BitVisorのMSR Bitmapについて

これはBitVisor Advent Calendar 2018の16日目の記事です．

@morimolymolyです．
研究でBitVisorを扱っています．よろしくおねがいします．
Twitterやブログもやっています．

今日はBitVisorのMSR周り，特にMSR Bitmapのお話をします．

MSR Bitmapとは

通常，MSRへのアクセスがあった場合，毎回VM Exitが起こりゲストからハイパーバイザへと制御が移ります．しかしVMExitなどのコンテキストスイッチはオーバーヘッドになるため，不要なVMExitは減らすべきです．そこで特定のMSRアクセスのみトラップして，ほかをパススルーするために，BitVisorではMSR Bitmapを導入しています．
Exception BitmapやPFEC_MASK(PageFault Error Code Match)やPFEC_MATCH(PageFault Error Code Match)も例外やページフォールトを選択的にトラップするための手段で，MSR Bitmapと似ていますね．

さて，MSR Bitmapには以下の4種類あります．

• Read bitmap for low MSRs: MSRのIndexが00000000H to 00001FFFH
• Read bitmap for high MSRs : MSRのIndexがC0000000H to C0001FFFH．MSR Bitmapのアドレスに0x400足したところ．
• Write bitmap for low MSRs : MSRのインデックスが00000000H to 00001FFFH．MSR Bitmapのアドレスに0x800足したところ．
• Write bitmap for high MSRs: MSRのインデックスがC0000000H to C0001FFFH．MSR Bitmapのアドレスに0xC00足したところ．

BitVisorでのMSR Bitmapの扱い

MSR Bitmapはcore/msr_pass.cにて実装されています．
static void msr_pass_init (void)が初期化部分です．
基本的にはcurrent->vmctl.msrpassを引数をセットして呼び出しています．
vmctlはAMD-VとIntel VT-xを抽象化するレイヤです．
それぞれ，core/svm.c，core/vt.cにてstatic struct vmctl_func funcに代入しているところが関数ポインタの初期化部分なので，追いかけるときはここを起点として読みます．
msrpassはそれぞれ，core/svm_msr.c，core/vt_msr.cに実装があります．
ここではIntel Vt-xの実装を読んでみましょう．

void
vt_msrpass (u32 msrindex, bool wr, bool pass)
{
    u8 *p;

    switch (msrindex) {
    case MSR_IA32_SYSENTER_CS:
    case MSR_IA32_SYSENTER_ESP:
    case MSR_IA32_SYSENTER_EIP:
// 省略...
    case MSR_IA32_MTRR_PHYSMASK8:
    case MSR_IA32_MTRR_PHYSMASK9:
    case MSR_IA32_PAT:
        pass = false;
        break;
    case MSR_IA32_MTRRCAP:
    case MSR_IA32_FEATURE_CONTROL:
    case MSR_IA32_VMX_PROCBASED_CTLS2:
        if (!wr)
            pass = false;
        break;
    }
    p = current->u.vt.msrbmp->msrbmp;
    if (wr)
        p += 0x800;
    if (msrindex <= 0x1FFF)
        vt_setmsrbmp (p, msrindex, !pass);
    else if (msrindex >= 0xC0000000 && msrindex <= 0xC0001FFF)
        vt_setmsrbmp (p + 0x400, msrindex - 0xC0000000, !pass);
}

msrindexはMSRのインデックス，wrは書き込みならtrue，passはpass-throughするならtrueです．トラップしたい場合はpassをfalseにします．

static void
vt_setmsrbmp (u8 *p, u32 bitoffset, int bit)
{
    if (bit)
        p[bitoffset >> 3] |= 1 << (bitoffset & 7);
    else
        p[bitoffset >> 3] &= ~(1 << (bitoffset & 7));
}

ここが書き込み部分．

宣伝：仮想化技術slack HyperVillage

特に活動しているわけではないですが，仮想化技術関連のslackを立ち上げました．
招待URL
4人しか人がいないですが，ぜひ入ってくれるとうれしいです．(あわよくば実装の相談など……)