状态一: 虚拟机正常运行 (Guest Running in EL 1)#

• CPU 状态: CPU 处于“非主机模式 (Non-host mode)”，正在 EL 1 执行 Guest OS 的内核代码或在 EL 0 执行 Guest 的用户程序。
• KVM 状态: KVM 处于“休眠”状态，它已将控制权交给 vCPU，自身不消耗 CPU 时间。
• GIC 状态: 物理 GIC 被 KVM 配置，将发往虚拟机的物理中断路由配置为直接触发到 EL 2 的异常。Guest OS 看到的是一个虚拟 GIC CPU 接口 (Virtual CPU Interface)，它认为自己正在和真实的硬件交互。

步骤 1: 物理中断产生 (Physical IRQ Occurs)#

一个物理设备（例如，主机网卡收到一个指定给该虚拟机的网络包）完成了一项操作，通过物理线路向 GIC 的**分发器 (Distributor)**发送了一个中断信号。

步骤 2: 中断陷入 Hypervisor (Trap to EL 2)#

1. GIC 路由: GIC 的物理硬件根据 KVM 的配置，将这个中断信号路由给目标 CPU。
2. 触发异常: 由于 CPU 当前在 Guest 模式 (EL 1)，这个中断信号不会被 Guest OS“看到”，而是会触发一次硬件异常，强制 CPU 从 EL 1 陷入 (Trap) 到 EL 2。
3. 硬件保存状态: CPU 硬件会自动保存 Guest OS 的上下文（比如程序计数器 ELR_EL1 和处理器状态 SPSR_EL1 会被存入到 EL 2 的特定寄存器 ELR_EL2 和 SPSR_EL2 中）。这确保了将来可以精确地返回到 Guest被中断的地方。

状态二: KVM 被唤醒并处理中断 (KVM Active in EL 2)#

• CPU 状态: CPU 现在处于“主机模式 (Host mode)”，在 EL 2 级别上开始执行 KVM 预先注册好的异常处理代码。这就是 ARM 64 架构下的“VM Exit”。
• KVM 动作:
  1. 识别中断: KVM 代码首先会查询物理 GIC 的寄存器，搞清楚是哪个物理中断发生了（中断号是多少）。
  2. 处理和决策:
     • 如果这是一个透传设备 (Passthrough device) 的中断，KVM 会查询一个映射表，找到它对应应该注入给 Guest 的虚拟中断号 (vIRQ)。
     • 如果这是一个**模拟设备 (Emulated device, e.g., virtio)**的中断，这个物理中断可能是发给 Host OS 的（例如一个 TAP 网络设备）。Host OS 的驱动处理完数据后，会通知用户空间的 QEMU 进程。QEMU 随后会通过 ioctl 系统调用请求 KVM：“请帮我给这个虚拟机注入一个 vIRQ”。
  3. 准备注入: 无论哪种情况，KVM 现在都明确了要给 Guest 一个虚拟中断。

步骤 3: KVM 注入虚拟中断 (Virtual Interrupt Injection)#

这是 ARM 64 GIC 虚拟化扩展最关键的地方。KVM 不会去手动修改 Guest OS 的内存来模拟一个中断。它会使用硬件特性：

1. 使用列表寄存器 (List Registers): KVM 会找到一个空闲的 GIC 列表寄存器 (例如 GICH_LR_EL2)。这是一个特殊的硬件寄存器，像一个“邮箱”。
2. 填充“邮箱”: KVM 向这个列表寄存器里写入虚拟中断的信息，包括：
   • vIRQ ID: 虚拟中断号。
   • 状态: Pending (待处理)。
   • 优先级等。
   • 物理 ID: 有时也包含源物理中断 ID，用于某些高级功能。

这个操作的本质是 KVM 在硬件层面告诉 CPU：“当你稍后返回 Guest 模式时，请把这个虚拟中断呈现给它。”

步骤 4: 从 Hypervisor 返回虚拟机 (Return to Guest)#

1. KVM 在 EL 2 的工作完成，执行 ERET（Exception Return）指令。
2. 硬件恢复状态: CPU 硬件会利用之前保存在 ELR_EL2 和 SPSR_EL2 里的信息，精确地恢复 Guest OS 的所有状态，CPU 从 EL 2 返回到 EL 1。这就是 ARM 64 的“VM Entry”。

状态三: Guest OS 接收并处理中断 (Guest Handles vIRQ in EL 1)#

• CPU 状态: CPU 回到了“非主机模式”，继续在 EL 1 执行 Guest OS 的代码，仿佛什么都没发生过。
• GIC 状态: 就在 ERET 指令执行后，CPU 的虚拟 CPU 接口因为列表寄存器里有内容，会立刻向 Guest OS 报告一个中断。
• Guest OS 动作:
  1. Guest OS 感知到了一个中断，它完全不知道刚才发生过一次惊心动魄的 EL 2 之旅。从它的视角看，这就是一次来自它“自己的”GIC 的普通硬件中断。
  2. Guest OS 像在物理机上一样，保存当前上下文（这次是它自己的内部保存），查询自己的中断向量表，找到这个 vIRQ 对应的中断服务程序 (ISR)（这个 ISR 是由 Guest 内部的设备驱动注册的）。
  3. 跳转并执行 ISR，处理设备事件（比如从 virtio 队列里读取网络包）。