2. RVM 整体架构

如上图所示，RVM 是一个 Type-2 的 hypervisor。类似于 Linux + KVM + QEMU 的架构，一个基于 RVM 的 Type-2 hypervisor 的正常运行离不开下列组件：

1. Host OS：目前支持 zCore 或 rCore。类比于 Linux。
2. RVM：Host OS 中的一个模块。类比于 Linux 的 KVM。
3. VMM 用户程序：一个用户态程序，通过系统调用访问 RVM API，构建完整的能运行 Guest OS 的应用。类比于 QEMU。
4. Guest OS：在虚拟机上运行的 OS，目前已能运行 μCore。类比于 QEMU 上运行的 Guest OS。

RVM API

RVM 主要提供了两个结构体：Guest 和 Vcpu，分别是对一个 Guest 和 vCPU 的抽象。使用 RVM 的 Host OS 通过调用这两个结构体提供的函数，来实现 hyervisor 的功能。Host OS 也可通过系统调用的方式将这些函数提供给用户程序，以实现 Type-2 的 hypervisor。由于 rCore 和 zCore 分别兼容的是 Zircon 和 Linux 的系统调用，因此用户程序调用的方式有所不同：

• zCore：每一个 RVM API 对应一个 zCore 的 syscall，并以 sys_guest 和 sys_vcpu 开头，除了向 Guest 添加物理内存段的 API，它使用的是 VMO 和 VMAR 相关的 syscall，不需要专门提供 syscall。

• rCore：与 Linux KVM 一样，RVM 被抽象为一个虚拟设备文件，用户程序首先通过 open("/dev/rvm", O_RDWR) 打开该文件，然后通过 ioctl 系统调用访问 RVM；每个 RVM API 对应不同的 ioctl 编号，编号起始值与 KVM 一样都是 0xAE00。

除了形式上的不同，在功能上它们可以一一对应。下表给出了 RVM API、zCore syscall 和 rCore ioctl 编号的对应关系：

API 原语/rCore ioctl	zCore syscall	RVM API	说明
RVM_GUEST_CREATE	sys_guest_create	Guest::new()	创建一个 Guest
RVM_GUEST_ADD_MEMORY _REGION	sys_vmo_create sys_vmar_map	guest.add_memory_region()	添加 Guest 的物理内存段
RVM_GUEST_SET_TRAP	sys_guest_set_trap	guest.set_trap()	设置捕获哪些 I/O 操作
RVM_VCPU_CREATE	sys_vcpu_create	Vcpu::new()	创建一个 vCPU
RVM_VCPU_RESUME	sys_vcpu_resume	vcpu.resume()	(恢复)运行 vCPU，阻塞当前线程，直到需要用户态模拟
RVM_VCPU_READ_STATE	sys_vcpu_read_state	vcpu.read_state()	读 vCPU 状态(寄存器)
RVM_VCPU_WRITE_STATE	sys_vcpu_write_state	vcpu.write_state() vcpu.write_io_state()	写 vCPU 状态(寄存器和 I/O 指令结果)
RVM_VCPU_INTERRUPT	sys_vcpu_interrupt	vcpu.virtual_interrupt()	让 vCPU 产生一个中断

用户程序使用 RVM

可利用以上 API，构建完整的可运行 Guest OS 的用户程序，步骤如下：

1. 创建一个 guest；
2. 向 Guest 添加物理内存段，写入必要的数据(如 Guest OS 镜像)；
3. 创建和设置相关虚拟设备，通过 RVM_GUEST_SET_TRAP 设置哪些 I/O 操作由用户程序模拟；
4. 创建 vCPU；
5. 轮询调用 RVM_VCPU_RESUME，阻塞直到需要模拟 I/O 操作；
6. 模拟 I/O 操作，然后返回 5。

由于 vCPU 运行时会阻塞当前线程，因此当一个 Guest 中有多个 vCPU 时，需要将它们放在不同的线程中执行。