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从虚拟化到云计算 (三) 编写自己的 VMWare

我一直认为要了解虚拟化,最好的方法是自己编写一个 VMM 应用程序。这有助于对硬件辅助虚拟化技术的深入理解。本文将离开前面两篇文章的理论论述,开始动手编写一个自己的 VMWare。1

本文将要创建的应用程序将会完成: 做好CPU 虚拟化的预备工作;创建客户机;进入并退出该客户机。为了简单起见,我们只针对 X64 模式来实现。该代码只演示了基本的 VMX 功能,也不一定兼容你手上的 CPU,你不过你可以使用 Bochs 并启用虚拟化,然后你就可以测试这些代码了。

我们先对专有名词做一下简单介绍:

  • VMM (虚拟机监视器 — Virtual Machine Monitor) 宿主程序
  • VM (虚拟机 —Virtual Machine)客户机程序
  • 根操作 (Root Operation) VMM 所执行的代码与上下文
  • 非根操作 (Non Root Operation) VM 所执行的代码与上下文
  • VMX 切换: 从宿主机切换到客户机(VMEntry) 或者从客户机切换到宿主机 (VMExit)
  • VMCS:控制 VM 和 VMX 切换的数据结构
  • VM Entry: 从宿主机到客户机的切换
  • VM Exit:由于某种原因,从客户机到宿主机的切换

VMX 操作的生命周期

  • VMM 检查 CPU 是否支持虚拟化 (CPUID) 并启用 (CR4 和 VMXON)
  • VMM 为每一个 VM 初始化一个 VMCS 控制结构。通过 VMPTRST 和 VMPTRLD 指令告诉 CPU 其指针的位置。VMCS 的读写通过指令 VMREAD, VMWRITE 和 VMCLEAR 来完成。
  • VMM 通过 VMLAUNCH 或者 VMRESUME 指令进入 VM
  • VM 通过 VMEXIT 退出到 VMM
  • 反复进行上面的操作
  • VMM 执行 VMXOFF 将自己关闭

 

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