU状态机** ```c // accel/kvm/kvm-all.c static void *kvm_vcpu_thread_fn(void *arg) { do { run_ret = kvm_vcpu_ioctl(cpu, KVM_RUN, 0); switch (run->exit_reason) { case KVM_EXIT_IO: handle_io(cpu, run->io.port, ...); break; case KVM_EXIT_MMIO: address_space_rw(&address_space_memory, ...); break; } } while (!cpu->stop); } ``` #### 2. **APIC虚拟化** - **LAPIC状态维护**： ```c // hw/intc/apic.c void apic_update_irq(APICState *s) { if (s->irr & ~s->lvt && apic_irq_pending(s) > 0) { qemu_irq_raise(s->irq); // 触发中断线 } } ``` - **中断优先级仲裁**： 使用`APIC_ARBITRATION_PRIORITY`算法选择最高优先级中断 --- ### **五、异步I/O与事件循环** #### 1. **AioContext机制** ```c // util/aio-posix.c void aio_dispatch(AioContext *ctx) { // 处理完成事件 qemu_lockcnt_inc(&ctx->list_lock); QLIST_FOREACH_SAFE(node, &ctx->aio_handlers, node, tmp) { if (node->io_notify) { node->io_notify(node->opaque); } } // 调度定时器 timerlistgroup_run_timers(&ctx->tlg); } ``` #### 2. **Virtqueue操作** ```c // hw/virtio/virtio.c void virtqueue_push(VirtQueue *vq, VirtQueueElement *elem) { // 更新avail环 vring_avail_idx(vq, vq->last_avail_idx++); // 生成设备中断 virtio_notify_vector(vdev, vq->vector); } ``` --- ### **六、调试与跟踪机制** #### 1. **QEMU Tracepoints** ```c // trace-events memory_region_ops_read(int cpu_index, void *mr, uint64_t addr, uint64_t value) "cpu %d mr %p addr 0x%"PRIx64" value 0x%"PRIx64 ``` 使用LTTng或SystemTap进行动态追踪 #### 2. **GDB Stub集成** ```c // gdbstub.c static void gdb_handle_packet(GDBState *s, const char *line_buf) { switch (line_buf[0]) { case 'g': // 读取寄存器 memtohex(buf, (uint8_t *)gdb_get_registers(s), len, 0); break; case 'G': // 写入寄存器 hextomem((uint8_t *)gdb_get_registers(s), line_buf + 1, len); break; } } ``` --- ### **七、安全增强设计** 1. **CFI防护机制**： ```c // configure --enable-control-flow-integrity // 在TCG生成的代码中插入CFI校验指令 ``` 2. **内存加密区域**： ```c // 使用AMD SEV技术时 kvm_encrypt_region(ram_block->host, ram_block->max_length); ``` --- 这种深度定制的架构使QEMU能够： - 通过TCG实现跨20+指令集的动态翻译 - 支持超过300种设备模型的精确模拟 - 在KVM加速下达到接近原生的性能（<5% overhead） - 实现亚秒级虚拟机热迁移（Pre-copy + Post-copy算法） 开发者可通过分析`exec/translate-a64.c`观察ARM指令翻译过程，或使用`-d cpu,op_opt,in_asm`参数输出TCG中间代码和生成的Host指令。
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