RustでHypervisor.frameworkを触ってみた

1. Rust で Hypervisor.framework を
触ってみた
〜 DOS を動かしてみた 〜
2020/1/27 Rust LT #8
@moriai19

2. 自己紹介
• 盛合 敏（Satoshi Moriai / Shiisaa Moriai）
• https://github.com/moriai
• https://twitter.com/moriai19
• 昔は OS（Mach / Real-Time Mach, Linux）や
分散システムの開発をしていた
• 今は …
• 趣味で Rust や Swift と戯れる

3. やってみたいこと
• Rust や最新技術で分散型 OS の開発が少しは楽になるかも
• Mach を C で開発するのは大変だった
• インターフェースが矛盾したコードでもビルドでき、
デバッグに無駄な労力を費やした
• フルビルドは時間かかりすぎ、インクリメンタルビルドは
不完全
• macOS が好きなので、もっと弄んでみたい

4. ということで、
Rust で macOS の Hypervisor framework を
触ってみることにした

5. macOS Hypervisor framework とは
Virtual Memory
Threads
Mach
AppleHV.kext
hv_task_trap() hv_thread_trap()
VMX Driver
Hypervisor
Virtualized XXX
（仮想マシン、仮想OSなど）
ユーザプロセス
（ユーザタスク） Rust
crate xhypervisor
crate hypervisor もあるが
メンテされてない模様
Apple から提供される
API は C, Swift
macOS kernel
（Darwin）
・・・
BSD
• 仮想化のための軽量なハイパバイザフレームワーク
• Intel VMX をユーザプロセスから簡単に利用できる
• カーネルエクステンション AppleHV への橋渡しをする
Hypervisor.framework

6. ハイパバイザをプログラムしてみる

7. fn main() -> Result<(),Error> {
create_vm()?;
let mut mem = vec![0u8; MEMSIZE];
map_mem(&mem, 0, &perm)?;
let handle = thread::spawn(|| { // VCPUが複数なら、その数のスレッドを起動
let vcpu = vCPU::new()?;
VCPUの設定; メモリ上にプログラムやデータを配置; レジスタの設定;
loop {
vcpu.run(); // VMENTER → VCPUの実行 → VMEXIT
match vcpu.read_vmcs(VMCS_RO_EXIT_REASON)? {
vmx_exit::VMX_REASON_EXC_NMI => 例外やNMIの処理,
vmx_exit::VMX_REASON_HLT => break,
...
}
}
vcpu.destroy()?;
});
handle.join()?;
unmap_mem(0, MEMSIZE)?;
destroy_vm()?;
}

8. DOSを動かしてみる
• C++ DOS エミュレータ（https://github.com/mist64/hvdos.git）を利用
• ハイパバイザと同じ空間で動作
• DOSシステムコール（INT xxH, AH=yy）相当を Unix システムコールで実装
• DOS 2.x システムコール 87 個のうち 29 個を実装（オリジナルに３個追加）
• ハイパバイザ（Rust）
• VCPU を 16bit リアルモード用に設定し、DOS プログラムをメモリに貼り付け、IP
と SP を設定して、vcpu.run()
• INT が発生 → VMEXIT → 割り込み番号を取り出し、ラッパー経由でDOS エミュレー
タを呼び出す

9. DOSプログラムが動きました
• ネット上で見つけたバイナリが動きました
• HELLO.COM
• MORE.COM
• COMP.COM
• PKUNZJR.COM

10. • ソースコードは github で公開
• https://github.com/moriai/hvdos.rs.git
• 次回は 64bit OS & 完全 Rust 化にトライ？
おわりに