說(shuō)明：

1. KVM版本：5.9.1

2. QEMU版本：5.0.0

3. 工具：Source Insight 3.5， Visio

1. 概述

• 前篇文章講完了Qemu中如何來(lái)創(chuàng)建Virtio Device，本文將圍繞Guest OS中的Virtio Driver來(lái)展開(kāi)；

看一下Guest OS（Linux）中的Virtio框架高層架構(gòu)圖：

• 核心模塊為virtio和virtqueue，其他高層的驅(qū)動(dòng)都是基于核心模塊之上構(gòu)建的；

• 顯然，本文會(huì)延續(xù)這個(gè)系列，繼續(xù)分析virtio-net驅(qū)動(dòng)，重心在整體流程和框架上，細(xì)節(jié)不表；

• virtio-net，又是一個(gè)virtio設(shè)備，又是一個(gè)PCI設(shè)備，那么驅(qū)動(dòng)會(huì)怎么組織呢？帶著問(wèn)題上路吧。

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2. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

說(shuō)到驅(qū)動(dòng)怎么能不提linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)模型呢，感興趣的朋友可以去看看PCI系列分析文章，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是內(nèi)核創(chuàng)建總線用于掛載設(shè)備，總線負(fù)責(zé)設(shè)備與驅(qū)動(dòng)的匹配。Linux內(nèi)核創(chuàng)建了一個(gè)virtio bus：

• virtio設(shè)備和virtio驅(qū)動(dòng)，通過(guò)virtio_device_id來(lái)匹配，而這個(gè)都是在virtio規(guī)范中定義好的；

• virtio_device結(jié)構(gòu)中有一個(gè)struct virtio_config_ops，函數(shù)集由驅(qū)動(dòng)來(lái)進(jìn)行指定，用于操作具體的設(shè)備；

本文描述的virtio-net驅(qū)動(dòng)，既是一個(gè)virtio設(shè)備，也是一個(gè)pci設(shè)備，在內(nèi)核中通過(guò)結(jié)構(gòu)體struct virtio_pci_device來(lái)組織：

• 該結(jié)構(gòu)體中維護(hù)了幾個(gè)IO區(qū)域：Common, ISR, Device, Notify，用于獲取virtio設(shè)備的各種信息，這個(gè)也是由virtio規(guī)范決定的；

• 通常來(lái)說(shuō)一個(gè)virtio設(shè)備，由以下幾個(gè)部分組成：

1. Device status field

2. Feature bits

3. Notifications

4. Device Configuration space

5. One or more virtqueues

• 從結(jié)構(gòu)體看，它用于充當(dāng)pci設(shè)備和virtio設(shè)備的紐帶，后續(xù)也會(huì)在probe函數(shù)中針對(duì)不同的部分進(jìn)行對(duì)應(yīng)的初始化；

以總線的匹配視角來(lái)看就是這樣子的：

3. 流程分析

3.1 virtio總線創(chuàng)建

先看一下virtio總線的創(chuàng)建，virtio bus當(dāng)然也算是基建了：

• bus_register注冊(cè)virtio總線，總線負(fù)責(zé)匹配，在匹配成功后調(diào)用通用的virtio_dev_probe函數(shù)；

• 千里姻緣一線牽，當(dāng)Virtio的ID號(hào)能對(duì)上時(shí)，就會(huì)觸發(fā)驅(qū)動(dòng)探測(cè)，所以什么時(shí)候進(jìn)行設(shè)備注冊(cè)呢？

3.2 virtio驅(qū)動(dòng)調(diào)用流程

詳細(xì)的細(xì)節(jié)，建議閱讀之前PCI驅(qū)動(dòng)系列的分析文章，下邊羅列關(guān)鍵部分：

• virtio-net設(shè)備通過(guò)掛在pci總線上，系統(tǒng)在PCI子系統(tǒng)初始化時(shí)會(huì)去枚舉所有的設(shè)備，并將枚舉的設(shè)備注冊(cè)進(jìn)系統(tǒng)；

• 系統(tǒng)在匹配上之后，調(diào)用設(shè)備的驅(qū)動(dòng)；

• PCI設(shè)備根據(jù)Vendor ID來(lái)匹配驅(qū)動(dòng)；

• virtio規(guī)范中規(guī)定基于PCI的virtio設(shè)備，Vendor ID號(hào)為：0x1AF4，因此最終調(diào)用的驅(qū)動(dòng)入口為virtio_pci_probe；

• 在probe函數(shù)中分配struct virtio_pci_device結(jié)構(gòu)，前文中也提到過(guò)它負(fù)責(zé)將virtio設(shè)備和pci設(shè)備綁定到一起，最終會(huì)在兩個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)的probe函數(shù)中完成整體結(jié)構(gòu)的初始化，也就是virtio_pci_probe完成一部分，實(shí)際的virtio設(shè)備驅(qū)動(dòng)中完成一部分；

• virtio_pci_modern_probe：該函數(shù)的內(nèi)容就與virtio規(guī)范緊密相關(guān)了，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，virtio設(shè)備都會(huì)按照規(guī)范填充common、device、isr、notification等功能部分，而virtio_pci_modern_probe函數(shù)通過(guò)virtio_pci_find_capability去獲取對(duì)應(yīng)的能力，并且通過(guò)map_capability完成IO空間的映射；

• virtio_pci_probe中還設(shè)置了virtio_pci_config_ops操作函數(shù)集，并傳遞給virtio驅(qū)動(dòng)，在驅(qū)動(dòng)中調(diào)用這些回調(diào)函數(shù)來(lái)操作virtio設(shè)備；

• register_virtio_device：向系統(tǒng)注冊(cè)virtio設(shè)備，從而也就觸發(fā)了virtio總線的匹配操作，最終調(diào)用virtio_dev_probe函數(shù)；

• virtio_dev_probe函數(shù)中按照virtio規(guī)范分階段設(shè)置不同的狀態(tài)、獲取virtio設(shè)備的feature等，并最終調(diào)用實(shí)際設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序了；

原文作者：LoyenWang