基于IntelVt技术的Linux内核调试器- 引言与IntelVT-x 技术简介

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1.1 引言

硬件辅助虚拟技术，顾名思义就是硬件支持虚拟化，一般特指CPU的虚拟化。物理CPU虚拟出一个虚拟CPU给客户机使用，并且提供特权级保护支持，虚拟机软件不必关心指令的解析以及特权指令造成的安全问题。这种技术方便了虚拟机的开发，同时也提升了虚拟机的性能。

硬件虚拟化技术除了可以提高虚拟机性能外还有很多其它的用途，例如软件加密与保护，还可以被恶意程序利用。在2006年8月3日的拉斯韦加斯的黑帽大会上，COSEINC的安全研究员JoannaRutkowska演示了一个叫做BluePill的恶意程序，该程序使用硬件虚拟化技术侵入Windows操作系统底层并完美地隐藏起来，所有的AntiRootkit工具均无法检测其存在。

硬件虚拟化技术还可以应用到调试与反调试领域。很多恶意程序都有反调试功能，而基于硬件虚拟化技术的调试器作为VMM，可以优于操作系统响应并拦截调试异常，完美地将自己隐藏起来，被调试的代码很难进行反调试。难以被检测是基于硬件虚拟化技术的调试器最主要的优点。

   

图1-1传统内核调试器、虚拟化调试器与操作系统层次对比

2010年AristideFattori等人建立hyperdbg开源项目，该项目基于NewBlue Pill部分代码，最初实现了一个基于IntelVT-x技术的Windows内核调试器，后来又支持Linux操作系统，但一直以来该项目进度迟缓，调试器功能单一且Bug太多，无法进行实际应用。本文重新设计了一个基于IntelVT-x的内核调试器，名字叫VMXICE，实现了调试器的基本功能以及符号的解析，满足对Linux内核模块的调试需求。

1.2 Intel VT-x技术简介

支持VT-x技术的CPU有两种运行模式，VMX模式和非VMX模式。VMX模式就是支持VT技术的主要模式，而非VMX模式则与不支持VT-x技术的CPU运行模式完全相同。而VMX模式又分为两种操作模式，VMXroot模式和为VMXnon-root模式，VMXroot模式是提供给VMM使用的，在这种模式下可以调用VMX指令集，VMM用以创建和管理虚拟机。而VMXnon-root模式就是虚拟机运行的模式，这种模式不支持VMX指令集。

VT技术有两种转换，分别为VMEntry和VMExit。VMEntry就是从VMXroot模式切换到VMXnon-root模式，简单的说，就是VMM切换到虚拟机这个转换过程。VMExit就是从VMXnon-root模式切换到VMXroot模式，同理可理解为从虚拟机返回到VMM这个过程。

图1-2VMM与客户机的切换

另外每个硬件虚拟的CPU都有一个表示其状态以及控制其特性的结构，VT-x技术的叫做VMCS。该结构包含3个部分：版本标志、VMX退出原因、数据区。而数据区则包含大量与CPU状态和控制相关的信息，包括虚拟机状态保存区（各种寄存器）、宿主机状态保存区、虚拟机运行控制域、VMEntry行为控制域、VMExit行为控制域、VMExit信息域。

支持VT-x技术的指令集叫做VMX指令集，该指令集总共有10条指令，如表1.1所示。

表1-1VMX指令集

指令	作用
VMPTRLD	加载一个VMCS结构体指针作为当前操作对象
VMPTRST	保存当前VMCS结构体指针
VMCLEAR	清除当前VMCS结构体
VMREAD	读VMCS结构体指定域
VMWRITE	写VMCS结构体指定域
VMCALL	引发一个VMExit事件，返回到VMM
VMLAUNCH	启动一个虚拟机
VMRESUME	从VMM返回到虚拟机继续运行
VMXOFF	退出VMX操作模式
VMXON	进入VMX操作模式