Qemu源码分析

参考：http://lists.gnu.org/archive/html/qemu-devel/2011-04/pdfhC5rVdz7U8.pdf

1. qemu与Bochs的区别：

1. Bochs

Bochs和qemu都是以软件仿真为主的虚拟软件，二者的区别何在？

Bochs完全是以软件的方式对目标程序(OS以及运行在其上的应用程序)进行仿真。Bochs在自己的内部维护着CPU、内存、IO设备的数据结构，每当Bochs仿真一条指令，就会按照这条指令在真实硬件上运行时应当产生的效果，对这些软件维护硬件数据结构产生相应的影响。

这种逐条处理的方式，可以保持与真实运行时完全相同的粒度，便于学习和调试。但是由于这是一种一对多的映射方式，即一条机制指令，会被解释成N条指令执行，因此效率的下降是在所难免。

2. qemu

qemu采取的是另外一种粒度的仿真。

qemu会从目标程序中，截取当前需要运行的一段代码(被称作Translation Block)，将这段代码先翻译成中间语言(Intermediate Code)，再将中间语言翻译成主机体系相关的二进制代码。

由于Translation Block的粒度大于单条机制指令的粒度，qemu相当于是batch处理指令的仿真操作的，因此会比逐条处理的Bochs性能上快一些。

除此之外，qemu还会优化对于Translation Block的缓存，以及将多个连接执行的Translation Block链接起来在同一批次进行处理；这两种方式对于反复执行的代码段的仿真性能有很大的提升。

3. 总结

简而言之，Bochs适合用于学习，以及比较简单的任务处理，Bochs自带的调试器也很给力，用Bochs调试Linux内核是不错的选择(可以参考：http://www.cnblogs.com/long123king/p/3559816.html等等)，但是Bochs不适合用于真实地仿真大型的操作系统，比如Windows，基本上无法做到。

qemu由于处理方式上有优化，不像Bochs那样可以“原汁原味”地展现指令级别的执行过程，因此不太适合于学习；但是由于qemu性能上的提升，还可以配合内核虚拟化模块kvm，甚至xen，因此qemu可以像主流的虚拟桌面软件(VirtualBox, Vmware等等)一样流畅地运行多种操作系统。如果你需要在Linux上面虚拟化Windows，肯定是qemu更加适合一些。

tb_find_fast: 查找下一个TB(Translation Block)，并且生成主机代码；

tcg_qemu_tb_exec：执行生成的主机代码，主机代码由三部分组成：

2. qemu的处理流程

qemu的仿真主循环位于cpu-exec.c:cpu_exec函数中

for(;;)

{

......

tb = tb_find_fast(env);

......

next_tb = cpu_tb_exec(cpu, tc_ptr);

......

}

1. tb_find_fast：

用来准备Translation Block；如果缓存中已经准备好的Translation Block，就直接返回；否则调用tb_find_slow函数来构造一个新的TB。

tb_find_fast

    |

tb_find_slow

    |

tb_gen_code

    |

cpu_gen_code

    |

gen_intermediate_code 【Guest Code --> tcg op(中间代码)】

    |

tcg_gen_code【tcg op(中间代码) --> Host Code】

其中，gen_intermediate_code是与体系相关的函数实现，x86的实现位于target-i386/translate.c中，内部调用disas_insn逐条指令处理。

而tcg_gen_code会调用tcg_gen_code_common，从TB中取出中间代码，将其转换成主机代码。

2. cpu_tb_exec：

用来执行生成好的TB。

cpu_tb_exec

    |

tcg_qemu_tb_exec

#define tcg_qemu_tb_exec(tb_ptr) ((long REGPARM (*)(void *))code_gen_prologue)(tb_ptr)

prologue和epilogue是compiler在生成目标代码时，对函数栈帧的保存与恢复的代码，我们信手拈来一个例子

objdump -d vl.o

00000000000000ea <bitmap_new>:

      ea:       55                      

      eb:       48 89 e5                

      ee:       48 83 ec 20             

      f2:       89 7d ec                mov    %edi,-0x14(%rbp)

      f5:       64 48 8b 04 25 28 00    mov    %fs:0x28,%rax

      fc:       00 00 

      fe:       48 89 45 f8             mov    %rax,-0x8(%rbp)

     102:       31 c0                   xor    %eax,%eax

     104:       8b 45 ec                mov    -0x14(%rbp),%eax

     107:       48 98                   cltq   

     109:       48 83 c0 3f             add    $0x3f,%rax

     10d:       48 c1 e8 06             shr    $0x6,%rax

     111:       c1 e0 03                shl    $0x3,%eax

     114:       89 45 f4                mov    %eax,-0xc(%rbp)

     117:       8b 45 f4                mov    -0xc(%rbp),%eax

     11a:       48 98                   cltq   

     11c:       48 89 c7                mov    %rax,%rdi

     11f:       e8 00 00 00 00          callq  124 <bitmap_new+0x3a>

     124:       48 8b 55 f8             mov    -0x8(%rbp),%rdx

     128:       64 48 33 14 25 28 00    xor    %fs:0x28,%rdx

     12f:       00 00 

     131:       74 05                   je     138 <bitmap_new+0x4e>

     133:       e8 00 00 00 00          callq  138 <bitmap_new+0x4e>

     138:       c9                      leaveq 

     139:       c3                      retq   

000000000000013a <bitmap_empty>:
13a: 55 push %rbp
13b: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp
13e: 53 push %rbx
13f: 48 83 ec 28 sub $0x28,%rsp
143: 48 89 7d d8 mov %rdi,-0x28(%rbp)
147: 89 75 d4 mov %esi,-0x2c(%rbp)
14a: 64 48 8b 04 25 28 00 mov %fs:0x28,%rax
151: 00 00
153: 48 89 45 e8 mov %rax,-0x18(%rbp)
157: 31 c0 xor %eax,%eax
159: 8b 45 d4 mov -0x2c(%rbp),%eax
15c: 83 f8 40 cmp $0x40,%eax
15f: 77 42 ja 1a3 <bitmap_empty+0x69>
161: 48 8b 45 d8 mov -0x28(%rbp),%rax
165: 48 8b 10 mov (%rax),%rdx
168: 8b 45 d4 mov -0x2c(%rbp),%eax
16b: 48 98 cltq
16d: 83 e0 3f and $0x3f,%eax
170: 48 85 c0 test %rax,%rax
173: 74 19 je 18e <bitmap_empty+0x54>
175: 8b 45 d4 mov -0x2c(%rbp),%eax
178: 83 e0 3f and $0x3f,%eax
17b: be 01 00 00 00 mov $0x1,%esi
180: 89 c1 mov %eax,%ecx
182: 48 d3 e6 shl %cl,%rsi
185: 48 89 f0 mov %rsi,%rax
188: 48 83 e8 01 sub $0x1,%rax
18c: eb 07 jmp 195 <bitmap_empty+0x5b>
18e: 48 c7 c0 ff ff ff ff mov $0xffffffffffffffff,%rax
195: 48 21 d0 and %rdx,%rax
198: 48 85 c0 test %rax,%rax
19b: 0f 94 c0 sete %al

19e: 0f b6 c0 movzbl %al,%eax
1a1: eb 11 jmp 1b4 <bitmap_empty+0x7a>
1a3: 8b 55 d4 mov -0x2c(%rbp),%edx
1a6: 48 8b 45 d8 mov -0x28(%rbp),%rax
1aa: 89 d6 mov %edx,%esi
1ac: 48 89 c7 mov %rax,%rdi
1af: e8 00 00 00 00 callq 1b4 <bitmap_empty+0x7a>
1b4: 48 8b 5d e8 mov -0x18(%rbp),%rbx
1b8: 64 48 33 1c 25 28 00 xor %fs:0x28,%rbx
1bf: 00 00
1c1: 74 05 je 1c8 <bitmap_empty+0x8e>
1c3: e8 00 00 00 00 callq 1c8 <bitmap_empty+0x8e>
1c8: 48 83 c4 28 add $0x28,%rsp
1cc: 5b pop %rbx
1cd: 5d pop %rbp
1ce: c3 retq

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原文：http://www.cnblogs.com/long123king/p/3584053.html