qtest

qtest 主要是用于设备模拟的验证，所谓设备模拟，就是对于设备发送了命令，然后设备的响应应该是预期的。

基本操作

cd build
QTEST_QEMU_BINARY=./qemu-system-x86_64 ./tests/qtest/qtest-demo-test --verbose
QTEST_QEMU_BINARY=./qemu-system-x86_64 QTEST_LOG=1 ./tests/qtest/qtest-demo-test --verbose
QTEST_QEMU_BINARY=./qemu-system-x86_64 QTEST_LOG=1 ./tests/qtest/qtest-demo-test -p /x86_64/qtest-demo/basics --verbose

QTEST_QEMU_BINARY=./qemu-system-x86_64 QTEST_QEMU_IMG=./qemu-img ./tests/qtest/qos-test \
-p /x86_64/pc/i440FX-pcihost/pci-bus-pc/pci-bus/virtio-blk-pci/virtio-blk/virtio-blk-tests/basic \
      virtio-blk-tests/basic

然后会启动的内核参数为:

exec ./qemu-system-x86_64 -qtest unix:/tmp/qtest-1606169.sock -qtest-log /dev/null -chardev socket,path=/tmp/qtest-1606169.qmp,id=char0 -object monitor-qmp,id=qmp0,chardev=char0 -display none -audio none -run-with exit-with-parent=on -M pc  -device virtio-blk-pci,id=drv0,drive=drive0,addr=4.0 -drive if=none,id=drive0,file=/tmp/qtest.VH3TT3,format=raw,auto-read-only=off -drive if=none,id=drive1,file=null-co://,file.read-zeroes=on,format=raw -accel qtest

直接:

QTEST_QEMU_BINARY=./build/qemu-system-x86_64 QTEST_QEMU_IMG=./build/qemu-img gdb  \
--args ./build/tests/qtest/qos-test -p /x86_64/pc/i440FX-pcihost/pci-bus-pc/pci-bus/virtio-blk-pci/virtio-blk/virtio-blk-tests/basic

如何测试 tests/qtest/virtio-blk-test.c

qtest 协议是简单的行式请求/响应协议，例如：

writel 0xfee00000 0x1234
readl 0xfee00000
clock_step

基础设施

-accel qtest

好吧，这真的非常有想象力了，给我老 QEMU 玩家一点小小心灵震撼也让我重新梳理了一下 QEMU 的运行模型:

普通的 io 模型中:

vCPU		device simulation				physical device

写 mmio
		vCPU thread 执行模拟逻辑(没有 ioeventfd)
								提交给硬件

		main loop 中接受到 physical device
		完成任务，模拟完成剩下的逻辑

那么，vCPU 主要做 device 行为的触发

static void qtest_accel_ops_class_init(ObjectClass *oc, const void *data)
{
    AccelOpsClass *ops = ACCEL_OPS_CLASS(oc);

    ops->create_vcpu_thread = dummy_start_vcpu_thread;
    ops->get_virtual_clock = qtest_get_virtual_clock;
    ops->set_virtual_clock = qtest_set_virtual_clock;
    ops->handle_interrupt = generic_handle_interrupt;
};

-object qtest

system/qtest.c 来在 qemu 内部，负责接受
测试客户端是 tests/qtest/libqtest.c ，负责制作这样的命令
```
write <MMIO地址> <长度> <数据>
```
- libqos：像一个很小的 guest driver library，封装 PCI 枚举、virtqueue、内存分配等。
- qgraph：描述 machine、bus、device、driver 的连接关系，自动为同一设备生成多种机器配置的测试路径。

运行模型

1. 直接构造 guest 内存

tests/qtest/virtio-blk-test.c 中的 test_basic()：

分配 guest 内存
填写 VirtIOBlock 请求头
构造 descriptor chain
把 descriptor head 放进 available ring
调用 qvirtqueue_kick()

2. 模拟 vCPU 内存

qvirtqueue_kick() 写 notify 寄存器

最后执行到 tests/qtest/libqos/virtio-pci-modern.c

qpci_io_writew(…, notify_offset, vq->index);

这个写操作由 libqtest 转换成类似下面的

QEMU 收到 qtest 命令，将其传递给设备模拟:

qtest_process_command
- address_space_write
  - memory_region_dispatch_write_eventfds
    - event_notifier_set
      - AIO 主循环收到 eventfd
        
        virtio_queue_host_notifier_read
        
        virtio_queue_notify_vq
        
        vq->handle_output()

实际测试

每一个 qtest 本来是一个 process ，然后在 fork 出来 qemu ，然后和 qemu 通信:

main
- g_test_run
  - g_test_run_suite
    - g_test_run_suite_internal
      - g_test_run_suite_internal
        
        g_test_run_suite_internal
        
        test_qtest_demo

codex 提供了一个很强的技巧来调试被 fork 出来的 qemu

#!/usr/bin/env bash

set -E -e -u -o pipefail

export QTEST_QEMU_BINARY='sh -c '\''case " $* " in *" -machine none "*) exec ./build/qemu-system-x86_64 "$@" ;; *) exec gdb -q -ex "break virtio_blk_handle_vq" --args ./build/qemu-system-x86_64 "$@" ;; esac'\'' sh'
export QTEST_QEMU_IMG='./build/qemu-img'

exec ./build/tests/qtest/qos-test \
	-p '/x86_64/pc/i440FX-pcihost/pci-bus-pc/pci-bus/virtio-blk-pci/virtio-blk/virtio-blk-tests/basic'

可以观察到， qemu 中还是原来的 thread ，只是 vCPU thread 换掉了，以前 vCPU 触发的动作，现在可以让 qtest 协议通过外部来触发,

$ info threads
  Id   Target Id                                             Frame
* 1    Thread 0x7ffff4628f40 (LWP 1820374) "qemu-system-x86" virtio_blk_handle_vq (s=0x5555582bd870, vq=0x5555582f2770) at ../hw/block/virtio-blk.c:1020
  2    Thread 0x7ffff43ff6c0 (LWP 1820377) "call_rcu"        0x00007ffff7d2320d in syscall () from /nix/store/57iz36553175g3178pvxjij8z5rcsd4n-glibc-2.42-61/lib/libc.so.6
  3    Thread 0x7ffff31fc6c0 (LWP 1820378) "IO mon_iothread" 0x00007ffff7ca6922 in __syscall_cancel_arch () from /nix/store/57iz36553175g3178pvxjij8z5rcsd4n-glibc-2.42-61/lib/libc.so.6
  4    Thread 0x7ffff1f586c0 (LWP 1820379) "CPU 0/DUMMY"     0x00007ffff7ca6922 in __syscall_cancel_arch () from /nix/store/57iz36553175g3178pvxjij8z5rcsd4n-glibc-2.42-61/lib/libc.so.6
  5    Thread 0x7fffe2bff6c0 (LWP 1820380) "worker"          0x00007ffff7ca6922 in __syscall_cancel_arch () from /nix/store/57iz36553175g3178pvxjij8z5rcsd4n-glibc-2.42-61/lib/libc.so.6

main
- qemu_default_main
  - qemu_main_loop
    - main_loop_wait
      - os_host_main_loop_wait
        
        glib_pollfds_poll
        
        g_main_context_dispatch
        
        g_main_context_dispatch_unlocked
        
        tcp_chr_read
        
        qtest_process_inbuf
        
        qtest_process_command
        
        address_space_stm_internal
        
        memory_region_dispatch_write
        
        memory_region_dispatch_write_eventfds

跨架构支持

我发现其实在 x86 上也是支持运行 aarch64 的测试的，仔细想了一下，这是非常合理的:

在 x86 主机上，qemu-system-aarch64 本身是一个 x86 原生程序，而且由于 qtest 使用了自己定义的 accel engine ，连 tcg 都不需要了，所以 x86 完全可以模拟任何 aarch64 的设备行为。

参考资料

https://www.bilibili.com/video/BV1pA411A7rZ
codex

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