VM Exits -2- | Shh0ya Security Lab

VM Exits -2-

[0x00] Concept

VM Exits -1- 파트에 이어서 작성됩니다.

왜 여러가지 상태나 레지스터들을 저장하고 로드하는가 대해서 설명하는가를 이해하는 것이 좋습니다.(참고 : 링크)

Guest-State Area(게스트 상태 영역)
- VM Exit : 프로세서의 상태를 저장
- VM Entry : 프로세서의 상태(저장된 상태)를 로드
Host-State Area(호스트 상태 영역)
- VM Exit : 프로세서의 상태(저장된 상태)를 로드

Note: ※ 참고 : 호스트 상태 영역은 왜 저장하지 않는가?

VMM 은 게스트 소프트웨어의 실행 시점을 직접 제어할 수 있습니다. 그 말은 실행 전에 호스트 상태 영역을 설정할 수 있다는 의미입니다.
즉 VM Entry, Exit 가 발생할 때의 저장과 로드와는 별개의 의미로 VMM 에서 미리 설정을 하기 때문에(VM Entry 가 실패하는 경우 돌아올 RIP 저장 등) 필요하지 않은 것으로 이해했습니다.

[0x01] Saving Guest State

위에서 설명한 것과 같이 VM Exit 는 프로세서 상태의 특정 구성 요소들을 VMCS 의 게스트 상태 영역에 있는 필드에 저장합니다.

Intel 64 아키텍처를 지원하는 프로세서는 natural-width field(아키텍처에 따라 가변적인 필드) 에 해당하는 필드의 값은 VM Exit 전, 후의 프로세서 모드에 관계없이 저장됩니다.

[-] Saving Control Registers, Debug Registers, and MSRs

특정 Control Register, Debug Register, MSR 은 Guest Register State 에 포함되며 아래와 같이 저장됩니다.

CR0, CR3, CR4, IA32_SYSENTER_CS, IA32_SYSENTER_ESP, EIP MSR 의 내용이 게스트 상태 영역에 저장됩니다.
IA32_SYSENTER_CS MSR 의 bits 63:32 는 저장되지 않으며, Intel 64 아키텍처를 지원하지 않는 경우 IA32_SYSENTER_ESP, EIP 의 bits 63:32 는 저장되지 않습니다.
VMExit_save debug controls 제어 비트가 1이면 DR7 의 값과 IA32_DEBUGCTL MSR 이 해당 필드에 저장됩니다.
VMExit_save IA32_PAT 제어 비트가 1이면 IA32_PAT MSR 의 내용이 필드에 저장됩니다.
VMExit_save IA32_EFER 제어 비트가 1이면 IA32_EFER MSR 의 내용이 필드에 저장됩니다.
VMEntry_load IA32_BNDCFGS 제어가 1로 설정 가능한 경우, 또는 VMExit_clear IA32_BNDCFGS 제어가 1으로의 설정을 지원하는 경우 IA32_BNDCFGS MSR 의 내용이 필드에 저장됩니다.
VMEntry_load IA32_RTIT_CTL제어가 1로 설정 가능한 경우, 또는 VMExit_clear IA32_RTIT_CTL제어가 1으로의 설정을 지원하는 경우 IA32_RTIT_CTL MSR 의 내용이 필드에 저장됩니다.
VMEntry_load CET제어가 1로 설정을 지원하는 경우 IA32_S_CET, IA32_INTERRUPT_SSP_TABLE_ADDR MSR 의 내용이 필드에 저장됩니다.
VMEntry_load guest IA32_LBR_CTL제어가 1로 설정 가능한 경우, 또는 VMExit_clear IA32_LBR_CTL제어가 1으로의 설정을 지원하는 경우 IA32_LBR_CTL MSR 의 내용이 필드에 저장됩니다.
VMEntry_load PKRS 제어가 1로 설정 가능한 경우 IA32_PKRS MSR 의 내용이 필드에 저장됩니다.
VMExit_save IA32_PERF_GLOBAL_CTL 제어 비트가 1이면 IA32_PERF_GLOBAL_CTL MSR 의 내용이 필드에 저장됩니다.
SMBASE 필드의 값은 SMM VM Exit 를 제외한 모든 VM Exit 후에 정의되지 않습니다.

[-] Saving Segment Registers and Descriptor-Table Registers

각 세그먼트 레지스터(CS, SS, DS, ES, FS, GS, LDTR, TR)에 대해 Base-Address, Segment-Limit, Access-Right 에 대해 저장되는 값은 각 레지스터가 VM Exit 발생하기 전에 Access-Right 필드의 bit 16(unusable)에 따라 결정됩니다.

레지스터가 unusable 인 경우 Base-Address, Segment-Limit 필드와 Access-Right 필드의 bits 7:0, bits 15:12 값은 정의되지 않습니다. 다만 다음의 레지스터의 경우 예외가 존재합니다.
- CS 의 경우 BaseAddress, Segment-Limit 필드가 저장됩니다. 또한 Access-Right 필드의 bits 15:13(L, D, G) 값이 저장됩니다.
- SS 의 경우 Access-Right 필드의 bits 6:5(DPL, Descriptor Privilege Level) 이 저장되며 Intel 64 아키텍처를 지원하는 경우 Base-Address 필드에 대해 저장되는 값의 bits 63:32 는 항상 0 입니다.
- DS, ES 의 경우 Intel 64 아키텍처를 지원하는 경우 Base Address 에 대해 저장되는 값의 bits 63:32 는 항상 0 입니다.
- FS, GS 의 경우 Base-Address 필드를 저장합니다.
- LDTR 의 경우 저장되는 Base Address 는 항상 정규 주소 입니다.
레지스터가 unusable 이 아닌 경우, Base-Address, Segment-Limit 와 Access-Right 필드의 bits 7:0, bits 15:12 에 저장된 값은 VM Exit 가 발생하기 전에 레지스터에 있던 값입니다.
Access-Right 필드의 bits 31:17, bits 11:8은 항상 지워집니다. bit 16은 세그먼트를 사용할 수 없는 경우에만 1으로 설정됩니다.

GDTR, IDTR 레지스터의 경우 Base-Address, Segment-Limit 필드가 저장됩니다.

[-] Saving RIP, RSP, RFLAGS, and SSP

RIP, RSP, RFLAGS, SSP 레지스터의 내용은 아래와 같이 저장됩니다.

RIP 필드에 저장되는 값은 VM Exit 의 특성과 원인에 따라 결정됩니다.
- Enclave 모드에서 VM Exit 가 발생한 경우 저장되는 값은 중단된 Enclave 스레드의 AEP(Asynchronous Exit Pointer) 입니다.
- 무조건 VM Exit 가 발생하는 명령이나 VM-execution controls 를 통해 VM Exit 가 유발되는 명령을 실행하려는 시도로 인해 VM Exit 가 발생한 경우 저장된 값은 해당 명령을 참조합니다.(참조의 의미는 해당 명령이 실행된 IP 를 의미하는 것으로 보입니다.)
- VM Exit 가 INIT Signal, start-up IPI(SIPI), SMI 중 하나의 발생으로 인해 발생한 경우 저장되는 값은 이벤트가 발생하기 전에 RIP 값 입니다.
- PR_interrupt-window exiting 제어 비트나 PR_NMI-window exiting 제어 비트가 1로 설정됨에 따라 VM Exit 가 발생하는 경우 저장되는 값은 VM Exit 가 발생하지 않은 경우의 RIP 값 입니다.(아마 정상적으로 실행됐을 때의 RIP 을 의미하는 것으로 보입니다.)
- VM Exit 가 external interrupt, NMI, hardware exception 으로 인한 경우 저장되는 값은 이벤트 처리에 따라 저장된 값의 반환 포인터 입니다.(trap 또는 interrupt gate 를 통해 이벤트가 전달되었다면 스택, 이벤트가 task-gate 를 통해 전달된 경우 이전 task-state segment)
- VM Exit 가 Triple-Fault 로 인한 경우 저장되는 값은 위의 이벤트 처리와 동일합니다.
- VM Exit 가 software exception(INT3 또는 INTO 실행으로 인해) 또는 privileged software exception(INT1 실행으로 인해)으로 인한 경우 저장되는 값은 해당 예외를 일으킨 INT3, INTO, INT1 명령어를 참조합니다.
- VM Exit 가 IDT 에서 task-gate 가 발생시킨 CALL, IRET, JMP 의 실행이나 software interrupt(INT n), software exception(INT3, INTO), privileged software exception(INT 1) 으로 인해 발생한 경우, 저장되는 값은 task switch 를 발생시킨 명령을 참조합니다.(CALL, IRET, JMP, INT n, INT3, INTO, INT1)
- VM Exit 가 software interrupt 또는 software exception 에 의한 직접 액세스를 제외하고 IDT 의 task-gate 로 인한 task switch 때문인 경우 저장되는 값은 정상적으로 완료됐을 때의 이전 task-statue segment 에 저장되었을 값입니다.
- VM Exit 가 VTPR(Virtual Task-Priority Register) 의 bits 7:4 값을 APIC Virtualization 과 연관된 VM-execution control fields 내 TPR threshold 값 아래로 줄여 발생한 경우(ex. MOV to CR8) MOV to CR8 또는 WRMSR 명령을 참조합니다.
RSP 필드에 저장되는 값은 RSP 레지스터의 값이 저장됩니다.
RFLAGS 필드에는 bit 16(RF, Resume Flag)를 제외하고 RFLAGS 레지스터의 값이 저장됩니다. RFLAGS.RF 의 경우 아래와 같이 저장됩니다.
- Enclave 모드에서 VM Exit 가 발생한 경우 저장되는 값은 0입니다.
- VM Exit 가 Triple-Fault 로 인해 발생한 경우 저장되는 값은 논리 프로세서가 Triple-Fault 가 발생하고 shutdown 상태로 전환된 경우 RF 에 있는 값입니다.
- 조건 VM Exit 가 발생하는 명령이나 VM-execution controls 를 통해 VM Exit 가 유발되는 명령을 실행하려는 시도로 인해 VM Exit 가 발생한 경우 저장되는 값은 0 입니다.
- 위의 내용과 생략한 APIC-access, task switch 등으로 인한 VM Exit 가 아닌 경우 원래의 값이 저장됩니다.
SSP 필드에 저장되는 값은 프로세서가 VMEntry_load CET 제어가 1 설정을 지원하는 경우에만 SSP 레지스터의 값이 저장됩니다.

[-] Saving Non-Register State

※ 참고 : 링크

Guest Non-Register State 에 저장되는 내용은 아래와 같습니다.

Activity-State Field 의 경우 VM Exit 전에 논리 프로세서의 Activity state 와 함께 저장됩니다.
Interruptibility-State Field 는 VM Exit 전에 논리 프로세서의 인터럽트가 발생할 가능성을 반영하기 위해 저장합니다.
Pending Debug Exception Field 는 다음을 제외한 모든 VM Exit 에 대해 0으로 저장됩니다.
- INIT Signal, Machine-Check, SMI 로 인한 VM Exit 가 발생한 경우
- Basic Exit Reason 이 TPR below threshold, virtualized EOI, APIC write, monitor trap flag 로 인한 VM Exit 입니다.
- debug exception 으로 발생한 것이 아니고 debug exception 에 대한 MOV-SS 차단 중에 발생한 VM Exit 입니다.
Pending Debug Exception Field 가 0이 아닌 값으로 저장되는 경우의 저장되는 값에 대한 설명은 아래와 같습니다.
- bits 3:0(B0-B3) 각각은 일치하는 중단점에 해당하는 경우 1로 설정됩니다. DR7 에서 해당 중단점이 활성화되지 않은 경우에도 마찬가지 일 수 있습니다.
- VM Exit 가 INIT Signal, Machine-Check, SMI 로 인해 발생했거나 Basic Exit Reason 이 TPR below threshold, monitor trap flag 인 경우가 있다고 가정합니다. 이러한 경우에 저장되는 값은 VM Exit 발생 시 보류 중인 debug exception 의 원인에 해당하는 비트로 설정됩니다.
  - bit 12(enable breakpoint) 는 아래의 경우에 1로 설정됩니다.
    - DR7 에서 활성화 된 일치하는 데이터 또는 I/O breakpoint 가 하나 이상 있는 경우
    - VM Entry 에 설정된 경우 유효한 보류 중인 debug exception 이 발생하고, 해당 예외가 전달되거나 손실되기 전에 VM Exit 가 발생하는 경우
    - VM Exit 직전에 XBEGIN 명령이 실행되고 RTM Transactional region 의 디버깅이 활성화 된 경우
    - 그 외의 경우에는 0으로 설정됩니다.
  - bit 14(BS) 는 다음의 경우에 해당하고 RFLAGS.TF = 1 인 경우 1로 설정됩니다.
    - IA32_DEBUGCTL.BTF= 0 이고 보류 중인 debug exception 의 원인이 Single Instruction 입니다.
    - IA32_DEBUGCTL.BTF = 1 이고 보류 중인 debug exception 의 원인이 Taken Branch 입니다.
  - bit 16(RTM)은 생략합니다. (Advanced Debugging of RTM transactional regions)
- VM Exit 가 debug exception 이 아닌 다른 이유 때문이고 debug exception 의 MOV-SS 차단되는 동안 발생했다고 가정합니다. 이러한 경우 저장되는 값은 VM Exit 시점에 보류 중인 debug exception 의 원인에 해당하는 비트를 설정합니다. VM Entry 직후에 VM Exit 가 발생하는 경우(VMX non-root operation 에서 실행된 명령이 없는 상태) 저장되는 값은 VM Entry 에 로드된 값과 일치할 수 있습니다.
VMExit_save VMX-preemption timer value 제어 비트가 1인 경우 타이머 값은 VMX-preemption timer-value field 에 저장됩니다. 이것은 VM Entry 에서 이 필드에서 로드된 이후부터 줄어듭니다. 타이머 만료로 인해 VM Exit 가 발생하면 0을 저장합니다.
논리 프로세서가 Second_enable EPT 의 1로 설정을 지원하는 경우 값은 아래와 같이 4개의 PDPTE 필드에 저장됩니다.
- Second_enable EPT 제어 비트가 1이고 논리 프로세서가 VM Exit 시 PAE paging 을 사용 중이면 현재 사용 중인 PDPTE 의 값이 저장됩니다.
  - 각 필드(4개의 필드)의 bits 11:9는 정의되지 않았습니다.
  - 각 필드 중 하나의 필드에 저장된 값의 bit 0(present)이 0으로 설정된 경우 해당 필드의 bits 63:1 은 정의되지 않습니다. 이 값은 VM Entry 에 의해 로드된 값 또는 VMX non-root operation 에서 로드되었을 수 있는 값과 일치하지 않아도 됩니다.
  - 각 필드 중 하나의 필드에 저장된 값의 bit 0(present)이 1으로 설정된 경우 bits 63:12 에 저장된 값은 게스트 물리 주소 입니다.
- Second_enable EPT 제어가 0이거나 PAE paging 을 사용하지 않는 경우 저장되는 값은 정의되지 않습니다.

[0x02] Saving MSRs

프로세서 상태가 게스트 상태 영역에 저장된 후 MSR 값은 VM-exit MSR-store area 에 저장될 수 있습니다.

특히 해당 영역의 각 엔트리(VM-exit MSR-store count 에 지정된 수 까지)는 bits31:0(RDMSR 을 통해 읽음)으로 인덱싱된 MSR 값을 비트에 저장하여 순서대로 처리됩니다. 아래와 같은 경우 처리가 실패합니다.

bits 31:8 의 값이 8이며 이는 Local APIC 가 x2APIC mode 에 있을 때 인덱싱된 MSR 이 APIC register 에 대한 접근을 허용하는 값을 의미합니다.
bits 31:0의 값은 SMM 에서만 읽을 수 있는 MSR 으로 표시되어 있고, VM Exit 는 SMM 에서 발생하지 않습니다.(IA32_SMBASE MSR 은 SMM 에서만 읽을 수 있습니다.)
bits 31:0의 값은 모델별 이유로 VM Exit 에 저장할 수 없는 MSR 으로 표시되어 있습니다. 프로세서는 RDMSR 에서 정상적으로 읽을 수 있는 경우에도 특정 MSR(bits 31:0 기반)이 VM Exit 발생 시 저장되는 것을 방지할 수 있습니다.
엔트리의 bits 63:32 는 0이 아닌 값입니다.
bits 31:0 으로 인덱싱된 MSR 을 읽으려는 시도는 CPL = 0 상태에서 RDMSR 을 통해 실행되는 Genral-Protection Exception 을 발생 시킵니다.

해당 항목에 대한 처리가 실패하면 VMX Abort 가 발생됩니다.

[0x03] Loading Host State

프로세서의 상태는 VM Exit 에서 다음과 같은 방식으로 업데이트 합니다.

일부 상태는 호스트 상태 영역에서 로드되거나 결정됩니다.
일부 상태는 VM-exit controls 에 의해 결정됩니다.
일부 상태는 모든 VM Exit 에서 동일한 방식으로 설정됩니다.
Page-Directory Pointer 는 특정 Control Register 의 값을 기반으로 로드됩니다.

이러한 로딩의 순서는 임의의 순서로 진행됩니다.

Intel 64 아키텍처를 지원하는 프로세서에서 로드된 각 64 bits 필드의 전체 값(ex. GDTR 의 Base Address)은 VM Exit 전후의 논리 프로세서 모드와 관계없이 로드됩니다.

별도의 언급이 없는 이상 ~ 에서 로드되는 필드는 호스트 상태 영역을 의미합니다.

[-] Loading Host Control Registers, Debug Registers, MSRs

VM Exit 는 Control Register, Debug Register, 일부 MSR 에 대한 새로운 값을 로드합니다.

CR0, CR3, CR4 는 아래의 경우를 제외하고 각 필드에서 로드됩니다.
- 아래의 경우에 비트는 수정되지 않습니다.
  - CR0, ET, CD, NW 의 경우 bits 63:32, bits 28:19, bit 17, bits 15:6 및 VMX Operation 에서 고정된 모든 비트
  - CR3 의 경우 프로세서의 물리 주소 너비를 초과하는 비트 bits 63:52 및 bits 51:32 범위의 비트(0으로 지워짐)
  - CR4 의 경우 VMX Operation 에서 고정된 모든 비트
- CR4.PAE 는 VMExit_host address-space size 제어가 1인 경우 1로 설정됩니다.
- CR4.PCIDE 는 VMExit_host address-space size 제어가 0인 경우 0으로 설정됩니다.
- DR7 은 0400h 로 설정됩니다.
MSR 의 경우 아래와 같이 설정됩니다.
- IA32_DEBUGCTL MSR 은 0으로 지워집니다.
- IA32_SYSENTER_CS MSR 은 IA32_SYSENTER_CS 필드에서 로드됩니다. 해당 필드에는 32bits 만 존재하므로 bits 63:32 는 0으로 지워집니다.
- IA32_SYSENTER_ESP, EIP MSR 은 IA32_SYSENTER_ESP, EIP 에서 로드됩니다.
- 다음 내용은 Intel 64 아키텍처를 지원하는 프로세서에서 수행됩니다.
  - FS, GS.base MSR 은 각 FS, GS 에 대한 Base-Address 필드에서 로드됩니다.
  - IA32_EFER MSR 의 LMA, LME 비트는 VMExit_host address-space size 제어 설정으로 로드됩니다.
- VMExit_load IA32_PERF_GLOBAL_CTRL 제어가 1이면 IA32_PERF_GLOBAL_CTRL MSR 은 IA32_PERF_GLOBAL_CTRL 필드에서 로드됩니다. 예약된 비트의 값은 유지됩니다.
- VMExit_load IA32_PAT 제어가 1이면 IA32_PAT MSR 은 IA32_PAT 필드에서 로드됩니다. 예약된 비트의 값은 유지됩니다.
- VMExit_load IA32_EFER 제어가 1이면 IA32_EFER MSR 은 IA32_EFER 필드에서 로드됩니다. 예약된 비트의 값은 유지됩니다.
- VMExit_clear IA32_BNDCFGS 제어가 1이면 IA32_BNDCFGS MSR 은 0으로 지워집니다. 그렇지 않으면 수정되지 않습니다.
- VMExit_clear IA32_RTIT_CTL제어가 1이면 IA32_RTIT_CTL MSR 은 0으로 지워집니다. 그렇지 않으면 수정되지 않습니다.
- VMExit_load CET 제어가 1이면 IA32_S_CET MSR, IA32_INTERRUPT_SSP_TABLE_ADDR MSR 이 각각 IA32_S_CET, IA32_INTERRUPT_SSP_TABLE_ADDR 필드에서 로드됩니다.
- VMExit_load PKRS 제어가 1이면 IA32_PKRS MSR 은 IA32_PKRS 필드에서 로드됩니다.

[-] Loading Host Segment and Descriptor-Table Registers

각 레지스터 CS, SS, DS, ES, FS, GS, TR 은 다음과 같이 로드됩니다.

Selector 는 Selector 필드에서 로드됩니다. Selector 가 0으로 로드되면 세그먼트는 unusable 속성이 됩니다. SS 는 Intel 64 아키텍처를 지원하는 프로세서에서만 0으로 로드할 수 있으며 VM Exit 가 64-bit 모드인 경우에만 로드할 수 있습니다.
Base Address 는 아래와 같이 설정됩니다.
- CS 의 경우 0으로 지워집니다.
- SS, DS, ES 의 경우 unusable 상태이면 정의되지 않습니다. 그렇지 않으면 0으로 지워집니다.
- FS, GS 의 경우 unusable 상태이고 VM Exit 가 64-bit 모드가 아니면 정의되지 않습니다. 그렇지 않으면 Base-Address 필드에서 로드됩니다.
- TR 의 경우 호스트 상태 영역에서 로드됩니다.
Segment Limit 은 아래와 같이 설정됩니다.
- CS 의 경우 FFFFFFFFh 으로 설정됩니다.
- SS, DS, ES, GS 의 경우 unusable 상태이면 정의되지 않습니다. 그 외에는 FFFFFFFFh 으로 설정됩니다.
- TR 의 경우 00000067h 으로 설정됩니다.
Segment Type, S(Descriptor Type) 은 아래와 같이 설정됩니다.(Access-Right Field)
- CS 의 경우 S 는 1으로 설정되고, Segment Type 의 경우 11(execute/read, accessed, non-conforming code segment)으로 설정됩니다.
- SS, DS, ES, FS, GS 의 경우 unusable 상태이면 정의되지 않습니다. 그렇지 않으면 S 는 1으로 설정되고 Segment Type 은 3으로 설정됩니다.(read/write, accessed, expand-up data segment)
- TR 의 경우 S 는 0(system)으로 설정되고 Segment Type 은 11(busy 32-bit TSS)으로 설정됩니다.
DPL 은 아래와 같이 설정됩니다.(Access-Right Field)
- CS, SS, TR 의 경우 0으로 설정됩니다. VM Exit 가 완료된 후에 CPL 은 0이 됩니다.
- DS, ES, FS, GS 의 경우 unusable 상태이면 정의되지 않습니다. 그렇지 않으면 0으로 설정됩니다.
P(Segment Present) 는 아래와 같이 설정됩니다.(Access-Right Field)
- CS,TR 의 경우 1로 설정됩니다.
- SS, DS, ES, FS, GS 의 경우 unusable 이면 정의되지 않습니다. 그렇지 않으면 1으로 설정됩니다.
L(64-bit mode active) 은 아래와 같이 설정됩니다.(Access-Right Field), 부가 설명을 하면 bit 13인 해당 비트는 오직 CS 에서만 기능이 존재하며 그 외에는 예약된 비트로 사용됩니다.
- VMExit_host address-space size 제어 비트로 로드됩니다. 이 제어의 값이 IA32_EFER.LMA 에도 로드되기 때문에 VM Exit 는 호환성 모드(IA32_EFER.LMA = 1, CS.L = 0 이 필요함)로 전환되지 않습니다.
D/B(Default operation size) 의 경우 아래와 같이 설정됩니다.(Access-Right Field)
- CS 의 경우 VMExit_host address-space size 제어 값의 역으로(inverse) 로드됩니다. 예를 들어 host address-space size가 0이면 32-bit 게스트를 나타내며, 이러한 경우 CS.D/B = 1 으로 설정됩니다.
- SS 의 경우 1로 설정됩니다.
- DS, ES, FS, GS 의 경우 unusable 이면 정의되지 않습니다. 그렇지 않으면 1으로 설정됩니다.
- TR 의 경우 0으로 설정됩니다.
G(Granularity) 의 경우 아래와 같이 설정됩니다.(Access-Right Field)
- CS 의 경우 1로 설정됩니다.
- SS, DS, ES, FS, GS 의 경우 unusable 이면 정의되지 않습니다. 그렇지 않으면 1로 설정됩니다.
- TR 의 경우 0으로 설정됩니다.

호스트 상태 영역에는 LDTR 에 대한 Selector 필드가 없습니다. LDTR 은 모든 VM Exit 에서 다음과 같이 설정됩니다.

Selector 는 0000h 로 지워지고 세그먼트는 unusable 상태로 표시되며 그렇지 않으면 정의되지 않습니다.

GDTR, IDTR 에 대한 Base address 는 각각의 Base-Address 필드에서 로드됩니다.

[-] Loading Host RIP, RSP, RFLAGS, and SSP

RIP, RSP 는 각각의 필드에서 로드됩니다. RFLAGS 는 항상 설정되는 bit 1 을 제외하고 모두 지워집니다.

VMExit_load CET 제어가 1인 경우 SSP 는 SSP 필드에서 로드됩니다.

[-] Checking and Loading Host Page-Directory-Pointer-Table Entries

CR0.PG = 1, CR4.PAE = 1, IA32_EFER_LMA = 0 의 조건이 성립하면 논리 프로세서는 PAE Paging 을 사용합니다.

PAE Paging 이 사용 중일 때 CR3 의 물리 주소는 PDPTE 테이블을 참조합니다. 또한 MOV to CR3 은 PDPTE 의 유효성을 검사하고 유효한 경우 프로세서로 로드합니다.

VM Exit 는 아래와 같은 경우 PAE Paging 을 사용하는 VMM 에 대한 것 입니다.

CR4.PAE 가 VMCS 의 호스트 상태 영역에 설정되어 있는 경우
VMExit_host address-space size 제어가 0인 경우

이러한 VM Exit 는 VMCS 의 호스트 상태 영역에서 CR3 필드가 참조하는 PDPTE 의 유효성을 확인할 수 있습니다.

또한 VM Exit 발생 전에 PAE Paging 이 사용되지 않았거나 VM Exit 의 결과로 CR3 값이 변경되는 경우 유효성을 확인해야 합니다.

PAE Paging 을 사용하지 않는 VMM 에 대한 VM Exit 는 PDPTE 의 유효성 검사를 해서는 안 됩니다.

PAE Paging 이 사용 중일 때 CR3 가 MOV to CR3 로 인해 로드되는 것과 동일하게 PDPTE 의 유효성을 검사해야 합니다. MOV to CR3 이 로드되는 PDPTE 로 인해 General-Protection Exception(#GP) 가 발생하는 경우(ex. 예약된 비트를 설정) VMX Abort 가 발생합니다.

PAE Paging 을 사용하는 VMM 에 대한 VM Exit 가 VMX Abort 를 발생시키지 않는 경우, VM Exit 에 의해 로드되는 CR3 값을 사용하여 MOV to CR3 와 같이 PDPTE 가 로드됩니다.

[-] Updating Non-Register State

VM Exit 는 다음과 같이 프로세서의 Non-Register State 에 영향을 미칩니다.

논리 프로세서는 VM Exit 후 항상 active 상태 입니다.
이벤트 차단은 아래와 같이 영향을 받습니다.
- VM Exit 후 STI 또는 MOV SS 에 의한 차단이 없습니다.(blocking by STI, MOV SS)
- NMI 로 인해 VM Exit 가 직접 종료되면 blocking by NMI 가 발생합니다. 다른 VM Exit 는 영향을 미치지 않습니다.
- VM Exit 후 보류 중인 debug exception 은 없습니다.

추후에 자세히 설명될 내용에서는 VMX 아키텍처 논리 프로세서의 TLB 및 Paging-Structure Cache 정보를 관리하고 제어하는 방법을 설명하게 됩니다. 먼저 다음 항목은 VM Exit 가 캐시된 매핑을 무효화하는 방법을 자세히 설명합니다.

Second_enable VPID 제어 비트가 0인 경우 논리 프로세서는 VPID 0000h(모든 PCID에 대해)와 관련된 선형 매핑 및 결합된 매핑을 무효화 합니다. VPID 0000h 에 대한 결합된 매핑은 모든 EP4TA 값에 대해 무효화 됩니다.(EP4TA 는 EPTP 필드의 bits 51:12)
게스트 물리 매핑을 무효화 하는데 VM Exit 는 필요하지 않으며 Second_enable VPID 제어가 1인 경우 선형 매핑 또는 결합된 매핑을 무효화할 필요가 없습니다.

[-] Clearing Address-Range Monitoring

VMM 은 MONITOR 및 MWAIT 명령을 이용하여 지정된 주소 범위를 모니터링 할 수 있습니다. VM Exit 는 적용될 수 있는 모든 Address-range monitoring 을 지웁니다.

[0x04] Loading MSRs

VM Exit 는 VM-exit MSR-load area 에서 MSR 을 로드할 수 있습니다.

해당 영역의 각 엔트리(VM-exit MSR-load count 값까지)은 WRMSR 에 의해 기록되는 bits 127:64 의 내용과 함께 bits 31:0으로 인덱싱 된 MSR 을 로드하여 순서대로 처리됩니다.

다음과 같은 경우 처리가 실패합니다.

bits 31:0 의 값이 C00000100h(IA32_FS_BASE MSR) 또는 C0000101h(IA32_GS_BASE MSR) 입니다.
bits 31:8 의 값이 000008h 이며, 이는 로컬 APIC 가 x2APIC mode 에 있을 때 인덱싱 된 MSR 이 APIC 레지스터에 대한 액세스를 허용하는 것을 의미합니다.
bits 31:0 의 값은 SMM 에서만 쓸 수 있는 MSR 을 나타내며 VM Exit 가 SMM 에서 끝나지 않습니다. (IA32_SMM_MONITOR CTL 은 SMM 에서만 쓸 수 있는 MSR)
bits 31:0 의 값은 모델별 이유로 VM Exit 에 로드할 수 없는 MSR 을 나타냅니다. 프로세서는 특정 MSR 이 일반적으로 WRMSR 에 의해 기록될 수 있는 경우에도 로드를 방지할 수 있습니다.
bits 63:32 가 0이 아닙니다.
엔트리의 bits 31:0 으로 인덱싱된 MSR 에 bits 127:64 를 쓰려는 시도가 CPL = 0 인 WRMSR 을 통해 실행되는 경우 #GP 를 발생시킵니다.

해당 처리가 실패하면 VMX Abort 가 발생합니다.

[0x05] VMX Aborts

VM Exit 중에 문제가 발생하게 되면 VMX Abort 가발생합니다. VMX Abort 는 아래에 설명된 대로 프로세서를 shutdown 상태로 전환합니다.

VMX Abort 는 active VMCS 의 VMCS Region 에 있는 VMCS Data 를 변경하지 않습니다. 따라서 이러한 데이터의 내용은 VMX Abort 후에는 확실하지 않습니다.

VMX Abort 가 발생 시 프로세서는 잘못된 구성으로 인해 오류가 발생한 VMCS 의 VMCS Region 필드의 Byte Offset4(VMX-abort indicator) 에 0이 다음의 값을 저장합니다.

게스트 MSR 을 저장하는 데 실패했습니다.
PDPTE 에 대한 호스트 확인에 실패했습니다.
current VMCS 가 손상되어(VMCS Region 에 쓰기를 통해) 프로세서가 VM Exit 를 제대로 완료할 수 없습니다.
호스트 MSR 을 로드하는 동안 오류가 발생했습니다.
VM Exit 중 Machine-Check Event 가 발생했습니다.
VM Exit 전에 프로세서가 IA-32e mode 에 있었고 VMExit_host address-space size 제어가 0이었습니다.

이러한 원인 중 일부는 호스트 상태 영역에서 상태를 로드하는 동안의 오류에 해당합니다. 상태를 로드하는 것은 임의의 순서로 수행될 수 있으므로 VM Exit 는 여러 가지 이유로 인해 VMX Abort 가 발생할 수 있습니다. 때문에 여러가지 이유 중 VMX-abort indicator 에는 하나만 기록되므로 다른 문제가 없다는 것은 아닙니다.

VMX-abort indicator 는 하나의 논리 프로세서의 VMM 이 다른 논리 프로세서의 VMX Abort 를 진단할 수 있도록 합니다.

이러한 이유로 VMX root operation 에서 실행되는 VMM 은 사용하는 VMCS 의 VMCS Region 에서 VMX-abort indicator 를 0으로 설정하는 것이 좋습니다.

VMX-abort indicator 를 저장한 후 VMX Abort 가 발생한 논리 프로세서의 동작은 SMX Operation 상태인지에 따라 달라집니다.

만약 SMX Operation(Safer Mode Extension) 에 있다면 Intel TXT shutdown condition 이 발생합니다.

[0x06] Machine-Check Event During VM Exit

VM Exit 중에 Machine-Check Event 가 발생하면 다음 중 하나가 발생합니다.

Machine-Check Event 는 VM Exit 전에 처리됩니다.
- CR4.MCE = 0 인 경우 프로세서의 동작은 SMX Operation 상태인 경우 Intel TXT shutdown condition 이 발생하고, 아닌 경우 shutdown 상태로 전환됩니다.
- CR4.MCE = 1 인 경우 machine-check exception(#MC) 가 생성됩니다.
  - Exception bitmap 의 bit 18(#MC)이 0이면 게스트 IDT 를 통해 예외가 전달됩니다.
  - Exception bitmap 의 bit 18이 1이면 VM Exit 가 발생합니다.
Machine-Check Event 는 VM Exit 가 완료된 후 처리됩니다.
- VM Exit 가 CR4.MCE = 0 로 끝나는 경우 프로세서의 동작은 SMX Operation 상태인 경우 오류 코드 000Ch와 함께 Intel TXT shutdown condition 이 발생하고, 아닌 경우 shutdown 상태로 전환됩니다.
- VM Exit 가 CR4.MCE = 1 으로 끝나는 경우 호스트 IDT 를 통해 machine-check exception 이 전달됩니다.
VMX Abort 가 생성됩니다. 논리 프로세서는 VMX Abort 에서 정상적으로 수행되는 이벤트를 차단합니다. VMX-abort indicator 는 5(machine-check event during VM exit) 입니다.

호스트 상태가 로드된 후 Machine-Check Event 가 발생하는 경우 첫 번째 내용은 사용되지 않습니다. 두 번째 내용은 VM Entry 가 모든 호스트 상태를 로드할 수 있는 경우에만 사용됩니다.

[0x07] Conclusion

아직도 이해가 되지 않는 부분이나 용어들이 꽤 많이 있습니다.

구현은 하지 않고 계속 보고 있으니 인텔 메뉴얼에 매우 익숙해진다는 장점은 있습니다.

[0x08] Reference

Intel 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual

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