Intel VT入门

﹏ヽ暗。殇╰゛Y 2023-10-12 06:47 11阅读 0赞

**前言**  
   
   
传说中的VT貌似很神秘的样子,关于VT入门的资料又很少,于是研究了一番  
由于资源有限,自身水平亦有限,并且是闭门造车之作,如有错误的地方请指正,不胜感激!  
关于VT可以先参考海风月影写的关于VT调试器[http://bbs.pediy.com/showthread.][http_bbs.pediy.com_showthread.][PHP][]?t=96122  
   
运行环境  
[操作系统][Link 1]: windows XP   
CPU : intel i3-390M   
状态: 单核运行  
   
驱动没有卸载部分,[测试][Link 2]前请先保存好文档.在 boot.ini 文件中添加 /numproc=1,重启  
**VT简介**  
   
   
Intel VIrtual Techonlogy , intel 硬件虚拟化技术 ,在硬件级别上完成计算机的虚拟化  
   
为实现硬件虚拟化 ,VT增加了 12条新的 VMX指令  
   
\[VMCS控制 5 条\]  
VMPTRLD   
VMPTRST   
VMCLEAR   
VMREAD   
VMWRITE   
   
\[VMX命令 5条\]  
VMLAUNCH   
VMCALL   
VMXON   
VMXOFF   
VMRESUME   
   
\[Guest software 2条\]  
INVEPT   
INVVPID   
   
   
12条指令对应的机器码(xen-3.4.1\\xen\\include\\asm-x86\\hvm\\vmx\\vmx.h)  
代码中使用 \_emit  
   
\#define VMCALL\_OPCODE ".byte 0x0f,0x01,0xc1\\n"  
\#define VMCLEAR\_OPCODE ".byte 0x66,0x0f,0xc7\\n" /\* reg/opcode: /6 \*/  
\#define VMLAUNCH\_OPCODE ".byte 0x0f,0x01,0xc2\\n"  
\#define VMPTRLD\_OPCODE ".byte 0x0f,0xc7\\n" /\* reg/opcode: /6 \*/  
\#define VMPTRST\_OPCODE ".byte 0x0f,0xc7\\n" /\* reg/opcode: /7 \*/  
\#define VMREAD\_OPCODE ".byte 0x0f,0x78\\n"  
\#define VMRESUME\_OPCODE ".byte 0x0f,0x01,0xc3\\n"  
\#define VMWRITE\_OPCODE ".byte 0x0f,0x79\\n"  
\#define INVEPT\_OPCODE ".byte 0x66,0x0f,0x38,0x80\\n" /\* m128,r64/32 \*/  
\#define INVVPID\_OPCODE ".byte 0x66,0x0f,0x38,0x81\\n" /\* m128,r64/32 \*/  
\#define VMXOFF\_OPCODE ".byte 0x0f,0x01,0xc4\\n"  
\#define VMXON\_OPCODE ".byte 0xf3,0x0f,0xc7\\n"  
   
   
驱动初在始化一个VMCS (Virtual Machine Control Structures)内存区域后,启动VMM (Virtual Machine Monitor) ,   
得到最高权限从而管理硬件资源, 操作系统是运行于ring0下  
VMM要监控管理整个系统的资源,因而VMM的权限是大于操作系统,它处于一个全新的级别ring -1  
用一个形象的比喻来讲就是:当前操作系统的的“政权”被VMM颠覆了  
下面这个图是: VMM 与Guest OS 的联系  
   
![名称:  image001.jpg 查看次数: 1987 文件大小:  16.6 KB][image001.jpg _ 1987 _ 16.6 KB]  
   
   
下面简单介绍一下VMM的建立过程,看看“政权”是如何被颠覆的  
**首先通过CPUID检查CPU是否支持VT**  
   
硬件环境的检测,通过指令CPUID检测CPU是否支持VT  
ECX的第5个bit标志代表对 VT 的支持与否  
(更多检测可以看  
[http://bbs.pediy.com/showthread.php?t=96122][http_bbs.pediy.com_showthread.]  
回贴部分)  
初始化主要的内存区域  
使用VMXON 进入 VMX (虚拟机指令扩展指令集)操作  
   
执行VMXON指令 , EFLAGS.CF 可判断执行是否成功  
\_\_asm  
\{   
PUSH 0  
PUSH PhysicalVMXONRegionPtr.LowPart  
   
\_emit 0xF3 // VMXON \[ESP\]  
\_emit 0x0F  
\_emit 0xC7  
\_emit 0x34  
\_emit 0x24  
   
PUSHFD  
POP eFlags  
   
ADD ESP, 8  
\}  
   
接下来开始初始化VMCS区域,(相当于部署军队,准备起义)  
这个结构只能够被VMCLEAR, VMPTRLD, VMREAD,和VMWRITE操作。  
VMM运行后guest 执行这些指令时会引发\#VMExit事件  
   
VMCS 结构如下图  
   
   
   
![名称:  image002.jpg 查看次数: 1989 文件大小:  18.2 KB][image002.jpg _ 1989 _ 18.2 KB]   
VMCS 是一个4K的内存区域  
在逻辑上，虚拟机控制结构被划分为 6 部分：  
1) GUEST-STATE 域：虚拟机从根操作模式进入非根操作模式时，处理器所处的状态；  
2) HOST-STATE 域：虚拟机从非根操作模式退出到根操作模式时，处理器所处的状态；  
3) VM 执行控制域：虚拟机在非根操作模式运行的时候，控制处理器非根操作模式退出到根操作模式；  
4) VM 退出控制域：虚拟机从非根操作模式下退出时，需要保存的信息；  
5) VM 进入控制域：虚拟机从根操作模式进入非根操作模式时，需要读取的信息；  
6) VM 退出信息域：虚拟机从非根操作模式退出到根操作模式时，将退出的原因保存到该域中。  
   
   
在这里初始化的代码比较多,要初始化 host 与 guest 的 CR0，CR3，CR4，IDTR，GDTR，LDTR，Rflag，SYSENTER\_CS，SYSENTER\_EIP，SYSENTER\_ESP等  
初始化时使用VMWRITE 指令设置 , 设置时主要的宏是  
GUEST\_ES\_SELECTOR = 0x00000800,  
GUEST\_CS\_SELECTOR = 0x00000802,  
GUEST\_SS\_SELECTOR = 0x00000804,  
GUEST\_DS\_SELECTOR = 0x00000806,  
GUEST\_FS\_SELECTOR = 0x00000808,  
GUEST\_GS\_SELECTOR = 0x0000080a,  
GUEST\_LDTR\_SELECTOR = 0x0000080c,  
GUEST\_TR\_SELECTOR = 0x0000080e,  
HOST\_ES\_SELECTOR = 0x00000c00,  
HOST\_CS\_SELECTOR = 0x00000c02,  
HOST\_SS\_SELECTOR = 0x00000c04,  
HOST\_DS\_SELECTOR = 0x00000c06,  
HOST\_FS\_SELECTOR = 0x00000c08,  
HOST\_GS\_SELECTOR = 0x00000c0a,  
HOST\_TR\_SELECTOR = 0x00000c0c,  
…  
使用 VMWRITE 指令集成的函数  
VOID WriteVMCS( ULONG encoding, ULONG value )  
\{   
\_\_asm  
\{   
PUSHAD  
PUSH value  
MOV EAX, encoding   
   
\_emit 0x0F   
\_emit 0x79   
\_emit 0x04  
\_emit 0x24  
   
POP EAX  
POPAD  
\}  
\}  
例如初始化 GDT , IDT 使用的是以下代码  
\_\_asm  
\{   
SGDT gdt\_reg  
\}  
temp32 = 0;  
temp32 = gdt\_reg.BaseHi;  
temp32 <<= 16;  
temp32 |= gdt\_reg.BaseLo;  
Log( "Setting Host GDTR Base" , temp32 );  
WriteVMCS( HOST\_GDTR\_BASE, temp32 );   
   
   
\_\_asm  
\{   
SIDT idt\_reg  
\}  
temp32 = 0;  
temp32 = idt\_reg.BaseHi;  
temp32 <<= 16;  
temp32 |= idt\_reg.BaseLo;  
   
Log( "Setting Host IDTR Base" , temp32 );  
WriteVMCS( HOST\_IDTR\_BASE, temp32 );  
   
比较重要的是设置 \#VMExit 事件处理入口 HOST\_RIP  
WriteVMCS( HOST\_RIP, (ULONG)VMMEntryPoint ); //0x6C16  
   
最后执行 VMLAUNCH 指令 ,正式启动虚拟机(建立了新的政权)  
\_\_asm  
\{   
\_emit 0x0F   
\_emit 0x01  
\_emit 0xC2  
\}  
至此,整个VMM的帝国已经运行起来,帝国将会管理整个系统资源  
接下来的就是\#VMExit的事件循环处理(类似在调试器中下断点后,等待事件发生)  
运行过程中Guest OS 遇到要监控的指令,会发生 \#VMExit 事件 (相当于被调试程序执行到中断事件)  
此时由VMM 处理,例如cpuid ,   
处理完后由 VMRESUME 继续执行 (相当于在 OD 中 F9 继续运行)  
   
**\#VMExit事件的类型**  
   
\#VMExit事件分为二种  
1 无条件事件CPUID GETSEC INVD XSETBV 所有 VMX指令  
2 有条件事件I/O访问,中断事件, MSR寄存器访问, HTL 等 (要设置VMCS相应部分触发)  
   
   
   
VMM使用VMREAD读取虚拟机状态,主要的一些变量有  
VM\_EXIT\_REASON = 0x00004402, //退出代码  
VM\_EXIT\_INTR\_INFO = 0x00004404, //中断信息  
VM\_EXIT\_INTR\_ERROR\_CODE = 0x00004406,  
IDT\_VECTORING\_INFO = 0x00004408,  
IDT\_VECTORING\_ERROR\_CODE = 0x0000440a,  
VM\_EXIT\_INSTRUCTION\_LEN = 0x0000440c, //指令长度  
VMX\_INSTRUCTION\_INFO = 0x0000440e,  
GUEST\_ES\_LIMIT = 0x00004800,  
GUEST\_CS\_LIMIT = 0x00004802,  
GUEST\_SS\_LIMIT = 0x00004804,  
GUEST\_DS\_LIMIT = 0x00004806,  
…  
其中最重要的就是VM\_EXIT\_REASON , 可以看作是消息类型  
主要的类型有  
\#define EXIT\_REASON\_EXCEPTION\_NMI 0  
\#define EXIT\_REASON\_EXTERNAL\_INTERRUPT 1  
\#define EXIT\_REASON\_TRIPLE\_FAULT 2  
\#define EXIT\_REASON\_INIT 3  
\#define EXIT\_REASON\_SIPI 4  
\#define EXIT\_REASON\_IO\_SMI 5  
\#define EXIT\_REASON\_OTHER\_SMI 6  
\#define EXIT\_REASON\_PENDING\_VIRT\_INTR 7  
\#define EXIT\_REASON\_PENDING\_VIRT\_NMI 8  
\#define EXIT\_REASON\_TASK\_SWITCH 9  
\#define EXIT\_REASON\_CPUID 10  
\#define EXIT\_REASON\_HLT 12  
\#define EXIT\_REASON\_INVD 13  
\#define EXIT\_REASON\_INVLPG 14  
\#define EXIT\_REASON\_RDPMC 15  
\#define EXIT\_REASON\_RDTSC 16  
\#define EXIT\_REASON\_RSM 17  
\#define EXIT\_REASON\_VMCALL 18  
\#define EXIT\_REASON\_VMCLEAR 19  
\#define EXIT\_REASON\_VMLAUNCH 20  
\#define EXIT\_REASON\_VMPTRLD 21  
\#define EXIT\_REASON\_VMPTRST 22  
\#define EXIT\_REASON\_VMREAD 23  
\#define EXIT\_REASON\_VMRESUME 24  
\#define EXIT\_REASON\_VMWRITE 25  
\#define EXIT\_REASON\_VMXOFF 26  
\#define EXIT\_REASON\_VMXON 27  
…  
   
DWORD VmxRead(DWORD in\_code)  
\{   
DWORD m\_vmread = 0;  
\_\_asm  
\{   
PUSHAD  
   
MOV EAX, in\_code   
\_emit 0x0F // VMREAD EBX, EAX  
\_emit 0x78  
\_emit 0xC3  
   
MOV m\_vmread, EBX   
POPAD  
\}  
return m\_vmread;   
\}  
   
VOID VMMReadGuestState( )  
\{   
HandlerLogging = 0;  
ExitReason = VmxRead(VM\_EXIT\_REASON); //0x4402  
ExitInterruptionInformation = VmxRead( VM\_EXIT\_INTR\_INFO); //0x4404  
ExitInstructionLength = VmxRead(VM\_EXIT\_INSTRUCTION\_LEN); //0x440c  
ExitQualification = VmxRead(EXIT\_QUALIFICATION) ; //0x6400  
ExitInterruptionInformation = VmxRead(VM\_EXIT\_INTR\_INFO); //0x4404  
ExitInterruptionErrorCode = VmxRead(VM\_EXIT\_INTR\_ERROR\_CODE); //0x4406  
   
IDTVectoringInformationField = VmxRead(IDT\_VECTORING\_INFO); //0X00004408 // IDT-Vectoring Information Field  
IDTVectoringErrorCode = VmxRead(IDT\_VECTORING\_ERROR\_CODE); //0X0000440A // IDT-Vectoring Error Code   
ExitInstructionLength = VmxRead(VM\_EXIT\_INSTRUCTION\_LEN); //0x0000440C // VM-Exit Instruction Length  
ExitInstructionInformation = VmxRead(VMX\_INSTRUCTION\_INFO) ; //0x0000440E //VM-Exit Instruction Information  
GuestEIP = VmxRead(GUEST\_RIP); //0x0000681E; //GuestEIP  
GuestESP = VmxRead(GUEST\_RSP); //0x0000681c //esp  
GuestCR3 = VmxRead(GUEST\_CR3); //0X6802 GuestCR3  
   
\}  
   
**CPUID指令的拦截与修改**  
   
   
当 guest OS 执行 cupid 时,会得到这样一个错误号 10 (VMX\_EXIT\_CPUID )  
当执行到CPUID这条指令的时候,响应,然后就可以修改cpuid的返回值  
   
if( ExitReason == VMX\_EXIT\_CPUID )   
\{   
if( GuestEAX == 0 )  
\{   
DbgPrint("CPUID EIP == %08X \\n" , GuestEIP );  
//0x34EC2B   
\_\_asm  
\{   
POPAD  
MOV EAX, 0  
CPUID   
   
   
//修改CPUID返回值  
MOV EBX, 0x80808080  
MOV ECX, 0x90909090  
MOV EDX, 0x10101010  
JMP Resume  
\}  
\}  
else  
\{   
\_\_asm  
\{   
POPAD  
MOV EAX, GuestEAX  
CPUID  
JMP Resume  
\}   
\}   
\}  
   
   
**最后运行的效果**  
   
运行VT前 cupid  
![名称:  cpuid1.jpg 查看次数: 1976 文件大小:  8.1 KB][cpuid1.jpg _ 1976 _ 8.1 KB]  
   
运行VT后 cpuid  
   
![名称:  cpuid2.jpg 查看次数: 1981 文件大小:  14.5 KB][cpuid2.jpg _ 1981 _ 14.5 KB]  
   
顺道打印了执行CPUID程序的 EIP,与输出的 00401009一致  
00401003 |. 53 push ebx  
00401004 |? B8 00000000 mov eax,0  
00401009 |. 0FA2 cpuid  
0040100B |. 894424 0C mov dword ptr ss:\[esp+C\],eax  
0040100F |? 894C24 08 mov dword ptr ss:\[esp+8\],ecx  
00401013 |? 895C24 04 mov dword ptr ss:\[esp+4\],ebx  
00401017 |? 68 10614000 push cpuid.00406110 ; ASCII "---------cpuid------",LF

EXIT\_REASON 的所有类型注释  
  
VirtualBox\\src\\VBox\\VMM\\VMMR3\\HWACCM.cpp  
  
EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_EXCEPTION          ,  0, "Exception or non-maskable interrupt (NMI)."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_EXTERNAL\_IRQ       ,  1, "External interrupt."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_TRIPLE\_FAULT       ,  2, "Triple fault."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_INIT\_SIGNAL        ,  3, "INIT signal."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_SIPI               ,  4, "Start-up IPI (SIPI)."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_IO\_SMI\_IRQ         ,  5, "I/O system-management interrupt (SMI)."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_SMI\_IRQ            ,  6, "Other SMI."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_IRQ\_WINDOW         ,  7, "Interrupt window."),  
    EXIT\_REASON\_NIL(),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_TASK\_SWITCH        ,  9, "Task switch."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_CPUID              , 10, "Guest software attempted to execute CPUID."),  
    EXIT\_REASON\_NIL(),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_HLT                , 12, "Guest software attempted to execute HLT."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_INVD               , 13, "Guest software attempted to execute INVD."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_INVPG              , 14, "Guest software attempted to execute INVPG."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_RDPMC              , 15, "Guest software attempted to execute RDPMC."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_RDTSC              , 16, "Guest software attempted to execute RDTSC."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_RSM                , 17, "Guest software attempted to execute RSM in SMM."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_VMCALL             , 18, "Guest software executed VMCALL."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_VMCLEAR            , 19, "Guest software executed VMCLEAR."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_VMLAUNCH           , 20, "Guest software executed VMLAUNCH."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_VMPTRLD            , 21, "Guest software executed VMPTRLD."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_VMPTRST            , 22, "Guest software executed VMPTRST."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_VMREAD             , 23, "Guest software executed VMREAD."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_VMRESUME           , 24, "Guest software executed VMRESUME."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_VMWRITE            , 25, "Guest software executed VMWRITE."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_VMXOFF             , 26, "Guest software executed VMXOFF."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_VMXON              , 27, "Guest software executed VMXON."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_CRX\_MOVE           , 28, "Control-register accesses."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_DRX\_MOVE           , 29, "Debug-register accesses."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_PORT\_IO            , 30, "I/O instruction."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_RDMSR              , 31, "RDMSR. Guest software attempted to execute RDMSR."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_WRMSR              , 32, "WRMSR. Guest software attempted to execute WRMSR."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_ERR\_INVALID\_GUEST\_STATE,  33, "VM-entry failure due to invalid guest state."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_ERR\_MSR\_LOAD       , 34, "VM-entry failure due to MSR loading."),  
    EXIT\_REASON\_NIL(),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_MWAIT              , 36, "Guest software executed MWAIT."),  
    EXIT\_REASON\_NIL(),  
    EXIT\_REASON\_NIL(),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_MONITOR            , 39, "Guest software attempted to execute MONITOR."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_PAUSE              , 40, "Guest software attempted to execute PAUSE."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_ERR\_MACHINE\_CHECK  , 41, "VM-entry failure due to machine-check."),  
    EXIT\_REASON\_NIL(),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_TPR                , 43, "TPR below threshold. Guest software executed MOV to CR8."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_APIC\_ACCESS        , 44, "APIC access. Guest software attempted to access memory at a physical address on the APIC-access page."),  
    EXIT\_REASON\_NIL(),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_XDTR\_ACCESS        , 46, "Access to GDTR or IDTR. Guest software attempted to execute LGDT, LIDT, SGDT, or SIDT."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_TR\_ACCESS          , 47, "Access to LDTR or TR. Guest software attempted to execute LLDT, LTR, SLDT, or STR."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_EPT\_VIOLATION      , 48, "EPT violation. An attempt to access memory with a guest-physical address was disallowed by the configuration of the EPT paging structures."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_EPT\_MISCONFIG      , 49, "EPT misconfiguration. An attempt to access memory with a guest-physical address encountered a misconfigured EPT paging-structure entry."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_INVEPT             , 50, "INVEPT. Guest software attempted to execute INVEPT."),  
    EXIT\_REASON\_NIL(),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_PREEMPTION\_TIMER   , 52, "VMX-preemption timer expired. The preemption timer counted down to zero."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_INVVPID            , 53, "INVVPID. Guest software attempted to execute INVVPID."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_WBINVD             , 54, "WBINVD. Guest software attempted to execute WBINVD."),  
    EXIT\_REASON(VMX\_EXIT\_XSETBV             , 55, "XSETBV. Guest software attempted to execute XSETBV."),  
    EXIT\_REASON\_NIL()  
  jpg改rar![923483-20161210122825507-1412702060.jpg][]

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[image002.jpg _ 1989 _ 18.2 KB]: http://bbs.pediy.com/attachment.php?attachmentid=63358&thumb=1&d=1324719730
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