ubuntu12.04环境下使用kvm ioctl接口实现最简单的虚拟机

qemu、virtual box、vmware、xen都是虚拟机，一般用户接触到的virtual box和vmware比较多，都是用来ubuntu中跑windows，或者windows中跑ubuntu的。

qemu其实是鼎鼎大名的最基础的开源模拟器，可以纯软件模拟x86、arm、mips，这一点完虐其它模拟器；也可以使用硬件加速，比如linux下kvm和windows以及mac下的haxm。这些硬件加速又是基于initel VT-x, intel VT-d，以及amd对应的技术，这些技术提供了vCPU，以及硬件的影子页表(intel EPT)，大大减轻了qemu软件模拟的工作量。

virtual box，qemu-kvm都使用到了qemu，但是仅仅用到了它的设备模拟功能。qemu对于gpu的模拟比较渣，所以基于qemu的Android emulator自己实现了opengles 的qemu pipe，使用host电脑上的opengl进行绘图。
xen在云计算中用的比较多，在这里不做详细介绍。其它模拟器基本都是运行在普通操作系统之上的一个进程，每一个核是其中的一个线程。

本文介绍kvm的使用，在intel平台下ubuntu12.04中实现一个最简单的模拟器，计算2+2的结果并通过io端口输出。

内核中kvm api的介绍可以看：Documentation/virtual/kvm/api.txt，其它的一些文档：Documentation/virtual/kvm/。完整的源码：https://lwn.net/Articles/658512/。

使用kvm的真正的虚拟机，模拟了很多虚拟的设备和固件，还有复杂的初始化状态(各个设备的初始化，CPU寄存器的初始化等)，以及内存的初始化。本文所述的模拟器demo，将使用如下16bit的x86的代码(为什么是16bit呢，因为x86一上电是实模式，工作于16bit；之后再切换到32bit的保护模式的)：

1. mov $0x3f8, %dx     
2. add %bl, %al     
3. add $'0', %al     
4. out %al, (%dx)     
5. mov $'\n', %al     
6. out %al, (%dx)     
7. hlt    

这段代码充当了guest os，基本上算是一个裸奔的系统了。它实现了2+2，然后再加上'0'，把4转为ascii的'4'，并通过端口0x3f8输出。然后再输出了'\n'，就关机了。

我们把这段代码对应的二进制存到数组里面：

1.   const uint8_t code[] = {     
2. 0xba, 0xf8, 0x03, /* mov $0x3f8, %dx */     
3. 0x00, 0xd8,       /* add %bl, %al */     
4. 0x04, '0',        /* add $'0', %al */     
5. 0xee,             /* out %al, (%dx) */     
6. 0xb0, '\n',       /* mov $'\n', %al */     
7. 0xee,             /* out %al, (%dx) */     
8. 0xf4,             /* hlt */     
9.    };    

怎么得到这些机器码呢？

1. shuyin.wsy@10-101-175-19:~$ cat simple_os.asm     
2.     mov $0x3f8, %dx     
3.     add %bl, %al     
4.     add $'0', %al     
5.     out %al, (%dx)     
6.     mov $'\n', %al     
7.     out %al, (%dx)     
8.     hlt     
9. shuyin.wsy@10-101-175-19:~$ as -o simple_os.o simple_os.asm     
10. shuyin.wsy@10-101-175-19:~$ objdump -d  simple_os.o     
11. simple_os.o:     file format elf64-x86-64     
12. Disassembly of section .text:     
13. 0000000000000000 <.text>:     
14.    0:   66 ba f8 03             mov    $0x3f8,%dx     
15.    4:   00 d8                   add    %bl,%al     
16.    6:   04 30                   add    $0x30,%al     
17.    8:   ee                      out    %al,(%dx)     
18.    9:   b0 0a                   mov    $0xa,%al     
19.    b:   ee                    &nb