X86 可以虚拟化并运行Linux内核的最简单架构

我受到了Fabrice Bellard实现的启发，我想尝试编写能够运行Linux内核的最简单的虚拟机。这是一项纯粹的教育工作，除了理解和分享使之成为可能的代码之外，没有其他目的

浏览了一遍之后，我怀疑我可能会陷入困境，试图编写一个能够模拟完整x86指令集的虚拟机。相反，我正在寻找一个更简单的架构，我可以尝试模仿

我已经通读了关于如何模拟x86体系结构的内容，答案建议从更简单的东西开始，比如ARM体系结构。我的问题更具体：我可以尝试模拟的最简单的架构是什么，它将能够运行Linux内核？

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我感兴趣的是完全模拟整个机器，而不是简单地将指令传递回主机（例如，如果我正在编写x86仿真器，这是可能的）。我有相当数量的16位汇编知识，以及一些操作系统理论背景，所以这应该是足够的工作范围内

Linux内核支持的体系结构列表：

“最简单的可能”有些主观，但以下是我认为不太复杂的列表：

• MIPS
• H8（μClinux）
• 68k/冷铁（μClinux）

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您可以看看microBlaze，一种专为在FPGA上高效实现而设计的处理器。 它只有两种指令格式和32个主操作码值

Xilinx对其FPGA产品线进行了定义和支持。参考文件位于：

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从易于实现的角度来看，可能最简单的架构。由于您正在构建一个完全模拟机器的仿真器，因此无论哪一个具有最简单的指令集设计/体系结构，都是合适的。RISC架构无疑更好。但是选择一个没有被广泛使用的架构也是不好的，如果您需要支持，很少有人能够帮助您。编写模拟器绝非易事。我想说，要么选择ARM，要么选择MIPS，两者都很流行：

您还必须知道，Fabrice Bellard的javascript虚拟机使用32位x86兼容CPU，这是Linux本机支持的。您必须自己为ARM或MIPS移植linux内核（使用工具链）。请参阅有关如何使用linux内核的链接

对于MIPS：

对于ARM：

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正如我在评论中所说，我将平衡三个方面：

• 简单的指令集（很少的指令格式，很少的操作码：任何与x86不同的东西）
• 文件：广泛提供。这意味着可能会放弃一些简单的体系结构，将精力集中在广泛支持的体系结构上（例如，x86在这里获胜，但您也可以从学术界找到很多关于RISC的资料，尤其是MIPS）。或者去买开放的东西，比如
• 在“内核模式”下易于使用。在特权、内核模式中，有一个全新的寄存器、指令和内部的世界需要考虑。不要忘记处理器也有总线，简单的处理器可能有非常复杂的总线！你也需要效仿。或者，如果你对它感到满意，你可以选择它

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最后，我想提出一些“古老”的建议：相当简单，特别是在特权模式下，经过充分研究和记录。例如，原始的MIPS、摩托罗拉68k系列或接近原始RISC（）的产品，如果有Linux版本的话

（+1）您需要一个用于该体系结构的gcc后端，对吗？由于Linux主要是C，我想你也在问gcc可以支持的最简单的后端是什么。你可以模拟一个Atmega micro并运行这个：但这可能是一个级别的模拟太远了：）也可以研究QEMU（），谁知道你最终可能会创建一个新的模拟架构。

ARM

有一个简单的指令集。然而，更难实现

虚拟化的部分将是MMU。您可以不使用MMU进行配置，也可以使用准虚拟化Linux。如果您使用的是普通Linux，则需要模拟许多ARM
协处理器
寄存器。除了指令集之外，还需要考虑其他方面：特殊寄存器、MMU、TLB，以及通常在用户模式下看不到的所有内容，但您可以（并且将）在内核模式下使用RISC和RISC。例如，PowerPC是“RISC”，但其指令集远未“缩减”。ARM的指令集现在也相当复杂，但MIPS仍然相当简单。+1用于在简单性和可用资源之间取得平衡。但除了指令集，还有另一个方面需要考虑：特殊寄存器、MMU、TLB，以及通常在用户模式下看不到的所有内容，但您可以（并且将）在内核模式下使用为什么需要模拟总线？这对内核来说肯定是透明的吗？@RichardKeller有些部分是透明的，有些部分不是。内核还需要处理I/O，这意味着，例如，与可编程中断控制器交互，直接I/O和/或DMA。。。