Intel手册 Chapter23 VMX的简单介绍

Posted 2020-10-12 极点寸芒

23.2  虚拟机架构

　　1：　VMX为处理器上的虚拟机定义了处理器级的支持。VMX主要支持两类，VMM和VM

　　2:　　VMM作为HOST可以完全控制处理器和其他平台硬件。 每个VM都支持一个栈，并且由OS和普通程序组成

 

23.3　　VMX操作的介绍

　　1：　处理器虚拟化是由VMX操作提供的，主要有两类VMX操作，VMX-ROOT操作和VMX-NON-ROOT操作，通常VMM运行在VMX-ROOT操作，VM运行在VMX-NON-ROOT操作

　　2:　　VMX-ROOT操作下与VMX操作外有很大不同，主要是在VMX-ROOT操作下，一组新的指令：VMX指令是有效的，并且可以加载进特定的控制器中

　　3:　　VMX-NON-ROOT模式下处理器行为受了限制，而且某些行为与原来的不同。因为特定的指令和事件会造成VM-EXIT，而且VM-EXIT替换了原来的行为

　　4:　　并没有软件标志位标识逻辑处理器是否运行在VMX-NON-ROOT模式下，因此这种情况下VMM可以不让客户机软件知道它运行在虚拟机中

　　5:　　因为VMM运行在R0上，客户机软件在原始特权级上运行，所以这有助于VMM的开发

 

23.4　　VMM软件的生命周期

　　1:　　软件通过VMXON指令进入VMX操作

　　2:　　使用VMLAUNCH和VMRESUME指令，VMM可以进入到客户机 中，使用VM-EXIT恢复

　　3:　　VM-EXIT会转移到VMM指定的入口

　　4:　　VMM可以通过执行VMXOFF指令关闭它自己

 

23.5　　虚拟机控制结构

　　1:　　VMX-NON-ROOT操作和VMX转移都由VMCS控制

　　2:　　处理器状态中的VMCS指针是用来控制对VMCS访问的，VMCS指针是个64位的地址，对VMCS指针的读写可以使用VMPTRST和VMPTRLD。 VMM通过VMREAD, VMWRITE和VMCLEAR来配置VMCS

　　3:　　一个VMM可以使用不同的VMCS针对每个虚拟机，对于有多个虚拟处理器的虚拟机，VMM可以使用不同的VMCS针对每个虚拟处理器

 

23.6　　检查是否支持VMX

　　1:　　在进入VMX操作之前，必须检查处理器是否支持VMX，可以通过CPUID.1:ECX.VMX[BIT5] 来检测，如果为1，则代表支持

　　2:　　VMX结构设计为可扩展，以便于未来的处理器可以支持在第一代处理器架构中不存在的功能，软件可以使用VMX-MSR寄存器来得知扩展后VMX中新的功能  (see Appendix A, “VMX Capability Reporting Facility”)  
　　

23.7　　开启并且进入VMX操作

　　1:　　在软件进入VMX操作前，它开启VMX通过设置CR4.VMXE[bit13] = 1，然后通过VMXON指令进入

　　2:　　如果执行的时候，CR4.VMXE=0，则会发生UD异常(无效的操作码)，一旦进入VMX操作中，就不能清除CR4.VMXE。只有执行VMXON指令离开VMX操作后，才能清除

　　3:　　VMXON指令也受IA32_FEATURE_CONTROL_MSR (3AH) 控制，虚拟处理器被重置的时候，这个MSR会被清零

　　4:　　Bit0是lock位，如果这个位为0，那么VMXON指令则会发生GP异常，如果这个位是1，对这个MSR进行WRMSR也会造成GP异常，这个MSR不会被修改，直到电源重启

　　5:　　系统Bios可以使用这个位禁止对VMX的支持，为了开启对VMX的支持，BIOS必须设置Bit1   Bit2，或者这两个都置一

　　6:　　Bit1代表在SMX操作下执行VMXON，Bit2代表在SMX操作外执行VMXON，如果这两位是0，那么执行VMXON则会造成都会造成GP异常，在为0的情况下，强制这两个位为1，也会造成GP异常

　　7:　　在执行VMXON之前，软件应该分配一个4KB大小的内存用来支持VMX操作，这个区域被叫做VMXON区域，这个区域的地址就是VMXON指令的操作数

 

23.8　　VMX操作中的限制

　　1:　　在VMX操作下，处理器可以将 CR0 和 CR4 中的某些位固定到特定的值, 而不支持其他的值。如果这些位中包含了不受支持的值，则VMXON失败 (看Chapter 30)

　　2:　　在VMX操作下，任何设置这些位到不受支持的值，都会造成GP异常，比如CLTS, LMSW, MOV CR指令 

　　3:　　软件应该通过IA32_VMX_CR0_FIXED0和1    以及IA32_VMX_CR4_FIXD0和4来查询可以设置哪些只 (看附录A.7)

　　4:　　支持 VMX 操作的第一个处理器要求以下位在 VMX 操作中为 1: CR0.PE  CR0.NE  CR0.PG  CR4.VMXE

　　5:　　对CR0.PE和CR0.PG的限制，主要代表了VMX操作只能在分页保护模式下进行(保护IA3-2e)，因此客户机不能允许在非分页保护模式或者实地址模式下

 　　6:　　如果虚拟处理器在A20M模式下，VMXON也会失败。如果处理器在VMX操作下，A20中断将会被阻塞，因此，不可能既在A20M模式下，又在VMX模式下

 　　7:　　无论什么时候，VMX-ROOT操作都会阻塞INIT信号，只有在VMX-NON-ROOT操作下才不会被阻塞，而且INIT还会造成VM-EXIT

 

 

总结：

　　1：　本章所说的VMX操作模式是指VMX-ROOT和VMX-NON-ROOT模式下

　　2:　　Bios中的MSR.3A[Bit0]为0，CPUID.ECX:VMX[Bit5]为0， CR4.VMXE[Bit13]为0，都会造成VMXON失败，如果这三个条件都通过，VMXON仍然失败，此时就去Chapter30 查看VMXON指令的伪码