feat: Enhance SVM support and improve PIT handling for Linux guests

[Josen-B]

背景

本 PR 为 AxVisor 的 SVM 后端补充最小化 x86_64 Linux guest 启动支持，使 AMD/SVM 环境下可以通过 QEMU smoke test 启动 Linux rootfs，并完成基础串口交互验证。

此前 SVM 路径主要覆盖较简单的 guest 场景，Linux 启动过程中会依赖更完整的 x86 平台行为，例如 PIT 定时器、外部中断重注入、部分 CPUID/CR4 能力裁剪、RDTSC 处理以及基础 MMIO/PIO 设备访问。本 PR 以“先支持最小 Linux guest 稳定启动”为目标补齐这些能力。

修改内容

1. 新增 SVM Linux guest 配置与测试入口

• 添加 linux-x86_64-qemu-smp1-svm.toml，使用 Linux direct boot 方式从 fs 加载 kernel。
• 调整 SVM QEMU smoke test，使其启动 Linux guest，并通过串口执行简单命令验证 guest 已进入用户态。
• 当前配置保持单 vCPU，目标是先覆盖最小 Linux 启动路径。

2. 补齐 SVM Linux 启动所需的 VM-exit 处理

• 增加 SVM 外部事件队列和中断重注入逻辑。
• 支持 PIT/serial 等设备产生的中断注入。
• 处理 HLT、PAUSE、INTR 等 VM-exit，将其作为 VMM 检查 timer/IRQ 的调度点。
• 补充部分 MSR、I/O port、x2APIC 访问处理，使 Linux boot path 可以继续推进。

3. 改进 PIT 设备模型

• 支持更多 PIT channel mode。
• 增加 count/status latch 和 read-back command 处理。
• 改进 channel output/current count 计算，使 Linux 使用 PIT 进行 early timer 初始化时可以得到更合理的行为。

4. 调整 SVM CPUID、CR4 与 xstate 暴露策略

• 对 Linux 当前启动路径不需要、且 SVM 后端尚未完整支持的特性进行裁剪。
• 避免向 guest 暴露 VMX、PCID、TSC deadline、部分 CR4 相关能力等不匹配的 host feature。
• 对 guest CR4 写入做最小过滤，避免 Linux 根据 host CPUID 开启当前 SVM 模型尚未支持的控制位。

5. 改进 TSC 相关处理

• 补充 SVM RDTSC 处理，结合 VMCB tsc_offset 向 guest 返回时间戳。
• 使 Linux guest 在当前最小平台模型下可以完成启动和基础交互。

当前方式

本 PR 不是完整 PC 平台模拟，而是面向 Linux direct boot 的最小 SVM guest 支持：

• 使用 Linux boot protocol 直接加载 kernel。
• 使用 virtio-blk 作为根文件系统设备。
• 使用 emulated serial、PIT、IOAPIC/vLAPIC 路径满足 early boot 和基础 shell 交互。
• 通过 CPUID/CR4 裁剪避免 Linux 进入当前 SVM 后端尚未完整实现的高级特性路径。

局限性

• 当前仅覆盖单 vCPU Linux guest。
• 仍不是完整 APIC/ACPI/PCI 平台模型。
• 部分 kernel cmdline 仍用于限制 Linux 进入未支持路径，例如 MSI、x2APIC、部分默认设备初始化等。
• SVM smoke test 需要 AMD/SVM 环境，本地 Intel 机器无法实际运行该测试，只能做构建和静态检查。
• TSC/timer 支持仍是最小化实现，后续需要进一步收敛 clocksource 和 timer 行为。

后续工作

• 继续完善 SVM 下的 timer/clocksource 支持，减少 guest cmdline workaround。
• 收敛 x86 设备拓扑，避免暴露 Linux 当前不需要的默认硬件。
• 改进 SVM 中断注入状态机，并补充更多单元测试。
• 逐步完善 APIC/x2APIC、PCI routing、MSI/MSI-X 等能力。
• 在 AMD CI 环境中扩大 Linux guest smoke 覆盖范围。

[Josen-B]

与 VMX Linux 支持的异同

相同点

• 都采用 Linux direct boot 方式启动 x86_64 Linux guest，而不是 BIOS/UEFI 启动。
• 都以单 vCPU、最小 Linux rootfs、串口 shell 作为当前验证目标。
• 都依赖基础 x86 平台设备模型，包括 serial、PIT、IOAPIC/vLAPIC 和 virtio-blk。
• 都会对 guest 暴露的 CPUID/控制寄存器能力做裁剪，避免 Linux 进入当前 hypervisor 尚未完整支持的路径。
• 都通过 QEMU smoke test 验证 Linux 能启动到用户态并执行简单命令。
• 当前都还不是完整 PC 平台模拟，后续仍需要继续完善 timer、IRQ routing、PCI 拓扑和更多设备模型。

不同点

• VMX 已经有较完整的 x86_64 Linux bring-up 基线；本 PR 的 SVM 支持主要是在对齐这条 Linux 启动路径。
• VMX 有 VMX preemption timer；SVM 没有完全对应的机制，因此 SVM 当前将 HLT、PAUSE、INTR 等 VM-exit 作为 VMM 检查 timer/IRQ 的调度点。
• SVM 需要单独处理 VMCB 中的 virtual interrupt delivery、event injection、tsc_offset 等状态。
• SVM 的 CPUID/CR4 裁剪策略与 VMX 不完全相同，需要避免暴露 VMX、PCID、TSC deadline 等当前 SVM 后端不匹配的能力。
• SVM 当前对 Linux 所需的 NPT MMIO decode、PIT 行为、RDTSC 处理仍处于最小支持阶段，后续还需要继续和 VMX 路径收敛。

[mai-team-app]

PR Review: Enhance SVM support and improve PIT handling for Linux guests

总体评价

本 PR 为 AxVisor 的 SVM 后端补充了最小化 x86_64 Linux guest 启动支持，改动量 +972/-74，覆盖 7 个文件。整体代码质量好，提交历史清晰（5 个 commit，关注点分离合理），PR 描述详尽，局限性说明充分。代码风格与 VMX 路径保持一致。

变更分析

1. virtualization/x86_vcpu/src/svm/vcpu.rs (核心，+665/-34)：

   • 新增 pending events 队列和中断注入状态机，设计合理
   • CPUID 裁剪与 VMX 路径对齐，正确隐藏 VMX/PCID/TSC-DEADLINE 等不支持特性
   • CR4 过滤（SVM_UNSUPPORTED_GUEST_CR4）防止 guest 启用当前 SVM 模型不支持的控制位
   • decode_npt_mmio_access 实现了 APIC/IOAPIC MMIO 的软件解码，支持 MOV r/m 和 MOV imm 两种基本模式
   • RDTSC 处理正确使用 VMCB tsc_offset，XSETBV 处理了 XCR0 校验逻辑
   • HLT/PAUSE/INTR 均作为 VMM 轮询点，与 SVM 无 preemption timer 的特性匹配

2. virtualization/x86_vlapic/src/pit.rs (+240)：

   • 补齐了所有 6 种 PIT channel mode
   • 增加 status latch、read-back command、count latch
   • consume_irq0_if_due 中的 deadline 推进逻辑正确处理了长时间暂停场景

3. 配置与测试：

   • 新增 linux-x86_64-qemu-smp1-svm.toml，cmdline 中合理禁用了 acpi/x2APIC/MSI 等未完善路径
   • Smoke test 从 nimbus hello_world 切换为 Linux shell `pwd && echo 'guest linux test pass!'
   • QEMU 参数优化（关闭 sata/smbus/i8042/usb 等不必要设备）减少干扰

代码质量亮点

• has_pending_external_event 去重逻辑避免同一 vector 重复入队
• arm_virtual_interrupt 正确设置 V_IRQ/IGN_TPR/V_INTR_MASKING/priority
• reinject_interrupted_event 处理了 SVM exit_int_info 到 event_inj 的重注入
• setup_io_bitmap 根据 config.emulate_com1 条件截取 COM1 端口，与 VMX 一致

注意事项（非阻塞）

1. MMIO 解码覆盖有限：decode_npt_mmio_access 仅处理 0x89(MOV r→m)、0xC7(MOV imm→m)、0x8B(MOV m→r)。Linux 内核在某些 APIC 访问路径可能使用 MOVZX/MOVSX 等指令，如遇到 NPF 风暴可后续扩展。

2. V_INTR_MASKING 初始化变化：原代码在 setup_vmcb_control 中始终设置 V_INTR_MASKING；新代码改为在首次 arm_virtual_interrupt 时设置。首次 VMRUN 前 IF 屏蔽未生效，但此时无待注入中断，实际无影响。硬件在中断投递后保留 V_INTR_MASKING，后续行为等价。

3. SVM smoke 测试环境要求：PR 明确说明该测试仅能在 AMD/SVM 硬件上运行，Intel 环境无法验证。建议后续补充 AMD CI 配置。

关于 apps 测试

本 PR 未新增 Starry apps 测试，仅修改了 axvisor SVM 测试配置。不需要在 QEMU 中运行 Starry 验证 app。

结论

代码结构清晰、防御性措施充分、文档完整。PIT 改进和 SVM 中断注入状态机为后续 Linux guest 支持打下良好基础。Approve。

Powered by mimo-v2.5-pro

[mai-team-app]

PR Review: Enhance SVM support and improve PIT handling for Linux guests

变更概述

本 PR 为 AxVisor 的 SVM 后端补充最小化 x86_64 Linux guest 启动支持（+974/-74，7 个文件，6 个 commit）。主要修改：

1. SVM vcpu.rs (+665/-34)：新增 pending events 队列和中断注入状态机；CPUID 裁剪对齐 VMX 路径；CR4 过滤（SVM_UNSUPPORTED_GUEST_CR4）；NPT MMIO 软件解码（APIC/IOAPIC）；RDTSC/XSETBV 处理；HLT/PAUSE/INTR 作为 VMM 轮询点。
2. PIT pit.rs (+242)：补齐所有 6 种 channel mode、status latch（含防重复覆盖 guard）、count latch、read-back command。
3. 配置与测试：新增 linux-x86_64-qemu-smp1-svm.toml，SVM smoke test 从 nimbus hello_world 切换为 Linux shell 验证。
4. vcpus.rs (+1)：PreemptionTimer 回调中增加 timer::check_events() 调用。

实现逻辑分析

• 中断注入状态机：queue_event / inject_pending_events / arm_virtual_interrupt / reinject_interrupted_event 形成完整的 SVM 中断生命周期管理。has_pending_external_event 去重逻辑避免同一 vector 重复入队。arm_virtual_interrupt 正确设置 V_IRQ/IGN_TPR/V_INTR_MASKING/priority，与 AMD APM 一致。
• CPUID 裁剪：隐藏 VMX/PCID/TSC-DEADLINE/FSGSBASE/SMEP/SMAP/UMIP/LA57/PKS/CET 等当前 SVM 模型不支持的特性，与 VMX 路径策略对齐。CPUID 0xb/0x1f 返回全零，避免 guest 探测 topology 子叶。
• CR4 过滤：handle_cr_write(4) 中 val & !SVM_UNSUPPORTED_GUEST_CR4 防止 guest 启用不支持的 CR4 位，配合 CPUID 裁剪保持一致。
• MMIO 解码：decode_npt_mmio_access 仅处理 0x89(MOV r→m)、0xC7(MOV imm→m)、0x8B(MOV m→r) 三种基本指令模式，覆盖 Linux early boot 路径中最常见的 APIC 访问模式。代码正确处理了 REX prefix、ModRM、SIB 寻址。
• PIT 改进：latch_status 已修复为检查 is_none() 后才覆盖（commit a78bc87），符合 8254 status latch 语义。output_high() 按 mode 实现，consume_irq0_if_due 正确处理周期性 deadline 推进。

本地验证

• cargo fmt --check：✅ 通过
• 格式检查无异常
• SVM smoke test 需要 AMD/SVM 硬件环境，当前 Intel 容器无法实际运行（PR 已明确说明此限制）
• 本 PR 未新增 Starry apps 测试，仅修改 axvisor SVM 测试配置，不需要在 QEMU 中运行 Starry 验证 app

CI 状态

所有 GitHub Actions 检查均为 skipped 状态。这是因为 SVM smoke test 需要 AMD/KVM 硬件环境，当前 CI runner 无法满足。PR 描述中已明确说明此局限性。这不是阻塞问题，但建议后续补充 AMD CI runner 配置以覆盖 SVM 路径的实际执行验证。

重复/重叠分析

已检查当前所有 open PR（#1006 llama.cpp、#760 UEFI guest、#996 PREV_TASK 优化、#981 namespace、#886 eBPF、#1010 seccomp 等），无与本 PR 重叠的功能。SVM Linux guest 支持在 base branch 和 open PR 中均无重复实现。本 PR 是对 VMX Linux 支持的 SVM 对等实现，两者互补不冲突。

已解决的 Review 问题

Ivans-11 提出的 latch_status() 无条件覆盖 latched_status 问题已在 commit a78bc87 中修复，改为 if self.latched_status.is_none() 守卫。Josen-B 确认并实现了修复。

非阻塞观察

1. MMIO 解码覆盖有限：仅处理 3 种 MOV 指令。如 Linux 后续路径使用 MOVZX/MOVSX 等指令访问 APIC，可能触发 NPF 风暴。PR 已说明后续可扩展。
2. V_INTR_MASKING 初始化位置变化：从 setup_vmcb_control 移至首次 arm_virtual_interrupt。首次 VMRUN 前 IF 屏蔽未生效，但此时无待注入中断，实际无影响。
3. SVM smoke test 仅能构建验证：建议后续配置 AMD CI runner 覆盖实际运行。

结论

代码结构清晰、防御性措施充分、文档完整。中断注入状态机设计合理，PIT 改进符合 8254 语义，CPUID/CR4 裁剪保守且一致。Ivans-11 的 review 意见已在最新 commit 中修复。无阻塞问题。Approve。

Powered by mimo-v2.5-pro