QEMU源码分析-QOM

本文最后更新于：8 天前

QOM简介

QOM(QEMU Object Model)是QEMU的一个模块，用于描述虚拟机的结构，包括虚拟机的CPU、内存、硬盘、网络、输入输出设备等。QEMU 为了方便整个系统的构建，实现了自己的一套的面向对象机制，也就是QOM(QEMU Object Model)。

QOM中的面向对象

继承

在 QEMU 中通过 TypeInfo 来定义一个类。

例如 x86_base_cpu_type_info 就是一个 class，

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static const TypeInfo x86_base_cpu_type_info = {
        .name = X86_CPU_TYPE_NAME("base"),
        .parent = TYPE_X86_CPU,
        .class_init = x86_cpu_base_class_init,
};

利用结构体包含来实现继承。这应该是所有的语言实现继承的方法，在 C++ 中，结构体包含的操作被语言内部实现了，而 C 语言需要自己实现。

例如 x86_cpu_type_info 的 parent 是 cpu_type_info, 他们的结构体分别是 X86CPU 和 CPUState。

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static const TypeInfo x86_cpu_type_info = {
    .name = TYPE_X86_CPU,
    .parent = TYPE_CPU,
		// ...
    .instance_size = sizeof(X86CPU),
};

static const TypeInfo cpu_type_info = {
    .name = TYPE_CPU,
    .parent = TYPE_DEVICE,
		// ...
    .instance_size = sizeof(CPUState),
};

在 X86CPU 中包含一个 CPUState。

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struct X86CPU {
    /*< private >*/
    CPUState parent_obj;
    /*< public >*/

    CPUNegativeOffsetState neg;

静态成员

静态成员变量可以在类的多个对象中访问，但是要在类外声明。不同对象访问的其实是同一个实体，静态成员变量被多个对象共享。

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static const TypeInfo x86_cpu_type_info = {
    .name = TYPE_X86_CPU,
    .parent = TYPE_CPU,
    .instance_size = sizeof(X86CPU),
    .instance_init = x86_cpu_initfn,
    .instance_post_init = x86_cpu_post_initfn,

    .abstract = true,
    .class_size = sizeof(X86CPUClass),
    .class_init = x86_cpu_common_class_init,
};

其中 X86CPU 描述的是非静态成员，而 X86CPUClass 描述的是静态的成员。也就是说class_init初始化静态成员，instance_init初始化非静态成员。

那么何时初始化静态成员呢？首先得告诉系统，咱有class_init这个初始化函数，等需要的时候随时可以调用它初始化，所有先解决如何将这个初始化函数注册到系统中？

在target/i386/cpu.c最后使用了type_init。在qemu/include/qemu/module.h中有一个type_init宏定义，除了type_init还有其他宏，比如block_init，opts_init等。每个宏都表示一类module，通过module_init构造出来。我们展开这个宏，

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static void __attribute__((constructor))
do_qemu_init_x86_cpu_register_types(void) {
  register_module_init(x86_cpu_register_types, MODULE_INIT_QOM);
}

通过 gcc 扩展属性__attribute__((constructor))可以让 do_qemu_init_x86_cpu_register_types 在运行 main 函数之前运行。 register_module_init 会让 x86_cpu_register_types 这个函数挂载到 init_type_list[MODULE_INIT_QOM] 这个链表上。

到底，所有的 TypeInfo 通过 type_init 都被放到 type_table 上了，之后通过 Typeinfo 的名称调用 type_table_lookup 获取到 TypeImpl 了。

到这里，将TYPE_X86_CPU注册进类系统，包括其初始化函数，这部分也就是QEMU中类型的构造。那么何时调用静态成员初始化函数呢？也就是类型的初始化。

静态成员是所有的对象公用的，其初始化显然要发生在所有的对象初始化之前。

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main
    qemu_init 
        select_machine 
            object_class_get_list 
                object_class_foreach 
                    g_hash_table_foreach 
                        object_class_foreach_tramp 
                            type_initialize 
                                type_initialize 
                                    x86_cpu_common_class_init

select_machine 需要获取所有的 TYPE_MACHINE 的 class, 其首先会调用所有的 class_list，其会遍历 type_table，遍历的过程中会顺带 type_initialize 所有的 TypeImpl 进而调用的 class_init。

说完类型的初始化，再讲一下对象的初始化，也就是初始化非静态成员，也就是instance_init在何时被调用？

对象初始化，通过调用 object_new 来实现初始化。

  • object_initialize_with_type
    • 初始化一个空的 : Object::properties
    • object_init_with_type
      • 如果 object 有 parent，那么调用 object_init_with_type 首先初始化 parent 的
      • 调用 TypeImpl::instance_init
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main 
    qemu_init 
        qmp_x_exit_preconfig 
            qemu_init_board 
                machine_run_board_init 
                    pc_init_v6_1 
                        pc_init1 
                            x86_cpus_init 
                                x86_cpu_new 
                                    object_new 
                                        object_new_with_type 
                                            object_initialize_with_type 
                                                object_init_with_type 
                                                    x86_cpu_initfn

动态类型装换(dynamic cast)

多态

参考

QEMU 中的面向对象 : QOM | Deep Dark Fantasy