处理器虚拟化——VMX

Posted 2020-09-05

Intel提供3个层面的虚拟化技术(Intel Virtualization Technology)
　　1.基于处理器的虚拟化技术(Intel VT-X) 全称为 Virtualization Technology for x86
　　2.基于PCI总线域设备实现的I/O虚拟化技术(Intel VT-D) 全称为Virtualization Technology for Directed I/O
　　3.基于网络的虚拟化技术(Intel VT-C) 全称为Virtualization Technology for Connectify

　　VT 是对资源的虚拟化管理的结果
　　在CPU端的虚拟化里 实现了VMX（Virtual-Machine Extensions，虚拟机扩展）架构
　　包含两种角色环境 VMM（Virtual Machine Monitor，虚拟机监管者）host
　　VM（Virtual Machine，虚拟机）guest
　　guest端软件访问的资源受到VMM的监管

VMM通过EPT(Extend Page Table,扩展页表)来实现“guest端物理地址到Host端物理地址”的转化
使得Guest访问到其他的物理区域
在开启EPT机制下 会产生两个地址概念：GPA(Guest Physical Address) 和 HPA(Host Physical Address)
HPA 真正的物理地址

在VMX架构下 至少需要实现一个“VMXON region” 以及 “VMCS region”的物理区域
VMXON区域对应于VMM VMM使用VMXON区域对一些数据进行记录和维护
每个VM需要对应自己的VMCS（VIrtual Machine Structure 虚拟机控制结构）
VMM使用VMCS来配置VM的运行环境 以及控制VM的运行

检测VMX支持
VMX支持 检测CPUID.01H:ECX[5].VMX位来确定是否支持VMX架构 1表示支持

开启VMX进入允许
要开启VMX operation模式 必须先开启CR4.VMXE控制位 1表示开启

VMX root operation模式处理器的CPL(Current Privilege Level) 必须为0 VMM运行的环境
VMX non-root operation VM运行的环境

root ----------> non root VM-entry
non-root ---------> root VM-exit

导致VM exit发生的三大类途径如下。
1) 执行无条件引发VM exit的指令。包括CPUID，GETSEC，INVD与XSETBV指令以及所有的VMX指令（除了VMFUNC指令）
2) 遇到无条件引发VM exit的未被阻塞的事件。例如，INT信号，SIPI消息等。
3) 遇到VMM设置引发VM exit的条件，包括执行某些指令或者遇到某些事件发生。