Intel VT學習筆記（七）—— EPT物理地址轉換

• 要點回顧
• EPT
• • 支持檢測
  • 9-9-9-9-12分頁
• 實驗：EPT物理地址轉換
• 參考資料

要點回顧

在上一篇中，已經初步實現了最小VT框架，但實際上還有許多問題需要解決。

在最小VT框架中，我們僅處理了三個退出碼：

#define EXIT_REASON_CPUID 10 #define EXIT_REASON_VMCALL 18 #define EXIT_REASON_CR_ACCESS 28

要是想開發一個成熟的VT框架，需要處理的退出碼遠要多得多。

本節，我們主要學習的內容是EPT物理地址轉換。

EPT

描述：EPT全稱為Extended Page Table，用于實現內存虛擬化。

之前，在學習保護模式的時候，我們了解了MMU（虛擬內存管理器）是如何將虛擬地址轉換成物理地址的，那便是通過分頁模式，在XP系統中，我們學習了10-10-12分頁和2-9-9-12分頁兩種分頁模式，EPT的作用與此非常像，它能夠將guest的物理地址（Guest Physical Address, GPA）轉換成host的物理地址（Host Physical Address, HPA）。

開啟EPT后，真正的物理內存就被隱藏起來了，Guest中的所有人都訪問不到，只有Host能訪問到。

關于EPT的詳細資料可以參考Intel開發手冊卷3第28節。

支持檢測

步驟：檢測IA32_VMX_PROCBASED_CTLS2 MSR(index 48BH)高32位的第2位，為1則表示支持。

9-9-9-9-12分頁

描述：EPT提供的分頁模式為9-9-9-9-12分頁，即最多支持48位地址的轉換，也就是256T內存 。

以之前學過的2-9-9-12分頁模式為例，尋址流程大致如下：

關于2-9-9-12分頁模式的具體內容可通過這篇文章復習，連筆者自己也有點忘了。

再來看看9-9-9-9-12分頁模式的流程：

不難發現，這兩者看上去差別不大，只是后者比前者多了一個目錄項，但實際上大有不同。

其中，EPTP的作用相當于Cr3，GPA通過它逐步找到HPA。

思考：VT是如何完成物理地址到物理地址之間的轉換的呢？

按照以往的經驗，如果需要將虛擬地址轉換成物理地址，首先要知道這個虛擬地址是屬于誰的，也就是Cr3是多少，然后將虛擬地址按照分頁模式進行拆分，逐級讀取各個表項，最終找到相應的物理頁。

但是在EPT模式下，Guest中的每個物理地址都經過了虛擬化，因此，每訪問一個物理地址，就要經過一次從GPA到HPA的轉換。

那也就是說，若系統使用的是2-9-9-12分頁模式，那么如果從想要找到真正的物理頁，一共要經過三次從物理地址到物理地址的轉換，具體的過程由VMM實現，我們只要了解其尋址原理即可。

第一次：PDPTE（GPA） -> PDPTE（HPA）
第二次：PDE（GPA） -> PDE（HPA）
第三次：PTE（GPA） -> PTE（HPA）

總尋址次數 = 3*4 = 12次

實驗：EPT物理地址轉換

第一步：分配內存，使其整體結構成為9-9-9-9-12模式，并掛入相應的物理頁。

//ept.c #include <ntddk.h> #define PAGE_SIZE 0x1000ULONG64* ept_PML4T;static PVOID *pagesToFree; static int index = 0;void InitEptPagesPool() {pagesToFree = ExAllocatePoolWithTag(NonPagedPool, 12*1024*1024, 'ept');if(!pagesToFree)__asm int 3RtlZeroMemory(pagesToFree, 12*1024*1024); }static ULONG64* AllocateOnePage() {PVOID page;page = ExAllocatePoolWithTag(NonPagedPool, PAGE_SIZE, 'ept');if(!page)__asm int 3RtlZeroMemory(page, PAGE_SIZE);pagesToFree[index] = page;index++;return (ULONG64 *)page; }ULONG64* MyEptInitialization() {ULONG64 *ept_PDPT, *ept_PDT, *ept_PT;PHYSICAL_ADDRESS FirstPtePA, FirstPdePA, FirstPdptePA;int a, b, c;InitEptPagesPool();ept_PML4T = AllocateOnePage();ept_PDPT = AllocateOnePage();FirstPdptePA = MmGetPhysicalAddress(ept_PDPT);*ept_PML4T = (FirstPdptePA.QuadPart) + 7;for (a = 0; a < 4; a++){ept_PDT = AllocateOnePage();FirstPdePA = MmGetPhysicalAddress(ept_PDT);*ept_PDPT = (FirstPdePA.QuadPart) + 7;ept_PDPT++;for (b = 0; b < 512; b++){ept_PT = AllocateOnePage();FirstPtePA = MmGetPhysicalAddress(ept_PT);*ept_PDT = (FirstPtePA.QuadPart) + 7;ept_PDT++;for (c = 0; c < 512; c++){*ept_PT = ((a << 30) | (b << 21) | (c << 12) | 0x37) & 0xFFFFFFFF;ept_PT++;}}}return ept_PML4T; }void MyEptFree() {int i;for (i = 0; i < index; i++) {ExFreePool(pagesToFree[i]);}ExFreePool(pagesToFree);index = 0; } //driver.c #include <ntddk.h> #include "vtasm.h" #include "vtsystem.h"VOID DriverUnload(PDRIVER_OBJECT pDriver) {StopVirtualTechnology();DbgPrint("Driver unload. \r\n"); }ULONG g_back_esp; ULONG g_back_eip;extern void InitEptPagesPool(); extern ULONG64* MyEptInitialization();NTSTATUS DriverEntry(PDRIVER_OBJECT pDriver, PUNICODE_STRING reg_path) {DbgPrint("Driver load. \r\n");pDriver->DriverUnload = DriverUnload;InitEptPagesPool();ULONG64* ept_PML4T = MyEptInitialization();Log("ept_PML4T", ept_PML4T);__asm int 3;__asm{pushadpushfdmov g_back_esp, espmov g_back_eip, offset BACK}StartVirtualTechnology(); //開啟VTBACK:__asm{popfdpopad}//Log("Return To DriverEntry", 0);return STATUS_SUCCESS; }

第二步：運行驅動程序（注意，當Windbg獲取中斷時，此時并未開啟VT以及EPT模式）


第三步：讀取當前cr3和esp的值

第四步：獲取當前esp的物理地址作為GPA，下面嘗試將其轉換成HPA

第五步：將esp的物理地址拆分為9-9-9-9-12模式

二進制：00011110 11010110 10011100 01101100
9-9-9-9-12：000000000 000000000 011110110 101101001 110001101100
十六進制：000_000_0f6_169_c6c

第六步：定位PLM4E（注意，此時EPTP即ept_PLM4T指針是虛擬地址，里面的值才是物理地址）

這里PLM4E只有1項，因為XP系統物理內存最大為4GB，因此一項就夠了

第七步：定位PDPTE（這個時候開始就是物理地址了，記得去掉屬性位）

第八步：定位PDE

第九步：定位PTE

第十步：定位物理內存

物理頁中的內容和ESP里的值相同，說明整個過程沒有問題。

總結：不難發現，GPA經過轉換后得到的HPA沒有變化，但實際上，如果開啟EPT模式，當Guest和Host訪問同一個物理地址時，Guest只能對“虛擬的”物理內存進行讀寫，只有Host才能訪問到真正的物理內存。

參考資料

• VT虛擬化架構編寫視頻教程①~⑥課
• 周鶴《VT技術入門》系列視頻教程
• github項目：VT_Learn
• github項目： HyperPlatform
• Intel開發手冊 卷3：Chapter 23 ~ Chapter 33
• x86內部函數列表
• 科普下VT EPT

《新程序員》：云原生和全面數字化實踐50位技術專家共同創作，文字、視頻、音頻交互閱讀

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Intel VT学习笔记（七）—— EPT物理地址转换的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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