Downloaded 26 times
More Related Content
MMIO on VT-x
- 1. MMIO ON VT-X @syuu1228 13年4月13日土曜日
- 2. よくこんな風に説明しますね 単純なエミュレーション：ゲストOSのプログラムの全命令を ソフトウェアエミュレーションして実行→すごい遅い VT-x以前の仮想化：ゲストOSのプログラムをそのままCPUで実行 するとホストOSのステートが壊れる →実行してはならない命令を動的に置き換えてネイティブに実行 （VMwareのBinary Translation） VT-xを用いた仮想化：CPUをゲストモードへ切り替え、ゲストOS のプログラムをネイティブに実行（置き換え不要） 13年4月13日土曜日
- 3. ゲストOSのプログラムを そのまま実行できる！ 13年4月13日土曜日
- 4. ゲストOSの命令は全部ネイティブに実行される から、ハイパーバイザは介入しないんだよね！ 13年4月13日土曜日
- 5. ( ﾟдﾟ)ﾊｯ! こんな所に BHyVeのソースコードが… int vmm_emulate_instruction(void *vm, int vcpuid, uint64_t gpa, struct vie *vie, mem_region_read_t memread, mem_region_write_t memwrite, void *memarg) { int error; if (!vie->decoded) return (EINVAL); 命令エミュレーションっぽい switch (vie->op.op_type) { コードが有るんですけど… case VIE_OP_TYPE_MOV: error = emulate_mov(vm, vcpuid, gpa, vie, memread, memwrite, memarg); break; case VIE_OP_TYPE_AND: error = emulate_and(vm, vcpuid, gpa, vie, memread, memwrite, memarg); break; 13年4月13日土曜日
- 6. VT-Xなハイパーバイザで 命令エミュレーション必要なの…？ 13年4月13日土曜日
- 7. ＿人人人人人人＿ ＞ 必要です ＜ ￣Y^Y^Y^Y^Y￣ 13年4月13日土曜日
- 8.
- 9. VT-xなハイパーバイザの ライフサイクル guest /usr/sbin/bhyve userland ioctl(VM_RUN) VMExit BSD guest vmm.ko kernel kernel VMEntry Host mode Guest mode ホストOSのカーネルからゲストモードへ切替（VMEntry） ハードウェアへのアクセスなどハイパーバイザの介入が必要な処理 が実行されたらゲストモードを停止、ホストOSへ戻る（VMExit） 13年4月13日土曜日
- 10. IO命令によるVMExit IO命令が実行された時点でVMExitが発生 VMExitの詳細情報（Exit Qualification）から以下のような情報を取得 アクセスサイズ（1,2,4 bytes） IN方向かOUT方向か String命令（INS）か REP prefixが付いているか IOポート番号はイミディエイト値か、DXレジスタ参照か IOポート番号（イミディエイト値） 13年4月13日土曜日
- 11. IO命令のエミュレーション Exit Qualificationの情報に基いてIO命令をエミュレーション出来る IN命令（イミディエイト値）：EAX = ioport_read(imm) OUT命令（イミディエイト値）：ioport_write(imm, EAX) IN命令（DX参照）：EAX = ioport_read(DX) OUT命令（ DX参照）：ioport_write(DX, EAX) INS命令：*(ES:EDI) = ioport_read(DX) OUTS命令：ioport_write(DX, *(ES:EDI)) 13年4月13日土曜日
- 12. MMIOによるVMExit MMIOは通常のメモリアクセスと同じ命令を用いる →IO命令と違って命令で判別してVMExit出来ない アクセスしたアドレスで判別可能 →MMIO領域に該当するページにアクセスした時に VMExit（EPT violation）が起きるようにEPTを設定 （read/write共に拒否） 13年4月13日土曜日
- 13. MMIOでのVMExit時に 得られる情報 EPT violation時のVMExit Qualification どの種類のアクセス権違反でVMExitが起きたか ページに設定された権限 ゲストOSがアクセスしたアドレス（論理・物理） アクセスしたアドレスとアクセス方向（読み・書き）は分かる 書き込み元・読み込み先の情報（アドレス or レジスタ）とアクセス幅 が分からない どんな命令が実行されたのか分からない 13年4月13日土曜日
- 14. 情報が足りない状態でMMIOを エミュレートするには ゲストEIPの指すアドレスの命令をデコードして、 オペコード・オペランドを取得 オペコード通りの動作をエミュレート アクセス先アドレスがMMIO領域ならデバイスの挙動 をエミュレート 13年4月13日土曜日
- 15. 情報が足りない状態でMMIOを エミュレートするには ゲストEIPの指すアドレスの命令をデコードして、 オペコード・オペランドを取得 オペコード通りの動作をエミュレート アクセス先アドレスがMMIO領域ならデバイスの挙動 をエミュレート 13年4月13日土曜日
- 16. ＿人人人人人人人人人人人人＿ ＞ 命令エミュレーション ＜ ￣Y^Y^Y^Y^Y^Y^Y^Y^Y^Y^Y￣ 13年4月13日土曜日
- 17. ( ﾟдﾟ)ﾊｯ! これがそうだったのか int vmm_emulate_instruction(void *vm, int vcpuid, uint64_t gpa, struct vie *vie, mem_region_read_t memread, mem_region_write_t memwrite, void *memarg) { int error; if (!vie->decoded) return (EINVAL); switch (vie->op.op_type) { case VIE_OP_TYPE_MOV: error = emulate_mov(vm, vcpuid, gpa, vie, memread, memwrite, memarg); break; case VIE_OP_TYPE_AND: error = emulate_and(vm, vcpuid, gpa, vie, memread, memwrite, memarg); break; 13年4月13日土曜日
- 18. なんでCPUがやってくれないのか （想像） x86アーキテクチャでは、メモリアクセス可能な命令 やアドレッシングモードの種類が非常に多い そもそもEPT violationはページへのアクセス権限エラー を知らせるVMExitであって、MMIOを知らせるVMExit ではない 13年4月13日土曜日
- 19. しんどい デバイス guest /usr/sbin/bhyve userland エミュレータ ioctl(VM_RUN) VMExit BSD guest vmm.ko kernel kernel VMEntry Host mode Guest mode ただでさえMMIO領域に触れる度にVMExitするのに、 更にデバイスエミュレータがユーザランドに居るので コンテキストスイッチが発生 13年4月13日土曜日
- 20. Local APIC仮想化支援 Local APICは割り込み周りで頻繁にアクセスされる が、MMIOを使っており準仮想化にも馴染みづらいデ バイス この領域のMMIOだけVT-xが特別扱い 専用のVMExit ReasonとExit Qualificationを用意 →命令エミュレーションが不要に レジスタ・条件によってはVMExit自体省略 13年4月13日土曜日
- 21. Coalesced MMIO (KVM) MMIO領域の中には読み書きによる副作用が無く、 単純なメモリ読み／書きに置き換えられる部分が存在 VGAボードのピクセルデータの領域とか VMExitが発生したらカーネル内で命令エミュレーション を実行、メモリ読み／書きを実施 ユーザランドでのデバイスエミュレーションを省略 e1000ドライバ（NIC）のパフォーマンスが9.7%向上 13年4月13日土曜日
- 22. まとめ ハードウェア仮想化支援機構といっても、なんでもや ってくれるわけじゃない 最後はソフト屋が頑張るしかない 根性とバッドノウハウ・転んでも泣かない すげぇ頑張ったのに新しいハード出るとハード出来る ようになってたりすることもある（VT-x自体がそう） 13年4月13日土曜日