KVM 中的 hypercall 入口在哪里

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简介

基于内核的虚拟机 (KVM) 是 Linux 的虚拟化基础架构，允许在单个主机上同时运行多个操作系统。它是一种流行的开源虚拟化技术，利用硬件虚拟化支持（例如 Intel VT-x 和 AMD-V）在同一物理硬件上运行多个虚拟机。KVM 具有模块化架构，不同的组件负责虚拟化的不同方面。在本文中，我们将探讨 KVM 中 hypercall 的入口。

KVM 中的 Hypercall

Hypercall 是一种特权指令，允许虚拟机与管理程序交互，管理程序是控制对物理硬件访问的软件层。Hypercall 类似于非虚拟化环境中的系统调用，它们允许虚拟机请求管理程序的服务，例如创建或销毁虚拟设备、分配内存和配置虚拟网络接口。Hypercall 是 KVM 虚拟化基础架构的重要组成部分，因为它们允许虚拟机以安全且受控的方式访问物理硬件。

在 KVM 中，hypercall 是使用称为 KVM API 的机制实现的。KVM API 是一组系统调用和数据结构，允许用户空间进程与 KVM 内核模块交互。KVM 内核模块负责管理虚拟机并向来宾操作系统提供虚拟化的硬件接口。KVM API 允许用户空间进程创建和配置虚拟机、附加虚拟设备以及向管理程序发送 hypercall。

Hypercall 在 KVM 中的入口

Hypercall 在 KVM 中的入口是虚拟化基础架构的关键组成部分，因为它决定了虚拟机如何与管理程序通信。在 KVM 中，hypercall 的入口是使用称为 vCPU 运行循环的机制实现的。vCPU 运行循环是在虚拟 CPU 上下文中运行的一段代码，负责代表来宾操作系统执行指令。

当虚拟机向管理程序发送 hypercall 时，vCPU 运行循环会被中断，控制权转移到管理程序。管理程序随后处理 hypercall 并执行请求的操作，例如创建虚拟设备或分配内存。一旦 hypercall 处理完毕，控制权将返回到 vCPU 运行循环，并且来宾操作系统继续执行，就像什么也没发生一样。

vCPU 运行循环在 KVM 内核模块中实现，负责管理虚拟化环境中来宾代码的执行。vCPU 运行循环是一个循环，它执行来宾指令，直到发生中断或异常。当发生中断或异常时，控制权将转移到管理程序，管理程序决定如何处理中断或异常。如果中断或异常是 hypercall，管理程序将处理 hypercall 并将控制权返回到 vCPU 运行循环。

KVM 中 Hypercall 的示例

KVM 中的 Hypercall 是使用在 KVM API 中定义的一组 hypercall 编号实现的。这些 hypercall 编号由来宾操作系统用来指定它正在执行的 hypercall 类型。以下是 KVM 中的一些 hypercall 示例：

• KVM_CREATE_VM - 此 hypercall 用于创建一个新的虚拟机。它不带任何参数并返回一个文件描述符，该文件描述符可用于与新创建的虚拟机交互。

• KVM_CREATE_VCPU - 此 hypercall 用于为虚拟机创建一个新的虚拟 CPU。它带有一个指定虚拟 CPU ID 的参数，并返回一个文件描述符，该文件描述符可用于与虚拟 CPU 交互。

• KVM_SET_USER_MEMORY_REGION - 此 hypercall 用于在虚拟机中设置内存区域。它带有一组参数，指定来宾物理地址和内存区域的大小，以及代表主机操作系统中内存区域的文件描述符。

• KVM_IRQFD - 此 hypercall 用于将虚拟中断连接到主机操作系统中的文件描述符。它带有一组参数，指定中断编号、文件描述符和中断类型。

• KVM_CREATE_IRQCHIP - 此 hypercall 用于为虚拟机创建一个虚拟中断控制器。它不带任何参数并返回一个文件描述符，该文件描述符可用于与中断控制器交互。

高级主题

除了 KVM 中 hypercall 的基础知识之外，还有一些与 hypercall 入口相关的值得探索的高级主题。以下是一些示例：

在管理程序中处理 Hypercall

当从虚拟机向管理程序发送 hypercall 时，管理程序需要处理请求并执行请求的操作。这可能涉及大量的处理，特别是对于创建新虚拟机等复杂的 hypercall。像 KVM 这样的管理程序旨在高效地处理 hypercall，但仍然需要注意潜在的瓶颈和性能问题。

优化管理程序中 hypercall 处理的一种方法是使用事件驱动的处理，其中管理程序等待 hypercall 到达，然后尽快处理它们。这可能比连续轮询 hypercall 更有效，因为它减少了浪费在空闲轮询上的 CPU 时间。

优化 hypercall 处理的另一种技术是使用专用的线程池来处理 hypercall。这允许管理程序优先处理 hypercall 处理而不是其他任务，并确保 hypercall 尽快得到处理。

Hypercall 拦截

另一个与 KVM 中 hypercall 入口相关的主题是 hypercall 拦截。Hypercall 拦截是在 hypercall 被管理程序处理之前拦截它们并修改它们的过程。这对于各种目的都很有用，例如添加新的虚拟设备驱动程序、实施自定义安全策略或修改虚拟机的行为。

Hypercall 拦截可以使用多种技术来实现，包括修改来宾操作系统以将 hypercall 重定向到自定义处理程序、使用内核模块在系统调用级别拦截 hypercall，或使用管理程序级别的技术，例如 KVM 的基于内核的虚拟机内省 (kVMI) 接口。

Hypercall 模拟

Hypercall 模拟是另一个与 KVM 中 hypercall 入口相关的主题。Hypercall 模拟是模拟管理程序本身不支持的 hypercall 的过程。如果虚拟机正在运行不支持较新 hypercall 的较旧操作系统，或者如果虚拟机正在运行与管理程序不完全兼容的操作系统，则可能需要这样做。

Hypercall 模拟可以使用多种技术来实现，例如修改来宾操作系统以使用不同的 hypercall 集，使用转换层将不受支持的 hypercall 映射到受支持的 hypercall，或使用动态二进制转换器在运行时模拟 hypercall。

结论

总之，KVM 中 hypercall 的入口是虚拟化基础架构的关键组成部分，它允许虚拟机以安全且受控的方式与管理程序交互。Hypercall 是使用称为 vCPU 运行循环的机制实现的，该机制负责执行来宾指令以及处理中断和异常。KVM API 定义了一组 hypercall 编号，来宾操作系统使用这些编号来指定它正在执行的 hypercall 类型。KVM 中 hypercall 的示例包括创建新的虚拟机、创建虚拟 CPU、设置内存区域以及将虚拟中断连接到文件描述符。通过了解 KVM 中 hypercall 的入口，开发人员和管理员可以更好地了解虚拟机如何与管理程序交互以及如何配置和管理虚拟化环境。