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开源开发工具技术博客

编译器/工具链、模拟器、虚拟机、Linux内核、调试和性能分析工具

Copyright (c) 2012 陳韋任 (Chen Wei-Ren)

首先我們來看 __stb_mmu。請看 ${SRC}/softmmu_template.h 和 ${BUILD}/i386-softmmu/op_helper.i。SOFTMMU 相關的 helper function 是透過 softmmu_* 檔案內的巨集加以合成。這裡只挑部分加以描述。

SUFFIX 可以是 b (byte, 8)、w (word, 16)、l (long word, 32) 和 q (quad word, 64),代表資料大小。MMUSUFFIX 可以是 cmmu 或是 mmu,分別代表欲讀取的是 code 或是 data。mmu_idx 代表索引的是內核態亦或是用戶態的 TLB。addr 代表 guest virtual address。

// ${SRC}/softmmu_template.h void REGPARM glue(glue(__st, SUFFIX), MMUSUFFIX)(target_ulong addr, DATA_TYPE val, int mmu_idx) { … }

接著看展開巨集後的函式體。

// ${BUILD}/i386-softmmu/op_helper.i void __stb_mmu(target_ulong addr, uint8_t val, int mmu_idx) { redo: // 查找 TLB tlb_addr = env->tlb_table[mmu_idx][index].addr_write; if (…) {   // TLB 命中   } else {   // TLB 不命中   /* the page is not in the TLB : fill it */ // retaddr = GETPC(); retaddr = ((void *)((unsigned long)__builtin_return_address(0) - 1));   // 試圖填入 TLB entry。 tlb_fill(addr, 1, mmu_idx, retaddr); goto redo; } }

這裡 QEMU 利用 GCC 的 __builtin_return_address 擴展 [1] 來判定 tlb_fill 是從一般 C 函式或是 code cache 中被呼叫。retaddr 若為 0,表前者,retaddr 若不為 0,表後者。之後,我們會透過 GDB 更加清楚前面所述所代表的意思。我們關注 retaddr 不為 0,也就是從 code cache 中呼叫 tlb_fill 的情況。

在看 tlb_fill 之前,我們先偷看 cpu_x86_handle_mmu_fault (target-i386/helper.c) 的註解。我們關注返回值為 1,也就是頁缺失的情況。

/* return value: -1 = cannot handle fault 0 = nothing more to do 1 = generate PF fault */ int cpu_x86_handle_mmu_fault(CPUX86State *env, target_ulong addr, …) { … }

我們來看 tlb_fill。

void tlb_fill(target_ulong addr, int is_write, int mmu_idx, void *retaddr) { ret = cpu_x86_handle_mmu_fault(env, addr, is_write, mmu_idx, 1); if (ret) { if (retaddr) {   // 當客戶發生頁缺失 (ret == 1) 且 tlb_fill 是從 code cache 中被 // 呼叫 (retaddr != 0),我們會在這裡。   /* now we have a real cpu fault */ pc = (unsigned long)retaddr; tb = tb_find_pc(pc); if (tb) { /* the PC is inside the translated code. It means that we have a virtual CPU fault */ cpu_restore_state(tb, env, pc, NULL); } } raise_exception_err(env->exception_index, env->error_code); } env = saved_env; }

請注意! 如果 retaddr != 0,其值代表的 (幾乎) 是發生例外的 host binary 所在位址。QEMU 利用它來查找是哪一個 TranslationBlock 中的 host binary 發生例外。tb_find_pc (exec.c) 利用該 host binary pc 進行查找,取得 tb。

TranslationBlock *tb_find_pc(unsigned long tc_ptr) { // tbs 是 TranslationBlock * 數組。每一個在 code cache 中 (已翻譯好的) // basic block 都有相對應的 TranslationBlock 存放其相關資訊。   /* binary search (cf Knuth) */ m_min = 0; m_max = nb_tbs - 1; while (m_min > 1; tb = &tbs[m]; // tc_ptr 代表 host binary 在 code cache 的起始位址。 v = (unsigned long)tb->tc_ptr; if (v == tc_ptr) return tb; else if (tc_ptr < v) { m_max = m - 1; } else { m_min = m + 1; } } return &tbs[m_max]; }

一但找到該負責的 tb,QEMU 就會回復 guest CPUState 以便 guest exception handler 處理 guest 的頁缺失例外。

if (tb) {
    /\* the PC is inside the translated code. It means that we have
       a virtual CPU fault \*/
    cpu\_restore\_state(tb, env, pc, NULL);
}

接著我們看 cpu_restore_state (translate-all.c)。

[1] http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Return-Address.html