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硬件辅助虚拟化截获技术.docx
资料介绍
硬件辅助虚拟化截获技术
一、技术概述
虚拟化技术是通过在物理硬件与上层操作系统之间引入虚拟化层，将物理硬件资源抽象为多组相互隔离的虚拟硬件资源，从而实现多操作系统并行运行的技术。在虚拟化架构中，VMM（Virtual Machine Monitor，虚拟机监控器，也称为Hypervisor）负责管理所有物理资源，并为每个客户机操作系统提供虚拟执行环境，而客户机的特权指令、IO操作等敏感行为必须被VMM截获并处理，否则会破坏虚拟化的隔离性，导致系统运行错误。
早期的全虚拟化方案依赖二进制翻译技术对客户机的敏感指令进行动态翻译，这种纯软件实现的方式存在较高的性能开销。随着Intel VT-x、AMD-V等硬件辅助虚拟化技术的推出，处理器厂商直接在硬件层面提供了对虚拟化的支持，硬件辅助虚拟化截获技术应运而生，通过硬件机制自动识别敏感操作并触发陷入，大幅降低了虚拟化截获的性能损耗，成为当前主流虚拟化平台的核心技术。
二、截获技术的基本原理
2.1 处理器的硬件辅助虚拟化扩展
Intel VT-x技术为x86架构引入了两种新的操作模式：VMX根模式与VMX非根模式，VMM运行在VMX根模式，拥有最高特权级别，客户机操作系统运行在VMX非根模式，即使客户机运行在ring 0级别，其特权操作也会被硬件截获。当客户机执行特权指令、访问控制寄存器或发生异常中断时，处理器会自动触发VM退出（VM Exit），将控制权交还给VMM，由VMM完成对应操作的模拟处理；处理完成后，VMM执行VM进入（VM Entry），将控制权返回给客户机，继续执行客户机代码。
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