| 操作 | 有 kvm | 无 kvm |
|---|---|---|
| 内存访问（load/store) | 页表查询等都由硬件来完成，与真机一致 | 每一处内存访问前都插入一个软件函数用来模拟 tlb，查询页表，cache，缺页等一一系列逻辑来获取物理地址，然后真正执行指令时用这个操作（当然硬件模拟并不是和真机一摸一样，相对简单） |
| Guest 访问 MMIO,port I/O | QEMU 地址翻译发现不是 RAM，调用设备回调；必要时退出 TB | CPU 二级翻译发现是 MMIO，KVM_RUN 返回 KVM_EXIT_MMIO，QEMU 处理设备 |
| 调试/断点 | 无 KVM 下，一个 TB 往往只翻译一条指令 helper 在翻译时就加入检测逻辑，每条指令都可单独触发调试事件。 | KVM_EXIT_DEBUG 或架构调试退出 |
| HLT/WFI/等待中断 | helper 模拟 CPU halt，退出 TB 回到主循环，等待外部事件唤醒 guest | CPU 自身进入 halted 状态。guest 行为与真机一致，无需 helper。 |
| 关机/reset | 设置退出原因，返回上层主循环 | KVM_EXIT_SHUTDOWN 等返回 QEMU |
| 内部错误 | QEMU 自己报错/abort/退出 | KVM_EXIT_INTERNAL_ERROR / KVM_EXIT_FAIL_ENTRY |
main loop
do {
if (cpu_can_run(cpu)) {
int r;
bql_unlock(); // 释放 Big Qemu Lock（允许其他 CPU/线程并行访问资源）
r = tcg_cpu_exec(cpu); // 执行 guest 指令块 (Translation Block)，这是 vCPU 执行路径
bql_lock(); // 再次获取锁，保证接下来的状态操作安全
/* 根据 tcg_cpu_exec 返回值处理特殊事件/异常 */
switch (r) {
case EXCP_DEBUG: // 如果是调试异常
cpu_handle_guest_debug(cpu); // 调用调试处理函数
break;
case EXCP_ATOMIC: // 如果是原子操作异常
bql_unlock(); // 解锁
cpu_exec_step_atomic(cpu); // 逐步执行原子操作指令
bql_lock(); // 再次加锁
break;
default: // 其他情况忽略
break;
}
}
qatomic_set_mb(&cpu->exit_request, 0); // 清除退出请求标志，保证下次循环可以正常执行
qemu_wait_io_event(cpu); //事件循环
} while (!cpu->unplug || cpu_can_run(cpu));- two loop
- vcpu →
tcg_cpu_exec- exe TB
- handle exception and special insn, e.g. EXCP_DEBUG / EXCP_ATOMIC
- event →
qemu_wait_io_event- handle devie I/O event, for example, tty write, cb register into event queue
- timer and cb, handle timeout task
- vcpu →
vCPU loop
// tcg_cpu_exec call
static int __attribute__((noinline))
cpu_exec_loop(CPUState *cpu, SyncClocks *sc)
{
int ret;
//检查是否有挂起的异常需要处理,如果有异常且需要退出
while (!cpu_handle_exception(cpu, &ret)) {
TranslationBlock *last_tb = NULL;
int tb_exit = 0;
//检查是否有挂起的中断需要处理，如果有则退出到外层循环，由外层来处理
while (!cpu_handle_interrupt(cpu, &last_tb)) {
//当前要执行的TCG块的指针
TranslationBlock *tb;
vaddr pc;
uint64_t cs_base;
uint32_t flags, cflags;
cpu_get_tb_cpu_state(cpu_env(cpu), &pc, &cs_base, &flags);
/*
* When requested, use an exact setting for cflags for the next
* execution. This is used for icount, precise smc, and stop-
* after-access watchpoints. Since this request should never
* have CF_INVALID set, -1 is a convenient invalid value that
* does not require tcg headers for cpu_common_reset.
*/
// 检查是否需要使用特殊的标志位（`cpu->cflags_next_tb`）。
// 如果没有特殊要求，使用默认标志位（`curr_cflags(cpu)`）。
// 如果使用了特殊标志位，执行后将其重置为默认状态（`-1`），以便后续 TB 恢复正常行为。
cflags = cpu->cflags_next_tb;
if (cflags == -1) {
cflags = curr_cflags(cpu);
} else {
cpu->cflags_next_tb = -1;
}
//断点需要跳出循环，由外层循环处理
if (check_for_breakpoints(cpu, pc, &cflags)) {
break;
}
//找到tb，无缓存则翻译
tb = tb_lookup(cpu, pc, cs_base, flags, cflags);
if (tb == NULL) {
CPUJumpCache *jc;
uint32_t h;
mmap_lock();
tb = tb_gen_code(cpu, pc, cs_base, flags, cflags);
mmap_unlock();
//缓存翻译结果，以后使用
//是一个键值对，但是存储空间有限，键重复的会把原先的覆盖，所以需要存储pc的原值负责比对
//注意只存储了（pc，tb）键值对，但是不同进程空间pc会重叠，所以tb下回存储其他上下文信息。
h = tb_jmp_cache_hash_func(pc);
jc = cpu->tb_jmp_cache;
jc->array[h].pc = pc;
qatomic_set(&jc->array[h].tb, tb);
}
//用户模式下可给tb结尾增加一个跳转指令来合并tb，系统模式下有换页等问题在tb处于不同分页时不进行这个操作，处于同一页内增加跳转指令
#ifndef CONFIG_USER_ONLY
if (tb_page_addr1(tb) != -1) {
last_tb = NULL;
}
#endif
if (last_tb) {
tb_add_jump(last_tb, tb_exit, tb);
}
//执行tv
cpu_loop_exec_tb(cpu, tb, pc, &last_tb, &tb_exit);
align_clocks(sc, cpu);
}
}
return ret;
}event loop
// qemu_wait_io_event all this
void process_queued_cpu_work(CPUState *cpu)
{
struct qemu_work_item *wi;
qemu_mutex_lock(&cpu->work_mutex);
if (QSIMPLEQ_EMPTY(&cpu->work_list)) {
qemu_mutex_unlock(&cpu->work_mutex);
return;
}
while (!QSIMPLEQ_EMPTY(&cpu->work_list)) {
wi = QSIMPLEQ_FIRST(&cpu->work_list);//取出队列里的回调函数
QSIMPLEQ_REMOVE_HEAD(&cpu->work_list, node);
qemu_mutex_unlock(&cpu->work_mutex);
if (wi->exclusive) {
bql_unlock();
start_exclusive();
wi->func(cpu, wi->data);//执行回调
end_exclusive();
bql_lock();
} else {
wi->func(cpu, wi->data);
}
qemu_mutex_lock(&cpu->work_mutex);
if (wi->free) {
g_free(wi);
} else {
qatomic_store_release(&wi->done, true);
}
}
qemu_mutex_unlock(&cpu->work_mutex);
qemu_cond_broadcast(&qemu_work_cond);
}