vm ioctl系统调用

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vm ioctl系统调用实现了对虚拟机的控制。vm ioctl控制指令的参数大多需要从KVM_CREATE_VM中返回的fd文件描述符来进行操作，涉及的操作主要针对某一个虚拟机进行控制，如配置内存、配置VCPU等。其主要指令如表5-3所示。

表5-3  vm ioctl指令字

指令字

功能说明

KVM_CREATE_VCPU

为已经创建好的VM添加VCPU

KVM_GET_DIRTY_LOG

返回经过上次操作之后，改变的内存页的位图

KVM_CREATE_IRQCHIP

创建一个虚拟的APIC，并且随后创

建的VCPU都将连接到该APIC

KVM_IRQ_LINE

对某虚拟的APIC引发中断信号

KVM_GET_IRQCHIP

读取APIC的中断标志信息

KVM_SET_IRQCHIP

写入APIC的中断标志信息

KVM_RUN

根据kvm_run结构体的信息，启动VM虚拟机

KVM_RUN和KVM_CREATE_VCPU是vm ioctl系统调用的两个重要指令字。在通过KVM_CREATE_VCPU为VM虚拟机创建VCPU，并且获得VCPU对应的fd文件描述符之后，可以进行KVM_RUN启动虚拟机的操作。

KVM_RUN指令字虽然没有任何参数，但是在调用KVM_RUN启动了虚拟机之后，可以通过mmap()系统调用映射VCPU的fd所在的内存空间来获得kvm_run结构体信息。该结构体位于内存偏移量0，结束位置在KVM_GET_ VCPU_MMAP_SIZE指令所返回的大小中。

kvm_run结构体的定义在include/linux/kvm.h中，通过读取该结构体可以了解KVM内部的运行状态，可以类比为计算机芯片中的寄存器组。其中主要的字段及说明如表5-4所示。

表5-4  kvm_run结构体的重要字段

字段名

功能说明

request_interrupt_window

往VCPU中发出一个中断插入请求，

让VCPU做好相关的准备工作

ready_for_interrupt_injection

响应request_interrupt_windows中的中

断请求，当此位有效时，说明可以进行中断

if_flag

中断标识，如果使用了APIC，则不起作用

hardware_exit_reason

当VCPU因为各种不明原因退出时，

该字段保存了失败的描述信息(硬件失效)

io

该字段为一个结构体。当KVM产

生硬件出错的原因是因为I/O输出时

(KVM_EXIT_IO)，该结构体将保存导致

出错的I/O请求的原因

mmio

该字段为一个结构体。当KVM产生出

错的原因是因为内存I/O映射导致的

（KVM_ EXIT_MMIO），该结构体中将

保存导致出错的内存I/O映射请求的数据


原文地址：http://book.51cto.com/art/201210/362616.htm
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接着《Docker最初的2小时（Docker从入门到入门）》继续聊，再花10个小时写出《KVM最初的2小时（KVM从入门到入不了门）》。坦白讲，由于KVM远远比Docker要复杂，还是要2小时爱上KVM，这绝非难事，所以很可能入不了门。原则上，我们继续迭代学习，这篇文章建立你对KVM的最好初印象，但是绝不深入细节。
kvm_vm_ioctl_create_vcpu() 函数 解析
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<think>好的，我现在需要帮助用户解析KVM中的kvm_vm_ioctl_create_vcpu()函数的功能和用法。首先，我得回顾一下自己之前学过的KVM相关知识，结合用户提供的引用内容，逐步理清思路。 首先，用户的问题是关于kvm_vm_ioctl_create_vcpu()这个函数的，所以我要先明确这个函数在KVM中的作用。根据引用[2]，host kernel的KVM代码分为virt/kvm/和arch/x86/kvm，不同的硬件虚拟化对应不同的模块，比如Intel的kvm-intel.ko包含vmx.c。而vcpu的创建函数根据架构不同分为svm_create_vcpu()或vmx_create_vcpu()。这说明创建vcpu的过程是和硬件架构相关的，可能kvm_vm_ioctl_create_vcpu()会调用这些具体的实现。 然后，引用[3]提到Qemu为每个vcpu创建用户线程，初始化后调用kvm_cpu_exec，其中使用kvm_vcpu_ioctl(,KVM_RUN,)来运行物理CPU。这说明用户空间的Qemu通过ioctl与KVM交互，创建vcpu并运行。而kvm_vm_ioctl_create_vcpu()可能是在创建vcpu时被调用的ioctl命令对应的内核处理函数。 接着，引用[4]中提到了kvm_init函数，其中包含体系结构相关的初始化和回调函数设置。创建虚拟机时，比如当用户发出KVM_CREATE_VM的ioctl，KVM会初始化虚拟机结构，之后可能需要创建vcpu。所以kvm_vm_ioctl_create_vcpu()应该是在虚拟机创建后，用来添加vcpu的ioctl命令。 现在需要确定这个函数的具体功能和调用流程。用户提供的引用中没有直接提到这个函数，但根据命名惯例，KVM_VM_IOCTL_CREATE_VCPU应该是一个ioctl命令，用于在虚拟机（VM）上下文中创建一个新的虚拟CPU（vCPU）。对应的内核处理函数可能就是kvm_vm_ioctl_create_vcpu()。 当用户空间（如Qemu）调用ioctl(fd, KVM_CREATE_VCPU, ...)时，这个请求会被传递到内核中的KVM模块，进而调用kvm_vm_ioctl_create_vcpu()函数。该函数负责分配和初始化vCPU相关的数据结构，可能包括vcpu的状态、寄存器初始化和与体系结构相关的设置，如引用[2]提到的svm_create_vcpu或vmx_create_vcpu。 此外，引用[3]提到Qemu为每个vcpu创建用户线程，并调用kvm_vcpu_ioctl来运行vCPU。这说明每个vCPU在Qemu中对应一个线程，而创建vCPU的步骤可能涉及到在KVM内核模块中分配资源，并返回一个vCPU的文件描述符，供后续的ioctl操作（如KVM_RUN）使用。 接下来，我需要验证这个理解是否正确。根据KVM的内核代码结构，kvm_vm_ioctl_create_vcpu()函数应该位于virt/kvm/kvm_main.c中，负责处理KVM_CREATE_VCPU的ioctl命令。它会调用特定架构的vcpu创建函数，如x86架构下的kvm_arch_vcpu_create()，进而调用vmx_create_vcpu()或svm_create_vcpu()，具体取决于使用的虚拟化技术（Intel VT-x或AMD-V）。 函数的主要步骤可能包括： 1. 检查当前虚拟机是否支持创建更多的vCPU。 2. 分配vCPU结构体并初始化通用部分。 3. 调用架构特定的初始化函数，设置虚拟CPU的寄存器、控制结构等。 4. 将vCPU添加到虚拟机的vCPU列表中。 5. 返回vCPU的文件描述符给用户空间，以便后续操作。 此外，创建vCPU时可能需要分配内存区域，如虚拟机的地址空间、APIC页面等，这些都可能由该函数或其调用的下层函数处理。例如，Intel的VMX架构需要为每个vCPU分配VMCS（Virtual Machine Control Structure），而AMD的SVM则需要VMCB（Virtual Machine Control Block），这些都是在架构相关代码中完成的。 用户可能还需要知道如何正确使用这个ioctl命令。通常，在Qemu中，当启动虚拟机时，会根据指定的CPU数量多次调用KVM_CREATE_VCPU，每个调用对应一个vCPU。创建成功后，Qemu会通过返回的文件描述符管理每个vCPU的执行，如调用KVM_RUN来运行vCPU，处理退出事件等。 总结，kvm_vm_ioctl_create_vcpu()的功能是在KVM虚拟机中创建新的虚拟CPU，初始化必要的数据结构，并与硬件虚拟化模块协作完成vCPU的设置。用户空间通过ioctl调用该函数，并管理返回的vCPU资源。</think>### KVM_VM_IOCTL_CREATE_VCPU 函数解析 #### 功能定义 `kvm_vm_ioctl_create_vcpu()` 是 Linux KVM 虚拟化模块中的核心函数，用于在已创建的虚拟机（VM）中新增一个虚拟 CPU（vCPU）。该函数通过 `KVM_CREATE_VCPU` 命令触发，完成以下关键操作： 1. **分配 vCPU 结构体**：为每个 vCPU 分配独立的内核数据结构，包含寄存器状态、中断控制器信息等。 2. **架构相关初始化**：调用硬件虚拟化层（如 Intel VT-x 的 `vmx_create_vcpu()` 或 AMD-V 的 `svm_create_vcpu()`）设置虚拟化控制结构（如 VMCS/VMCB）[^2]。 3. **资源绑定**：将 vCPU 与虚拟机关联，并分配内存资源（如 APIC 页面、虚拟设备映射区域）。 #### 调用流程 ```plaintext 用户空间（Qemu） ↓ ioctl(KVM_CREATE_VCPU) 内核 KVM 模块 ↓ kvm_vm_ioctl_create_vcpu() ├─ 检查虚拟机状态和 vCPU 上限 ├─ 分配 struct kvm_vcpu ├─ 调用 kvm_arch_vcpu_create()（架构相关） │ ├─ Intel: vmx_create_vcpu() │ └─ AMD: svm_create_vcpu() ├─ 初始化 vCPU 运行队列和事件通道 └─ 返回 vCPU 文件描述符 ``` #### 代码示例（内核侧简化逻辑） ```c // 内核 virt/kvm/kvm_main.c static int kvm_vm_ioctl_create_vcpu(struct kvm *kvm, u32 id) { struct kvm_vcpu *vcpu; int r; // 检查 vCPU ID 合法性 if (id >= KVM_MAX_VCPUS) return -EINVAL; // 分配 vCPU 结构体 vcpu = kvm_arch_vcpu_create(kvm, id); if (IS_ERR(vcpu)) return PTR_ERR(vcpu); // 添加到虚拟机列表 r = kvm_add_vcpu(vcpu); if (r) goto vcpu_destroy; return kvm_vcpu_fd(vcpu); // 返回用户空间使用的 fd vcpu_destroy: kvm_arch_vcpu_destroy(vcpu); return r; } ``` #### 用户空间用法（Qemu 示例） ```c // Qemu 创建 vCPU 的简化流程 int create_vcpu(int vm_fd, int vcpu_id) { int vcpu_fd = ioctl(vm_fd, KVM_CREATE_VCPU, vcpu_id); if (vcpu_fd < 0) { perror("创建 vCPU 失败"); return -1; } return vcpu_fd; // 用于后续 KVM_RUN 等操作 } ``` #### 关键机制 - **硬件交互**：通过架构相关函数初始化虚拟化硬件环境（例如 Intel 的 VMX 模式设置）。 - **事件循环**：用户线程通过 `KVM_RUN` 进入内核态运行 vCPU，退出时处理 I/O 或中断事件（参考 Qemu 的 `kvm_cpu_exec()`）[^3]。 - **资源隔离**：每个 vCPU 拥有独立的寄存器上下文和运行队列，支持 SMP 虚拟机并行调度[^4]。
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