🚣🏽 👵🏾 👨🏽‍💻 वर्चुअल वर्ल्ड इंटेल। भाग 2: एसएमपी 👨🏿 🌯 🕺🏿

पिछले लेख (लिंक) में, मैंने इंटेल हार्डवेयर वर्चुअलाइजेशन तकनीक पर आधारित एक हाइपरविजर की मूल अवधारणा के बारे में बात की थी। अब मैं मल्टीप्रोसेसर आर्किटेक्चर (एसएमपी) के लिए समर्थन जोड़कर हाइपरविजर की क्षमताओं का विस्तार करने का प्रस्ताव करता हूं, और यह भी एक उदाहरण पर विचार करें कि हाइपरवाइजर अतिथि ओएस में बदलाव कैसे कर सकता है।

निम्नलिखित विन्यास के साथ पीसी पर सभी आगे की कार्रवाई की जाएगी:

CPU: Intel Core i7 5820K
मदरबोर्ड: Asus X99-PRO
राम: १६ जीबी
अतिथि OS: PAE अक्षम के साथ विंडोज 7 x32

मैं हार्ड ड्राइव पर हाइपरविजर के घटकों के स्थान का वर्णन करके शुरू करूँगा (सभी मान क्षेत्रों में निर्दिष्ट हैं)।

हाइपरविजर लोड करने की प्रक्रिया पिछले संस्करण से केवल एक नए मॉड्यूल हाइपवाइज़र.एप की उपस्थिति में भिन्न होती है , जिसका उद्देश्य एपी प्रोसेसर का मूल आरंभीकरण है।

मेमोरी में मॉड्यूल लोड करने की प्रक्रिया:

एसएमपी समर्थन

मैंने सममित मल्टीप्रोसेसिंग के सिद्धांत पर एक हाइपरविजर लागू किया, जिसका मतलब है कि वीएमएक्स की एक ही प्रति सभी तार्किक प्रोसेसर पर लॉन्च की जाएगी। इसके अलावा, आईडीटी और जीडीटी टेबल, साथ ही साथ पेजिंग मेमोरी के लिए टेबल, सभी तार्किक प्रोसेसर के लिए सामान्य होगी। मैंने ऐसा इसलिए किया क्योंकि हाइपरविजर तुरंत अतिथि ओएस के पते के स्थान के लिए मेमोरी को इनिशियलाइज़ कर देगा और व्यक्तिगत पेजों के भौतिक पते को गतिशील रूप से पुन: असाइन करने की कोई आवश्यकता नहीं है। इसके अलावा, इस दृष्टिकोण के साथ, आपको हाइपरविजर की तरफ प्रोसेसर टीएलबी कैश के पत्राचार की निगरानी करने की आवश्यकता नहीं है।
बीएसपी और एपी के लिए प्रारंभिक प्रक्रिया अलग होगी। बीएसपी के प्रारंभ के दौरान हाइपरविजर में शामिल सभी प्रमुख संरचनाएं बनाई जाएंगी। इसके अलावा, vmx नॉन रूट मोड एपी प्रोसेसर के लिए गतिविधि राज्य को एचएलटी राज्य में सेट किया जाएगा। इस प्रकार, वर्चुअलाइजेशन का उपयोग किए बिना अतिथि ओएस वातावरण का अनुकरण किया जाएगा।

प्रारंभिक बीएसपी:

स्पिनलॉक आरंभीकरण
जीडीटी और आईडीटी तालिकाओं को प्रारंभिक और लोड करना
पेजिंग टेबल्स की शुरुआत
वीएमसीएस स्ट्रक्चर्स की शुरुआत और एक कॉमन ईपीटी टेबल बनाना
एपी प्रोसेसर का सक्रियण। ऐसा करने के लिए, प्रत्येक IN को एक INIT - SIPI व्यवधान अनुक्रम भेजा जाता है। SIPI इंटरप्ट के लिए वेक्टर 0x20 है, जो 0x20000 (hypervisor.ap मॉड्यूल) पर एपी नियंत्रण के हस्तांतरण से मेल खाता है
0x7C00 (win7.mbr मॉड्यूल) पर अतिथि OS शुरू करना

प्रारंभिक एपी:

एपी को सक्रिय करने के बाद, प्रोसेसर वास्तविक मोड में है। Hypervisor.ap मॉड्यूल लंबी मोड पर स्विच करने के लिए मेमोरी और पेजिंग टेबल को इनिशियलाइज़ करता है
IDT, GDT, साथ ही बीएसपी आरंभीकरण चरण के दौरान बनाई गई पेजिंग तालिकाओं की सूची डाउनलोड करें
VMCS संरचनाओं का प्रारंभ, और BSP के आरंभिक चरण में निर्मित EPT तालिकाओं का लोडिंग
सक्रिय HLT स्थिति के साथ vmx गैर-रूट मोड पर स्विच करना

हम कह सकते हैं कि हाइपरविज़र में एसएमपी समर्थन का कार्यान्वयन काफी सरल है, लेकिन कुछ बिंदु हैं जिन्हें मैं आकर्षित करना चाहूंगा।

1.USB लिगेसी सपोर्ट

नए मदरबोर्ड मॉडल में PS / 2 कनेक्टर नहीं हो सकते हैं, इसलिए पिछड़े संगतता को सुनिश्चित करने के लिए USB लिगेसी सपोर्ट का उपयोग किया जाता है। इसका मतलब यह है कि आप उसी तरीके (इनपुट / आउटपुट पोर्ट) का उपयोग करके एक usb कीबोर्ड या माउस के साथ काम कर सकते हैं जैसा कि PS / 2 मानक के साथ था। यूएसबी लिगेसी सपोर्ट का कार्यान्वयन न केवल मदरबोर्ड के मॉडल पर निर्भर करता है, बल्कि फर्मवेयर के विभिन्न संस्करणों में भी माना जा सकता है। मेरे Asus X99-PRO मदरबोर्ड पर, USB लिगेसी सपोर्ट SMI इंटरप्ट के माध्यम से कार्यान्वित किया जाता है, जिसके प्रोसेसर में PS / 2 उत्सर्जन होता है। मैं इस बारे में इस तरह से विस्तार से लिखता हूं, क्योंकि मेरे मामले में (फर्मवेयर संस्करण 3801), यूएसबी लिगेसी सपोर्ट लंबे मोड के साथ संगत नहीं है और जब यह एसएमएम से लौटता है, तो प्रोसेसर शटडाउन स्थिति में चला जाता है।

इस स्थिति में सबसे आसान उपाय यह है कि लॉन्ग मोड पर जाने से पहले USB लिगेसी सपोर्ट को बंद कर दिया जाए। हालाँकि, विंडोज में, पीएस / 2 कीबोर्ड मतदान पद्धति का उपयोग बूट विकल्पों के चयन के चरण में किया जाता है, इसलिए USB OS को लोड करने से पहले USB लिगेसी सपोर्ट को फिर से सक्रिय करना होगा।

2. हार्डवेयर टास्क स्विच

आधुनिक ऑपरेटिंग सिस्टम में, सॉफ्टवेयर विधियों द्वारा, एक नियम के रूप में, कार्यों के बीच स्विच किया जाता है। हालांकि, विंडोज 7 में, टीएसएस की ओर इशारा करते हुए चयनकर्ताओं को 2 - एनएमआई और 8 - डबल फॉल्ट को बाधित करने के लिए सौंपा गया है, जिसका अर्थ है कि इस तरह के व्यवधान से हार्डवेयर संदर्भ स्विच हो जाएगा। Intel VMX हार्डवेयर टास्क स्विच का समर्थन नहीं करता है, और इसे निष्पादित करने का प्रयास वीएम एक्जिट की ओर जाता है। ऐसे मामलों के लिए, मैंने अपना टास्क स्विच हैंडलर (GuestTaskSwitch function) लिखा। एक डबल फॉल्ट व्यवधान केवल एक गंभीर सिस्टम संघर्ष की स्थिति में होता है, जो अन्य व्यवधानों के अनुचित हैंडलिंग के कारण होता है। डिबगिंग की प्रक्रिया में, मैं इसके पार नहीं आया। लेकिन विंडोज को रिबूट करने के समय एपी प्रोसेसर पर एनएमआई दिखाई देता है। यह अभी भी मेरे संदेह को बढ़ाता है क्योंकि यह स्पष्ट नहीं है कि क्या ये एनएमआई एक नियमित रिबूट प्रक्रिया का परिणाम हैं या पिछले कुछ चरणों में हाइपरविजर का यह गलत संचालन है। यदि आपके पास इस विषय पर कोई जानकारी है, तो कृपया टिप्पणियों में बोलें या मुझे व्यक्तिगत संदेश में लिखें।

अतिथि ओएस में परिवर्तन

ईमानदारी से, मैं लंबे समय तक यह तय नहीं कर सका कि अतिथि ओएस के काम में हाइपरविजर को क्या बदलाव करना चाहिए। तथ्य यह है कि एक तरफ, मैं कुछ दिलचस्प दिखाना चाहता था, जैसे कि बुनियादी नेटवर्क प्रोटोकॉल में हमारे हैंडलर का परिचय, लेकिन दूसरी ओर, यह सभी बड़ी मात्रा में कोड के लिए नीचे आ जाएगा, और एक हाइपरविजर के विषय के साथ बहुत कम था। इसके अलावा, मैं हाइपरविजर को लोहे के किसी विशेष सेट से बांधना नहीं चाहता था।

नतीजतन, निम्नलिखित समझौता पाया गया: हाइपरविजर के इस संस्करण में, उपयोगकर्ता मोड से सिस्टम कॉल पर नियंत्रण लागू किया जाता है, दूसरे शब्दों में, अतिथि ओएस में चल रहे अनुप्रयोगों के संचालन को नियंत्रित करना संभव होगा। इस प्रकार का नियंत्रण लागू करने के लिए काफी सरल है और इसके अतिरिक्त आपको काम का एक दृश्य परिणाम प्राप्त करने की अनुमति देता है।

अनुप्रयोगों के संचालन पर नियंत्रण सिस्टम कॉल के स्तर पर किया जाएगा। और मुख्य लक्ष्य NtQuerySystemInformation फ़ंक्शन के परिणाम को बदलना होगा ताकि जब आप SystemProcessInformation ( 0x05 ) तर्क के साथ कॉल करें, तो आप प्रक्रिया की जानकारी को रोक सकते हैं।

विंडोज 7 में, सिस्टम फ़ंक्शन को कॉल करने के लिए एप्लिकेशन प्रोग्राम सिसेंटर असेंबलर कमांड का उपयोग करता है, जिसके बाद नियंत्रण को kFastCallEntry प्रोसेसर को स्तर r0 पर कर्नेल में स्थानांतरित किया जाता है। अनुप्रयोग स्तर r3 पर वापस लौटने के लिए, sysexit कमांड का उपयोग करें।
NtQuerySystemInformation फ़ंक्शन निष्पादन के परिणामों तक पहुंच प्राप्त करने के लिए , प्रत्येक बार जब sysenter कमांड निष्पादित होती है, तो कॉल किए गए फ़ंक्शन की संख्या को सहेजना आवश्यक है। फिर, जब सिफिसेट निष्पादित करते हैं, तो फ़ंक्शन की संख्या को इंटरसेप्ट किए जाने वाले फ़ंक्शन के साथ संग्रहीत मान की तुलना करें और, यदि कोई मैच है, तो फ़ंक्शन द्वारा लौटाए गए डेटा में परिवर्तन करें।
Intel VMX sysenter / sysexit के निष्पादन की निगरानी के प्रत्यक्ष साधन प्रदान नहीं करता है, हालाँकि, यदि आप अतिथि MSR IA32_SYSENTER_CS को मान 0 लिखते हैं , तो sysenter / sysexit कमांड एक GP अपवाद बढ़ाएगा जिसका उपयोग VM Exit हैंडलर को कॉल करने के लिए किया जा सकता है। VM Exit को कॉल करने के लिए GP अपवाद के लिए, आपको VMCS से अपवाद बिटमैप फ़ील्ड में 13 बिट सेट करने की आवश्यकता है।

नीचे की संरचना का उपयोग सिसेंटर / सिसेक्सिट जोड़ी का अनुकरण करने के लिए किया जाता है।

typedef struct{ QWORD ServiceNumber; QWORD Guest_Sys_CS; QWORD Guest_Sys_EIP; QWORD Guest_Sys_ESP; } SysEnter_T;

ServiceNumber फ़ील्ड में फ़ंक्शन की संख्या होती है जिसे कॉल किया जाता है और इसे हर कॉल के साथ अपडेट किया जाता है।

अतिथि OS_Sys_CS, Guest_Sys_EIP, Guest_Sys_ESP को अपडेट किया जाता है जब अतिथि OS संबंधित MSR रजिस्टर में लिखने का प्रयास करता है। ऐसा करने के लिए, MSR-Bitmap एड्रेस में मास्क सेट हैं ।

 // 174H 372 IA32_SYSENTER_CS SYSENTER_CS write mask ptrMSR_BMP[0x100 + (0x174 >> 6)] |= (1UL << (0x174 & 0x3F)); // 175H 373 IA32_SYSENTER_ESP SYSENTER_ESP write mask ptrMSR_BMP[0x100 + (0x175 >> 6)] |= (1UL << (0x175 & 0x3F)); // 176H 374 IA32_SYSENTER_EIP SYSENTER_EIP write mask ptrMSR_BMP[0x100 + (0x176 >> 6)] |= (1UL << (0x176 & 0x3F));

अतिथि OS को सिस्टम फ़ंक्शन कॉल के संचालन के लिए हाइपरविज़र द्वारा किए गए परिवर्तनों को नहीं देखना चाहिए। MSR IA32_SYSENTER_CS के लिए रीडिंग मास्क सेट करके , आप पढ़ते समय अतिथि OS को उसके मूल रजिस्टर मान पर लौटा सकते हैं।

 // 174H 372 IA32_SYSENTER_CS SYSENTER_CS read mask ptrMSR_BMP[0x174 >> 6] |= (1UL << (0x174 & 0x3F));

निम्नलिखित एक sysenter / sysexit कमांड इम्यूलेशन स्कीम है।

ससेक्स इम्यूलेशन स्टेज में , स्टोर किए गए फंक्शन की संख्या की तुलना NtQuerySystemInformation नंबर (0x105) से की जाती है। एक मैच के मामले में, यह जाँच की जाती है कि NtQuerySystemInformation सिस्टम प्रक्रिया सूचना तर्क के साथ कहा जाता है, और यदि ऐसा है, तो ChangeProcessNames फ़ंक्शन (DWORD SPI_GVA, DWORD SPI_size) प्रक्रियाओं के बारे में जानकारी युक्त संरचनाओं में परिवर्तन करता है।
SPI_GVA SYSTEM_PROCESS_INFORMATION संरचना का अतिथि वर्चुअल पता है
SPI_size बाइट्स में संरचनाओं का कुल आकार है।
SYSTEM_PROCESS_INFORMATION संरचना स्वयं इस प्रकार दिखाई देती है:

 typedef struct _SYSTEM_PROCESS_INFORMATION { ULONG NextEntryOffset; ULONG NumberOfThreads; BYTE Reserved1[48]; UNICODE_STRING ImageName; KPRIORITY BasePriority; HANDLE UniqueProcessId; PVOID Reserved2; ULONG HandleCount; ULONG SessionId; PVOID Reserved3; SIZE_T PeakVirtualSize; SIZE_T VirtualSize; ULONG Reserved4; SIZE_T PeakWorkingSetSize; SIZE_T WorkingSetSize; PVOID Reserved5; SIZE_T QuotaPagedPoolUsage; PVOID Reserved6; SIZE_T QuotaNonPagedPoolUsage; SIZE_T PagefileUsage; SIZE_T PeakPagefileUsage; SIZE_T PrivatePageCount; LARGE_INTEGER Reserved7[6]; } SYSTEM_PROCESS_INFORMATION;

इसके पार्सिंग में कुछ भी जटिल नहीं है, मुख्य बात यह नहीं है कि अतिथि वर्चुअल पते को भौतिक में अनुवाद करना न भूलें, इसके लिए GuestLinAddrToPhysAddr () फ़ंक्शन का उपयोग किया जाता है।

स्पष्टता के लिए, मैंने सभी प्रक्रियाओं के नामों में पहले दो पात्रों को ' :) ' चिह्न के साथ बदल दिया। इस तरह के प्रतिस्थापन का परिणाम स्क्रीनशॉट में दिखाई दे रहा है।

परिणाम

सामान्य तौर पर, लेख की शुरुआत में सेट किए गए कार्य पूरे हो गए थे। हाइपरविजर अतिथि ओएस के स्थिर संचालन को सुनिश्चित करता है, और एप्लिकेशन स्तर से सिस्टम फ़ंक्शन की कॉल को भी नियंत्रित करता है। मैं ध्यान देता हूं कि sysenter / sysexit कमांड एमुलेशन का उपयोग करने का मुख्य दोष वीएम एक्जिट कॉल में एक महत्वपूर्ण वृद्धि है, जो प्रदर्शन को प्रभावित करता है और यह तब विशेष रूप से ध्यान देने योग्य है जब अतिथि ओएस एकल-प्रोसेसर मोड में है। यदि आप केवल चयनित प्रक्रियाओं के संदर्भ में कॉल को नियंत्रित करते हैं तो इस नुकसान को समाप्त किया जा सकता है।

और वह सब अब के लिए है। लेख के लिए सूत्र यहां लिए जा सकते हैं

आपका ध्यान के लिए धन्यवाद।

वर्चुअल वर्ल्ड इंटेल। भाग 2: एसएमपी

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