「ハイパーバイザの作り方」読書会＃１
- 2. はじめに：SDMの読み方 • VT-xの範囲はVolume 3, Chapter 23-33 + Appendix A-C • VMCSの構造：Chapter 24 • VT-x拡張命令：Chapter 30 • VMExit Reason：Appendix C 13年8月22日木曜日
- 3. 「仮想化可能」とは （POPEKとGOLDBERGの仮想化用件） • システムに影響を及ぼすセンシティブ命令が全て特権命令なら、ユーザ権限で実行 することでトラップ可能 • センシティブでない命令はCPUで実行、センシティブな命令だけエミュレーション User (Ring 3) Kernel (Ring 0) Hypervisor (Ring 0) ハイパー バイザなし ハイパー バイザあり User/ Kernel (Ring 3) センシティブ命令の 発行などでトラップ 13年8月22日木曜日
- 4. X86は「仮想化可能」でない • トラップできないセンシティブ命令がある • ゲストOSを直接CPUで実行するとホスト環境が壊れる User (Ring 3) Kernel (Ring 0) Hypervisor (Ring 0) ハイパー バイザなし ハイパー バイザあり User/ Kernel (Ring 3) センシティブ命令の 発行などでトラップ 13年8月22日木曜日
- 5. VMWARE’S APPROACH • BinaryTranslation（BT） • ゲストマシンで実行される予定のプログラムを先回り してチェック、問題のある命令を置き換え • 性能の出るBTを実装するのは大変だが、そこそこ高速 に動作していた 13年8月22日木曜日
- 6. XEN’S APPROACH • 準仮想化（Para-virtualization） • ゲストOSをXen専用に書き換え、ゲストOSのカーネルをRing1で実行 させる • 仮想デバイスへのI/Oはソフト割り込みを用いてハイパーバイザに要求 • 本来センシティブ命令を実行していた部分はハイパーバイザ呼び出し に書き換え • 速いがゲストOSの移植が必要（結局Windowsは公式対応ならず） 13年8月22日木曜日
- 7. INTELVT-X • アーキテクチャ拡張で仮想化に対応 • Ring Protectionから独立した２つのモードを導入 • VMX root mode（ハイパーバイザ）、VMX non-root mode（ゲストマシン） User (Ring 3) Kernel (Ring 0) User (Ring 3) Kernel (Ring 0) VMX root mode VMX non-root mode VMEntry VMExit 13年8月22日木曜日
- 8. INTELVT-X • VMX non-root modeでセンシティブ命令を実行するとトラップされて VMX root modeへ切り替わる • VMX non-root modeへの切り替え：VMEntry、VMX root modeへ戻る：VMExit User (Ring 3) Kernel (Ring 0) User (Ring 3) Kernel (Ring 0) VMX root mode VMX non-root mode VMEntry VMExit 13年8月22日木曜日
- 9. VMCS • どんなイベントでVMExitしたいかはハイパーバイザの実装による→VMCSで設定可能（メモリ上の設 定用構造体） • ゲストステートの保持、ホストステートの待避、VMExitした理由の通知などにも利用されている • 4KBアラインの4KB長のデータ構造 内部構造は非公開、専用命令でアクセス • 詳しくは→SDMVolume 3, Chapter 24 VMCS revision identifier VMX-abort indicator VMCSdata Guest-state area Host-state area VM-exection control fields VM-exit control fields VM-entry control fields VM-exit information fields 13年8月22日木曜日
- 10. VMCS • VMCS revision identifier：VMCSのデータフォーマットのリビジョン番号。CPUにより書き込まれる。 • VMX-abort indicator：VMExitが失敗した時にCPUによりエラーコードが書き込まれる。 • Guest-state area：VMExit時にゲストレジスタを待避し、VMEntry時に復帰するための領域。 • Host-state area：VMEntry時にハイパーバイザのレジスタを待避し、VMExit時に復帰するための領域。 • VM-execution control fields：ゲストマシン実行時のCPUの挙動を設定する。（例：どのイベントで VMExitするか • VM-exit control fields：VMExit時のCPUの挙動を設定する。（例：外部割り込み発生時のCPUの挙動 • VM-entry control fields：VMEntry時のCPUの挙動を設定する。（例：ゲストマシンへの割り込み挿入 • VM-exit information fields：VMExit時にCPUによりVMExit Reasonが書き込まれる。 13年8月22日木曜日
- 11. VT-X拡張命令 • VT-xを有効・無効：VMXON／VMXOFF • VMEntry：VMLAUNCH（初回）／VMRESUME（再開） • VMCSをCPUにセット・クリア：VMPTRLD／VMCLEAR • VMCS読み・書き：VMREAD／VMWRITE • 詳しくは→SDMVolume 3, Chapter 30 13年8月22日木曜日
- 12. VMEXIT REASON • VMExitが発生すると、CPUはモードをVMX root modeへ切り 替えてVMCSのVM-exit information fieldsにExit Reasonを書き込 む • Exit Reasonの一覧はAppendix Cにある • IO命令・RDMSR/WRMSR命令の実行・CRレジスタへのアク セスなどセンシティブ命令に相当するものの他にも外部割 り込みの着信などゲストマシン由来ではない要因も存在 13年8月22日木曜日
- 13. EXIT QUALIFICATION • Exit Reasonによっては追加の情報が提供される：Exit Qualification • Volume3, Chapter 27.2.1 • CRレジスタアクセスの場合： レジスタ番号・使われた命令・使われたレジスタ、etc 13年8月22日木曜日