Intel VMCS学习总结

VMX

分为root模式和non root模式，

VMCS通过VMPTRST，VMPTRLD修改。

VMREAD，VMWRITE修改VMCS内容。

VMXON，VMXOFF打开关闭VMX。

VMLAUNCH，VMRESUME

VMCS状态的状态管理？

VMPTRLD，转化为active，current

active，current

VMCS的几个区域：

1.Guest-state area

2.Host-state area

3.VM-execution cotrol fields

4.vm-exit control fields

5.vm-entry cotrol fields

6.vm-exit information fileds

Intel寄存器说明：

IDTR：中断描述表指针

GDTR：全局段描述表指针

LDTR：局部段描述表指针

segment selector：包含index，LDTorGDT，访问权限。

CS，SS，DS，ES，FS，GS

TSS段：TSS段的作用。TR寄存器指定。

RSP RIP PFLAGS 栈指针，代码段指针，标示位。

EAX，EBX，ECX，等通用寄存器。

CR0，CR1，CR3，CR4等控制寄存器。CR3指向页表。

这些寄存器必须被保存：理论上必须被保存的状态信息，在虚拟机退出并重新启动时能够正常运行。

实际上硬件VMCS会自动保存和恢复哪些寄存器呢？

CR0，CR3，CR4

RSP RIP PFLAGS

LDTR

TR

GDTR

IDTR

MSR：

CS, SS, DS, ES, FS, GS

CR1，CR2为什么不保留？

CR2保存的是导致缺页中断的线性地址，CR1目前没有使用。

有哪些寄存器，硬件没有自动保存呢？

EAX，EBX，ECX，等通用寄存器。

为什么硬件没有自动保存呢？

由于这些是通用寄存器，并且必须利用这些寄存器借助软件模拟特定指令。

vmx_vcpu_run中的处理：

asm(
/* Store host registers /
"push %%" _ASM_DX "; push %%" _ASM_BP ";"
"push %%" _ASM_CX " \n\t" / 在Host OS的栈中保存一个空间，当vm exit的时候，先保存cx到栈上 */
"push %%" _ASM_CX " \n\t" //保存hostos当前的寄存器信息到内核栈中

Compare asm_sp with host_rsp(%0) in the VMX. //Save the SP from the host OS into the VMX's rsp.
Jump to address 1f. //跳转到地址1f
Move asm_sp into host_rsp(%0). //将asm_sp移动至host_rsp(%0)

__ex(ASM_VMX_VMWRITE_RSP_RDX) "\n\t" //把sp的值保存在vmcs中

"1: \n\t"
/* Reload cr2 if changed */ //判断vmx中的CR2和实际的CR2，如果不一致，修改CR2
"mov %ccr2, %%" _ASM_AX " \n\t"
"mov %%cr2, %%" _ASM_DX " \n\t"
"cmp %%" _ASM_AX ", %%" _ASM_DX " \n\t"
"je 2f \n\t"
"mov %%" _ASM_AX", %%cr2 \n\t"
"2: \n\t"

Determine whether vmlaunch of vmresume is necessary. //此处判断的原因是由于还可以访问vmx

/* Load the guest registers without disturbing the flags. */ // Revert the ax, bx, dx, si, di and bp fields from the guest VMX structure to the CPU registers
"Move the contents of register (%0) in the guest VMX structure into register AX." _ASM_AX "\n\t"
"Move data from register (%0) in VMX to BX." _ASM_BX "\n\t"
"Transfer value from (%0) in VMX to DX." _ASM_DX "\n\t"
"Retrieve value from (%0) in VMX and store in SI." _ASM_SI "\n\t"
"Fetch data from (%0) in VMX into DI." _ASM_DI "\n\t"
"Multiply content of (%0) in VMX by BP and store result." _ASM_BP "\n\t"

#ifdef CONFIG_X86_64 /为64位扩展了寄存器组/
"执行目标地址值的操作\n完成目标地址值的操作\n完成目标地址值的操作\n完成目标地址值的操作\n完成目标地址值的操作\n完成目标地址值的操作\n完成目标地址值的操作\n完成目标地址值的操作"
#endif

mov %basercx, _ASM_CX " \n\t" // instruction clears src_reg (ecx)
//why cx is after? because cx stores vmx pointer.

/* Enter guest mode */ //基于前面lanched的判定结果, 进入non-root模式
"jne 1f \n"
执行jne指令至内存地址0x01ff并换行
"jmp 2f \n"
执行jmp指令至内存地址0x02ff并换行
"1: "
通过__ex函数执行ASM_VMX_VMLAUNCH指令并换行
"2: "
通过__ex函数执行ASM_VMX_VMRESUME指令并换行

/* 保存Guest寄存器、加载Host寄存器并保持标志位 */ 退出程序
"mov %0, %cwordsize \n\t" //将CX寄存器的数据压入栈中
"pop %0 \n\t" //从栈中弹出CX寄存器的数据，并更新基址使其指向VMX段

将寄存器需保存至vmx段中
将寄存器需保存至bx段中
关于cx寄存器的存放位置，请注意其需被放置于栈中
dx寄存器为何需特别处理？
si寄存器为何特别设计？
di寄存器为何需特别注意？
bp寄存器为何需特别处理？

#ifdef CONFIG_X86_64
将%%r8赋值为%cr8
将%%r9赋值为%cr9
将%%r10赋值为%cr10
将%%r11赋值为%cr11
将%%r12赋值为%cr12
将%%r13赋值为%cr13
将%%r14赋值为%cr14
将%%r15赋值为%cr15
#endif

"mov %%cr2, %%" _ASM_AX " \n\t"
"mov %%" _ASM_AX ", %ccr2 \n\t" //保存cr2寄存器到vmx中的cr2

以下是改写后的文本

#ifdef CONFIG_X86_64
[r8]"i"(offsetof(struct vcpu_vmx, vcpu.arch.regs[VCPU_REGS_R8])),
[r9]"i"(offsetof(struct vcpu_vmx, vcpu.arch.regs[VCPU_REGS_R9])),
[r10]"i"(offsetof(struct vcpu_vmx, vcpu.arch.regs[VCPU_REGS_R10])),
[r11]"i"(offsetof(struct vcpu_vmx, vcpu.arch.regs[VCPU_REGS_R11])),
[r12]"i"(offsetof(struct vcpu_vmx, vcpu.arch.regs[VCPU_REGS_R12])),
[r13]"i"(offsetof(struct vcpu_vmx, vcpu.arch.regs[VCPU_REGS_R13])),
[r14]"i"(offsetof(struct vcpu_vmx, vcpu.arch.regs[VCPU_REGS_R14])),
[r15]"i"(offsetof(struct vcpu_vmx, vcpu.arch.regs[VCPU_REGS_R15])),
#endif
[cr2]"i"(offsetof(struct vcpu_vmx, vcpu.arch.cr2)),
[wordsize]"i"(sizeof(ulong))
: "cc", "memory" //被影响的寄存器，cx，dx，bp在栈中保存
#ifdef CONFIG_X86_64
, "rax", "rbx", "rdi", "rsi"
, "r8", "r9", "r10", "r11", "r12", "r13", "r14", "r15"
#else
, "eax", "ebx", "edi", "esi"
#endif
);

Guest non-register state

PDPTES EPT页表，指向EPT页表

Guest interrupt status

RVI VAPCI的支持，正在请求的最高优先级中断

SVI VAPCI的支持，正在处理的最高优先级中断

Host State

VM Entry的时候，会自动保存的HostOS的状态。

CR0，CR3，CR4

RSP，RIP

CS，SS，DS，ES，FS，GS，TR

GDTR，IDTR

VM execution control

Pin-based VM execution Control，指定什么情况下中断导致虚拟机退出。

外部中断，NMI中断都会导致VM exits

Process posted interrupts，VAPIC的支持，

通过posted-interrupt nodification vector，更新apic页表。

Process-based Vm execution control，控制那些指令会导致VM exit。

Excepion Bitmap，确定哪些异常导致VM exit

IO Bitmap Address，确定哪些IO操作导致VM exit

TSC Offest：TSC偏差

MSR-Bitmap Address：

VM-Entry controls fields

event injection，触发向虚拟机中发中断

VM exit information fields

Exit Reason：

Exit qualification：更详细的推出原因

Guest Liner address

Guest physical address：用于EPT页表失效的情况。

Vm-exit interuption information：中断退出情况下的信息

vm-exit interrupt error code：硬件异常的error code

vm-exit instruction length： 因为执行指令导致的退出

vm-exit instruction information：