PC虚拟机

虚拟机

1. 和真实PC的行为一致.
2. 仅仅由软件实现,而非硬件.
3. 从宿主机看来,虚拟机仅仅是一个正常的进程.

硬件模拟

使用进程用户空间内存来保存模拟的硬件状态

• 使用全局变量来模拟CPU寄存器

        int32_t regs[8];
        #define REG_EAX 1;
        #define REG_EBX 2;
        #define REG_ECX 3;
        ...
        int32_t eip;
        int16_t segregs[4];
        ...
  

• 使用用户空间内存来模拟物理内存

  char mem[256*1024*1024];
  

指令执行模拟

我们通过不断读取指令,执行指令,从而在用户空间模拟CPU执行指令.

    for (;;) {
        read_instruction();
        switch (decode_instruction_opcode()) {
        case OPCODE_ADD:
            int src = decode_src_reg();
            int dst = decode_dst_reg();
            regs[dst] = regs[dst] + regs[src];
            break;
        case OPCODE_SUB:
            int src = decode_src_reg();
            int dst = decode_dst_reg();
            regs[dst] = regs[dst] - regs[src];
            break;
        ...
        }
        eip += instruction_length;
    }

内存映射模拟

通过解析虚拟机中的"物理"内存地址,来模拟内存映射

    #define KB        1024
    #define MB        1024*1024

    #define LOW_MEMORY    640*KB
    #define EXT_MEMORY    10*MB

    uint8_t low_mem[LOW_MEMORY];
    uint8_t ext_mem[EXT_MEMORY];
    uint8_t bios_rom[64*KB];

    uint8_t read_byte(uint32_t phys_addr) {
        if (phys_addr < LOW_MEMORY)
            return low_mem[phys_addr];
        else if (phys_addr >= 960*KB && phys_addr < 1*MB)
            return rom_bios[phys_addr - 960*KB];
        else if (phys_addr >= 1*MB && phys_addr < 1*MB+EXT_MEMORY) {
            return ext_mem[phys_addr-1*MB];
        else ...
    }

    void write_byte(uint32_t phys_addr, uint8_t val) {
        if (phys_addr < LOW_MEMORY)
            low_mem[phys_addr] = val;
        else if (phys_addr >= 960*KB && phys_addr < 1*MB)
            ; /* ignore attempted write to ROM! */
        else if (phys_addr >= 1*MB && phys_addr < 1*MB+EXT_MEMORY) {
            ext_mem[phys_addr-1*MB] = val;
        else ...
    }

IO设备模拟

通过侦测对特殊内存空间的访问,来模拟正确的IO行为.

1. 读写虚拟硬盘,将被模拟为: 读写宿主机上的一个文件.
2. 输出到VGA显示器,将被模拟为: 在X windows中输出
3. 键盘输入,将被模拟为: 从X输入事情队列中读取