qemu翻譯和執行流程分析

一.qemu簡介

qemu是使用動態二進位制翻譯的cpu模擬器，它支援兩種執行模式：全系統模擬和使用者態模擬。在全系統模擬下，qemu可以模擬處理器和各種外設，可以執行作業系統。使用者態可以執行為另外一種cpu編譯的程序，前提是兩者執行的os要一致。qemu使用了動態二進位制翻譯將target instruction翻譯成host instruction，完成這個工作的是tcg模組。為了移植性和通用性方面的考慮，qemu定義了mirco-op，本文也稱為中間程式碼，首先qemu會將targetinstruction翻譯成mirco-op，然後tcg將mirco-op翻譯成

host instruction。

Qemu程式碼翻譯流程：target instruction ->micro-op->host instruction

2.qemu程式碼執行流程：

1. 這部分主要是建立了一個為執行tcg翻譯和執行的執行緒，它的函式是qemu_tcg_cpu_thread_fn,這個函式會呼叫tcg_exec_all，最後cpu_exec.

main
cpu_init
qemu_init_vcpu
qemu_tcg_init_vcpu

qemu_tcg_cpu_thread_fn

2.執行主函式(cpu_exec)

主要是處理中斷異常，找到程式碼翻譯塊，然後執行.

for(;;) {
process interruptrequest;
tb_find_fast();
tcg_qemu_tb_exec(tc_ptr);
}

qemu會將翻譯好到程式碼塊暫存起來，因此首先會去檢視該pc對應的程式碼是否已經翻譯，如果已經存在直接返回，否則就進入tb_find_slow，進行翻譯。

139 staticinline TranslationBlock *tb_find_fast(CPUArchState *env)
140 {
141 TranslationBlock *tb;
142 target_ulong cs_base, pc;
143 int flags;
144
145 /* we record a subset of the CPU state. It will
146 always be the same before a given translated block
147 is executed. */
148 cpu_get_tb_cpu_state(env, &pc, &cs_base, &flags);
149 tb = env->tb_jmp_cache[tb_jmp_cache_hash_func(pc)];
150 if (unlikely(!tb || tb->pc != pc || tb->cs_base != cs_base ||
151 tb->flags != flags)) {
152 tb = tb_find_slow(env, pc, cs_base, flags);
153 }
154 return tb;
155 }

進入tb_find_slow後會呼叫tb_gen_code（exec.c），首先分配TranslationBlock描述符，如果TB塊滿了，則會重新整理所有TB塊，在這裡會看到code cache的起始地址是code_gen_buffer，然後再進行分配，分配之後就要填充資訊，主要有所翻譯的指令虛擬地址pc，該tb所對應的翻譯成的程式碼塊起始地址code_gen_ptr，客戶機系統狀態flags。儲存完基本資訊之後，就會呼叫cpu_gen_code（translate-all.c），這個函式完成程式碼翻譯工作。qemu將翻譯好的程式碼存在一個緩衝區裡面。cpu_gen_code這個函式完成之後，需要更新code_gen_ptr，這樣就可以翻譯接下來的指令。

1029 TranslationBlock *tb_gen_code(CPUArchState *env,
1030 target_ulong pc, target_ulong cs_base,
1031 int flags, int cflags)
1032 {
1033 TranslationBlock *tb;
1034 uint8_t *tc_ptr;
1035 tb_page_addr_t phys_pc, phys_page2;
1036 target_ulong virt_page2;
1037 int code_gen_size;
1038
1039 phys_pc = get_page_addr_code(env, pc);
1040 tb = tb_alloc(pc);
1041 if (!tb) {
1042 /* flush must be done */
1043 tb_flush(env);
1044 /* cannot fail at this point */

1045 tb = tb_alloc(pc);
1046 /* Don't forget to invalidate previous TB info. */
1047 tb_invalidated_flag = 1;
1048 }
1049 tc_ptr = code_gen_ptr;
1050 tb->tc_ptr = tc_ptr;
1051 tb->cs_base = cs_base;
1052 tb->flags = flags;
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