中斷是外部設備向操作系統發起請求，打斷CPU正在執行的任務，轉而處理特殊事件的操作。設備並不能直接連接到CPU，而是統一連接到中斷控制器上，由中斷控制器管理和分發設備中斷。為了模擬一個完整的操作系統，虛擬化層也必須完成設備中斷的模擬。虛擬機的中斷控制器通過VMM創建，VMM可以利用虛擬機的中斷控制器向其注入中斷。
在x86_64架構下，中斷控制器包括PIC和APIC兩種類型。PIC控制器通過兩塊Intel8259芯片級聯，支持15箇中斷。受到PIC中斷引腳數量和不支持多CPU限制，Intel隨後引入了APIC中斷控制器。APIC中斷控制器由I/OAPIC和LAPIC兩部分組成，外部設備連接在I/OAPIC上，每個CPU內部都有LAPIC，I/OAPIC與LAPIC通過系統總線相連。當產生中斷時，I/OAPIC可以將中斷分發給對應的LAPIC，然後與LAPIC相關聯的CPU開始執行中斷處理例程。除了上述兩種中斷控制器，還有MSI/MSI-x的中斷方式。它繞過了I/OAPIC，直接通過系統總線，將中斷向量號寫入對應CPU的LAPIC。使用MSI/MSI-x中斷技術，將不再受管腳數量的約束，支持更多中斷，減少中斷延遲。
在aarch64架構下，中斷控制器被稱為GIC(GenericInterruptController)，目前有v1~v4這四個版本。當前StratoVirt只支持GICv3版。同樣的，aarch64也支持MSI/MSI-x中斷方式。
INTx中斷機制會在一些傳統的老舊設備上使用。但實際上，在PCIe總線中，很多設備已經很少使用，甚至直接將該功能禁止了。所以，StratoVirt當前也不支持INTx中斷機制。
創建中斷芯片
由於中斷控制器在KVM中模擬的性能更高，因此StratoVirt將中斷芯片的具體創建過程和中斷投遞過程交給了KVM。在StratoVirt啓動虛擬機之前，會具現化x86_64或aarch64的虛擬主板，即調用realize()函數，完成初始化。在這個階段，就創建了中斷控制器。其初始化代碼如下：
fn realize(
vm: &Arc<Mutex<Self>>,
vm_config: &mut VmConfig,
is_migrate: bool,
) -> MachineResult<()> {
...
locked_vm.init_interrupt_controller(u64::from(vm_config.machine_config.nr_cpus))?;
...
} StratoVirt提供了MachineOpstrait。無論是輕量化主板或者標準化主板，在x86_64和aarch64架構下都分別實現了init_interrupt_controller()，初始化中斷控制器函數。
x86_64架構
上述調用了初始化中斷控制器函數，在其內部的執行過程中，主要作用是調用create_irq_chip()函數，後者在vm_fd上調用ioctl(self,KVM_CREATE_IRQCHIP())系統調用，告訴內核需要在KVM模擬中斷控制器。後續該系統調用進入了KVM模塊，會同時創建PIC和APIC中斷芯片，並生成默認的中斷路由表。
fn init_interrupt_controller(&mut self, _vcpu_count: u64) -> MachineResult<()> {
...
KVM_FDS
.load()
.vm_fd
.as_ref()
.unwrap()
.create_irq_chip()
.chain_err(|| MachineErrorKind::CrtIrqchipErr)?;
...
} aarch64架構
GIC中斷控制器由四個組件組成：Distributor，CPUInterface，Redistributor，ITS。與x86_64類似，也需要在KVM創建中斷控制器。但是不同的是，在創建過程中，需要提前告訴KVM模塊，GIC組件在虛擬機內存佈局的地址範圍。通過dist_range，redist_region_ranges，its_range三個變量，向KVM傳遞了組件的內存地址。除此之外，內部仍然使用vm_fd，通過系統調用創建了vGICv3和vGICITS中斷設備。
fn init_interrupt_controller(&mut self, vcpu_count: u64) -> Result<()> {
...
let intc_conf = InterruptControllerConfig {
version: kvm_bindings::kvm_device_type_KVM_DEV_TYPE_ARM_VGIC_V3,
vcpu_count,
max_irq: 192,
msi: true,
dist_range: MEM_LAYOUT[LayoutEntryType::GicDist as usize],
redist_region_ranges: vec![
MEM_LAYOUT[LayoutEntryType::GicRedist as usize],
MEM_LAYOUT[LayoutEntryType::HighGicRedist as usize],
],
its_range: Some(MEM_LAYOUT[LayoutEntryType::GicIts as usize]),
};
let irq_chip = InterruptController::new(&intc_conf)?;
self.irq_chip = Some(Arc::new(irq_chip));
self.irq_chip.as_ref().unwrap().realize()?;
...
} 創建MSI-x
在設計StratoVirt的VirtioPCI設備，使用MSI-x中斷方式通知虛擬機。因此，使用MSI-x設備前，需要在VitioPCI設備具現化過程中調用init_msix()，進行相關的初始化。該函數的主要功能是在PCI設備的配置空間協商MSI相關信息。另外，具現化階段提供了assign_interrupt_cb()函數，用來封裝設備的中斷回調函數。在VirtioPCI設備處理完I/O請求後，會調用中斷回調，向KVM發送中斷通知。
fn realize(mut self) -> PciResult<()> {
...
init_msix(
VIRTIO_PCI_MSIX_BAR_IDX as usize,
nvectors as u32,
&mut self.config,
self.dev_id.clone(),
)?;
self.assign_interrupt_cb();
...
} 管理中斷路由表
上文提到，在KVM創建中斷芯片時，會生成默認的中斷路由表。但是某些設備（例如直通設備），需要向KVM添加額外的全局中斷號，這時需要StratoVirt額外維護一份中斷路由表，並向KVM同步。
在StratoVirt初始化中斷控制器時，會創建中斷路由表。內部統一調用init_irq_route_table()函數，但是架構不同，默認的中斷路由表信息也不同。
除了可以生成默認的中斷路由表，還需要向KVM同步。commit_irq_routing()函數提供了該功能，內部使用vm_fd的系統調用ioctl_with_ref(self,KVM_SET_GSI_ROUTING(),irq_routing)，該系統調用將覆蓋KVM模塊內的中斷路由表信息。
fn init_interrupt_controller(&mut self, vcpu_count: u64) -> Result<()> {
...
KVM_FDS
.load()
.irq_route_table
.lock()
.unwrap()
.init_irq_route_table();
KVM_FDS
.load()
.commit_irq_routing()
.chain_err(|| "Failed to commit irq routing for arm gic")?;
...
} 當設備需要動態申請或釋放全局中斷號時，StratoVirt提供了兩個函數add_msi_route()，update_msi_route()，用於增加或修改中斷路由表信息。
中斷流程
對於模擬virtio設備，虛擬機通過觸發VMExit退出到KVM。因為StratoVirt在起始階段綁定了I/O地址空間與ioeventfd，並向KVM註冊了這些信息。所以guestOS通知設備處理I/O的流程會從KVM直接返回到StratoVirt循環。接着由StratoVirt分發和處理I/O操作。當完成I/O請求或其他事件後，需要再次通知虛擬機繼續往下執行，就通過注入中斷的方式讓虛擬機得到事件通知。
StratoVirt同時支持兩種架構：microVM和standardVM，兩種架構下使用的中斷方式稍有不同。在microVM架構下，將一個evenetfd與一個全局中斷號關聯，並向KVM註冊對應關係。當需要發送中斷時，StratoVirt只需要向設備對應的eventfd發送信號，就會導致對應的中斷被KVM模塊注入到虛擬機。在standardVM架構，使用msixnotify()發起中斷。經過一系列的函數調用，最後在vm_fd上調用ioctl_with_ref(self,KVM_SIGNAL_MSI(),&msi)，向KVM發起中斷通知，最終由KVM模塊完成虛擬機的中斷注入。
輕量化機型
在virtio設備激活階段，將中斷回調函數interrupt_cb，作為activate()函數的入參傳入，保存在設備對應的IOhandler中。當需要發送中斷時，會調用該中斷回調函數。activate()函數聲明如下：
fn activate(
&mut self,
mem_space: Arc<AddressSpace>,
interrupt_cb: Arc<VirtioInterrupt>,
queues: &[Arc<Mutex<Queue>>],
queue_evts: Vec<EventFd>,
) -> Result<()>;輕量機型架構下的設備使用VirtioMMIO協議，處理完I/O請求後，會調用中斷回調函數，發送中斷。中斷回調函數具體內容如下：
let cb = Arc::new(Box::new(
move |int_type: &VirtioInterruptType, _queue: Option<&Queue>| {
let status = match int_type {
VirtioInterruptType::Config => VIRTIO_MMIO_INT_CONFIG,
VirtioInterruptType::Vring => VIRTIO_MMIO_INT_VRING,
};
interrupt_status.fetch_or(status as u32, Ordering::SeqCst);
interrupt_evt
.write(1)
.chain_err(|| ErrorKind::EventFdWrite)?;
Ok(())
},
) as VirtioInterrupt); 在上面我們提到該eventfd和中斷號信息已經告訴了KVM。中斷回調通過向interrupt_evt寫1，KVM就可以poll到相應事件，接着找到eventfd對應的全局中斷號，注入到虛擬機中。
標準機型
與輕量機型不同，標準機型架構下實現的設備使用VirtioPCI協議。因此，中斷方式也改為了MSI-x。與上面相同是，設備在激活階段，都會保存中斷回調函數。標準機型對應的中斷回調函數如下：
let cb = Arc::new(Box::new(
move |int_type: &VirtioInterruptType, queue: Option<&Queue>| {
let vector = match int_type {
VirtioInterruptType::Config => cloned_common_cfg
.lock()
.unwrap()
.msix_config
.load(Ordering::SeqCst),
VirtioInterruptType::Vring => {
queue.map_or(0, |q| q.vring.get_queue_config().vector)
}
};
if let Some(msix) = &cloned_msix {
msix.lock().unwrap().notify(vector, dev_id);
} else {
bail!("Failed to send interrupt, msix does not exist");
}
Ok(())
},
) as VirtioInterrupt);在中斷回調函數中，獲取中斷向量號vector，然後使用notify()函數把中斷信息發送給KVM。內部首先使用get_message()填充MSImessage結構的address和data成員。接着向KVM發送封裝好的message。最後在內核KVM模塊，根據中斷路由表項，向虛擬機注入對應的中斷。
