【原創】Linux虛擬化KVM-Qemu分析（十）之virtio驅動

背景

• Read the fucking source code! --By 魯迅
• A picture is worth a thousand words. --By 高爾基

說明：

1. KVM版本：5.9.1
2. QEMU版本：5.0.0
3. 工具：Source Insight 3.5， Visio
4. 文章同步在博客園：https://www.cnblogs.com/LoyenWang/

1. 概述

• 前篇文章講完了Qemu中如何來建立Virtio Device，本文將圍繞Guest OS中的Virtio Driver來展開；

看一下Guest OS（Linux）中的Virtio框架高層架構圖：

• 核心模塊爲virtio和virtqueue，其餘高層的驅動都是基於核心模塊之上構建的；
• 顯然，本文會延續這個系列，繼續分析virtio-net驅動，重心在總體流程和框架上，細節不表；
• virtio-net，又是一個virtio設備，又是一個PCI設備，那麼驅動會怎麼組織呢？帶着問題上路吧。

2. 數據結構

說到驅動怎麼能不提linux設備驅動模型呢，感興趣的朋友能夠去看看PCI系列分析文章，簡單來講就是內核建立總線用於掛載設備，總線負責設備與驅動的匹配。Linux內核建立了一個virtio bus：

• virtio設備和virtio驅動，經過virtio_device_id來匹配，而這個都是在virtio規範中定義好的；
• virtio_device結構中有一個struct virtio_config_ops，函數集由驅動來進行指定，用於操做具體的設備；

本文描述的virtio-net驅動，既是一個virtio設備，也是一個pci設備，在內核中經過結構體struct virtio_pci_device來組織：

• 該結構體中維護了幾個IO區域：Common, ISR, Device, Notify，用於獲取virtio設備的各類信息，這個也是由virtio規範決定的；
• 一般來講一個virtio設備，由如下幾個部分組成：
  1. Device status field
  2. Feature bits
  3. Notifications
  4. Device Configuration space
  5. One or more virtqueues
• 從結構體看，它用於充當pci設備和virtio設備的紐帶，後續也會在probe函數中針對不一樣的部分進行對應的初始化；

以總線的匹配視角來看就是這樣子的：

3. 流程分析

3.1 virtio總線建立

先看一下virtio總線的建立，virtio bus固然也算是基建了：

• bus_register註冊virtio總線，總線負責匹配，在匹配成功後調用通用的virtio_dev_probe函數；
• 千裏姻緣一線牽，當Virtio的ID號能對上時，就會觸發驅動探測，因此何時進行設備註冊呢？

3.2 virtio驅動調用流程

詳細的細節，建議閱讀以前PCI驅動系列的分析文章，下邊羅列關鍵部分：

• virtio-net設備經過掛在pci總線上，系統在PCI子系統初始化時會去枚舉全部的設備，並將枚舉的設備註冊進系統；
• 系統在匹配上以後，調用設備的驅動；

• PCI設備根據Vendor ID來匹配驅動；
• virtio規範中規定基於PCI的virtio設備，Vendor ID號爲：0x1AF4，所以最終調用的驅動入口爲virtio_pci_probe；

• 在probe函數中分配struct virtio_pci_device結構，前文中也提到過它負責將virtio設備和pci設備綁定到一塊兒，最終會在兩個設備驅動的probe函數中完成總體結構的初始化，也就是virtio_pci_probe完成一部分，實際的virtio設備驅動中完成一部分；
• virtio_pci_modern_probe：該函數的內容就與virtio規範緊密相關了，簡單來講，virtio設備都會按照規範填充common、device、isr、notification等功能部分，而virtio_pci_modern_probe函數經過virtio_pci_find_capability去獲取對應的能力，而且經過map_capability完成IO空間的映射；
• virtio_pci_probe中還設置了virtio_pci_config_ops操做函數集，並傳遞給virtio驅動，在驅動中調用這些回調函數來操做virtio設備；
• register_virtio_device：向系統註冊virtio設備，從而也就觸發了virtio總線的匹配操做，最終調用virtio_dev_probe函數；
• virtio_dev_probe函數中按照virtio規範分階段設置不一樣的狀態、獲取virtio設備的feature等，並最終調用實際設備的驅動程序了；

At last，終於摸到本文要說的virtio-net的驅動的入口了，固然，文章也要戛然而止了。

總體執行流程及框架應該清楚了，細節就留給你們了，待續。。。

參考

https://developer.ibm.com/technologies/linux/articles/l-virtio/
Virtual I/O Device (VIRTIO) Version 1.1

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