qemu vcpu的创建过程
在 QEMU 中,vCPU 线程的启动流程涉及多个阶段,包括初始化、线程创建和执行逻辑。以下是基于搜索结果的详细分析:
QEMU vCPU 线程的启动流程
1. 初始化阶段
- 设备实例化:QEMU 使用 QOM(QEMU Object Model)系统进行设备的实例化。CPU 设备也需要通过
type_init()
方法注册到 QOM 系统中,这样可以通过object_new()
创建 CPU 实例。 - CPU 模型初始化:在 QEMU 启动时,会根据用户指定的 CPU 模型类型(通过命令行参数指定)初始化 vCPU 的特性。例如,对于 x86 架构,QEMU 会加载对应的 CPU 模型定义,并设置支持的特性。
2. 线程创建
- vCPU 线程创建:在
qemu_init_vcpu()
函数中,QEMU 会为每个 vCPU 创建一个线程。这个线程的主体逻辑是在一个大循环中反复执行取指令、翻译和执行的操作。 - 线程函数:对于 RISC-V 架构,vCPU 线程的主体函数是
mttcg_cpu_thread_fn
,它负责模拟 vCPU 的执行。
3. CPU 状态配置
- CPU 复位:在
qemu_init_vcpu()
中,vCPU 的初始状态被设置为停止状态(stopped)。在后续的cpu_reset()
函数中,会调用riscv_cpu_reset()
来配置 CPU 的初始状态。 - 启动 vCPU:在 CPU 实例化完成后,通过调用
cpu_resume()
将 vCPU 设置为可以运行的状态。
4. 执行阶段
- 指令执行循环:vCPU 线程进入一个主循环,不断从虚拟机的内存中取指令、翻译并执行。如果 CPU 处于停止状态,线程会等待直到被唤醒。
- KVM 支持:在使用 KVM 时,QEMU 会通过 KVM 的
ioctl
接口与内核进行交互,以加速 vCPU 的执行。
5. 多核启动逻辑
- 主从核协调:在多核虚拟机中,QEMU 会启动多个 vCPU 线程。主核(通常为第一个 vCPU)会初始化公共资源,而从核(其他 vCPU)可能会通过 WFI(Wait for Interrupt)指令挂起,直到主核通过 IPI(Inter-Processor Interrupt)唤醒它们。
- 固件与内核启动:QEMU 在启动时会加载固件(如 OpenSBI),并通过固件引导内核启动。内核会通过 SBI 接口下发启动命令给从核,从而完成多核启动。
6.小结
QEMU vCPU 线程的启动流程包括初始化设备、创建线程、配置 CPU 状态、进入指令执行循环以及多核协调等阶段。具体实现涉及多个函数和模块,如 qemu_init_vcpu()
、cpu_reset()
和 cpu_resume()
。对于 RISC-V 架构,QEMU 使用 mttcg_cpu_thread_fn
作为 vCPU 线程的主体函数。
如果您需要进一步深入研究,可以参考 QEMU 的源码,特别是 qemu_init_vcpu()
和 cpu_reset()
等函数的实现。
7.tcg解释器创建过程:
static void tcg_accel_ops_init(AccelOpsClass *ops)
{if (qemu_tcg_mttcg_enabled()) {ops->create_vcpu_thread = mttcg_start_vcpu_thread;ops->kick_vcpu_thread = mttcg_kick_vcpu_thread;ops->handle_interrupt = tcg_handle_interrupt;} else {ops->create_vcpu_thread = rr_start_vcpu_thread;ops->kick_vcpu_thread = rr_kick_vcpu_thread;if (icount_enabled()) {ops->handle_interrupt = icount_handle_interrupt;ops->get_virtual_clock = icount_get;ops->get_elapsed_ticks = icount_get;} else {ops->handle_interrupt = tcg_handle_interrupt;}}ops->cpu_reset_hold = tcg_cpu_reset_hold;ops->supports_guest_debug = tcg_supports_guest_debug;ops->insert_breakpoint = tcg_insert_breakpoint;ops->remove_breakpoint = tcg_remove_breakpoint;ops->remove_all_breakpoints = tcg_remove_all_breakpoints;
}
这段代码是 QEMU 中与 TCG(Tiny Code Generator)加速器相关的初始化逻辑,用于设置不同加速模式下的虚拟 CPU(vCPU)线程操作函数。以下是对这段代码的详细解析和解释:
7.1. 函数定义
static void tcg_accel_ops_init(AccelOpsClass *ops)
tcg_accel_ops_init
:这是一个静态函数,用于初始化 TCG 加速器的操作函数。AccelOpsClass *ops
:这是一个指向AccelOpsClass
结构的指针,该结构定义了加速器的操作接口。
7.2. 多线程 TCG(MTTCG)模式
if (qemu_tcg_mttcg_enabled()) {ops->create_vcpu_thread = mttcg_start_vcpu_thread;ops->kick_vcpu_thread = mttcg_kick_vcpu_thread;ops->handle_interrupt = tcg_handle_interrupt;
}
qemu_tcg_mttcg_enabled()
:检查是否启用了多线程 TCG(MTTCG)模式。- 如果启用,
ops
的相关操作函数会被设置为 MTTCG 版本。
- 如果启用,
mttcg_start_vcpu_thread
:用于启动 vCPU 线程的函数。mttcg_kick_vcpu_thread
:用于唤醒 vCPU 线程的函数。tcg_handle_interrupt
:处理中断的通用函数。
7.3. 单线程 TCG(RR)模式
else {ops->create_vcpu_thread = rr_start_vcpu_thread;ops->kick_vcpu_thread = rr_kick_vcpu_thread;if (icount_enabled()) {ops->handle_interrupt = icount_handle_interrupt;ops->get_virtual_clock = icount_get;ops->get_elapsed_ticks = icount_get;} else {ops->handle_interrupt = tcg_handle_interrupt;}
}
rr_start_vcpu_thread
:用于启动 vCPU 线程的函数(单线程模式)。rr_kick_vcpu_thread
:用于唤醒 vCPU 线程的函数(单线程模式)。icount_enabled()
:检查是否启用了指令计数模式(Instruction Counting Mode)。- 如果启用,中断处理和时钟获取函数会被设置为指令计数版本。
icount_handle_interrupt
:处理中断的指令计数版本。icount_get
:获取虚拟时钟和已过时钟的指令计数版本。- 如果未启用指令计数模式,则使用通用的
tcg_handle_interrupt
函数。
7.4. 通用操作
ops->cpu_reset_hold = tcg_cpu_reset_hold;
ops->supports_guest_debug = tcg_supports_guest_debug;
ops->insert_breakpoint = tcg_insert_breakpoint;
ops->remove_breakpoint = tcg_remove_breakpoint;
ops->remove_all_breakpoints = tcg_remove_all_breakpoints;
tcg_cpu_reset_hold
:用于在 CPU 重置时保持状态的函数。tcg_supports_guest_debug
:检查是否支持客户机调试的函数。tcg_insert_breakpoint
:插入断点的函数。tcg_remove_breakpoint
:移除断点的函数。tcg_remove_all_breakpoints
:移除所有断点的函数。
7.5 功能总结
这段代码的主要功能是根据 QEMU 的配置(MTTCG 或 RR 模式,以及是否启用指令计数)初始化 TCG 加速器的操作函数。这些操作函数定义了 vCPU 线程的启动、唤醒、中断处理以及调试支持等行为。
7.6 关键点
-
MTTCG 模式:
- 启用多线程 TCG 时,使用
mttcg_start_vcpu_thread
和mttcg_kick_vcpu_thread
。 - 这种模式适合多核系统,可以提高性能。
- 启用多线程 TCG 时,使用
-
RR 模式:
- 单线程 TCG 模式,使用
rr_start_vcpu_thread
和rr_kick_vcpu_thread
。 - 适合单核系统或调试场景。
- 单线程 TCG 模式,使用
-
指令计数模式:
- 如果启用指令计数,中断处理和时钟获取函数会被设置为指令计数版本。
- 这种模式用于精确模拟指令执行时间。
-
调试支持:
- 提供了断点插入和移除的功能,支持客户机调试。
通过这段代码,QEMU 能够灵活地根据配置选择合适的加速模式和操作函数,从而优化虚拟机的性能和调试能力。
8. vcpu 线程建立细节
void mttcg_start_vcpu_thread(CPUState *cpu)
{char thread_name[VCPU_THREAD_NAME_SIZE];g_assert(tcg_enabled());tcg_cpu_init_cflags(cpu, current_machine->smp.max_cpus > 1);/* create a thread per vCPU with TCG (MTTCG) */snprintf(thread_name, VCPU_THREAD_NAME_SIZE, "CPU %d/TCG",cpu->cpu_index);qemu_thread_create(cpu->thread, thread_name, mttcg_cpu_thread_fn,cpu, QEMU_THREAD_JOINABLE);
}
qemu_thread_createqemu_thread_startthread_context_class_initthread_context_set_cpu_affinityqemu_thread_set_affinitystatic void thread_context_class_init(ObjectClass *oc, void *data)
{UserCreatableClass *ucc = USER_CREATABLE_CLASS(oc);ucc->complete = thread_context_instance_complete;object_class_property_add(oc, "thread-id", "int",thread_context_get_thread_id, NULL, NULL,NULL);object_class_property_add(oc, "cpu-affinity", "int",thread_context_get_cpu_affinity,thread_context_set_cpu_affinity, NULL, NULL);object_class_property_add(oc, "node-affinity", "int", NULL,thread_context_set_node_affinity, NULL, NULL);
}
9. cpu属性更改 object_class_property_add
在 QEMU 中,object_class_property_add
函数用于为一个对象类添加一个属性。这个属性可以被用户通过 QEMU 的命令行工具(如 qemu-monitor
)或 API 访问和修改。以下是如何使用 object_class_property_add
添加 cpu-affinity
属性的详细说明,以及如何通过 QEMU 的机制访问和修改这个属性。
9.1. object_class_property_add
函数的参数
object_class_property_add(ObjectClass *oc, const char *name, const char *type,ObjectPropertyAccessor *get,ObjectPropertyAccessor *set,ObjectPropertyRelease *release,void *opaque);
oc
:指向ObjectClass
的指针,表示当前正在初始化的类。name
:属性的名称(例如"cpu-affinity"
)。type
:属性的类型(例如"int"
表示整数)。get
:获取属性值的回调函数。set
:设置属性值的回调函数。release
:释放属性值的回调函数(可选)。opaque
:用户数据,传递给回调函数(可选)。
9.2. 回调函数
在您的代码中,cpu-affinity
属性的 get
和 set
回调函数分别是 thread_context_get_cpu_affinity
和 thread_context_set_cpu_affinity
。
获取属性值的回调函数
static int thread_context_get_cpu_affinity(Object *obj, Error **errp)
{ThreadContext *tc = THREAD_CONTEXT(obj);return tc->cpu_affinity;
}
obj
:指向对象的指针。errp
:用于返回错误信息的指针。- 返回值:当前的 CPU 亲和性值。
设置属性值的回调函数
static void thread_context_set_cpu_affinity(Object *obj, int value, Error **errp)
{ThreadContext *tc = THREAD_CONTEXT(obj);tc->cpu_affinity = value;
}
obj
:指向对象的指针。value
:要设置的属性值。errp
:用于返回错误信息的指针。
9.3. 如何使用 cpu-affinity
属性
通过 QEMU 命令行工具
假设您已经创建了一个 ThreadContext
对象,并且它被添加到了 QEMU 的对象模型中,您可以通过 QEMU 的命令行工具(如 qemu-monitor
)访问和修改 cpu-affinity
属性。
-
查询当前的 CPU 亲和性
(qemu) info object <object-name>
这将显示对象的所有属性,包括
cpu-affinity
。 -
设置 CPU 亲和性
(qemu) object_property_set <object-name> cpu-affinity=2
这将设置
cpu-affinity
属性为 2。
通过 QEMU API
您也可以通过 QEMU 的 C API 访问和修改属性。
-
查询当前的 CPU 亲和性
int cpu_affinity = object_property_get_int(OBJECT(tc), "cpu-affinity", &error_abort); printf("Current CPU affinity: %d\n", cpu_affinity);
-
设置 CPU 亲和性
object_property_set_int(OBJECT(tc), "cpu-affinity", 2, &error_abort);
9.4. 完整示例
以下是一个完整的示例,展示如何定义和使用 cpu-affinity
属性。
定义 ThreadContext
类
typedef struct ThreadContext {Object parent_obj;int cpu_affinity;
} ThreadContext;static void thread_context_class_init(ObjectClass *oc, void *data)
{UserCreatableClass *ucc = USER_CREATABLE_CLASS(oc);ucc->complete = thread_context_instance_complete;object_class_property_add(oc, "cpu-affinity", "int",thread_context_get_cpu_affinity,thread_context_set_cpu_affinity, NULL, NULL);
}static void thread_context_instance_init(Object *obj)
{ThreadContext *tc = THREAD_CONTEXT(obj);tc->cpu_affinity = 0; // 默认值
}static int thread_context_get_cpu_affinity(Object *obj, Error **errp)
{ThreadContext *tc = THREAD_CONTEXT(obj);return tc->cpu_affinity;
}static void thread_context_set_cpu_affinity(Object *obj, int value, Error **errp)
{ThreadContext *tc = THREAD_CONTEXT(obj);tc->cpu_affinity = value;
}static void thread_context_register_types(void)
{static const TypeInfo thread_context_info = {.name = TYPE_THREAD_CONTEXT,.parent = TYPE_OBJECT,.instance_size = sizeof(ThreadContext),.instance_init = thread_context_instance_init,.class_init = thread_context_class_init,};type_register_static(&thread_context_info);
}type_init(thread_context_register_types)
使用 ThreadContext
类
int main(int argc, char *argv[])
{ThreadContext *tc = THREAD_CONTEXT(object_new(TYPE_THREAD_CONTEXT));// 设置 CPU 亲和性object_property_set_int(OBJECT(tc), "cpu-affinity", 2, &error_abort);// 查询 CPU 亲和性int cpu_affinity = object_property_get_int(OBJECT(tc), "cpu-affinity", &error_abort);printf("Current CPU affinity: %d\n", cpu_affinity);object_unref(OBJECT(tc));return 0;
}
9.5小结
通过 object_class_property_add
,您可以为 QEMU 的对象类添加属性,并通过回调函数实现对属性的访问和修改。在您的代码中,cpu-affinity
属性允许用户通过 QEMU 的命令行工具或 API 查询和设置线程的 CPU 亲和性。