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1. 基于Intel Vt技术的Linux内核调试器 - 引言与Intel VT-x 技术简介 ...

已有 1879 次阅读2012-9-20 17:51 |个人分类:Linux内核|系统分类:IT技术|

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200683日的拉斯韦加斯的黑帽大会上,COSEINC的安全研究员Joanna Rutkowska演示了一个叫做Blue Pill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Anti Rootkit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。


1-1 传统内核调试器、虚拟化调试器与操作系统层次对比

2010Aristide Fattori等人建立hyperdbg开源项目,该项目基于New Blue Pill部分代码,最初实现了一个基于Intel VT-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Intel VT-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,VMX root模式和为VMX non-root模式,VMX root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VMX non-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VM EntryVM ExitVM Entry就是从VMX root模式切换到VMX non-root模式,简单的说,就是VMM切换到虚拟机这个转换过程。VM Exit就是从VMX non-root模式切换到VMX root模式,同理可理解为从虚拟机返回到VMM这个过程。


1-2 VMM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、VM Entry行为控制域、VM Exit行为控制域、VM Exit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。

1-1 VMX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

VMCS结构体指定域

VMWRITE

VMCS结构体指定域

VMCALL

引发一个VM Exit事件,返回到VMM

VMLAUNCH

启动一个虚拟机

VMRESUME

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

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