处理器虚拟化——VMCS

Posted 2020-09-05

在VMCS架构中，当发生VMX operation模式的Root 与 non Root环境切换时
VMCS用来配置当前发生切换的逻辑处理器的状态及执行环境
一个逻辑处理器管理着多个VMCS
同一时刻 一个逻辑处理器只有一个VMCS是current-VMCS

VMCS三种状态
1) activity属性 包括 active(活动) 及 inactive(非活动)状态
2) current 属性 包括 current(当前的) 及 not current(非当前的)状态
3) launch 属性 包括 clear(干净的) 及 launched(已启动的) 状态

VMCS结构存放的物理区域需要4K对齐边界
VMCS区域的大小由IA32_VMX_BASIC[44:32]域里面得到 以KB得到 最高为4KB
IA32_VMX_BASIC[53:50]报告了VMCS区域支持的cache类型 支持UC与WB类型

 

VMM需要用一个被称为"VMXON region"的区域来管理整个VMX operation模式
VMXON区域大小及所支持的cache类型与VMCS区域一致
一个VMM对应一个VMXON指针 除非在VMM里关闭VMX operation模式后，在使用另一个VMXON
指针来重新开启VMX operation模式，否则，VMXON指针是不会改变的
VMXOFF指令也操作在这个VMXON指针上，用在关闭当前VMXON区域所管理的operation模式

访问VMCS字段必须通过VMREAD 与 VMWRITE指令 每个字段定义一个唯一的ID值来对应

VMCS数据区域包括6个区域
1)guest-state区域 用来保存与guset运行环境相关的信息

1)段寄存器类字段
2)GDTR 与 IDTR字段
base字段，提供描述符表基址
limit字段，提供描述符表的长度
3)MSR字段
4)SMBASE字段 这个字段使用在SMM双重监控处理机制下
5)activity state 字段 用于指示在VM-entry 和 VM-exit时 虚拟处理器的当前活动状态
6)interruptibility state 字段 指示当前虚拟处理器的可中断性
7)pending debug exceptions 字段用来记录和设置guest存在未处理而pending(悬挂)的#DB异常 DebugPoint
8)VMCS link pointer 字段 仅用在SMM双重监控处理机制下
9)VMCS-preemption timer value 字段 用于提供一个32位的定时器初始化计数值
10)PDPTEs字段(Page-Directory Pointer Table Entries 页目录指针表项) 共有4个 PDPTE0 PDPTE1 PDPTE2 PDPTE3 这些字段在支持EPT功能时有效
11)guset interrupt status 字段 作为虚拟local APIC的状态值 处理器使用这个字段来维护虚拟中 断的状态

2)host-state 区域

3)VM-executive 控制区域
主要控制处理器在VMX non-root operation 模式下的行为能力
典型的可以控制某些条件引发VM-exit事件，也控制着VMX的某些虚拟化功能的开启 例如 APIC的虚拟化及EPT机制

4)VM-exit控制区域
1)VM-exit control字段
2)VM-exit MSR-store count 与 VM-exit MSR-store address字段
控制处理器VM-exit时如何保存guest-MSR列表
3)VM-exit MSR-load count 与 VM-exit MSR-load address字段
控制处理器VM-exit时如何保存host-MSR列表

5)VM-entry控制区域
1)VM-entry control字段
2)VM-entry MSR-load count 字段
3)VM-entry MSR-load address 字段
2 3 用来控制VM-entry时guest-MSR列表的加载
4)VM-entry interruption-information字段
5)VM-entry exception error code 字段
6)VM-entry instruction length字段
4 5 6 用于控制事件注入 含有注入事件的VM-entry被称为"向量化的VM-entry"

6)VM-exit信息区域
VM-exit的直接向量事件信息类字段有两个:
VM-exit interruption information 和
VM-exit interruption error code 字段
VM-exit的间接向量事件信息类字段有两个:
IDT-vectoring information 和
IDT-vectoring error code 字段