qemu-kvm 中断虚拟化代码分析

硬件中断发生（qemu模拟设备）
1.硬件产生中断的接口
void qemu_set_irq(qemu_irq irq, int level);

2.中断过程
void qemu_set_irq(qemu_irq irq, int level)
{
    if (!irq)
        return;

    irq->handler(irq->opaque, irq->n, level);
}
设置中断控制器hander，大致分为三种情况
1.cpu_irq的hander===> pic_irq_request
2.内核模拟中断控制器的hander===>kvm_i8259_set_irq
3.用户模拟中断控制器的hander===>i8259_set_irq

/* PC hardware initialisation */
static void pc_init1()
{
   cpu_irq = qemu_allocate_irqs(pic_irq_request, NULL, 1);
#ifdef KVM_CAP_IRQCHIP
    if (kvm_enabled() && kvm_irqchip_in_kernel()) {
        isa_irq_state = qemu_mallocz(sizeof(*isa_irq_state));
        isa_irq = i8259 = kvm_i8259_init(cpu_irq[0]);
    } else
#endif
    {
        i8259 = i8259_init(cpu_irq[0]);
        isa_irq_state = qemu_mallocz(sizeof(*isa_irq_state));
        isa_irq_state->i8259 = i8259;
        isa_irq = qemu_allocate_irqs(isa_irq_handler, isa_irq_state, 24);
    }
先研究用户空间中断控制器的中断发生过程
static void i8259_set_irq(void *opaque, int irq, int level)
{
    PicState2 *s = opaque;
    pic_set_irq1(&s->pics[irq >> 3], irq & 7, level);
    pic_update_irq(s);
}
中断触发方式分为电平触发和边沿触发，isa设备大多数采用边沿触发，pci设备采用电平触发。
假如采用边沿触发，如果leveld等于1，并且没有等待的中断请求（没有pending中断请求），设置中断请求寄存器为1，另外设置pending中断请求为1.
如果有pending中断请求，并不设置中断请求寄存器，可见允许中断丢失。
/* set irq level. If an edge is detected, then the IRR is set to 1 */
static inline void pic_set_irq1(PicState *s, int irq, int level)
{
    int mask;
    mask = 1 << irq;
    if (s->elcr & mask) {
        /* level triggered */
        if (level) {
            s->irr |= mask;
            s->last_irr |= mask;
        } else {
            s->irr &= ~mask;
            s->last_irr &= ~mask;
        }
    } else {
        /* edge triggered */
        if (level) {
            if ((s->last_irr & mask) == 0)
                s->irr |= mask;
            s->last_irr |= mask;
        } else {
            s->last_irr &= ~mask;
        }
    }
}
每次有中断请求，必须调用该函数。该函数调用造成中断嵌套。另外必须话必须注入中断。什么情况下是必须呢？具体可参照pic_get_irq(）函数。
这个函数对产生中断优先级和正在处理中断优先级进行比较，如果大于话，注入请求中断。注入中断时机由qemu_irq_raise触发的，下面列出该函数。
/* raise irq to CPU if necessary. must be called every time the active
   irq may change */
void pic_update_irq(PicState2 *s)
{
    /* look at requested irq */
    irq = pic_get_irq(&s->pics[0]);
    if (irq >= 0) {
        qemu_irq_raise(s->parent_irq);
    }
}
不要认为，好像又循环到中断入口了，实际没有，关键在于参数s->parent_irq，该参数实际调用cpu_irq的hander===> pic_irq_request
static inline void qemu_irq_raise(qemu_irq irq)
{           
    qemu_set_irq(irq, 1);
}  
目前只研究用户态模拟中断控制器i8259(剔除KVM模拟和apic中断控制器)， cpu_interrupt函数实际中断目前虚拟处理器运行，为硬件中断注入做好准备，目前就是中断注入时机。如何中断（暂停）虚拟处理器运行呢，通过该函数pthread_kill(env->kvm_cpu_state.thread, SIG_IPI)中断处理器运行;        
 static void pic_irq_request(void *opaque, int irq, int level)
{
    CPUState *env = first_cpu;
        if (level)
            cpu_interrupt(env, CPU_INTERRUPT_HARD);
        else
            cpu_reset_interrupt(env, CPU_INTERRUPT_HARD);
    }
}
 
中断注入
中断注入负责将虚拟中断控制器采集的中断请求注入到虚拟处理器。需要处理两个问题，什么时候注入，如何注入？
static int kvm_main_loop_cpu(CPUState *env)
{
    while (1) {
        int run_cpu = !is_cpu_stopped(env);
        if (run_cpu && !kvm_irqchip_in_kernel()) {
            process_irqchip_events(env);
            run_cpu = !env->halted;
        }
        if (run_cpu) {
            kvm_cpu_exec(env);
            kvm_main_loop_wait(env, 0);
        } else {
            kvm_main_loop_wait(env, 1000);
        }
    }
    pthread_mutex_unlock(&qemu_mutex);
    return 0;
}
如果中断控制器不是内核空间模拟（用户空间模拟），进行中断注入。
kvm_main_loop_cpu-->kvm_cpu_exec-->kvm_run
int kvm_run(CPUState *env)
{

#if !defined(__s390__)
    if (!kvm->irqchip_in_kernel)
        run->request_interrupt_window = kvm_arch_try_push_interrupts(env);
#endif
}
1.首先满足三个条件
1）内核kvm准备好了接受中断注入
2）有中断请求并且为硬件中断请求
3）虚拟处理器运行中断（开中断）
2.获取中断请求号
3.kvm注入中断请求
int kvm_arch_try_push_interrupts(void *opaque)
{
    CPUState *env = cpu_single_env;
    int r, irq;