memory - 使用 VMX 模拟内存映射 I/O 是否需要指令解码？

Question

我想知道使用 Intel 的 VMX/VT 技术的管理程序如何模拟内存映射 I/O(以便 guest 可以认为它正在对设备执行内存映射 I/O)。

我认为基本原则是设置 EPT 页表，使有问题的内存地址通过将它们设置为无法读取或写入来导致 EPT 违规(即 VM 退出)？然而，接下来的问题是如何处理虚拟机退出。这样的 VM 退出将填写所有退出资格原因等，包括客户线性地址和客户物理地址等。但我在这些退出资格字段中缺少的是一些字段，指示 - 在写指令的情况下 -试图写入的值和写入的大小。同样，对于读取指令，最好使用一些指示读取目标的位字段，例如寄存器或内存位置(在内存到内存字符串操作的情况下)。这将使管理程序很容易弄清楚 guest 试图做什么，然后模拟针对 guest 的设备行为。

但麻烦的是，我在退出条件中找不到这样的字段。我可以看到指向错误指令位置的指令指针，因此我可以遍历页表以读入指令，然后对其进行解码以理解指令，然后模拟 I/O 行为。然而，这需要管理程序对所有 x86 指令有相当完整的了解，并能够对其进行解码。这对管理程序来说似乎是一个沉重的负担，并且还需要它与以后的指令添加保持同步。并且 CPU 应该已经有了这些信息。

有可能我遗漏了这些相关字段，因为文档非常广泛，但我试图仔细搜索但未能找到它。也许有人可以为我指出正确的方向，或者确认管理程序需要包含一个指令解码器。

Answer 1

我相信大多数虚拟机都会解码指令。这实际上并没有那么难，而且当 CPU 虚拟机扩展不可用或无法完成任务时，大多数虚拟机都有软件模拟器可以回退。您不需要处理每条指令，只需处理那些可以采用内存操作数的指令，并且您可能会忽略所有不是 1、2 或 4 字节内存操作数的指令，因为您不太可能模拟设备寄存器，除了那些尺寸。 (对于内存映射设备缓冲区，如视频内存，您​​不希望捕获每次内存访问，因为那太慢了，因此您必须采取不同的方法。)

但是，有一种方法可以让 CPU 为您完成工作，但它比解码指令本身要慢得多，而且并不完全完美。您可以单步执行指令，同时临时映射到有效的 RAM 页中。 VM 导出将告诉您 guest 物理地址访问以及它是读还是写。不幸的是，它不能可靠地告诉您它是否是读-修改-写指令，这些指令可能只是设置写标志，并且某些设备寄存器可能会有所不同。复制指令(它最多只能是 15 个字节，但要注意页面边界)并在主机中执行它可能更容易，但这要求您可以将页面映射到主机中的相同虚拟地址客人。

您可以结合这些技术，解码实际用于访问内存映射设备寄存器的通用指令，同时对您不认识的指令使用单步执行。

请注意，选择编写自己的管理程序会给自己带来沉重的负担。与模拟整个 IBM PC 兼容计算机的任务相比，必须解码软件中的指令是一个非常小的负担。 Intel 虚拟化扩展并不是为了让这一切变得更容易而设计的，它们只是为了提高效率而设计的。编写一个解释指令的纯软件模拟器会更容易。处理内存映射 I/O 只是将读取和写入分派(dispatch)给正确的函数的问题。