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从软件开发的视点概述ARMv8处理器架构中的虚拟化操作

发布时间:2022-06-27 04:22:05 来源:bobapp

导读:

  依据ARMv8的体系中的虚拟化东西在这些体系中起着特其他作用,它由几个组件组成,尽管ARMv7具有特其他CPU形式来运转虚拟机办理程序作为扩展,但在ARMv8中,它已成为架构的一部分,而且现已以称号EL2集成到特权级体系中。一起,该形式仅处理与CPU拜访体系资源相关的问题,例如存储器和外围设备。为了进步虚拟化环境中设备发动的业务的功率,现已为依据ARMv8的体系开发了许多组件,例如新的中止操控器和IOMMU。本文从软件开发的视点概述了这些东西组件。

  依据ARMv8的体系中的虚拟化如图1所示:EL2特权等级运转虚拟机办理程序,操控虚拟机(VM)代码的履行以及它们之间的资源同享。EL1(OS内核,特权代码)和EL0(非特权代码)的等级留给VM实例。地址转化分两个阶段履行(图2):在榜首阶段,运用榜首级转化表(TTBR0_EL1 / TTBR1_EL1寄存器中保存的指针)从虚拟地址核算所谓的中心物理地址(IPA); 在第二阶段,运用办理程序预备的第二级表核算实践物理地址(指针存储在VTTBR_EL2寄存器中)。这样的安排架构能够供给有用的权限别离和VM与硬件的阻隔。

  两级转化答应VM维护自己的转化表,一起还答应办理程序彻底操控终究成果。EL2权限等级专门用于履行办理程序代码,与其他等级有一些差异。因而,它是特别寄存器VTTBR_EL2、VTCR_EL2可拜访的最小特权等级以及用于VM办理的许多其他特权寄存器。

  在ARMv8架构的原始版别中,仅为办理程序供给了一个转化表,而为当时VM供给了另一个转化表。办理程序能够拜访多个特别寄存器,经过这些寄存器能够设置EL1等级的VM可见的装备参数,例如CPU标识符(制造商,版别等)和多处理器体系ID。这答应将在同一体系上运转的VM露出给来自不同版别和制造商的虚拟SMP体系和CPU的不同拓扑。

  依据其类型,从表中调用相应的处理程序(该地址存储在VBAR_EL2寄存器中);

  办理程序返回到退出产生的VM(假如规划了办理程序,则切换到另一个VM)。

  产生此类VM退出反常的事情由HCR_EL2寄存器位界说。因而,这些能够是体系寄存器拜访,包含EL1权限等级可用的拜访(例如,TTBR0_ EL1 / TTBR1_EL1,FAR_EL1),缓存和TLB改写指令,惯例反常(中止,包含来自定时器和不支撑的操作代码的中止),以及中止和事情等候指令。两级地址转化启用也由该寄存器操控。此外,EL2级还有一个独自的硬件定时器,它答应办理程序装备周期性中止,一般用于发动VM切换,类似于在现代操作体系中切换使命的方法。

  切换进程还包含保存当时VM上下文,加载新VM以及将操控搬运给它。一起,VM能够以类似于EL0等级的非特权代码履行体系调用的方法履行办理程序调用。为了履行这样的调用,VM将参数放在寄存器中并履行“hvc”指令。这导致以规范方法处理的EL2权限等级的反常。一般,这在调用规范化PSCI协议功用时产生。

  还应该说到的是,办理程序能够阻拦从VM到可信代码例程的调用(例如,在那里完成非虚拟化环境中的PSCI,而且在最高特权等级EL3处理对它的调用)。ARMv8架构还包含用于进步虚拟化环境功用的其他东西:除了办理程序能够分配的可同享域以削减缓存一致性流量之外,还能够为每个VM分配其自己的标识符或VMID。它的运用使得在切换VM时能够防止“贵重的”TLB改写。

  原始版其他ARMv8供给了8位标识符,后来扩展为16位。此外,在ARMv8.1中,EL2等级的第二个转化表TTBR1_EL2作为VM主机扩展的一部分增加,因而,类型2的办理程序(它们是主机操作体系的一部分)具有更多可能性。一起,如上所述,全功用虚拟化需求VM与外围设备(网络适配器,存储操控器等)进行交互,一起最小化办理程序参加以及从设备到处理器的交给中止。

  ARMv8体系中虚拟化环境的各个方面由两个单元处理:通用中止操控器(GIC)和体系内存办理单元(SMMU)(图3)。SMMU履行I / O地址转化的方法与CPU发动的存储拜访相同。该单元支撑I / O地址的一级和两级转化。因而,能够在VM和办理程序中运用转化和维护内存区域的优势。因而,答应设备仅对特定存储器地址规模进行读/写。

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