01 - QEMU 初始化概览 - Init()

目录

1.初始化 - qemu_init()

1.1.基本设备

1.2.日志

1.3.模块信息

1.4.子系统

1.5.选项解析 - 阶段一

1.6.选项解析 - 阶段二

1.7.选项配置

1.8.Trace

1.9.主线程

1.10.CPU 时钟

1.11.其他设置

1.12.创建虚拟机

1.13.启动虚拟机

2.主线程 - qemu_main()

2.1.处理关机/重启等请求 - main_loop_should_exit()

2.2.检查外部事件 - main_loop_wait()

---

main() 函数位于 system 目录，主要做两件事：初始化、执行 main 函数：

// system/main.c
int qemu_default_main(void)
{...status = qemu_main_loop();
-------------------------------------------// system/main.c
int (*qemu_main)(void) = qemu_default_main;
-------------------------------------------// system/main.c
int main(int argc, char **argv)
{qemu_init(argc, argv); // 初始化return qemu_main();    // 执行 qemu_main_loop()

1.初始化 - qemu_init()

qemu_init() 完成虚拟机运行环境的准备工作、解析用户指令、配置并最终启动虚拟机

1.1.基本设备

• 解析命令行，将 -device 等参数保存至 vm_config_groups 和 drive_config_groups：

// system/vl.c
void qemu_init(int argc, char **argv)
{...// 解析命令行参数qemu_add_opts(&qemu_drive_opts);qemu_add_drive_opts(&qemu_legacy_drive_opts);

• 调用 QEMU 初始化函数 init()，对 CPU、VNC、Trace 等基本环境执行初始化：

// system/vl.c
void qemu_init(int argc, char **argv)
{...// QEMU 基本初始化，如 CPU、VNC、trace 等module_call_init(MODULE_INIT_OPTS);
-------------------------------------------// util/module.c
void module_call_init(module_init_type type)
{...ModuleEntry *e;...QTAILQ_FOREACH(e, l, node) {e->init();

module_call_init() 调用 QTAILQ_FOREACH() 查找 VNC、Trace 等模块，并调用其 init() 方法，例如：

1.2.日志

QEMU 的日志输出调用 GLib 接口，主要设置 Log 打印的前缀等基本信息

对于 Linux 系统，调用 readlink() 读取当前程序执行的绝对路径（对于其他系统调用其对应的接口）

// system/vl.c
void qemu_init(int argc, char **argv)
{...error_init(argv[0]);         // 设置日志定向输出qemu_init_exec_dir(argv[0]); // 获取当前程序位置
---------------------------------------------------------------------// util/error-report.c
void error_init(const char *argv0)
{...g_set_prgname(p ? p + 1 : argv0); // 设置程序名称...g_log_set_default_handler(qemu_log_func, NULL); // 设置日志打印函数
---------------------------------------------------------------------// util/cutils.c
void qemu_init_exec_dir(const char *argv0)
{...len = readlink("/proc/self/exe", buf, sizeof(buf) - 1); // 读取当前程序的路径

QEMU 的日志打印通过调用 Glib 的 G_GNUC_PRINTF 接口实现：

// include/qemu/error-report.h
void error_report(const char *fmt, ...) G_GNUC_PRINTF(1, 2);
void warn_report(const char *fmt, ...) G_GNUC_PRINTF(1, 2);
void info_report(const char *fmt, ...) G_GNUC_PRINTF(1, 2);
---------------------------------------------------------------------// util/error-report.c
static void qemu_log_func(const gchar *log_domain, GLogLevelFlags log_level,const gchar *message, gpointer user_data)
{switch (log_level & G_LOG_LEVEL_MASK) {...case G_LOG_LEVEL_MESSAGE:info_report("%s%s%s", log_domain ?: "", log_domain ? ": " : "", message);break;

1.3.模块信息

QEMU 模块信息如下所示：

// include/qemu/module.h
struct QemuModinfo {const char *name;const char *arch;const char **objs;const char **deps;const char **opts;
};
extern const QemuModinfo qemu_modinfo[];

绑定相关信息：

// system/vl.c
void qemu_init(int argc, char **argv)
{...qemu_init_arch_modules();
---------------------------------------------------------------------// system/arch_init.c
void qemu_init_arch_modules(void)
{
#ifdef CONFIG_MODULESmodule_init_info(qemu_modinfo);|--> module_info = info; // 绑定模块信息module_allow_arch(TARGET_NAME);|--> module_arch = arch; // 设置架构名称如 aarch64、arm 等

1.4.子系统

POSIX 和 WIN32 分别调用对应的接口，创建 Trace、QOM 等基本模块，初始化 CPU 线程相关 pthread 变量：

// system/vl.c
void qemu_init(int argc, char **argv)
{...qemu_init_subsystems();
---------------------------------------------------------------------// system/runstate.c
void qemu_init_subsystems(void)
{...
---------------------------------------------------------------------// 设置输出缓冲，输出打印按行(_IOLBF)存入缓冲区os_set_line_buffering();|--> setvbuf(stdout, NULL, _IOLBF, 0);// Trace 初始化module_call_init(MODULE_INIT_TRACE);
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------// CPU 对于操作系统就是一个可以执行线程的单元// 对 CPU 的初始化也就是对线程执行初始化，包括锁、信号等qemu_init_cpu_list();|--> qemu_mutex_init(&qemu_cpu_list_lock);|--> qemu_cond_init(&exclusive_cond);|--> qemu_cond_init(&exclusive_resume);|--> qemu_cond_init(&qemu_work_cond);qemu_init_cpu_loop();|--> qemu_init_sigbus();|--> qemu_cond_init(&qemu_cpu_cond);|--> qemu_cond_init(&qemu_pause_cond);|--> qemu_mutex_init(&bql);|--> qemu_thread_get_self(&io_thread);bql_lock(); //  Lock the Big QEMU Lock
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------// 设置程序退出时执行的回调函数atexit(qemu_run_exit_notifiers);|--> notifier_list_notify(&exit_notifiers, NULL);
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------// QOM 初始化module_call_init(MODULE_INIT_QOM);// 可迁移设备初始化module_call_init(MODULE_INIT_MIGRATION);
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------// 初始化虚拟机的运行状态：RUN_STATE_DEBUG、RUN_STATE_PAUSED...runstate_init(); 
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------// 设置回调函数precopy_infrastructure_init();postcopy_infrastructure_init();
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------// 初始化监视器(串口)monitor_init_globals();
---------------------------------------------------------------------...
---------------------------------------------------------------------// 设置系统如何处理SIGQUIT、SIGKILL等信号os_setup_early_signal_handling();
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------// 初始化一些块驱动(block driver)如硬盘、内存等bdrv_init_with_whitelist();
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------// 该函数只对 Win32 的 socket 调用对应接口进行初始化socket_init();

1.5.选项解析 - 阶段一

对传入参数进行检查，如果没有检测到用户传入的指定参数则使用默认设置：

// system/vl.c
void qemu_init(int argc, char **argv)
{.../* first pass of option parsing */optind = 1;while (optind < argc) {
---------------------------------------------------------------------// 传入参数前不带 '-' 的会被认为是镜像文件if (argv[optind][0] != '-') {/* disk image */optind++;
---------------------------------------------------------------------} else {const QEMUOption *popt;// 解析cmdlinepopt = lookup_opt(argc, argv, &optarg, &optind);switch (popt->index) {case QEMU_OPTION_nouserconfig:userconfig = false;break;}}}
---------------------------------------------------------------------// 用于保存传入的启动参数machine_opts_dict = qdict_new();
---------------------------------------------------------------------// 如果没有检测到用户传入的参数，则使用默认的配置if (userconfig) { qemu_read_default_config_file(&error_fatal);

QEMU 定义了 QEMUOption 结构体描述运行时传入的选项参数：

// system/vl.c
typedef struct QEMUOption {const char *name;   // 选项名，如 -device, name 的值就是 deviceint flags;          // 标志位，表示选项是否带参数，可以是 0，或者 HAS_ARG(值为0x0001)int index;          // 枚举类型的值，如 -device，该值就是 QEMU_OPTION_deviceuint32_t arch_mask; // 该选项支持架构的掩码
} QEMUOption;

1.6.选项解析 - 阶段二

详细解析各个参数，设置对应的值或预处理，并将这些参数保存在 machine_opts_dict 中：

// system/vl.c
void qemu_init(int argc, char **argv)
{.../* second pass of option parsing */optind = 1;for(;;) {...if (argv[optind][0] != '-') {loc_set_cmdline(argv, optind, 1);drive_add(IF_DEFAULT, 0, argv[optind++], HD_OPTS);} else {const QEMUOption *popt;popt = lookup_opt(argc, argv, &optarg, &optind);...switch(popt->index) {...case QEMU_OPTION_nographic: // -nographic 参数qdict_put_str(machine_opts_dict, "graphics", "off");nographic = true;dpy.type = DISPLAY_TYPE_NONE;break;...case QEMU_OPTION_kernel: // -kernel 参数qdict_put_str(machine_opts_dict, "kernel", optarg);break;

1.7.选项配置

验证镜像相关参数的正确性，配置 CPU 个数、内存、线程、守护进程等：

// system/vl.c
void qemu_init(int argc, char **argv)
{...
---------------------------------------------------------------------// 验证镜像相关参数正确性qemu_validate_options(machine_opts_dict);
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------// 配置 CPU 数量、内存、预分配线程等qemu_process_sugar_options(); 
---------------------------------------------------------------------...
---------------------------------------------------------------------// 配置守护进程qemu_maybe_daemonize(pid_file);

1.8.Trace

创建 Trace 线程如 Full Trace、Simple Trace 等，设置用于记录 Trace 的文件：

// system/vl.c
void qemu_init(int argc, char **argv)
{...
---------------------------------------------------------------------// 创建 Trace 线程if (!trace_init_backends()) {|--> st_init() // 初始化 Simple Trace 线程|--> thread = trace_thread_create(writeout_thread);|--> atexit(st_flush_trace_buffer);|--> ftrace_init() // 初始化 FTrace|--> tracefs_found = find_mount(mount_point, "tracefs");|--> trace_fd = open(path, O_WRONLY);
---------------------------------------------------------------------...
---------------------------------------------------------------------trace_init_file(); // 设置 Trace 文件|--> st_set_trace_file(trace_opts_file);

1.9.主线程

QEMU 主线程使用 GLib 的 Main Loop 实现：

// system/vl.c
void qemu_init(int argc, char **argv)
{...// 创建 QEMU 主线程qemu_init_main_loop(&error_fatal);

创建 Main Loop 所需的上下文、信号量、文件描述符等：

// util/main-loop.c
int qemu_init_main_loop(Error **errp)
{...
---------------------------------------------------------------------// 初始化时钟，注册回调函数init_clocks(qemu_timer_notify_cb);|--> qemu_clock_init(type, notify_cb);|--> main_loop_tlg.tl[type] = timerlist_new(type, notify_cb, NULL);|--> timer_list->clock = clock;|--> timer_list->notify_cb = cb; // qemu_timer_notify_cb 即为 timer_list 的回调函数
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------// 初始化信号量ret = qemu_signal_init(errp);|--> sigemptyset()、sigaddset() // 信号函数集|--> sigfd = qemu_signalfd(&set);|--> g_unix_set_fd_nonblocking(sigfd, true, NULL); // 将 fd 设置为非阻塞|--> qemu_set_fd_handler(sigfd, sigfd_handler, NULL, (void *)(intptr_t)sigfd);|--> iohandler_init(); // 如果没有 AIO 上下文，则创建一个|--> iohandler_ctx = aio_context_new(&error_abort);|--> aio_set_fd_handler(); // 使用 AIO 线程（异步非阻塞）处理 fd
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------// 创建 AIO Contextqemu_aio_context = aio_context_new(errp);|--> ctx = (AioContext *) g_source_new(&aio_source_funcs, sizeof(AioContext));// 获取并设置 AIO Contextqemu_set_current_aio_context(qemu_aio_context);|--> assert(!get_my_aiocontext()); // 如果已存在 AIO Context 则直接获取|--> set_my_aiocontext(ctx);       // 否则新建一个
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------// 挂载 notify callbackqemu_notify_bh = qemu_bh_new(notify_event_cb, NULL);|--> notify_event_cb()      // 回调函数：使内核退出 POLL 状态（停止监听 fd）|--> qemu_bh_new_full()|--> aio_bh_new_full()  // 挂载回调函数
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------// 新建用于监听的 fdgpollfds = g_array_new(FALSE, FALSE, sizeof(GPollFD));
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------// 创建事件源（自定义事件源）：aio-contextsrc = aio_get_g_source(qemu_aio_context); // 获取 Gsource 事件源|--> aio_context_use_g_source(ctx);|--> g_source_ref(&ctx->source);|--> return &ctx->source;// 设置事件源名称g_source_set_name(src, "aio-context");// 添加事件源g_source_attach(src, NULL);// 释放引用g_source_unref(src);
---------------------------------------------------------------------// 创建事件源（自定义事件源）：io-handlersrc = iohandler_get_g_source();g_source_set_name(src, "io-handler");g_source_attach(src, NULL); // 绑定 GSource

1.10.CPU 时钟

初始化 CPU 定时器，该定时器周期性 Poll FD，检查是否存在外设事件，如果有则通知 CPU 进行处理（回调）：

// system/vl.c
void qemu_init(int argc, char **argv)
{...// 初始化 CPU Timercpu_timers_init();
---------------------------------------------------------------------// system/cpu-timers.c
void cpu_timers_init(void)
{seqlock_init(&timers_state.vm_clock_seqlock);|--> sl->sequence = 0;qemu_spin_init(&timers_state.vm_clock_lock);|--> qatomic_set(&spin->value, 0);vmstate_register(NULL, 0, &vmstate_timers, &timers_state);cpu_throttle_init();

1.11.其他设置

注册用户定义的全局 Property、应答模式选择、配置 RTC、设置虚拟机内存等相关属性：

// system/vl.c
void qemu_init(int argc, char **argv)
{...
---------------------------------------------------------------------// Property注册user_register_global_props();|--> qemu_opts_foreach(qemu_find_opts("global"), global_init_func, NULL, NULL);
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------// 应答模式选择replay_configure(icount_opts);
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------// RTC（Real Time Clock）configure_rtc(qemu_find_opts_singleton("rtc"));
---------------------------------------------------------------------/* Transfer QemuOpts options into machine options */parse_memory_options(); // 设置虚拟机内存相关属性

1.12.创建虚拟机

根据 cmdline 选择的架构及平台创建对应虚拟机，同时创建虚拟机板载相关设备如 CPU、内存、中断控制器等

同时，为虚拟机配置加速器（TCG or KVM），相关设备创建完成后调用其初始化及实例化相关方法

// system/vl.c
void qemu_init(int argc, char **argv)
{...
---------------------------------------------------------------------// 创建虚拟机：New machine_classqemu_create_machine(machine_opts_dict);
---------------------------------------------------------------------...
---------------------------------------------------------------------// 设备初始化    qemu_disable_default_devices();
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------// 显示输出（VGA、VNC等）qemu_setup_display();
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------// 创建一些基本设备，如 I/O 等qemu_create_default_devices();
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------// 创建窗口用于图像和声音的输出qemu_create_early_backends();
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------// 创建虚拟机前的一些准备工作：KVM、Memory 等设置qemu_apply_legacy_machine_options(machine_opts_dict);qemu_apply_machine_options(machine_opts_dict);qobject_unref(machine_opts_dict);
---------------------------------------------------------------------...
---------------------------------------------------------------------// 硬件加速：TCG、KVMconfigure_accelerators(argv[0]);
---------------------------------------------------------------------...
---------------------------------------------------------------------// 如果使用了高版本的语法，而且低版本可能不支持时，需要在编译或运行时做一些转换machine_class = MACHINE_GET_CLASS(current_machine);if (!qtest_enabled() && machine_class->deprecation_reason) {...
---------------------------------------------------------------------// 多核心管理初始化：创建并初始化migration_object_init();|--> current_migration = MIGRATION_OBJ(object_new(TYPE_MIGRATION));|--> init()
---------------------------------------------------------------------/* parse features once if machine provides default cpu_type */current_machine->cpu_type = machine_class_default_cpu_type(machine_class);if (cpu_option) {current_machine->cpu_type = parse_cpu_option(cpu_option);...
---------------------------------------------------------------------// 设置内存qemu_resolve_machine_memdev();
---------------------------------------------------------------------.---------------------------------------------------------------------// 非一致性内存访问：NUMAparse_numa_opts(current_machine);
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------// 是否需要打印虚拟机目前的相关信息if (vmstate_dump_file) {/* dump and exit */module_load_qom_all();dump_vmstate_json_to_file(vmstate_dump_file);exit(0);}if (!preconfig_requested) {// 调用初始化及实例化相关方法qmp_x_exit_preconfig(&error_fatal);|--> qemu_init_board()|--> machine_run_board_init()

1.13.启动虚拟机

设置显示输出位置及配置 VNC、启动加速器、程序后台运行，允许字符设备输入输出：

// system/vl.c
void qemu_init(int argc, char **argv)
{...
---------------------------------------------------------------------// 初始化显示，在这里启动了VNCqemu_init_displays();|--> qemu_display_init(ds, &dpy);|--> qemu_opts_foreach(qemu_find_opts("vnc"), vnc_init_func, NULL, &error_fatal);
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------// 硬件加速器accel_setup_post(current_machine);
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------// 启动守护线程设置后台运行os_setup_post();
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------// 外设（各类字符设备，如鼠标、串口等）resume_mux_open();

2.主线程 - qemu_main()

设备初始化完成后运行 qemu_main() 函数，main() 循环等待事件，若监听到新事件则调用 notifier 进行通知：

// system/main.c
int qemu_default_main(void)
{...status = qemu_main_loop();
---------------------------------------------------------------------// system/main.c
int (*qemu_main)(void) = qemu_default_main;
---------------------------------------------------------------------// system/main.c
int main(int argc, char **argv)
{...return qemu_main();
---------------------------------------------------------------------// system/runstate.c
int qemu_main_loop(void)
{...while (!main_loop_should_exit(&status)) {main_loop_wait(false);

2.1.处理关机/重启等请求 - main_loop_should_exit()

检查是否存在重启、关机、唤醒等请求并执行相应的处理流程：

// system/runstate.c
static bool main_loop_should_exit(int *status)
{...
---------------------------------------------------------------------// 调试请求if (qemu_debug_requested()) {vm_stop(RUN_STATE_DEBUG);}
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------// 虚拟机挂起请求if (qemu_suspend_requested()) {qemu_system_suspend();}
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------// 关机请求request = qemu_shutdown_requested(); if (request) {qemu_kill_report();qemu_system_shutdown(request);if (shutdown_action == SHUTDOWN_ACTION_PAUSE) {vm_stop(RUN_STATE_SHUTDOWN);...}
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------// 重启请求request = qemu_reset_requested(); if (request) {pause_all_vcpus();qemu_system_reset(request);resume_all_vcpus();...}
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------// 唤醒请求if (qemu_wakeup_requested()) { pause_all_vcpus();qemu_system_wakeup();notifier_list_notify(&wakeup_notifiers, &wakeup_reason);wakeup_reason = QEMU_WAKEUP_REASON_NONE;resume_all_vcpus();qapi_event_send_wakeup();}
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------// 关机请求if (qemu_powerdown_requested()) {qemu_system_powerdown();}
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------// 虚拟机停止运行请求if (qemu_vmstop_requested(&r)) {vm_stop(r);

2.2.检查外部事件 - main_loop_wait()

Poll 轮询是否有事件发生（例如 VNC 连接等）并调用 main_loop_poll_notifiers() 回调函数进行处理：

// util/main-loop.c
void main_loop_wait(int nonblocking)
{MainLoopPoll mlpoll = {.state = MAIN_LOOP_POLL_FILL,.timeout = UINT32_MAX,.pollfds = gpollfds,};...
---------------------------------------------------------------------// 如果是非阻塞模式，超时时间为0if (nonblocking) {mlpoll.timeout = 0;}
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------/* poll any events */g_array_set_size(gpollfds, 0); /* reset for new iteration *//* XXX: separate device handlers from system ones */notifier_list_notify(&main_loop_poll_notifiers, &mlpoll);
---------------------------------------------------------------------...
---------------------------------------------------------------------// 计算最小超时时间timeout_ns = qemu_soonest_timeout(timeout_ns,timerlistgroup_deadline_ns(&main_loop_tlg));// 等待超时，随后调用notifierret = os_host_main_loop_wait(timeout_ns);mlpoll.state = ret < 0 ? MAIN_LOOP_POLL_ERR : MAIN_LOOP_POLL_OK;notifier_list_notify(&main_loop_poll_notifiers, &mlpoll);...qemu_clock_run_all_timers();