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  • Committer: Bazaar Package Importer
  • Author(s): Serge Hallyn
  • Date: 2011-10-19 10:44:56 UTC
  • Revision ID: james.westby@ubuntu.com-20111019104456-xgvskumk3sxi97f4
Tags: upstream-0.15.0+noroms
ImportĀ upstreamĀ versionĀ 0.15.0+noroms

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Lines of Context:
 
1
= Migration =
 
2
 
 
3
QEMU has code to load/save the state of the guest that it is running.
 
4
These are two complementary operations.  Saving the state just does
 
5
that, saves the state for each device that the guest is running.
 
6
Restoring a guest is just the opposite operation: we need to load the
 
7
state of each device.
 
8
 
 
9
For this to work, QEMU has to be launched with the same arguments the
 
10
two times.  I.e. it can only restore the state in one guest that has
 
11
the same devices that the one it was saved (this last requirement can
 
12
be relaxed a bit, but for now we can consider that configuration has
 
13
to be exactly the same).
 
14
 
 
15
Once that we are able to save/restore a guest, a new functionality is
 
16
requested: migration.  This means that QEMU is able to start in one
 
17
machine and being "migrated" to another machine.  I.e. being moved to
 
18
another machine.
 
19
 
 
20
Next was the "live migration" functionality.  This is important
 
21
because some guests run with a lot of state (specially RAM), and it
 
22
can take a while to move all state from one machine to another.  Live
 
23
migration allows the guest to continue running while the state is
 
24
transferred.  Only while the last part of the state is transferred has
 
25
the guest to be stopped.  Typically the time that the guest is
 
26
unresponsive during live migration is the low hundred of milliseconds
 
27
(notice that this depends on a lot of things).
 
28
 
 
29
=== Types of migration ===
 
30
 
 
31
Now that we have talked about live migration, there are several ways
 
32
to do migration:
 
33
 
 
34
- tcp migration: do the migration using tcp sockets
 
35
- unix migration: do the migration using unix sockets
 
36
- exec migration: do the migration using the stdin/stdout through a process.
 
37
- fd migration: do the migration using an file descriptor that is
 
38
  passed to QEMU.  QEMU doesn't care how this file descriptor is opened.
 
39
 
 
40
All these four migration protocols use the same infrastructure to
 
41
save/restore state devices.  This infrastructure is shared with the
 
42
savevm/loadvm functionality.
 
43
 
 
44
=== State Live Migration ==
 
45
 
 
46
This is used for RAM and block devices.  It is not yet ported to vmstate.
 
47
<Fill more information here>
 
48
 
 
49
=== What is the common infrastructure ===
 
50
 
 
51
QEMU uses a QEMUFile abstraction to be able to do migration.  Any type
 
52
of migration that wants to use QEMU infrastructure has to create a
 
53
QEMUFile with:
 
54
 
 
55
QEMUFile *qemu_fopen_ops(void *opaque,
 
56
                         QEMUFilePutBufferFunc *put_buffer,
 
57
                         QEMUFileGetBufferFunc *get_buffer,
 
58
                         QEMUFileCloseFunc *close,
 
59
                         QEMUFileRateLimit *rate_limit,
 
60
                         QEMUFileSetRateLimit *set_rate_limit,
 
61
                         QEMUFileGetRateLimit *get_rate_limit);
 
62
 
 
63
The functions have the following functionality:
 
64
 
 
65
This function writes a chunk of data to a file at the given position.
 
66
The pos argument can be ignored if the file is only used for
 
67
streaming.  The handler should try to write all of the data it can.
 
68
 
 
69
typedef int (QEMUFilePutBufferFunc)(void *opaque, const uint8_t *buf,
 
70
                                    int64_t pos, int size);
 
71
 
 
72
Read a chunk of data from a file at the given position.  The pos argument
 
73
can be ignored if the file is only be used for streaming.  The number of
 
74
bytes actually read should be returned.
 
75
 
 
76
typedef int (QEMUFileGetBufferFunc)(void *opaque, uint8_t *buf,
 
77
                                    int64_t pos, int size);
 
78
 
 
79
Close a file and return an error code.
 
80
 
 
81
typedef int (QEMUFileCloseFunc)(void *opaque);
 
82
 
 
83
Called to determine if the file has exceeded its bandwidth allocation.  The
 
84
bandwidth capping is a soft limit, not a hard limit.
 
85
 
 
86
typedef int (QEMUFileRateLimit)(void *opaque);
 
87
 
 
88
Called to change the current bandwidth allocation. This function must return
 
89
the new actual bandwidth. It should be new_rate if everything goes OK, and
 
90
the old rate otherwise.
 
91
 
 
92
typedef size_t (QEMUFileSetRateLimit)(void *opaque, size_t new_rate);
 
93
typedef size_t (QEMUFileGetRateLimit)(void *opaque);
 
94
 
 
95
You can use any internal state that you need using the opaque void *
 
96
pointer that is passed to all functions.
 
97
 
 
98
The rate limiting functions are used to limit the bandwidth used by
 
99
QEMU migration.
 
100
 
 
101
The important functions for us are put_buffer()/get_buffer() that
 
102
allow to write/read a buffer into the QEMUFile.
 
103
 
 
104
=== How to save the state of one device ==
 
105
 
 
106
The state of a device is saved using intermediate buffers.  There are
 
107
some helper functions to assist this saving.
 
108
 
 
109
There is a new concept that we have to explain here: device state
 
110
version.  When we migrate a device, we save/load the state as a series
 
111
of fields.  Some times, due to bugs or new functionality, we need to
 
112
change the state to store more/different information.  We use the
 
113
version to identify each time that we do a change.  Each version is
 
114
associated with a series of fields saved.  The save_state always saves
 
115
the state as the newer version.  But load_state sometimes is able to
 
116
load state from an older version.
 
117
 
 
118
 === Legacy way ===
 
119
 
 
120
This way is going to disappear as soon as all current users are ported to VMSTATE.
 
121
 
 
122
Each device has to register two functions, one to save the state and
 
123
another to load the state back.
 
124
 
 
125
int register_savevm(DeviceState *dev,
 
126
                    const char *idstr,
 
127
                    int instance_id,
 
128
                    int version_id,
 
129
                    SaveStateHandler *save_state,
 
130
                    LoadStateHandler *load_state,
 
131
                    void *opaque);
 
132
 
 
133
typedef void SaveStateHandler(QEMUFile *f, void *opaque);
 
134
typedef int LoadStateHandler(QEMUFile *f, void *opaque, int version_id);
 
135
 
 
136
The important functions for the device state format are the save_state
 
137
and load_state.  Notice that load_state receives a version_id
 
138
parameter to know what state format is receiving.  save_state doesn't
 
139
have a version_id parameter because it always uses the latest version.
 
140
 
 
141
=== VMState ===
 
142
 
 
143
The legacy way of saving/loading state of the device had the problem
 
144
that we have to maintain two functions in sync.  If we did one change
 
145
in one of them and not in the other, we would get a failed migration.
 
146
 
 
147
VMState changed the way that state is saved/loaded.  Instead of using
 
148
a function to save the state and another to load it, it was changed to
 
149
a declarative way of what the state consisted of.  Now VMState is able
 
150
to interpret that definition to be able to load/save the state.  As
 
151
the state is declared only once, it can't go out of sync in the
 
152
save/load functions.
 
153
 
 
154
An example (from hw/pckbd.c)
 
155
 
 
156
static const VMStateDescription vmstate_kbd = {
 
157
    .name = "pckbd",
 
158
    .version_id = 3,
 
159
    .minimum_version_id = 3,
 
160
    .minimum_version_id_old = 3,
 
161
    .fields      = (VMStateField []) {
 
162
        VMSTATE_UINT8(write_cmd, KBDState),
 
163
        VMSTATE_UINT8(status, KBDState),
 
164
        VMSTATE_UINT8(mode, KBDState),
 
165
        VMSTATE_UINT8(pending, KBDState),
 
166
        VMSTATE_END_OF_LIST()
 
167
    }
 
168
};
 
169
 
 
170
We are declaring the state with name "pckbd".
 
171
The version_id is 3, and the fields are 4 uint8_t in a KBDState structure.
 
172
We registered this with:
 
173
 
 
174
    vmstate_register(NULL, 0, &vmstate_kbd, s);
 
175
 
 
176
Note: talk about how vmstate <-> qdev interact, and what the instance ids mean.
 
177
 
 
178
You can search for VMSTATE_* macros for lots of types used in QEMU in
 
179
hw/hw.h.
 
180
 
 
181
=== More about versions ==
 
182
 
 
183
You can see that there are several version fields:
 
184
 
 
185
- version_id: the maximum version_id supported by VMState for that device.
 
186
- minimum_version_id: the minimum version_id that VMState is able to understand
 
187
  for that device.
 
188
- minimum_version_id_old: For devices that were not able to port to vmstate, we can
 
189
  assign a function that knows how to read this old state.
 
190
 
 
191
So, VMState is able to read versions from minimum_version_id to
 
192
version_id.  And the function load_state_old() is able to load state
 
193
from minimum_version_id_old to minimum_version_id.  This function is
 
194
deprecated and will be removed when no more users are left.
 
195
 
 
196
===  Massaging functions ===
 
197
 
 
198
Sometimes, it is not enough to be able to save the state directly
 
199
from one structure, we need to fill the correct values there.  One
 
200
example is when we are using kvm.  Before saving the cpu state, we
 
201
need to ask kvm to copy to QEMU the state that it is using.  And the
 
202
opposite when we are loading the state, we need a way to tell kvm to
 
203
load the state for the cpu that we have just loaded from the QEMUFile.
 
204
 
 
205
The functions to do that are inside a vmstate definition, and are called:
 
206
 
 
207
- int (*pre_load)(void *opaque);
 
208
 
 
209
  This function is called before we load the state of one device.
 
210
 
 
211
- int (*post_load)(void *opaque, int version_id);
 
212
 
 
213
  This function is called after we load the state of one device.
 
214
 
 
215
- void (*pre_save)(void *opaque);
 
216
 
 
217
  This function is called before we save the state of one device.
 
218
 
 
219
Example: You can look at hpet.c, that uses the three function to
 
220
         massage the state that is transferred.
 
221
 
 
222
=== Subsections ===
 
223
 
 
224
The use of version_id allows to be able to migrate from older versions
 
225
to newer versions of a device.  But not the other way around.  This
 
226
makes very complicated to fix bugs in stable branches.  If we need to
 
227
add anything to the state to fix a bug, we have to disable migration
 
228
to older versions that don't have that bug-fix (i.e. a new field).
 
229
 
 
230
But sometimes, that bug-fix is only needed sometimes, not always.  For
 
231
instance, if the device is in the middle of a DMA operation, it is
 
232
using a specific functionality, ....
 
233
 
 
234
It is impossible to create a way to make migration from any version to
 
235
any other version to work.  But we can do better than only allowing
 
236
migration from older versions no newer ones.  For that fields that are
 
237
only needed sometimes, we add the idea of subsections.  A subsection
 
238
is "like" a device vmstate, but with a particularity, it has a Boolean
 
239
function that tells if that values are needed to be sent or not.  If
 
240
this functions returns false, the subsection is not sent.
 
241
 
 
242
On the receiving side, if we found a subsection for a device that we
 
243
don't understand, we just fail the migration.  If we understand all
 
244
the subsections, then we load the state with success.
 
245
 
 
246
One important note is that the post_load() function is called "after"
 
247
loading all subsections, because a newer subsection could change same
 
248
value that it uses.
 
249
 
 
250
Example:
 
251
 
 
252
static bool ide_drive_pio_state_needed(void *opaque)
 
253
{
 
254
    IDEState *s = opaque;
 
255
 
 
256
    return (s->status & DRQ_STAT) != 0;
 
257
}
 
258
 
 
259
const VMStateDescription vmstate_ide_drive_pio_state = {
 
260
    .name = "ide_drive/pio_state",
 
261
    .version_id = 1,
 
262
    .minimum_version_id = 1,
 
263
    .minimum_version_id_old = 1,
 
264
    .pre_save = ide_drive_pio_pre_save,
 
265
    .post_load = ide_drive_pio_post_load,
 
266
    .fields      = (VMStateField []) {
 
267
        VMSTATE_INT32(req_nb_sectors, IDEState),
 
268
        VMSTATE_VARRAY_INT32(io_buffer, IDEState, io_buffer_total_len, 1,
 
269
                             vmstate_info_uint8, uint8_t),
 
270
        VMSTATE_INT32(cur_io_buffer_offset, IDEState),
 
271
        VMSTATE_INT32(cur_io_buffer_len, IDEState),
 
272
        VMSTATE_UINT8(end_transfer_fn_idx, IDEState),
 
273
        VMSTATE_INT32(elementary_transfer_size, IDEState),
 
274
        VMSTATE_INT32(packet_transfer_size, IDEState),
 
275
        VMSTATE_END_OF_LIST()
 
276
    }
 
277
};
 
278
 
 
279
const VMStateDescription vmstate_ide_drive = {
 
280
    .name = "ide_drive",
 
281
    .version_id = 3,
 
282
    .minimum_version_id = 0,
 
283
    .minimum_version_id_old = 0,
 
284
    .post_load = ide_drive_post_load,
 
285
    .fields      = (VMStateField []) {
 
286
        .... several fields ....
 
287
        VMSTATE_END_OF_LIST()
 
288
    },
 
289
    .subsections = (VMStateSubsection []) {
 
290
        {
 
291
            .vmsd = &vmstate_ide_drive_pio_state,
 
292
            .needed = ide_drive_pio_state_needed,
 
293
        }, {
 
294
            /* empty */
 
295
        }
 
296
    }
 
297
};
 
298
 
 
299
Here we have a subsection for the pio state.  We only need to
 
300
save/send this state when we are in the middle of a pio operation
 
301
(that is what ide_drive_pio_state_needed() checks).  If DRQ_STAT is
 
302
not enabled, the values on that fields are garbage and don't need to
 
303
be sent.