前回は，x86プロセッサの仮想化支援機能（Intel VT，AMD-V）について，その仕組みを紹介しました。
今回は，オープンソースの仮想マシンソフトウェアであるLinux KVMのソースコードを読み，仮想マシンソフトウェアがどのようにIntel VTやAMD-Vを利用してプロセッサを仮想化しているか，具体的に追っていきたいと思います。
Linux KVMのソースコード構成
Linux KVMは，Linux向けのカーネルモジュールとして，Linuxカーネルにマージされています。最新の開発版について興味があれば，Linux KVMの開発サイトから入手することをお勧めします。今回はLinux 2.6.38.2のソースツリーに含まれるLinux KVMのソースコードを基に解説します。
Linux KVMのソースコード ディレクトリ
Linux KVMのカーネルモジュールは，Linuxカーネルのソースコードツリーのうち，以下のディレクトリに収録されています。- virt/kvm/ ――アーキテクチャ非依存コード
- Linux KVMの実装部分のうち，APIなど，ユーザモードから見える部分については，このディレクトリ以下に収録されています。たとえば，/dev/kvmデバイスのインターフェース実装などが含まれます。
- arch/*/kvm/ ――各アーキテクチャ向けコード
-
仮想マシン機能を実現するために，x86などの各アーキテクチャによって実装が異なるハードウェア固有部分は，こちらのディレクトリ以下に，各アーキテクチャごとに収録されています。たとえばx86プロセッサ向けのコードはarch/x86/kvm/に見つかります。
Linux KVMはおもにx86で利用できますが，実際にはその他のアーキテクチャにも対応しています。現時点でLinux KVMがポートされているアーキテクチャについて整理すると，下記のとおりとなっています。
- x86（x86アーキテクチャ 32ビット, 64ビット）
- ia64（IA-64アーキテクチャ)
- s390（S/390アーキテクチャ)
- ppc（Power PCアーキテクチャ)
x86プロセッサ向け仮想化支援機能の抽象化
x86プロセッサに限って，ハードウェア固有部分には，さらにもうひとつのレイヤが存在します。これまで紹介してきたように，Linux KVMはIntel VT，およびAMD-Vの両方に対応しています。しかし両者には実装上の互換性がないため，別々に対応しなければなりません。
このため，Intel VT搭載機向けのコード，AMD-V搭載機向けのコードは別々のソースファイルに分離されています。そして，コンパイル時には，それぞれのソースファイルからkvm-intel.koおよびkvm-amd.koと2つカーネルモジュールが作られます。Linux KVMのロード時には，Linux KVM本体（kvm.ko）に加え，プロセッサの種別からkvm-intel.koもしくはkvm-amd.koのどちらかが併せてロードされる仕組みとなっています。
もっとも，Intel VTとAMD-Vの間で互換性がないといっても，これらのコードの目的はどちらも“x86プロセッサの仮想化”です。このため，実際には“どちらにも通用するコード”が存在し，この部分が切り出されたのがx86.cです。各仮想化支援機能は，x86.cはvmx.cやsvm.cのアダプタとしての役割を持っています。もし，将来，x86プロセッサ向けの新しいプロセッサ仮想化手法が登場した暁には，このインターフェースを踏襲する形で，ソースファイルの追加によっての対応も可能でしょう。
| ソースコード | 説明 |
|---|---|
| x86.c | x86アーキテクチャサポート(Intel VT/AMD-V対応) |
| vmx.c | Intel VTサポート |
| svm.c | AMD-Vサポート |
Linux KVMからのIntel VTの利用
では，Linux KVMカーネルモジュールが具体的にどのような処理を行っているのか，vmx.cの内容を読んでいきましょう。
VMCSの生成
Intel VT-xでは，論理プロセッサを実行するためにVMCSが必要です。Linux KVMは，仮想マシンに対してvcpu（仮想CPU）が作成されたタイミングで，システムメモリ上にVMCS領域を生成します。仮想マシンが2つの vcpuを持つ場合，vcpuごとに1つ，合計2つのVMCSが生成されます。プロセス，仮想マシン，プロセッサの数を図で表すと図1のような関係になります。
図1 Linux KVMにおけるインスタンス，VMCSの数量関係
VMCSは，システムメモリ上のページから割り当てて使います。ページとは，プロセッサが管理するメモリ空間の単位で，x86プロセッサの場合は4KBである場合が殆どです。Linux KVMは，Linuxカーネル本体のメモリ管理ルーチンよりシステムメモリの割り当てを受け，VMCSとして内容を初期化します。
arch/x86/kvm/vmx.c
1569 static struct vmcs *alloc_vmcs_cpu(int cpu)
1570 {
1571 int node = cpu_to_node(cpu);
1572 struct page *pages;
1573 struct vmcs *vmcs;
1574
1575 pages = alloc_pages_exact_node(node, GFP_KERNEL, vmcs_config.order);
1576 if (!pages)
1577 return NULL;
1578 vmcs = page_address(pages);
1579 memset(vmcs, 0, vmcs_config.size);
1580 vmcs->revision_id = vmcs_config.revision_id; /* vmcs revision id */
1581 return vmcs;
1582 }さらに，作成されたVMCSは必要に応じてレジスタの初期値などが設定されます。また，ファイルとして保存されていた仮想マシンを復元する場合，マイグレーション機能により別の環境から移ってきた仮想マシンの場合は，その論理プロセッサの状態を復元する必要もあるでしょう。
