1 概述

Jailhouse是一个基于Linux的分区虚拟机管理器，一旦激活就完全控制硬件。Jailhouse使用被称为cell的方式来配置CPU等硬件的虚拟化特性，cell是系统硬件资源的描述，使用C语言语法来描述。Cell分为root cell和non-root cell，root cell接管系统硬件资源，只有一个；non-root cell可以有多个，并且从root cell中获取系统资源，可独占或与root cell共享。

Jailhouse编译完成后，生成文件分为三部分：第一部分，Jailhouse驱动和hypervisor固件，这部分提供用户态接口并初始化hypervisor；第二部分，cell和guest镜像，cell是镜像运行所需的系统资源的描述；guest镜像运行在cell之上，包括裸机，RTOS和Linux内核镜像等；第三部分，用户态工具，通过这些工具加载cell，运行镜像，查看Jailhouse状态等。

2 编译

在x86环境下编译Jailhouse,需配置好如下aarch64交叉编译环境，编译python脚本需要python-pip和python-mako软件包，需要注意交叉编译环境和目标机环境的python版本应保持一致：

$ export PATH=/opt/gcc-linaro-7.5.0-2019.12-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin:$PATH
$ export ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-

之后通过环境变量KDIR指定到内核源码树目录，DESTDIR指定编译安装目录，最后使用make install命令编译安装,本例将安装目录定义在用户目录下，~/jailhouse-bin目录：

$ make DESTDIR=~/jailhouse-bin KDIR=~/linux_dir install

$ cp -r ~/jailhouse-bin/* /
$ cp -r ~/jailhouse-bin/home/<user>/.local/usr/local/lib/* /usr/local/lib

编译后的cell文件在jailhouse code的configs/arm64目录下，裸机程序在jailhousecode的inmates/demos/arm64目录下。

3 运行

目前在飞腾FT2000/4上可运行如下示例，测试内核版本为4.19，根文件系统为Ubuntu 18.04。如有需要，可联系飞腾嵌入式软件部获取。

3.1 设备树保留内存节点

Jailhouse需要保留部分内存空间，在设备树中添加如下节点，保留从0xb0000000开始的256M内存，需要注意这部分内存应与root cell配置文件中的基地址保持一致。

reserved-memory {
    #address-cells = <0x00000002>;
    #size-cells = <0x00000002>;
    ranges;
    reserved@b0000000 {
        reg = <0x00000000 0xb0000000 0x00000000 0x10000000>;
        no-map;
    };
};

3.2 裸机程序

首先加载jailhouse驱动模块，再加载root cell和non-root cell，在FT2000/4板卡上，ft2004.cell为root cell，主要接管整个系统，ft2004-inmate-demo.cell为non-root cell，从root cell中获取一部分系统资源（共享或者独占），分配给后续加载的裸机程序；最后加载并运行的裸机程序，命令序列和运行效果如下图所示。

# modprobe jailhouse;
# jailhouse enable ft2004.cell;
# jailhouse cell create ft2004-inmate-demo.cell;
# jailhouse cell load 1 uart-demo.bin;
# jailhouse cell start 1;

3.3 RTOS

RTOS的运行需要根据系统特性来适配，目前已经可以运行FreeRTOS和VxWorks，运行32位和64位的系统需要使用不同的inmate文件，32位VxWorks运行序列和效果如下图所示：

# modprobe jailhouse;
# jailhouse enable ft2004.cell;
# jailhouse cell create ft2004-inmate-rtos32.cell;
# jailhouse cell load 1 vxWorks32.bin --address 0x80100000;
# jailhouse cell start 1;

64位FreeRTOS运行序列和效果如下所示：

# modprobe jailhouse;
# jailhouse enable ft2004.cell;
# jailhouse cell create ft2004-inmate-rtos64.cell;
# jailhouse cell load 1 freertos64.bin --address 0x80100000;
# jailhouse cell start 1;

3.4 Linux

运行non-root Linux除加载Jailhouse驱动和root cell外，还需要提供内核镜像，设备树和根文件系统（目前为Ramdisk），还需要设定合适的启动参数，命令序列和运行效果如下图所示。

# modprobe jailhouse
# jailhouse enable ft2004.cell
# jailhouse cell linux -i initrd.ext2 -d ft2004.dtb ft2004-linux-demo.cell /boot/Image -c "console=ttyAMA0,115200 root=/dev/ram0  ramdisk_size=0x1000000"

4 Non-root linux实时性测试

测试使用了stress和while循环脚本（均运行四个进程）来增加系统负载，命令如下：

$ stress -c 4

$ while true;  do
  ifconfig lo up;
done &

通过cyclictest观察内核实时性，命令如下，主要查看各个测量进程的最大，最小和平均延时，单位为微秒：

$ cyclictest -p 80 -t 5 -n

Jailhouse non-root Linux普通内核测试结果:

T: 0 ( 6342) P:80 I:1000 C: 328710 Min:      4 Act:    5 Avg:    5 Max:    5822
T: 1 ( 6343) P:80 I:1500 C: 219140 Min:      3 Act:    4 Avg:    5 Max:    5712
T: 2 ( 6344) P:80 I:2000 C: 164355 Min:      4 Act:    9 Avg:    6 Max:    4840
T: 3 ( 6345) P:80 I:2500 C: 131484 Min:      3 Act:    4 Avg:    6 Max:    4059
T: 4 ( 6346) P:80 I:3000 C: 109570 Min:      4 Act:    5 Avg:    6 Max:      22

Jailhouse non-root Linux实时内核测试结果:

T: 0 ( 4094) P:80 I:1000 C:1597867 Min:      4 Act:    5 Avg:    6 Max:      29
T: 1 ( 4095) P:80 I:1500 C:1065250 Min:      4 Act:   10 Avg:    7 Max:      44
T: 2 ( 4096) P:80 I:2000 C: 798937 Min:      4 Act:    5 Avg:    5 Max:      40
T: 3 ( 4097) P:80 I:2500 C: 639150 Min:      4 Act:   10 Avg:    7 Max:      24
T: 4 ( 4098) P:80 I:3000 C: 532625 Min:      4 Act:    7 Avg:    6 Max:      22

KVM实时内核测试结果：

T: 0 ( 3425) P:80 I:1000 C: 815342 Min:      3 Act:   16 Avg:   14 Max:    7383
T: 1 ( 3426) P:80 I:1500 C: 543579 Min:      6 Act:   11 Avg:   14 Max:   19236
T: 2 ( 3427) P:80 I:2000 C: 407689 Min:      5 Act:   20 Avg:   14 Max:   18739
T: 3 ( 3428) P:80 I:2500 C: 326166 Min:      6 Act:   10 Avg:   11 Max:    8051
T: 4 ( 3429) P:80 I:3000 C: 271803 Min:      6 Act:    9 Avg:   11 Max:   17478

根据上面的测试结果可知：相比KVM虚拟化，Jailhouse虚拟化的实时性更好。

5 其他

如有需要，可联系飞腾嵌入式软件部,联系邮箱：

lizongjun@phytium.com.cn
shixiaofeng@phytium.com.cn

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1 概述

2 编译

3 运行

3.1 设备树保留内存节点

3.2 裸机程序

3.3 RTOS

3.4 Linux

4 Non-root linux实时性测试

5 其他

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