虚拟化及地址空间转换（page translation table）

 虚拟化技术解决的问题：
如何让在虚拟硬件环境中运行的guest系统的代码在真实CPU上运行？
a. 无硬件虚拟化支持（软触发）
将guest系统中需要触发硬件的指令保存并替换成异常指令，以便陷入进而转入VMM进行处理
b. 有硬件虚拟化支持（硬触发）
将所有影响系统级配置（host系统有可能因为它们的改动而down掉）的操作作上虚拟化标记


VT-x地址空间转换（page translation table）
对于没有ept硬件支持的，需要维护如下几个表：
1. 真实页表：寄存器GDTR所指向的真实GDT表，完成guest读写内存时从线性地址到真实物理地址的转换，转换过程和普通情况一样，由硬件自动完成；
2. 虚拟页表：VMCS（virtual-machine control structure）中存储的GDTR的一份读拷贝（read shadow）所指向的GDT表，它是给guest系统“看”的（欺骗guest系统），每当guest需要读写page translation table（一级、二级映射表）时，首先会读取GDTR这个索引，再依次读取pdt、pt表项，读取GDTR时，CPU将返回VMCS中存储的read shadow，它与GDTR所指向的真实GDT表并非同一个，它存储的是从guest线性地址到VMM为guest分配的线性地址（guest用作物理内存）的转换，guest系统只看得到虚拟页表（每次读GDTR，返回的都是VMCS中的read shadow）；

如果guest没有对页表的写操作（如修改页表项的读写权限、存在标志位、设置该entry为空等等），以上两个页表已经完全满足需求：当guest的某线程读/写某个内存地址，产生page fault时，触发VMX产生VM exit，切换到VMM，VMM将分配一块host的物理内存，将该物理内存地址填入guest的真实页表中，然后VMM向VM注入一个page fault异常，VM enter进入VM后，guest接收到该page fault，执行guest系统的page fault处理程序，这一过程将涉及到虚拟页表。
对于以Linux作为guest的系统，该page fault处理流程大致如下：首先从全局分配一块空闲的page物理内存（对VMM而言，该物理内存仅仅是guest所在VM线程线性地址空间中还未分配出去的空闲地址），对应guest内核的一个struct page结构体，然后guest将得到的地址填入虚拟页表（实际上这里还是有写操作！），下一次guest读取页表中的内容（如获取某个page entry的权限），就可以得到在这里分配出去的值。虚拟页表的作用仅仅是给guest“看”，而不会起到读写内存时从线性地址到真实物理地址转换的作用。

至此还有一个问题未解决，由于guest自认为虚拟页表就是自己真实页表，guest修改虚拟页表中的内容后，如修改页表项的读写权限、存在标志位、设置该entry为空等等，将预期产生相应的结果，例如设置页表项为只读后，对该页表项所指向的内存的写操作应当引发write page fault，然而由于真实页表中的内容仍然保持原状，guest依旧可以对该内存进行写操作，这样，guest系统的执行语义不能得到保证。

为解决这一问题，可以通过设置让guest系统写PDT和PT内容时产生异常，例如将虚拟页表（PDT和PT）地址在真实页表中对应的页表项的可写标记全部关闭。
要修改某个页（page）的属性，首先会在虚拟页表中找到对应的页表项（page table entry），该页表项所在的地址最终还需真实页表来转换到host物理地址，将该页表项的地址在真实页表中对应的页表项设置成只读，这样每次guest修改虚拟页表项都会被VMX捕捉，通过产生异常后的VM exit进入VMM后，VMM通过适当的方法判断出本次异常是更新虚拟页表的操作，于是完成虚拟页表和真实页表内容的更新，保持两个页表的同步，并在真实页表项中继续保留只读属性，以便下一次捕获。

真实页表由VMM来管理，虚拟页表由guest系统维护。










新的VMX中已经包含ept，硬件page translation table机制虚拟化变得更加完美。