今天來看看虛擬中斷。

在一個非虛擬化的系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)可以直接訪問GIC的寄存器，并且處理GIC的物理中斷接口（physical interrupt interface）。

但是在一個虛擬化的系統(tǒng)中，不是這樣。Guest OS并不知道它運(yùn)行在虛擬系統(tǒng)中，其接收的中斷來自GIC的虛擬中斷接口（virtual interrupt interface），但是OS本身并不知道；實際上是hypervisor接管了GIC的寄存器訪問和物理中斷接口，且hypervisor要負(fù)責(zé)產(chǎn)生虛擬中斷給Guest OS。

還有另外一種方式產(chǎn)生虛擬中斷，就是通過配置HCR_EL2，由內(nèi)部CPU核產(chǎn)生。在HCR_EL2里面有三個bit用來產(chǎn)生虛擬中斷：

• VI：設(shè)置該bit產(chǎn)生一個vIRQ
• VF：設(shè)置該bit產(chǎn)生一個vFIQ
• VSE：設(shè)置該bit產(chǎn)生一個vSerror

設(shè)置這些bit位就相當(dāng)于中斷控制器向vCPU發(fā)送中斷信號。生成的虛擬中斷受PSTATE掩蔽的影響，就像常規(guī)中斷一樣。這種機(jī)制使用起來很簡單，但缺點是hypervisor需要模擬中斷控制器的操作。換言之，軟件中的trap和emulate操作的開銷比較大，影響性能。

通過GIC就能避免上面的問題。GIC的物理CPU接口和虛擬CPU接口是等同的，區(qū)別只是一個發(fā)送物理中斷信號，另一個發(fā)送虛擬中斷信號。

來看一個例子：

• 外部中斷到達(dá)GIC；
• GIC產(chǎn)生一個物理IRQ給CPU；
• CPU轉(zhuǎn)換到EL2，hypervisor通過物理CPU接口讀取中斷；
• Hypervisor寫GIC的List寄存器產(chǎn)生虛擬中斷；
• GIC通過vIRQ發(fā)送中斷給CPU；
• CPU從EL2返回到EL1或者EL0；
• Guest OS讀取中斷，CPU執(zhí)行中斷處理程序。

在GICv4中，增加了對虛擬機(jī)直接注入虛擬中斷的支持。支持GICv4的IP是GIC-700.目前的虛擬中斷直接注入支持產(chǎn)生LPI，也就是說系統(tǒng)中要有ITS組件。

• Hypervisor會事先通過ITS命令配置ITS，重新映射虛擬core和物理core，虛擬中斷和物理中斷。
• 當(dāng)ITS接到消息中斷后，先要查表得到虛擬的INTID和虛擬PE，然后發(fā)給相應(yīng)的redistributor。
• Redistributor會去檢查內(nèi)部的寄存器，查看vPE是否在自己這邊注冊過。
• 如果注冊過，發(fā)虛擬中斷給vPE；
• 如果沒有，發(fā)中斷給hypervisor。

GIC-700也支持軟件通過將vPE和SGI-INTID寫入GITS_SGIR寄存器的方式來直接注入SGI。對于PPI和SPI的直接注入，目前尚不支持。

作者：老秦談芯