ARM64内存虚拟化分析（7）stage2异常处理

2024-04-05 10:23:58

当虚拟机访问内存或虚拟机访问寄存器时，由于并没有分配真实的物理地址，并没有建立stage2映射，因此这两种情况会产生stage2异常处理，其中第一种情况为真实的stage2缺页，第二种情况为MMIO处理。同时如果在stage2产生外部异常，也会产生stage2异常。

对于stage2异常处理，过程如下所示：

通过stage2异常寄存器包括ESR/FAR获取产生异常的ipa地址和状态等；
对于SEA处理，调用kvm_handle_guest_sea()处理，并调用kvm_inject_vabt()注入SEA异常；
通过产生异常的ipa地址获得memslot，并获得对应的hva；
调用io_mem_abort()处理MMIO；
调用handle_access_fault()处理访问异常情况；
对于真实stage2缺页情况，调用user_mem_abort()建立stage2映射；

1 MMIO处理

目前MMIO处理当前存在两种情况：在KVM中进行模拟，在QEMU中进行模拟。下图包含这两处情况。

对于在KVM中对访问的MMIO进行模拟时（如GIC KVM情况），它会通过io_mem_abort()处理。这种情况下会定义dev->ops->write/read()，对于写操作，将数据拷贝到临时buf中，然后通过dev->ops->write()将临时buf写入；对于读操作，通过dev->ops->read()读取数据到临时buf中，并将临时buf拷贝到run->mmio.data中。

对于QEMU中对访问MMIO进行模拟时，不会定义dev->ops->write/read()。这种情况下io_mem_abort()仅将要写的数据拷贝到run->mmio.data中，同时将run->exit_reason设置为KVM_EXIT_MMIO，由QEMU来作MMIO处理。对于写操作，address_space_rw()->address_space_write()->flatview_write()->memory_region_dispatch_write()最终通过MR定义的ops->write()作MMIO处理。对于读操作，address_space_rw()->address_space_read_full()->flatview_read()->memory_region_dispatch_read()最终通过MR定义的ops->read()作MMIO处理。

2 stage2真实缺页处理user_mem_abort()

当虚拟机访问内存时，由于没有真正物理内存，因此会产生stage2缺页异常，由函数user_mem_abort()建立起stage2的IPA到HPA之间的映射。

建立stage2映射过程如下：

检查hva是否存在vma中，若不存在则返回不处理；
根据异常返回的信息设置vma_pagesize即建立映射的页大小和prot属性；
PIN住虚拟机地址，同时也获得其物理地址；
根据异常类型，若为访问权限异常，调用kvm_pgtable_stage2_relax_perms()更新stage2执行权限；否则，调用kvm_pgtable_stage2_map()建立起stage2的IPA到HPA之间的映射；
对于写情况将页脏，将页标为已访问

上述过程为建立起stage2映射过程，当完成该处理时，由QEMU进行读写访问。此过程由上述MMIO过程中QEMU处理中没有定义dev->ops->write/read()情况。对于RAM MR读过程，address_space_rw()->address_space_read_full()->flatview_read()->memcpy()，直接进行拷贝；对于RAM MR写过程，address_space_rw()->address_space_write()->flatview_write()->memcpy()，直接进行拷贝。

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