<code>Read the fucking source code!</code> --By 鲁迅
<code>A picture is worth a thousand words.</code> --By 高尔基
说明：
KVM版本：5.9.1
QEMU版本：5.0.0
工具：Source Insight 3.5， Visio
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新的一年， 大家牛起来！
祝小姐姐们：
落雁沉鱼 兰质蕙心 明眸皓齿 螓首蛾眉 天生丽质 天香国色 杏脸桃腮 煦色韶光 涎玉沫珠 宜嗔宜喜 远山芙蓉 艳色绝世 余霞成绮 阿娇金屋 逞娇呈美 国色天香 花颜月貌 绝色佳人 暗香盈袖 闭月羞花 倾国倾城 温婉娴淑 千娇百媚 仪态万千...
祝男的：
新年好。
先来张图：
图中罗列了四个关键模块：<code>Virtio Device</code>、<code>Virtio Driver</code>、<code>Virtqueue</code>、<code>Notification（eventfd/irqfd）</code>；
<code>Virtio Driver</code>：前端部分，处理用户请求，并将I/O请求转移到后端；
<code>Virtio Device</code>：后端部分，由Qemu来实现，接收前端的I/O请求，并通过物理设备进行I/O操作；
<code>Virtqueue</code>：中间层部分，用于数据的传输；
<code>Notification</code>：交互方式，用于异步事件的通知；
想在一篇文章中写完这四个模块，有点<code>too yong too simple</code>，所以，看起来又是一个系列文章了。
本文先从Qemu侧的virtio device入手，我会选择从一个实际的设备来阐述，没错，还是上篇文章中提到的网络设备。
在Qemu的网卡虚拟化时，通常会创建一个虚拟网卡前端和虚拟网卡后端，如下图：
在虚拟机创建的时候指定参数：<code>-netdev tap, id = tap0， -device virtio-net-pci, netdev=tap0</code>；
创建一个<code>Tap</code>网卡后端设备；
创建一个<code>Virtio-Net</code>网卡前端设备；
网卡前端设备和后端设备进行交互，最终与Host的驱动完成数据的收发；
全文围绕着<code>Tap</code>设备的创建和<code>Virtio-Net</code>设备的创建展开。
入口流程如下：
Qemu的代码阅读起来还是比较费劲的，各种盘根错节，里边充斥着面向对象的思想，先给自己挖个坑，后续会专题研究的，<code>this is for you, you have my words.</code>;
图中与本文相关的有三个模块：1）模块初始化；2）网络设备初始化；3）设备初始化；
Qemu中设备模拟通过<code>type_init</code>先编译进系统，在<code>module_call_init</code>时进行回调，比如图中的<code>xxx_register_types</code>，在这些函数中都是根据<code>TypeInfo</code>类型信息来创建具体的实现信息；
<code>net_init_client</code>用来创建网络设备，比如<code>Tap</code>设备；
<code>device_init_func</code>根据Qemu命令的传入参数创建虚拟设备，比如<code>Virtio-Net</code>；
下边进入细节，<code>the devil is in the details</code>。
从上文中，我们知道，<code>Tap</code>与<code>Virtio-Net</code>属于前后端的关系，最终是通过结构体分别指向对方，如下图：
<code>NetClientState</code>是网卡模拟的核心结构，表示网络设备中的几个端点，两个端点通过<code>peer</code>指向对方；
创建Tap设备的主要工作就是创建一个<code>NetClientState</code>结构，并添加到<code>net_clients</code>链表中：
函数的调用细节如下图：
处理流程只关注了核心的处理流程，整个过程有很多关于传入参数的处理，选择性忽略了；
<code>net_tap_init</code>：与Host的<code>tun</code>驱动进行交互，其实质就是打开该设备文件，并进行相应的配置等；
<code>net_tap_fd_init</code>：根据<code>net_tap_info</code>结构，创建<code>NetClientState</code>，并进行相关设置，这里边<code>net_tap_info</code>结构体中的接收函数指针用于实际的数据传输处理；
<code>tap_read_poll</code>用于将fd添加到Qemu的AioContext中，用于异步响应，当有数据来临时，捕获事件并进行处理；
以上就是Tap后端的创建过程，下文将针对前端创建了。
这是一个复杂的流程。
Qemu中用C语言实现了面向对象的模型，用于对设备进行抽象，精妙！
针对Virtio-Net设备，结构体及拓扑组织关系如下图：
<code>DeviceState</code>作为所有设备的父类，其中派生了<code>VirtIODevice</code>和<code>PCIDevice</code>，而本文研究的<code>Virtio-Net</code>派生自<code>VirtIODevice</code>；
Qemu中会虚拟一个PCI总线，同时创建<code>virtio-net-pci</code>，<code>virtio-balloon-pci</code>，<code>virtio-scsi-pci</code>等PCI代理设备，这些代理设备挂载在PCI总线上，同时会创建Virtio总线，用于挂载最终的设备，比如<code>VirtIONet</code>；
PCI代理设备就是一个纽带；
与设备创建相关的三个函数，可以从<code>device_init_func</code>入口跟踪得知：
当Qemu命令通过<code>-device</code>传入参数时，<code>device_init_func</code>会根据参数去查找设备，并最终调用到该设备对应的类初始化函数、对象初始化函数、以及realize函数；
所以，我们的分析就是这三个入口；
在网卡虚拟化过程中，参数只需要指定PCI代理设备即可，也就是<code>-device virtio-net-pci, netdev=tap0</code>，从而会调用到<code>virtio_net_pci_class_init</code>函数；
由于实现了类的继承关系，在子类初始化之前，需要先调用父类的实现，图中也表明了继承关系以及调用函数顺序；
C语言实现继承，也就是将父对象放置在自己结构体的开始位置，图中的颜色能看出来；
类初始化结束后，开始对象的创建：
针对<code>Virtio-Net-PCI</code>的实例化比较简单，作为代理，负责将它的后继对象初始化，也就是本文的前端设备<code>Virtio-Net</code>；
<code>realize</code>的调用，比较绕，简单来说，它的类继承关系中存在多个<code>realize</code>的函数指针，最终会从父类开始执行，一直调用到子类，而这些函数指针的初始化在什么时候做的呢？没错，就是在class_init类初始化的时候，进行了赋值，细节不表，结论可靠；
最终的调用关系就如图了；
到目前为止，我们似乎都还没有看到<code>Virtio-Net</code>设备的相关操作，不用着急，已经很接近真相了：
<code>virtio_net_pci_realize</code>函数，会触发<code>virtio_device_realize</code>的调用，该函数是一个通用的virtio设备实现函数，所有的virtio设备都会调用，而我们的前端设备<code>Virtio-Net</code>也是virtio设备；
<code>virtio_net_device_realize</code>就到了我们的主角了，它进行了virtio通用的设置（后续在数据通信中再分析），还创建了一个<code>NetClientState</code>端点，与<code>Tap</code>设备对应，分别指向了对方，惺惺相惜，各自安好；
<code>virtio_bus_device_plugged</code>表示设备插入总线时的处理，完成的工作就是按照PCI总线规划，配置各类信息，以便与Guest OS中的virtio驱动交互，后续的文章再分析了；
本文基本捋清了虚拟网卡前端设备和后端设备的创建过程，完成的工作只是绑定了彼此，数据交互以及通知机制，留给后续吧。
<code>《 Virtual I/O Device (VIRTIO) Version 1.1》</code>
<code>https://www.redhat.com/en/blog/virtio-devices-and-drivers-overview-headjack-and-phone</code>
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