深度探索Linux系統(tǒng)虛擬化：原理與實(shí)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(jī)切入和退出 8
1.2.1　GCC內(nèi)聯(lián)匯編 8
1.2.2　虛擬機(jī)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(wèn)外設(shè) 15
1.3.2　特殊指令 22
1.3.3　訪問(wèn)具有副作用的寄存器 27
1.4　對(duì)稱多處理器虛擬化 28
1.4.1　MP Table 28
1.4.2　處理器啟動(dòng)過(guò)程 33
1.5　一個(gè)簡(jiǎn)單KVM用戶空間實(shí)例 41
1.5.1　創(chuàng)建虛擬機(jī)實(shí)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(yùn)行虛擬機(jī) 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(yè)式尋址 54
2.1.4　頁(yè)式尋址實(shí)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(shí)現(xiàn) 68
2.2.5　虛擬內(nèi)存條 69
2.3　實(shí)模式Guest的尋址 72
2.3.1　設(shè)置CPU運(yùn)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(yè)異常處理 77
2.4　保護(hù)模式Guest的尋址 81
2.4.1　偷梁換柱cr3 83
2.4.2　影子頁(yè)表缺頁(yè)異常處理 86
2.5　EPT 92
2.5.1　設(shè)置EPT頁(yè)表 93
2.5.2　EPT異常處理 95
2.5.3　EPT支持下的地址翻譯過(guò)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(qǐng)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(shí) 108
3.2.5　中斷評(píng)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(guò)程 118
3.3.2　核間中斷過(guò)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(xiàng) 131
3.4.3　MSI設(shè)備中斷過(guò)程 132
3.5　硬件虛擬化支持 134
3.5.1　虛擬中斷寄存器頁(yè)面（virtual-APIC page） 134
3.5.2　Guest模式下的中斷評(píng)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?jìng)?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(dòng) 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(dòng)根據(jù)I/O請(qǐng)求組織描述符鏈 216
5.5　驅(qū)動(dòng)通知設(shè)備處理請(qǐng)求 221
5.6　設(shè)備處理I/O請(qǐng)求 222
5.7　驅(qū)動(dòng)側(cè)回收I/O請(qǐng)求 226
5.8　設(shè)備異步處理I/O 229
5.9　輕量虛擬機(jī)退出 231
5.9.1　創(chuàng)建eventfd 232
5.9.2　kvmtool監(jiān)聽(tīng)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(jì)算節(jié)點(diǎn) 240
6.1.2　網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 247
6.1.3　Open vSwitch 251
6.2　虛擬機(jī)訪問(wèn)外部主機(jī) 255
6.2.1　數(shù)據(jù)包在計(jì)算節(jié)點(diǎn)Linux網(wǎng)橋中的處理 256
6.2.2　數(shù)據(jù)包在計(jì)算節(jié)點(diǎn)的Open vSwitch中的處理 257
6.2.3　數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的Open vSwitch中的處理 265
6.3　外部主機(jī)訪問(wèn)虛擬機(jī) 272
6.3.1　數(shù)據(jù)包在網(wǎng)關(guān)中的處理過(guò)程 273
6.3.2　數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的Open vSwitch中的處理 274
6.3.3　數(shù)據(jù)包在計(jì)算節(jié)點(diǎn)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