深度探索Linux系統(tǒng)虛擬化：原理與實現(xiàn)

前　言
第1章　CPU虛擬化 1
1.1　x86架構(gòu)CPU虛擬化 1
1.1.1　陷入和模擬模型 2
1.1.2　x86架構(gòu)虛擬化的障礙 2
1.1.3　VMX 3
1.1.4　VCPU生命周期 5
1.2　虛擬機切入和退出 8
1.2.1　GCC內(nèi)聯(lián)匯編 8
1.2.2　虛擬機切入和退出及相關(guān)的上下文保存 10
1.3　陷入和模擬 15
1.3.1　訪問外設(shè) 15
1.3.2　特殊指令 22
1.3.3　訪問具有副作用的寄存器 27
1.4　對稱多處理器虛擬化 28
1.4.1　MP Table 28
1.4.2　處理器啟動過程 33
1.5　一個簡單KVM用戶空間實例 41
1.5.1　創(chuàng)建虛擬機實例 43
1.5.2　創(chuàng)建內(nèi)存 43
1.5.3　創(chuàng)建處理器 44
1.5.4　Guest 46
1.5.5　加載Guest鏡像到內(nèi)存 47
1.5.6　運行虛擬機 47
第2章　內(nèi)存虛擬化 49
2.1　內(nèi)存尋址 49
2.1.1　段式尋址 50
2.1.2　平坦內(nèi)存模型 50
2.1.3　頁式尋址 54
2.1.4　頁式尋址實例 55
2.2　VMM為Guest準(zhǔn)備物理內(nèi)存 61
2.2.1　內(nèi)核是如何獲取內(nèi)存的 62
2.2.2　建立內(nèi)存段信息 64
2.2.3　準(zhǔn)備中斷0x15的處理函數(shù)以及設(shè)置IVT 65
2.2.4　中斷0x15的處理函數(shù)實現(xiàn) 68
2.2.5　虛擬內(nèi)存條 69
2.3　實模式Guest的尋址 72
2.3.1　設(shè)置CPU運行于Virtual-8086模式 74
2.3.2　設(shè)置Guest模式下的cr3寄存器 75
2.3.3　虛擬MMU的上下文 75
2.3.4　缺頁異常處理 77
2.4　保護模式Guest的尋址 81
2.4.1　偷梁換柱cr3 83
2.4.2　影子頁表缺頁異常處理 86
2.5　EPT 92
2.5.1　設(shè)置EPT頁表 93
2.5.2　EPT異常處理 95
2.5.3　EPT支持下的地址翻譯過程 97
第3章　中斷虛擬化 99
3.1　虛擬中斷 99
3.2　PIC虛擬化 102
3.2.1　可編程中斷控制器8259A 103
3.2.2　虛擬設(shè)備向PIC發(fā)送中斷請求 106
3.2.3　記錄中斷到IRR 107
3.2.4　設(shè)置待處理中斷標(biāo)識 108
3.2.5　中斷評估 110
3.2.6　中斷ACK 112
3.2.7　關(guān)于EOI的處理 113
3.2.8　中斷注入 114
3.3　APIC虛擬化 116
3.3.1　外設(shè)中斷過程 118
3.3.2　核間中斷過程 123
3.3.3　IRQ routing 125
3.4　MSI（X）虛擬化 128
3.4.1　MSI（X）Capability數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 129
3.4.2　建立IRQ routing表項 131
3.4.3　MSI設(shè)備中斷過程 132
3.5　硬件虛擬化支持 134
3.5.1　虛擬中斷寄存器頁面（virtual-APIC page） 134
3.5.2　Guest模式下的中斷評估邏輯 136
3.5.3　posted-interrupt processing 139
第4章　設(shè)備虛擬化 142
4.1　設(shè)備虛擬化模型演進(jìn) 142
4.2　PCI配置空間及其模擬 144
4.3　設(shè)備透傳 152
4.3.1　虛擬配置空間 153
4.3.2　DMA重映射 157
4.3.3　中斷重映射 160
4.4　完全虛擬化 166
4.4.1　Guest發(fā)送數(shù)據(jù) 167
4.4.2　Guest接收數(shù)據(jù) 173
第5章　Virtio虛擬化 182
5.1　I/O棧 182
5.1.1　文件系統(tǒng) 182
5.1.2　通用塊層 190
5.1.3　塊設(shè)備驅(qū)動 194
5.1.4　page cache 196
5.1.5　bio 201
5.1.6　I/O調(diào)度器 202
5.2　Virtio協(xié)議 204
5.2.1　描述符表 205
5.2.2　可用描述符區(qū)域 207
5.2.3　已用描述符區(qū)域 208
5.2.4　Virtio設(shè)備的PCI配置空間 209
5.3　初始化Virtqueue 210
5.4　驅(qū)動根據(jù)I/O請求組織描述符鏈 216
5.5　驅(qū)動通知設(shè)備處理請求 221
5.6　設(shè)備處理I/O請求 222
5.7　驅(qū)動側(cè)回收I/O請求 226
5.8　設(shè)備異步處理I/O 229
5.9　輕量虛擬機退出 231
5.9.1　創(chuàng)建eventfd 232
5.9.2　kvmtool監(jiān)聽eventfd 235
5.9.3　VM exit處理函數(shù)喚醒I/O任務(wù) 236
第6章　網(wǎng)絡(luò)虛擬化 239
6.1　基于Overlay的虛擬網(wǎng)絡(luò)方案 239
6.1.1　計算節(jié)點 240
6.1.2　網(wǎng)絡(luò)節(jié)點 247
6.1.3　Open vSwitch 251
6.2　虛擬機訪問外部主機 255
6.2.1　數(shù)據(jù)包在計算節(jié)點Linux網(wǎng)橋中的處理 256
6.2.2　數(shù)據(jù)包在計算節(jié)點的Open vSwitch中的處理 257
6.2.3　數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的Open vSwitch中的處理 265
6.3　外部主機訪問虛擬機 272
6.3.1　數(shù)據(jù)包在網(wǎng)關(guān)中的處理過程 273
6.3.2　數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的Open vSwitch中的處理 274
6.3.3　數(shù)據(jù)包在計算節(jié)點的Open vSwitch中的處理 279
6.3.4　數(shù)據(jù)包在Linux網(wǎng)橋中的處理 283