【原创】Linux虚拟化KVM-Qemu分析（十）之virtio驱动

背景

• Read the fucking source code! --By 鲁迅
• A picture is worth a thousand words. --By 高尔基

说明：

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

1. 概述

• 前篇文章讲完了Qemu中如何来创建Virtio Device，本文将围绕Guest OS中的Virtio Driver来展开；

看一下Guest OS（Linux）中的Virtio框架高层架构图：

• 核心模块为virtio和virtqueue，其他高层的驱动都是基于核心模块之上构建的；
• 显然，本文会延续这个系列，继续分析virtio-net驱动，重心在整体流程和框架上，细节不表；
• virtio-net，又是一个virtio设备，又是一个PCI设备，那么驱动会怎么组织呢？带着问题上路吧。

2. 数据结构

说到驱动怎么能不提linux设备驱动模型呢，感兴趣的朋友可以去看看PCI系列分析文章，简单来说就是内核创建总线用于挂载设备，总线负责设备与驱动的匹配。Linux内核创建了一个virtio bus：

• virtio设备和virtio驱动，通过virtio_device_id来匹配，而这个都是在virtio规范中定义好的；
• virtio_device结构中有一个struct virtio_config_ops，函数集由驱动来进行指定，用于操作具体的设备；

本文描述的virtio-net驱动，既是一个virtio设备，也是一个pci设备，在内核中通过结构体struct virtio_pci_device来组织：

• 该结构体中维护了几个IO区域：Common, ISR, Device, Notify，用于获取virtio设备的各种信息，这个也是由virtio规范决定的；
• 通常来说一个virtio设备，由以下几个部分组成：
  1. Device status field
  2. Feature bits
  3. Notifications
  4. Device Configuration space
  5. One or more virtqueues
• 从结构体看，它用于充当pci设备和virtio设备的纽带，后续也会在probe函数中针对不同的部分进行对应的初始化；

以总线的匹配视角来看就是这样子的：

3. 流程分析

3.1 virtio总线创建

先看一下virtio总线的创建，virtio bus当然也算是基建了：

• bus_register注册virtio总线，总线负责匹配，在匹配成功后调用通用的virtio_dev_probe函数；
• 千里姻缘一线牵，当Virtio的ID号能对上时，就会触发驱动探测，所以什么时候进行设备注册呢？

3.2 virtio驱动调用流程

详细的细节，建议阅读之前PCI驱动系列的分析文章，下边罗列关键部分：

• virtio-net设备通过挂在pci总线上，系统在PCI子系统初始化时会去枚举所有的设备，并将枚举的设备注册进系统；
• 系统在匹配上之后，调用设备的驱动；

• PCI设备根据Vendor ID来匹配驱动；
• virtio规范中规定基于PCI的virtio设备，Vendor ID号为：0x1AF4，因此最终调用的驱动入口为virtio_pci_probe；

• 在probe函数中分配struct virtio_pci_device结构，前文中也提到过它负责将virtio设备和pci设备绑定到一起，最终会在两个设备驱动的probe函数中完成整体结构的初始化，也就是virtio_pci_probe完成一部分，实际的virtio设备驱动中完成一部分；
• virtio_pci_modern_probe：该函数的内容就与virtio规范紧密相关了，简单来说，virtio设备都会按照规范填充common、device、isr、notification等功能部分，而virtio_pci_modern_probe函数通过virtio_pci_find_capability去获取对应的能力，并且通过map_capability完成IO空间的映射；
• virtio_pci_probe中还设置了virtio_pci_config_ops操作函数集，并传递给virtio驱动，在驱动中调用这些回调函数来操作virtio设备；
• register_virtio_device：向系统注册virtio设备，从而也就触发了virtio总线的匹配操作，最终调用virtio_dev_probe函数；
• virtio_dev_probe函数中按照virtio规范分阶段设置不同的状态、获取virtio设备的feature等，并最终调用实际设备的驱动程序了；

At last，终于摸到本文要说的virtio-net的驱动的入口了，当然，文章也要戛然而止了。

整体执行流程及框架应该清楚了，细节就留给大家了，待续。。。

参考

https://developer.ibm.com/technologies/linux/articles/l-virtio/

Virtual I/O Device (VIRTIO) Version 1.1

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