ARM系列 -- 虚拟化（四）

今天来看看虚拟中断。

在一个非虚拟化的系统中，操作系统可以直接访问GIC的寄存器，并且处理GIC的物理中断接口（physical interrupt interface）。

但是在一个虚拟化的系统中，不是这样。Guest OS并不知道它运行在虚拟系统中，其接收的中断来自GIC的虚拟中断接口（virtual interrupt interface），但是OS本身并不知道；实际上是hypervisor接管了GIC的寄存器访问和物理中断接口，且hypervisor要负责产生虚拟中断给Guest OS。

还有另外一种方式产生虚拟中断，就是通过配置HCR_EL2，由内部CPU核产生。在HCR_EL2里面有三个bit用来产生虚拟中断：

• VI：设置该bit产生一个vIRQ
• VF：设置该bit产生一个vFIQ
• VSE：设置该bit产生一个vSerror

设置这些bit位就相当于中断控制器向vCPU发送中断信号。生成的虚拟中断受PSTATE掩蔽的影响，就像常规中断一样。这种机制使用起来很简单，但缺点是hypervisor需要模拟中断控制器的操作。换言之，软件中的trap和emulate操作的开销比较大，影响性能。

通过GIC就能避免上面的问题。GIC的物理CPU接口和虚拟CPU接口是等同的，区别只是一个发送物理中断信号，另一个发送虚拟中断信号。

来看一个例子：

• 外部中断到达GIC；
• GIC产生一个物理IRQ给CPU；
• CPU转换到EL2，hypervisor通过物理CPU接口读取中断；
• Hypervisor写GIC的List寄存器产生虚拟中断；
• GIC通过vIRQ发送中断给CPU；
• CPU从EL2返回到EL1或者EL0；
• Guest OS读取中断，CPU执行中断处理程序。

在GICv4中，增加了对虚拟机直接注入虚拟中断的支持。支持GICv4的IP是GIC-700.目前的虚拟中断直接注入支持产生LPI，也就是说系统中要有ITS组件。

• Hypervisor会事先通过ITS命令配置ITS，重新映射虚拟core和物理core，虚拟中断和物理中断。
• 当ITS接到消息中断后，先要查表得到虚拟的INTID和虚拟PE，然后发给相应的redistributor。
• Redistributor会去检查内部的寄存器，查看vPE是否在自己这边注册过。
• 如果注册过，发虚拟中断给vPE；
• 如果没有，发中断给hypervisor。

GIC-700也支持软件通过将vPE和SGI-INTID写入GITS_SGIR寄存器的方式来直接注入SGI。对于PPI和SPI的直接注入，目前尚不支持。

作者：老秦谈芯