news 2026/5/21 7:05:16

[qemu+kvm]: trap 寄存器脱敏优化方法

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张小明

前端开发工程师

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文章封面图
[qemu+kvm]: trap 寄存器脱敏优化方法
  1. 敏感寄存器优化:
  • SYS_ICC_SGI1R_EL1
  1. 结论:无法脱敏
  2. 原因:在VHE下,对icc_sgixr的访问需要trap; 而且gicv4.1,guest需要写icc_sgixr trap到hypervisor,hypervisor通过写GITS_SGIR,触发vsgi。
  3. 优化方法:既然无法脱敏,只能减少ipi.
    修改trace ,打印guest出写入sgi1r的值,发现ipi 0、 ipi 1、 ipi 5 trap次数比较多

    IPI0: Rescheduling interrupts
    IPI1:Function call interrupts
    IPI5:IRQ work interrupts
    ipi0和ipi5 通过给guest隔离核心可以减少ipi,ipi1 需要继续抓:通过抓smp func的入口获取。


发现当guest cpu隔离后, host主要收到的ipi 1 的func是sched_ttwu_pending
使能event后,可以抓某一个cpu的event

cat per_cpu/cpu1/trace_pipe>/tmp/log&

目前已经抓的event:

查看cpu都发什么ipi:events/kvm/kvm_handle_sys_reg/查看cpu上收到了那些ipi func events/csd/csd_function_entry/查看cpu都发了哪些ipi func events/ipi/ipi_send_cpu/

guest kernel 添加启动参数:isolcpus=domain,managed_irq,1-3 nohz_full=1-3 rcu_nocbs=1-3
同时在host进行棒核:qemu-affinity pid -k 1 2 3 4 5 6 7 8, 这样ipi 1在 1-3核心上少了很多: CPU0 CPU1

CPU0 CPU1 CPU2 CPU3 CPU4 CPU5 CPU6 CPU7 IPI1:3514578437841784134994366433692538220Function call interrupts

通过抓取trace: 目前隔离收到大量ipi 1 func:do_noting 和 func: tlb_remove_table_smp_sync;
当开启cyclitest时,隔离核又发送多个ipi 0:resched_curr_lazy

  • do_noting 优化:
    经排查是:
    路径:coredump(usermode )->bpf_int_jit_compile->kick_all_cpus_sync->do_nothing
    原因:mirobot_teleoperate.service 不断crash,coredump不断调用bpf抓现场,造成频繁ipi广播。
    解决方法:systemctl disable mirobot_teleoperate.service

  • tlb_remove_table_smp_sync 优化
    原因:guest经常收到此 ipi,原因是因为当有umap 等修改页表操作发生时,需要flush tlb, 在flush tlb前,需要全局发送ipi,并等待响应。这和kernel 读取页表有关:
    当cpu0 想free 修改页表时, cpu 1 可能正在读取页表,由于kernel读取页表采用无锁机制(为了快),导致free 页表前必须发送全局ipi, 让所有core都处于local irq enable 状态,再free页表。 因为读取页表只能在local_irq_disable后读取。
    无IPI:

CPU1(gup_fast)CPU0(free pagetable)--------------------------------------local_irq_disable()read page tablefree(page_table)💥 read freed memory 💥local_irq_enable()

有IPI:

CPU1(gup_fast)CPU0------------------------------------------local_irq_disable()read page table send IPI ───────▶(blocked)read page tablelocal_irq_enable()IPI delivered ✔ IPI handler runs smp_call_function returns ✔free(page_table)

优化方法: 只能尽量减少unmap 修改页表操作。
2. guest wfi/wfe 脱敏

在wfi和wfe 不脱敏时, guest经常执行wfi陷入到kvm, 并且trap时间过长,根因是:vfio-platform 设备中断会发送kick vcpu vfio_intp_interrupt->vfio_mmap_set_enabled(unmap smmu table)->memory_region_transaction_commit->address_space_update_topology_pass(执行region_del)->MEMORY_LISTENER_CALL_GLOBAL(commit,Forward);->kvm_region_commit->need_inhibit=true->accel_ioctl_inhibit_begin->accel_has_to_wait->cpus_kick_thread(向每个vcpu发送siguser1)此时vcpu在wfi trap ,在wfi trapwhile循环里判断current是否有signal pending,如果有退出循环,进入el0,代码简单不帖了。 这样造成wfi trap进入el0,代码路径增加,trap时间增长。

wfi/wfe可脱敏:
设置hcr.twi HCR.twe ,代码:gerrit.evad.mioffice.cn

如何debug:
偶尔host隔离core后+启动nohz_full后, host无法进入nohz_full,如何debug?

  • 静态trace:cat per_cpu/cpu1/trace_pipe , 查看什么业务在core上运行,大概率是timer
  • 查看timer情况:cat /proc/timer_list, 查看对应core的active timer 是哪个,有没有tick_stop
  • 查看cfs: 打开CONFIG_SCHED_DEBUG=y,查看cat /sys/kernel/debug/sched/debug ,观察cfs rq->nr_running, 和available task list
  1. guest OS 调度优化
    guest kernel 启动参数 :isolcpus=domain,managed_irq,1-3 nohz_full=1-3 rcu_nocbs=1-3
    Host kernel 启动参数:isolcpus=domain,managed_irq,1-3 rcu_nocbs=1-3 kvm-arm.vgic_v4_enable=1 nohz_full=1-3

guest运行:

echo1>/sys/kernel/debug/tracing/events/irq/irq_handler_entry/enable echo1>/sys/kernel/debug/tracing/events/timer/hrtimer_expire_entry/enable echo1>/sys/kernel/debug/tracing/events/timer/hrtimer_expire_entry/enable echo1>/sys/kernel/debug/tracing/events/irq/irq_handler_entry/enable cyclitest-a1-i1000-p95-t1

cat per_cpu/cpu1/trace_pipe:

  1. 情况一:cpu idle 唤醒时间长:
    cyclitest 1ms触发一次,但是cpuidle唤醒要3ms:

原因:kernel enable nohz后,timer会迁移到非nohz core:

__hrtimer_start_range_ns->switch_hrtimer_base->get_target_base->切换新的timer base。将timer切换到其他core

这样导致timer中断发生在其他core,然后通过IPI 对nohz_core唤醒,这也解释了,为什么log里都是IPI唤醒cpu idle,而不是arch_timer。
解决方法:禁止timer migration
guest中设置:

echo0>/proc/sys/kernel/timer_migration

或者修改guest代码:

kernel/time/timer.c 中: timers_migration_enabled=0
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