【老师提案】 RISC-V 虚拟化技术调研与分析

项目标题：RISC-V虚拟化技术调研与分析
项目描述：RISC-V虚拟化技术的调研和实现分析
项目难度：进阶
项目社区导师：@walimis
导师联系方式：walimis@walimis.org
合作导师联系方式：
项目产出要求：

学习运行RISC-V KVM：
1. 通过qemu/spike运行Host Linux
2. 通过kvmtool运行Guest Linux

通过阅读规范，产出如下文档：
1. RISC-V Hypervisor Extension v1.0 规范解读

通过阅读kvm/qemu/kvmtool/spike代码，产出如下文档：
1. vCPU虚拟化在RISC-V的实现
2. 内存虚拟化在RISC-V的实现
3. 中断虚拟化在RISC-V的实现
4. timer虚拟化在RISC-V的实现
5. 设备虚拟化在RISC-V的实现
6. Host和Guest性能评测和比较

通过学习代码，可以提交一些patch到riscv kvm upstream
项目技术要求：
* Linux 基本操作
* 熟悉 C 语言
* 了解算法基础知识
* 了解处理器基本工作原理
* 了解虚拟化和KVM的基本工作原理

实习计划：
- 阅读指定书籍和资料，对整体虚拟化有个大概的理解和认识
- RISC-V如何进行虚拟化模式切换
  - 学习规范8.1和8.2
    - 理解virtualization mode，理解V=1和V=0
    - 学习Hypervisor and Virtual Supervisor CSRs
    - 如何从V=0到V=1进行切换
  - 研究qemu代码，找到如何从V=0到V=1进行切换的代码并分析
    - 文件：target/riscv/op_helper.c
    - 重点函数：helper_sret
  - 研究spike代码，找到如何从V=0到V=1进行切换的代码并分析
    - 文件：riscv/insns/sret.h
  - 研究Linux RISC-V KVM模块，如何从V=0到V=1进行切换
    - 文件：arch/riscv/kvm/vcpu.c，函数kvm_arch_vcpu_create()
    - 文件：arch/riscv/kvm/vcpu_switch.S
- vCPU虚拟化在RISC-V的实现
  - 学习指定书第四章，理解CPU虚拟化
  - 研究kvmtool中的vCPU操作
    - 文件：riscv/kvm-cpu.c
  - 研究Linux kvm中RISC-V vCPU的实现
    - 文件：arch/riscv/kvm/vcpu.c
  - RISC-V Host/Guest切换
    - 如何切换；切换上下文切换
    - 文件：arch/riscv/kvm/vcpu_switch.S
- 内存虚拟化在RISC-V的实现
  - 学习指定书第五章，理解内存虚拟化
  - 学习规范8.5 Two-Stage Address Translation，理解RISC-V如何支持2阶段地址转换
  - 研究kvmtool中的内存虚拟化操作
  - 研究Linux kvm中RISC-V内存虚拟化的实现
    - 文件：arch/riscv/kvm/mmu.c, arch/riscv/kvm/tlb.c
- 中断虚拟化在RISC-V的实现
  - 学习指定书第五章，理解中断虚拟化
  - 学习规范8.4 Machine-Level CSRs和8.6 Traps，理解RISC-V如何中断虚拟化
  - 研究kvmtool中的中断注入的操作
  - 研究Linux kvm中RISC-V中断虚拟化的实现
    - 文件：arch/riscv/kvm/vcpu.c, arch/riscv/kvm/vcpu_exit.c
- timer虚拟化在RISC-V的实现
  - 研究Linux kvm中RISC-V timer虚拟化的实现
    - 文件：arch/riscv/kvm/vcpu_timer.c
- MMIO虚拟化在RISC-V的实现
  - 研究Linux kvm中MMIO虚拟化的实现
    - 文件：arch/riscv/kvm/vcpu.c, arch/riscv/kvm/vcpu_exit.c
  - 使用kvmtool跑基于virtio net/virtio block的Guest os的实例

参考书籍：
- 《QEMU/KVM 源码解析与应用》

参考资料：
- 万字剖析 Armv8 架构虚拟化: https://mp.weixin.qq.com/s/Em2AdwItVzfLXxmFeeZIzw
- KVM 虚拟化详解: https://zhuanlan.zhihu.com/p/105499858
- KVM的内存虚拟化: https://zhuanlan.zhihu.com/p/73721187

相关的开源软件仓库列表：
* Cloud Lab: https://gitee.com/tinylab/cloud-lab
* Linux Lab: https://gitee.com/tinylab/linux-lab
* RISC-V Linux: https://gitee.com/tinylab/riscv-linux
* RISC-V KVM Howto: https://github.com/kvm-riscv/howto/wiki
* Spike RISC-V ISA Simulator: https://github.com/riscv-software-src/riscv-isa-sim
* kvmtools: https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/will/kvmtool.git

泰晓科技/RISCV-Linux

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