虚拟化 virtio 学习笔记

virtio学习笔记

virtio 基础学习笔记

Posted by 敬方 on July 14, 2024

参考链接：

virtio 框架介绍

virtio源码分析(以vhost-net为例)

libvirt创建vhost-net网卡

qemu vhost网卡创建

gust 驱动源码分析

host 驱动源码分析

virtio 驱动实战

参考链接：

virtio net 网络驱动

在 QEMU 中创建一个自定义的 virtio-net 设备涉及到对 VirtIO 规范的实现，以及与 QEMU 的设备模型适配。以下是实现自定义 virtio-net 设备的基本步骤。

    1. 环境准备 确保你拥有 QEMU 的开发环境，并获取 QEMU 源代码。 
      git clone https://git.qemu.org/git/qemu.git
cd qemu
    1. 创建自定义设备文件

在 hw/virtio/ 目录下创建一个新的文件，假设命名为 virtio_net_custom.c。可以参考 virtio-net.c 的实现。

# include "qemu/osdep.h"  
# include "hw/virtio/virtio.h"  
# include "net/net.h"  
# include "hw/virtio/virtio-net.h"  

typedef struct VirtioNetCustom {  
    VirtIOContainer virtio;  
    NetClientState *nc; // 网络客户端  
} VirtioNetCustom;  

// 设备的重置逻辑  
static void virtio_net_custom_reset(VirtioNetCustom *dev) {  
    // 适当重置设备状态  
}  

// 实现 VirtIO 设备的 Realize 方法  
static void virtio_net_custom_realize(VirtIODevice *vdev, Error **errp) {  
    VirtioNetCustom*dev = VIRTIO_NET_CUSTOM(vdev);  

    // ... 初始化网络接口，设置相关参数等 ...  
    
    dev->nc = net_client_init("custom-net", ...); // 初始化网络客户端  
}  

// 在 virtio_net_custom_realize 函数中  
// 这里设置转发给本机网卡
static void virtio_net_custom_realize(VirtIODevice *vdev, Error **errp) {  
    VirtioNetCustom *dev = VIRTIO_NET_CUSTOM(vdev);  
    
    // 创建虚拟网络客户端，指向物理网卡  
    dev->nc = net_client_init("tap", /* 你的 tap 设备名称或其他参数 */);  
    
    // 如果需要，设置网络参数，例如 IP 地址等  
    // net_client_set_ip(dev->nc, "192.168.0.2");  
    
    // 设置回调以处理进出的网络流量  
    net_client_set_receive_func(dev->nc, receive_packet, dev);  
    net_client_set_send_func(dev->nc, send_packet, dev);  
}  

// 处理接收到的网络包  
static void receive_packet(NetClientState *nc, const uint8_t *buf, size_t len) {  
    VirtioNetCustom *dev = container_of(nc, VirtioNetCustom, nc);  
    
    // 将接收到的数据包发送到 VirtIO 设备  
    virtio_net_send(dev->virtio, buf, len);  
}  

// 发送网络包的实现  
static void send_packet(NetClientState *nc, const uint8_t *buf, size_t len) {  
    // 直接从你的 VirtIO 设备转发包到物理网卡或将其发送出去  
    // 实际发送包的逻辑取决于如何配置与物理网卡的连接  
}  

// 处理 VirtIO 请求  
static void virtio_net_custom_handle(VirtIODevice *vdev) {  
    VirtioNetCustom *dev = VIRTIO_NET_CUSTOM(vdev);  
    // 处理网络请求  
}  

// 定义 VirtIO 设备的属性  
static Property virtio_net_custom_properties[] = {  
    // 添加设备属性  
    { /*sentinel*/ }  
};  

// 自动化注册设备  
static const VirtIODeviceInfo virtio_net_custom_info = {  
    .base = {  
        .init = virtio_net_custom_realize,  
        .reset = virtio_net_custom_reset,  
    },  
    .props = virtio_net_custom_properties  
};  

// 设备类别初始化  
static void virtio_net_custom_class_init(ObjectClass *oc, void*data) {  
    VirtIODeviceClass *k = VIRTIO_DEVICE_CLASS(oc);  
    k->handle = virtio_net_custom_handle;  
}  

// 注册设备类型  
static TypeInfo virtio_net_custom_type = {  
    .name = "virtio-net-custom",  
    .parent = TYPE_VIRTIO_DEVICE,  
    .instance_size = sizeof(VirtioNetCustom),  
    .class_init = virtio_net_custom_class_init,  
};  

// 设备初始化  
static void virtio_net_custom_register(void) {  
    type_register_static(&virtio_net_custom_type);  
}  

type_init(virtio_net_custom_register);
    1. 更新构建系统 确保你的新设备文件被包含在编译中： 在 hw/virtio/Makefile.objs 中添加：

obj-y += virtio_net_custom.o

    1. 编译 QEMU 在 QEMU 根目录下编译： 
      ./configure  
make
    1. 添加你的为你的自定义设备添加后端TAP设备
sudo ip tuntap add dev tap0 mode tap  
sudo ip link set dev tap0 up  
sudo dhclient tap0  # 获取 IP 地址（可选）
    1. 运行 QEMU 使用自定义设备 使用以上命令启动你的自定义设备： 
      qemu-system-x86_64 -device virtio-net-custom,netdev=net0 -netdev tap,id=net0,packets=on
    1. 调试和测试 使用调试工具（如 GDB）检查你的设备逻辑，确保功能符合预期。你可以在实现代码中添加日志来帮助诊断问题。

小结 上面的步骤提供了创建一个自定义 virtio-net 设备的基本框架。具体实现细节会依据你的需求而有所不同，可以参考 QEMU 现有的 virtio-net 设备实现来获取更多信息和示例。此外，确保了解 VirtIO 规范，以便正确处理网络协议和设备虚拟化的相关内容。

qemu 自定义设备插件

自定义虚拟设备是 QEMU 插件开发中的一个重要用途，它允许开发者创建和集成新的硬件设备模拟。下面是一个关于如何通过 QEMU 插件自定义虚拟设备的简要指南，包括步骤示例。

步骤概述 环境准备：确保您已经安装了 QEMU 和对应的开发工具。 创建插件结构：定义插件的基本结构，包括入口文件和设备功能代码。 实现设备功能：使用 QEMU 的设备 API 进行设备的实现。 编译和运行：将插件编译成共享库并在 QEMU 中加载。

  1. 环境准备 确保安装了 QEMU 和相关的开发工具： 
    sudo apt-get install qemu qemu-system-x86 qemu-utils build-essential
  2. 创建插件结构 创建一个新的目录用于您的插件，随后创建一个 C 文件来实现您的虚拟设备。例如，创建名为 my_device.c 的文件。
mkdir my_qemu_plugin  
cd my_qemu_plugin  
touch my_device.c
  1. 实现设备功能 在 my_device.c 中，定义一个简单的虚拟设备，例如一个简单的字符设备。下面是代码示例：
# include <qemu/plugin.h>  
# include <hw/char/serial.h>  
# include <hw/hw.h>  
# include <hw/qdev-properties.h>  

typedef struct MyDevice {  
    DeviceState parent_obj;  
    /*设备特定的状态变量*/  
} MyDevice;  

static void my_device_realize(DeviceState *dev, Error **errp) {  
    MyDevice*my_dev = DO_UPCAST(MyDevice, parent_obj, dev);  
    // 设备初始化代码  
}  

static void my_device_class_init(ObjectClass *oc, void*data) {  
    DeviceClass *dc = DEVICE_CLASS(oc);  
    dc->realize = my_device_realize;  
    dc->desc = "My Custom Device";  
}  

static void my_device_register(void) {  
    static TypeInfo my_device_info = {  
        .name = "my_device",  
        .parent = TYPE_DEVICE,  
        .instance_size = sizeof(MyDevice),  
        .class_init = my_device_class_init,  
    };  

    type_register_static(&my_device_info);  
}  

// 插件初始化  
QEMU_PLUGIN_EXPORT void plugin_init(void) {  
    my_device_register();  
}

3.1 监控插件：

#include <qemu/plugin.h>  
#include <qemu/monitor.h>  

// 定义自定义监控命令的回调函数  
static void my_monitor_command(Monitor *mon, const QDict *qdict) {  
    // 在这里实现你需要的监控逻辑，例如输出虚拟机状态  
    monitor_printf(mon, "Custom Status: VM is running\n");  
}  

// 定义监控命令  
static void my_monitor_init(void) {  
    qmp_register_command("my_custom_command",  
                         my_monitor_command,  
                         QMP_NO_FLAGS,  
                         "Show custom VM status");  
}  

// 插件初始化  
QEMU_PLUGIN_EXPORT void plugin_init(void) {  
    my_monitor_init();  
}
  1. 编译插件 创建一个 Makefile 来编译插件：

CC = gcc
CFLAGS = -fPIC -shared -o my_device_plugin.so my_device.c pkg-config --cflags --libs qemu
运行 make 命令进行编译：

make

  1. 在 QEMU 中加载插件 使用 -plugin 选项在 QEMU 启动时加载插件，并添加参数以创建您的虚拟设备。例如：

qemu-system-x86_64 -machine type=my_device,accel=kvm -plugin ./my_device_plugin.so

  1. 测试和调试 您可以在 QEMU 内部测试新设备的功能，借助 QEMU 的调试工具和日志输出。

  2. 进一步开发 设备功能扩展：可以继续扩展您设备的功能，例如添加接口、处理数据、实现 IRQ 线等。 更复杂的设备：可以参考 QEMU 中已有的设备实现，学习更复杂的设备逻辑。 参考资料

CATALOG
    FEATURED TAGS
    C++ 基础编程 C/C++ 后台开发 C 网络编程 STL源码解析 Linux 操作系统 程序设计 优化 UML UNIX 学习笔记 面试 Java 读书笔记 中间件 go 阅读笔记 KVM QEMU 虚拟化
    FRIENDS