KVM 中断系统结构关系
现在，KVM虚拟机的中断是在KVM内核模块中实现的(一般我们都是这么使用的)，理解数据结构就可以了解一个软件是如何实现的，所以本博文就来对虚拟中断子系统所涉及的数据结构进行梳理，给大家一个中断系统直观简单的感受。这里不多介绍apicv PI以及vt-d PI，以后博文再介绍，也可以直接请教Intel OTC的中断大牛WuFeng同学(邮件地址去邮件列表里面去搜索，姓氏在名字之后，别说我告诉你，哈哈哈)
1. 硬件基本知识
简单介绍点硬件知识，方便后面的讲解
最老的中断控制芯片就是8259A了，也就是PIC芯片，该种芯片8个引脚，为了扩展引脚数目，引入了主从两块芯片，利用一个引脚连接主从两个芯片，这样就一共有15个引脚了。IRQ = 其实base号 + pin。接收到设备中断后，通过拉高引脚通知CPU，CPU收到中断发送两个INT ACK到INTA，第二个INTA期间，PIC向CPU提交中断vector。
后来出现了APIC，APIC分为IOAPIC和LAPIC。IOAPIC位于南桥，有24个引脚针，LAPIC位与CPU内部。LAPIC每CPU一个；IO APIC可以一个系统里面有多个，但是KVM中只实现了一个，可以根据自己的需要进行添加。设备发送中断，发送到IO APIC；IO APIC中存在着一个PRT表，每个PRT的表项成为RTE，RTE是每个引脚一个，IOAPIC引脚收到中断消息后，根据RTE得到目标LAPIC，并格式化出一个中断消息发送给LAPIC，同时置位remote irr(level)。LAPIC接受到中断消息后，提取其中的VECTOR并设置IRR后，进行中断的选取，取得优先级最高的中断后，清除IRR，设置ISR，提交CPU进行中断处理，CPU处理完中断后，写LAPIC的EOI，通知IOAPIC清除remote irr(level且deassert)。
后来又出来的MSI中断，设备直接如果支持MSI的话，直接构造出MSI消息，MSI有个字段Address标明了中断目标地址，然后设备直接发送中断给LAPIC提交CPU，这种方式下，直接绕过了IOAPIC，效率更高。
这里需要额外说明一下，中断的触发方式分为level触发和edge触发；level触发就是一直将引脚保持在高电平（电平为1）直到中断完成，现在PCI/PCIE设备都是level触发；edge就是通过一个电平边缘跳变来触发的中断,电平从0到1，或者从1到0，原来的ISA设备都是edge触发，kvm中通过发送level = 0和level = 1的两个中断来模拟一个edge中断。
GSI 是ACPI 引入的概念，全称是Global System Interrupt。它为系统中每个中断源指定一个唯一的中断号。如果GSI base 为0，每个管脚的GSI=GSI base + pin，15以上的GSI号和IRQ值相等，但是[0~15]是按照规范映射的，其实试试GSI 2映射到了IRQ 0上了，在KVM中引脚号就是IRQ号。
2. 虚拟中断子系统逻辑图
KVM中断系统逻辑图如下
KVM将所有类型的IRQ CHIP抽象出一个接口，类似于C++的interface抽象基类，定义了中断的触发方法set()以及每个引脚和GSI的映射关系，这些都是和芯片类型无关的，具体的芯片都是继承和实现接口，虚拟设备的中断发送给IRQ CHIP接口开始中断的模拟；分别实现了PIC、IOAPIC以及MSI的set方法进行，通过set方法完成对于VCPU的中断注入。其中IOAPIC中对于每个引脚，又定义了PRT，IOAPIC收到中断后根据RTE格式化出中断消息并发送给目标LAPIC，LAPIC完成中断的选举和注入实现。
3 虚拟中断子系统的关系
这个小节我们来看看KVM的具体实现。
3.1 IRQ抽象接口层
KVM中irq_routing指向了IRQ CHIP抽象接口的表kvm_irq_routing_table结构体。
kvm_irq_routing_table .chip每个成员对应一个引脚，内容记录了该引脚的GSI号，其实该成员已经不用了。kvm_irq_routing_table.map成员指向一个hash桶，桶上的每个元素对应一个抽象引脚，即每个链对一个IRQ号，链上的每个元素指向kvm_kernel_irq_routing_entry结构体，每个该结构体代表了一个具体芯片的set()方法的实现，在进行中断注入的时候，每种芯片的set方法都会被调用一下，在guest中会忽略没有实现的芯片类型发送的中断消息(其实这里是可以优化的，必经不需要多次的中断注入，在QEMU注册中断设备的时候就不要注册不需要的中断芯片类型)
kvm_kernel_irq_routing_entry结构体对应具体芯片的一个引脚，按照芯片类型实现kvm_kernel_irq_routing_entry.set接口，kvm_kernel_irq_routing_entry.chip成员记录了该结构体对应的具体是哪种芯片的那个引脚，kvm_kernel_irq_routing_entry.gsi记录了该引脚的gsi号。
可以参考kvm_set_routing_entry()、kvm_set_irq()函数
3.2 PIC 芯片结构
PIC是系统一个，由kvm.arch.vpic成员指向
Kvm_pic结构体就是虚拟PIC的实现dev_master、dev_slave、dev_eclr实现了虚拟PIC设备的PIO地址空间，并注册在KVM内核的PIO总线上，以便完成设备的IO操作，这个我会在后面的博文中对大家介绍，ECLR就是控制中断触发方式的寄存器; pics执行一个数组，每个元素指向kvm_kpic_state结构体，kvm_kpic_state结构体芯片的所有寄存器和状态，包括IRR，ISR，IMR等
3.3 IOAPIC芯片结构
IOAPIC在KVM实现中只有一个，由kvm.arch.vioapic指向kvm_ioapic结构体。
kvm_ioapic结构体就是虚拟IOAPIC。irr成员就是IRR寄存器。redirtbl[IOAPIC_NUM_PINS]是一个数组，构成PRT表，每个成员对一个IOAPIC的引脚，执行kvm_ioapic_redirect_entry结构体。
kvm_ioapic_redirect_entry结构体就是一个RTE，fields成员执行了RTE中的各个域，如dest_id和dest_mode用来确定目标CPU，vector用来确定中断向量号，remote_irr在level触发时候保证中断共享情况下可以处理到所有设备的中断请求。Fields和kvm_kernel_irq_routing_entry的gsi配合起来确定了一个完整的中断信息内容
3.4 XXOO
3.5 LAPIC芯片结构体
LAPIC是每个VCPU一个，由kvm.vcpus[i].arch.apic指向kvm_lapic结构体。
kvm_lapic结构体代表一个虚拟LAPIC。base_address为LAPIC的基地址，这是一个GPA，是GUEST设置的LAPIC的基地址，在GUEST写某个LAPIC寄存器的时候，会带入该寄存器的GPA',然后GPA'减去base_address可以算出寄存器对于基地址的偏移量，然后到regs成员中真正的找到虚拟寄存器加以修改，请参见apic_mmio_read，apic_mmio_write；dev成员将lapic在KVM内核空间的KVM MMIO BUS总线上注册了IO地址空间，通过对IO地址空间的操作完成对LAPIC的操作。regs成员指向一个页面，这是一个HVA，指向一个HOST的页面，这个页面总记录了LAPIC是所有虚拟寄存，IRR，ISR，LVT等等，通过偏移量就可以得到某个虚拟寄存器的HVA，完成对该虚拟寄存器的读写操作。
kvm_lapic_irq结构体是中断经过IOAPIC的PRT格式化出来的中断消息，从IOAPIC发送给LAPIC。
LAPIC在GUEST运行之前会对IRR中的进行选举，找到最高优先级的中断，该中断会被记录在kvm_queued_interrupt结构体中并且pending成员设置为true；nr成员记录了该中断的中断向量号，soft说明是否是硬中断。如果该中断大于PPR，就进行注入。如果注入成功，在虚拟机退出的时候，将pending设置为false，这个结构体保存着kvm.vcpus[i].arch.interrupt中。如果注入不成功，会在再次进入虚拟机的时候再次进行注入。
为了加速对于目标VCPU的查找，在kvm.arch.apic_map中保存了kvm_apic_map结构体。phys_map成员和logical_map成员记录了RTE的destination filed同VLAPIC结构体的对应的关系，分别对应physical mode和logic mode。在发送中断的时候，如果有该map表，且中断不是lowest priority和广播，则通过RTE的destination filed就可以直接找到目标VCPU，进行快速的分发。否则需要遍历所有的VCPU，逐一的和RTE的destination filed进行匹配。
