x86_64

x86_vcpu

介绍

定义 x86_64 架构的 vCPU 结构和虚拟化相关接口支持。

crate 用户必须使用 crate_interface::impl_interface 实现 PhysFrameIf trait，以提供 PhysFrame 分配和释放的低级实现，相关实现可参考 ArceOS。

Example

use x86_vcpu::PhysFrameIf;

struct PhysFrameIfImpl;

#[crate_interface::impl_interface]
impl axvm::PhysFrameIf for PhysFrameIfImpl {
    fn alloc_frame() -> Option<PhysAddr> {
        // Your implementation here
    }
    fn dealloc_frame(paddr: PhysAddr) {
        // Your implementation here
    }
    fn phys_to_virt(paddr: PhysAddr) -> VirtAddr {
        // Your implementation here
    }
}

系统架构

模块组织

x86_vcpu/
    ├── src/
    │   ├── msr.rs          - 模型特定寄存器操作
    │   ├── regs.rs         - 通用寄存器管理
    │   ├── ept.rs          - 扩展页表支持
    │   ├── frame.rs        - 物理内存帧管理
    │   ├── vmx/            - Intel VT-x 相关实现
    │   │   ├── definitions.rs  - 常量和类型定义
    │   │   ├── instructions.rs - VMX 指令封装
    │   │   ├── percpu.rs       - 每 CPU 状态管理
    │   │   ├── structs.rs      - VMX 数据结构
    │   │   ├── vcpu.rs         - 虚拟 CPU 实现
    │   │   ├── vmcs.rs         - VMCS 字段操作
    │   │   └── mod.rs          - 模块入口
    │   └── lib.rs          - 库入口点

核心组件

VmxVcpu: 虚拟 CPU 实现，管理客户机状态和执行
VmxPerCpuState: 每物理 CPU 的 VMX 状态
VMCS 管理: 虚拟机控制结构字段的读写操作
EPT 控制: 扩展页表配置和违规处理
物理内存管理: 通过 PhysFrame 抽象管理物理内存

关键数据结构

`GeneralRegisters`

用于存储和操作 X86_64 通用寄存器状态：

#![allow(unused)]
fn main() {
#[repr(C)]
pub struct GeneralRegisters {
    pub rax: u64,
    pub rcx: u64,
    // ... 其他寄存器
}
}

提供按索引访问和修改寄存器值的方法：

get_reg_of_index(index: u8) -> u64
set_reg_of_index(index: u8, value: u64)

`VmxVcpu`

虚拟 CPU 的核心实现：

pub struct VmxVcpu<H: AxVCpuHal> {
    guest_regs: GeneralRegisters,
    host_stack_top: u64,
    launched: bool,
    vmcs: VmxRegion<H>,
    io_bitmap: IOBitmap<H>,
    msr_bitmap: MsrBitmap<H>,
    // ... 其他字段
}

`GuestPageWalkInfo`

存储客户机页表遍历所需的信息：

pub struct GuestPageWalkInfo {
    pub top_entry: usize,
    pub level: usize,
    pub width: u32,
    // ... 权限和控制位
}

`PhysFrame`

物理内存页面的安全抽象：

pub struct PhysFrame<H: AxVCpuHal> {
    start_paddr: Option<HostPhysAddr>,
    _marker: PhantomData<H>,
}

核心功能实现

VCPU 生命周期管理

// 创建新的虚拟 CPU
pub fn new() -> AxResult<Self> { ... }

// 配置虚拟 CPU
pub fn setup(&mut self, ept_root: HostPhysAddr, entry: GuestPhysAddr) -> AxResult { ... }

// 绑定到当前物理 CPU
pub fn bind_to_current_processor(&self) -> AxResult { ... }

// 执行客户机代码
pub fn inner_run(&mut self) -> Option<VmxExitInfo> { ... }

VMCS 设置

fn setup_vmcs_guest(&mut self, entry: GuestPhysAddr) -> AxResult { ... }

fn setup_vmcs_host(&self) -> AxResult { ... }

fn setup_vmcs_control(&mut self, ept_root: HostPhysAddr, is_guest: bool) -> AxResult { ... }

VM 进入/退出处理

#[naked]
unsafe extern "C" fn vmx_launch(&mut self) -> usize { ... }

#[naked]
unsafe extern "C" fn vmx_resume(&mut self) -> usize { ... }

fn builtin_vmexit_handler(&mut self, exit_info: &VmxExitInfo) -> Option<AxResult> { ... }

事件注入

/// Add a virtual interrupt or exception to the pending events list,
/// and try to inject it before later VM entries.
pub fn queue_event(&mut self, vector: u8, err_code: Option<u32>) { ... }

/// Try to inject a pending event before next VM entry.
fn inject_pending_events(&mut self) -> AxResult { ... }

I/O 和 MSR 拦截

/// Set I/O intercept by modifying I/O bitmap.
pub fn set_io_intercept_of_range(&mut self, port_base: u32, count: u32, intercept: bool) { ... }

/// Set msr intercept by modifying msr bitmap.
pub fn set_msr_intercept_of_range(&mut self, msr: u32, intercept: bool) { ... }