[原] KVM 虚拟化原理探究（2）

sdoghds88888

#include <err.h>　　#include <fcntl.h>
　　#include <linux/kvm.h>
　　#include <stdint.h>
　　#include <stdio.h>
　　#include <stdlib.h>
　　#include <string.h>
　　#include <sys/ioctl.h>
　　#include <sys/mman.h>
　　#include <sys/stat.h>
　　#include <sys/types.h>
　　int main(void)
　　{
　　int kvm, vmfd, vcpufd, ret;
　　const uint8_t code[] = {
　　0xba, 0xf8, 0x03, /* mov $0x3f8, %dx */
　　0x00, 0xd8,       /* add %bl, %al */
　　0x04, '0',        /* add $'0', %al */
　　0xee,             /* out %al, (%dx) */
　　0xb0, '\n',       /* mov $'\n', %al */
　　0xee,             /* out %al, (%dx) */
　　0xf4,             /* hlt */
　　};
　　uint8_t *mem;
　　struct kvm_sregs sregs;
　　size_t mmap_size;
　　struct kvm_run *run;
　　// 获取 kvm 句柄
　　kvm = open(&quot;/dev/kvm&quot;, O_RDWR | O_CLOEXEC);
　　if (kvm == -1)
　　err(1, &quot;/dev/kvm&quot;);
　　// 确保是正确的 API 版本
　　ret = ioctl(kvm, KVM_GET_API_VERSION, NULL);
　　if (ret == -1)
　　err(1, &quot;KVM_GET_API_VERSION&quot;);
　　if (ret != 12)
　　errx(1, &quot;KVM_GET_API_VERSION %d, expected 12&quot;, ret);
　　// 创建一虚拟机
　　vmfd = ioctl(kvm, KVM_CREATE_VM, (unsigned long)0);
　　if (vmfd == -1)
　　err(1, &quot;KVM_CREATE_VM&quot;);
　　// 为这个虚拟机申请内存，并将代码（镜像）加载到虚拟机内存中
　　mem = mmap(NULL, 0x1000, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
　　if (!mem)
　　err(1, &quot;allocating guest memory&quot;);

　　memcpy(mem, code,>　　// 为什么从 0x1000 开始呢，因为页表空间的前4K是留给页表目录
　　struct kvm_userspace_memory_region region = {
　　.slot = 0,
　　.guest_phys_addr = 0x1000,
　　.memory_size = 0x1000,
　　.userspace_addr = (uint64_t)mem,
　　};
　　// 设置 KVM 的内存区域
　　ret = ioctl(vmfd, KVM_SET_USER_MEMORY_REGION, &region);
　　if (ret == -1)
　　err(1, &quot;KVM_SET_USER_MEMORY_REGION&quot;);
　　// 创建虚拟CPU
　　vcpufd = ioctl(vmfd, KVM_CREATE_VCPU, (unsigned long)0);
　　if (vcpufd == -1)
　　err(1, &quot;KVM_CREATE_VCPU&quot;);
　　// 获取 KVM 运行时结构的大小
　　ret = ioctl(kvm, KVM_GET_VCPU_MMAP_SIZE, NULL);
　　if (ret == -1)
　　err(1, &quot;KVM_GET_VCPU_MMAP_SIZE&quot;);
　　mmap_size = ret;

　　if (mmap_size <>　　errx(1, &quot;KVM_GET_VCPU_MMAP_SIZE unexpectedly small&quot;);
　　// 将 kvm run 与 vcpu 做关联，这样能够获取到kvm的运行时信息
　　run = mmap(NULL, mmap_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, vcpufd, 0);
　　if (!run)
　　err(1, &quot;mmap vcpu&quot;);
　　// 获取特殊寄存器
　　ret = ioctl(vcpufd, KVM_GET_SREGS, &sregs);
　　if (ret == -1)
　　err(1, &quot;KVM_GET_SREGS&quot;);
　　// 设置代码段为从地址0处开始，我们的代码被加载到了0x0000的起始位置
　　sregs.cs.base = 0;
　　sregs.cs.selector = 0;
　　// KVM_SET_SREGS 设置特殊寄存器
　　ret = ioctl(vcpufd, KVM_SET_SREGS, &sregs);
　　if (ret == -1)
　　err(1, &quot;KVM_SET_SREGS&quot;);
　　// 设置代码的入口地址，相当于32位main函数的地址，这里16位汇编都是由0x1000处开始。
　　// 如果是正式的镜像，那么rip的值应该是类似引导扇区加载进来的指令
　　struct kvm_regs regs = {
　　.rip = 0x1000,
　　.rax = 2,    // 设置 ax 寄存器初始值为 2
　　.rbx = 2,    // 同理
　　.rflags = 0x2,   // 初始化flags寄存器，x86架构下需要设置，否则会粗错
　　};
　　ret = ioctl(vcpufd, KVM_SET_REGS, &regs);
　　if (ret == -1)
　　err(1, &quot;KVM_SET_REGS&quot;);
　　// 开始运行虚拟机，如果是qemu-kvm，会用一个线程来执行这个vCPU，并加载指令
　　while (1) {
　　// 开始运行虚拟机
　　ret = ioctl(vcpufd, KVM_RUN, NULL);
　　if (ret == -1)
　　err(1, &quot;KVM_RUN&quot;);
　　// 获取虚拟机退出原因
　　switch (run->exit_reason) {
　　case KVM_EXIT_HLT:
　　puts(&quot;KVM_EXIT_HLT&quot;);
　　return 0;
　　// 汇编调用了 out 指令，vmx 模式下不允许执行这个操作，所以
　　// 将操作权切换到了宿主机，切换的时候会将上下文保存到VMCS寄存器
　　// 后面CPU虚拟化会讲到这部分
　　// 因为虚拟机的内存宿主机能够直接读取到，所以直接在宿主机上获取到
　　// 虚拟机的输出（out指令），这也是后面PCI设备虚拟化的一个基础，DMA模式的PCI设备
　　case KVM_EXIT_IO:
　　if (run->io.direction == KVM_EXIT_IO_OUT && run->io.size == 1 && run->io.port == 0x3f8 && run->io.count == 1)
　　putchar(*(((char *)run) + run->io.data_offset));
　　else
　　errx(1, &quot;unhandled KVM_EXIT_IO&quot;);
　　break;
　　case KVM_EXIT_FAIL_ENTRY:
　　errx(1, &quot;KVM_EXIT_FAIL_ENTRY: hardware_entry_failure_reason = 0x%llx&quot;,
　　(unsigned long long)run->fail_entry.hardware_entry_failure_reason);
　　case KVM_EXIT_INTERNAL_ERROR:
　　errx(1, &quot;KVM_EXIT_INTERNAL_ERROR: suberror = 0x%x&quot;, run->internal.suberror);
　　default:
　　errx(1, &quot;exit_reason = 0x%x&quot;, run->exit_reason);
　　}
　　}
　　}