Xen处理中断、异常

物理中断处理

    Xen在获得外部中断后如何将其送到正确的Guest OS中，并找到正确的中断处理程序。    由于Xen系统中绝大部分物理中断最终都要交由Guest OS进行处理，Xen仅处理极少部分的物理中断，因此处理函数do_IRQ（）的主要工作是处理这极少部分的物理中断，而将绝大部分需要Guest OS处理的中断通过函数_do_IRQ_guest（）传递给Guest OS。凡是需要传递给Guest OS的中断，在其对应的irq_desc_t结构体中都需要设置IRQ_GUEST标志位，这也是判断是否传递给Guest OS的判断标志。    在Xen系统中，物理中断（PIRQ）的处理是基于事件通道机制实现的。因此，Xen在函数_do_IRQ_guest（）中通过send_guest_pirq（）向Guest OS发送的是绑定到该物理中断的事件通道产生的事件通知。与该中断号绑定的事件通道端口号保存在pirq_to_evtchn（）数组中。    在Xen通过send_guest_pirq（）向Guest OS发送绑定到该物理中断的事件通道产生的事件通知后，Guest OS中与该事件通道绑定的VCPU将会获得事件通知，并调用函数evtchn_do_upcall（）进行处理。在该函数中，与物理中断绑定的事件通知由函数do_IRQ（）进行处理。

物理中断申请

    驱动程序调用函数request_irq（）来注册中断处理程序，函数的作用是，填充中断号对应的irq_desc结构体，并将处理例程加入到该中断的处理队列中。完成这些工作后，调用startup_pirq（）函数，启动该中断。由于在Guest OS 中物理中断被事件通道取代，所以startup_pirq（）函数的主要工作是为该物理中断号申请绑定事件通道。通过超级调用HYPERVISOR_event_channel_op提供的物理中断绑定操作进行事件通道的绑定。

虚拟中断处理

    为了方便Xen和Domain之间通信，Xen设置了一系列的虚拟中断，即通过Xen向Guest OS发送虚拟中断并由Guest OS处理该中断来完成Xen和Domain之间的通信。同物理中断相比，虚拟中断的实现和处理过程是在Xen系统内部实现的。在处理过程中，Xen用事件通知来代替虚拟中断信号进行传递。

虚拟中断申请

    系统函数bind_virq_to_irqhandler（）用于申请虚拟中断。该函数先通过调用函数bind_virq_to_irq（）为虚拟中断分配中断号，再调用函数request_irq（）注册相应的中断处理例程。

虚拟中断相应

    若Xen向Guest OS发送虚拟中断，仅仅需要通过与该虚拟中断绑定的事件通道发送事件通知即可，即调用函数send_guest_vcpu_virq（）。该函数内部调用evtchn_set_pending（）设置与事件通道相关的标志位。在设置好相应的事件通道标志位后，虚拟中断后面的处理过程和物理中断一样，都是借助于Linux系统原有的中断处理方式。

Guest OS处理异常

    相比于利用事件通道机制处理中断，Guest OS处理异常要简单的多。Xen为每个正在运行的Guest OS建立了一个虚拟IDT（VIDT），使得Guest OS能够直接通过VIDT设置异常处理程序并处理异常。VIDT只能用于Guest OS处理Domain内部发生的异常，不能用来接收物理中断。    当异常发生时，Xen捕获到该异常，然后在Guest OS中创建异常栈框，再交由Guest OS自己处理。在Xen为Guest OS创建的异常栈框中，保存着与处理该异常相关的错误码、段基地址、段内偏移量及标志位等信息。具体来讲，当异常发生时，首先由Xen处理该异常，即首先要陷入Xen，调用Xen自己的异常处理函数，在处理函数中，Xen首先要通过函数guest_mode（）判断该异常是否来自Guest OS，若是，则调用do_guest_trap（）进行处理。然后Xen创建相应的异常栈框，给Guest OS模拟了一次异常，Guest OS直接利用Linux系统处理异常的方式进行处理。    所以，当应用程序申请系统调用时（异常），直接由3环转入0环，在0环经过Xen处理后再返回一环（Guest OS内核），并在Guest OS内核中处理该系统调用。    为了减小系统开销，Xen为每个Guest OS注册一个快速异常处理程序，应用程序在使用系统调用时，可以通过该程序直接从3环进入1环，而不需要再经过0环的Xen，提高了性能。