e1000e: Configure ResettableClass
[qemu/kevin.git] / docs / system / replay.rst
blob3105327423c32de798b5a165a4218e4438199c80
1 .. _replay:
3 ..
4     Copyright (c) 2010-2022 Institute for System Programming
5                         of the Russian Academy of Sciences.
7     This work is licensed under the terms of the GNU GPL, version 2 or later.
8     See the COPYING file in the top-level directory.
10 Record/replay
11 =============
13 Record/replay functions are used for the deterministic replay of qemu execution.
14 Execution recording writes a non-deterministic events log, which can be later
15 used for replaying the execution anywhere and for unlimited number of times.
16 It also supports checkpointing for faster rewind to the specific replay moment.
17 Execution replaying reads the log and replays all non-deterministic events
18 including external input, hardware clocks, and interrupts.
20 Deterministic replay has the following features:
22  * Deterministically replays whole system execution and all contents of
23    the memory, state of the hardware devices, clocks, and screen of the VM.
24  * Writes execution log into the file for later replaying for multiple times
25    on different machines.
26  * Supports i386, x86_64, ARM, AArch64, Risc-V, MIPS, MIPS64, S390X, Alpha,
27    PowerPC, PowerPC64, M68000, Microblaze, OpenRISC, Nios II, SPARC,
28    and Xtensa hardware platforms.
29  * Performs deterministic replay of all operations with keyboard and mouse
30    input devices, serial ports, and network.
32 Usage of the record/replay:
34  * First, record the execution with the following command line:
36     .. parsed-literal::
37         |qemu_system| \\
38         -icount shift=auto,rr=record,rrfile=replay.bin \\
39         -drive file=disk.qcow2,if=none,snapshot,id=img-direct \\
40         -drive driver=blkreplay,if=none,image=img-direct,id=img-blkreplay \\
41         -device ide-hd,drive=img-blkreplay \\
42         -netdev user,id=net1 -device rtl8139,netdev=net1 \\
43         -object filter-replay,id=replay,netdev=net1
45  * After recording, you can replay it by using another command line:
47     .. parsed-literal::
48         |qemu_system| \\
49         -icount shift=auto,rr=replay,rrfile=replay.bin \\
50         -drive file=disk.qcow2,if=none,snapshot,id=img-direct \\
51         -drive driver=blkreplay,if=none,image=img-direct,id=img-blkreplay \\
52         -device ide-hd,drive=img-blkreplay \\
53         -netdev user,id=net1 -device rtl8139,netdev=net1 \\
54         -object filter-replay,id=replay,netdev=net1
56    The only difference with recording is changing the rr option
57    from record to replay.
58  * Block device images are not actually changed in the recording mode,
59    because all of the changes are written to the temporary overlay file.
60    This behavior is enabled by using blkreplay driver. It should be used
61    for every enabled block device, as described in :ref:`block-label` section.
62  * ``-net none`` option should be specified when network is not used,
63    because QEMU adds network card by default. When network is needed,
64    it should be configured explicitly with replay filter, as described
65    in :ref:`network-label` section.
66  * Interaction with audio devices and serial ports are recorded and replayed
67    automatically when such devices are enabled.
69 Core idea
70 ---------
72 Record/replay system is based on saving and replaying non-deterministic
73 events (e.g. keyboard input) and simulating deterministic ones (e.g. reading
74 from HDD or memory of the VM). Saving only non-deterministic events makes
75 log file smaller and simulation faster.
77 The following non-deterministic data from peripheral devices is saved into
78 the log: mouse and keyboard input, network packets, audio controller input,
79 serial port input, and hardware clocks (they are non-deterministic
80 too, because their values are taken from the host machine). Inputs from
81 simulated hardware, memory of VM, software interrupts, and execution of
82 instructions are not saved into the log, because they are deterministic and
83 can be replayed by simulating the behavior of virtual machine starting from
84 initial state.
86 Instruction counting
87 --------------------
89 QEMU should work in icount mode to use record/replay feature. icount was
90 designed to allow deterministic execution in absence of external inputs
91 of the virtual machine. Record/replay feature is enabled through ``-icount``
92 command-line option, making possible deterministic execution of the machine,
93 interacting with user or network.
95 .. _block-label:
97 Block devices
98 -------------
100 Block devices record/replay module intercepts calls of
101 bdrv coroutine functions at the top of block drivers stack.
102 To record and replay block operations the drive must be configured
103 as following:
105 .. parsed-literal::
106     -drive file=disk.qcow2,if=none,snapshot,id=img-direct
107     -drive driver=blkreplay,if=none,image=img-direct,id=img-blkreplay
108     -device ide-hd,drive=img-blkreplay
110 blkreplay driver should be inserted between disk image and virtual driver
111 controller. Therefore all disk requests may be recorded and replayed.
113 .. _snapshotting-label:
115 Snapshotting
116 ------------
118 New VM snapshots may be created in replay mode. They can be used later
119 to recover the desired VM state. All VM states created in replay mode
120 are associated with the moment of time in the replay scenario.
121 After recovering the VM state replay will start from that position.
123 Default starting snapshot name may be specified with icount field
124 rrsnapshot as follows:
126 .. parsed-literal::
127     -icount shift=auto,rr=record,rrfile=replay.bin,rrsnapshot=snapshot_name
129 This snapshot is created at start of recording and restored at start
130 of replaying. It also can be loaded while replaying to roll back
131 the execution.
133 ``snapshot`` flag of the disk image must be removed to save the snapshots
134 in the overlay (or original image) instead of using the temporary overlay.
136 .. parsed-literal::
137     -drive file=disk.ovl,if=none,id=img-direct
138     -drive driver=blkreplay,if=none,image=img-direct,id=img-blkreplay
139     -device ide-hd,drive=img-blkreplay
141 Use QEMU monitor to create additional snapshots. ``savevm <name>`` command
142 created the snapshot and ``loadvm <name>`` restores it. To prevent corruption
143 of the original disk image, use overlay files linked to the original images.
144 Therefore all new snapshots (including the starting one) will be saved in
145 overlays and the original image remains unchanged.
147 When you need to use snapshots with diskless virtual machine,
148 it must be started with "orphan" qcow2 image. This image will be used
149 for storing VM snapshots. Here is the example of the command line for this:
151 .. parsed-literal::
152     |qemu_system| \\
153       -icount shift=auto,rr=replay,rrfile=record.bin,rrsnapshot=init \\
154       -net none -drive file=empty.qcow2,if=none,id=rr
156 ``empty.qcow2`` drive does not connected to any virtual block device and used
157 for VM snapshots only.
159 .. _network-label:
161 Network devices
162 ---------------
164 Record and replay for network interactions is performed with the network filter.
165 Each backend must have its own instance of the replay filter as follows:
167 .. parsed-literal::
168     -netdev user,id=net1 -device rtl8139,netdev=net1
169     -object filter-replay,id=replay,netdev=net1
171 Replay network filter is used to record and replay network packets. While
172 recording the virtual machine this filter puts all packets coming from
173 the outer world into the log. In replay mode packets from the log are
174 injected into the network device. All interactions with network backend
175 in replay mode are disabled.
177 Audio devices
178 -------------
180 Audio data is recorded and replay automatically. The command line for recording
181 and replaying must contain identical specifications of audio hardware, e.g.:
183 .. parsed-literal::
184     -soundhw ac97
186 Serial ports
187 ------------
189 Serial ports input is recorded and replay automatically. The command lines
190 for recording and replaying must contain identical number of ports in record
191 and replay modes, but their backends may differ.
192 E.g., ``-serial stdio`` in record mode, and ``-serial null`` in replay mode.
194 Reverse debugging
195 -----------------
197 Reverse debugging allows "executing" the program in reverse direction.
198 GDB remote protocol supports "reverse step" and "reverse continue"
199 commands. The first one steps single instruction backwards in time,
200 and the second one finds the last breakpoint in the past.
202 Recorded executions may be used to enable reverse debugging. QEMU can't
203 execute the code in backwards direction, but can load a snapshot and
204 replay forward to find the desired position or breakpoint.
206 The following GDB commands are supported:
208  - ``reverse-stepi`` (or ``rsi``) - step one instruction backwards
209  - ``reverse-continue`` (or ``rc``) - find last breakpoint in the past
211 Reverse step loads the nearest snapshot and replays the execution until
212 the required instruction is met.
214 Reverse continue may include several passes of examining the execution
215 between the snapshots. Each of the passes include the following steps:
217  #. loading the snapshot
218  #. replaying to examine the breakpoints
219  #. if breakpoint or watchpoint was met
221     * loading the snapshot again
222     * replaying to the required breakpoint
224  #. else
226     * proceeding to the p.1 with the earlier snapshot
228 Therefore usage of the reverse debugging requires at least one snapshot
229 created. This can be done by omitting ``snapshot`` option
230 for the block drives and adding ``rrsnapshot`` for both record and replay
231 command lines.
232 See the :ref:`snapshotting-label` section to learn more about running record/replay
233 and creating the snapshot in these modes.
235 When ``rrsnapshot`` is not used, then snapshot named ``start_debugging``
236 created in temporary overlay. This allows using reverse debugging, but with
237 temporary snapshots (existing within the session).