在使用 Intel-VT 技術之前， Smart-VM 需要先啟用 VMX 模式。為了啟用 VMX 模式，處理器需要先進入保護模式。

當處理器在保護模式下未進入 VMX 模式的時候，跟普通處理器的保護模式操作是一樣的。當處理器啟用 VMX 模式，進入 VMX 根操作模式時，基本上跟正常的處理器在保護模式下的操作是一樣的，但是 VMX 根操作模式多了幾條操作 VMX 模式的指令。

VMX 非根操作模式下虛擬的是保護模式。但是跟正常的保護模式有差別，比如說當客戶作業系統在 VMX 非根操作模式下執行的時候，需要訪問硬體資源的時候，就需要回到 VMX 根模式，交由虛擬機器監控器處理。

在 VMX

虛擬服務分發器在 Smart-VM 虛擬化層所處的位置如圖 5.4 所示。

虛擬服務分發器會維護一種虛擬服務表，這張表的每個條目對應的是一個服務函式。當處理器從非根操作模式退出到根操作模式下的時候，都可以從這個虛擬服務表中找到相應的服務函式進行處理。從非根操作模式退出到根操作模式下的基本原因存放在 Basic VM-Exit Information 域。

1.3 啟用 VMX 模式

1.3.1 啟用

VMX 模式的條件

第一代 Intel-VT 技術，在啟用 VMX 模式的時候，需要將 CR0.PE ， CR0.NE ， CR0.PG ， CR4.VMXE 設定為 1 ，即開啟 VMX 模式需要先開啟保護模式和分頁機制。

圖 7 . 1 判斷和設定進入 VMX 所需條件的流程圖

圖 7.1 顯示了 Smart-VM 啟用 VMX 模式的流程圖：

a) 開啟保護模式和虛擬記憶體機制：在載入程式的時候，已經開啟了保護模式和分頁機制。具體參看載入程式和載入程式部分；

b) 判斷是否支援 CPUID 指令；

c) 判斷該處理器是否有支援 Intel-VT

d) 開啟 VMX 操作：

i. 啟用 VMX 指令操作：置 IA32_FEATURE_CONTROL.bit2 為 1 ；

ii. 鎖定 MSR 暫存器：置 IA32_FEATURE_CONTROL.bit0 為 1 ；

iii. 置 CR0.NE ， CR4.VME 為 1 ；

iv. 設定 VMCS revision id ；

v. 執行 VMXON 指令，啟用 VMX 模式；

真實的機子在啟動的時候，進入的是真實模式，然後從真實模式跳轉到保護模式。虛擬機器監控器也需要虛擬這個過程。但是當處理器進入 VMX 非根操作模式是，處理器只有虛擬 8086 模式和保護模式兩種。因此，要虛擬真實模式，一般採用以下兩種方式：

a) 實現一個模擬真實模式的模組；

b) 利用虛擬 8086 模式；

Smart-VM 採用第二種方法來虛擬真實模式。

利用虛擬 8086 模式來實現真實模式的虛擬化同樣也有兩種方法：

a) 利用保護模式下的虛擬 8086 模式；

b) 利用 VMX 非根操作操作模式下的保護模式下的虛擬 8086 模式；

圖 7.2 的著色部分顯示了虛擬 8086 模式在處理器各個模式中所處的位置。如果利用保護模式下的虛擬 86 模式，那麼需要進行保護模式和 VMX 模式之間的切換，因此，我們採用第二種方法，即使用 VMX 非根操作模式下的保護模式下的虛擬 8086 模式。

圖 7 . 2 虛擬 8086 模式

虛擬 8086 模式在保護模式下是執行在特權級 3 的，因此跟真實模式還是有一些差別的：

1. 不能執行特權級指令；

2. 中斷機制採用的是保護模式下的中斷機制，而不是 BIOS 中斷；

3. I/O 操作，也需要遵循保護模式下的保護機制；

圖 7 . 3 虛擬 8086 在保護模式下的切換

圖 7.3 顯示了虛擬 8086 在保護模式下的切換。

虛擬 8086 監控器實際上是作為 Smart-VM 虛擬化層的一個子模組，如圖 7.4 所示。

圖 7 . 4 Smart-VM 虛擬 8086 監控器架構圖

由圖 7.4 可以看出，虛擬 8086 監控器模組既可以在 VMX 根操作模式下運作，也在 VMX 非根操作模式下運作：

a) 8086 程式在非根操作模式下執行的時候，可能由於一些原因（比如說執行 int 指令）而退出到 VMX 非根操作模式下的虛擬 8086 監控器，此時的虛擬機器監控器是在 VMX 非根操作模式下的特權級 0 下；

b) 虛擬 8086 監控器也可能由於一些原因（比如說 I/O 操作）而退出到 VMX 根操作模式；

在虛擬 8086 模式下虛擬真實模式，需要處理好以下幾個問題：

1.4.1.1 進入 NOT-ROOT 模式下的虛擬 8086 模式

在 VMCS 的 guest-state 中的 eflags 的 VM 置 1 ，即可進入非根操作模式下的虛擬 8086 模式。關於其他客戶域的暫存器的設定，跟進入保護模式下的客戶域的設定有所不同，請參看下面的表。

1.4.1.2 處理軟體異常

Smart-VM 將所有的軟體異常，都轉交給 Smart-VM 虛擬機器監控器，由它處理。

但是當虛擬機器監控器處理完一個異常的時候，需要在進入非根模式的時候，插入事件說明，告訴處理器，虛擬機器監控器處理完了一個異常。如果同一個客戶作業系統，在產生一個異常之後，虛擬機器監控器未處理完，又產生一個異常，那系統就會產生雙重故障。

1.4.1.3 處理特權級指令

在虛擬 8086 模式下，由於是在特權級 3 下執行，因此執行特權級指令會產生異常。 Smart-VM 設定了相關的位，讓處理器能夠捕獲客戶作業系統的軟體異常，並且轉交給 Smart-VM 虛擬機器監控器。

1.4.1.4 非根操作模式下的 BIOS 虛擬化

在真實模式下，需要通過 BIOS 中斷，才能夠訪問硬體，比如說讀取硬碟或者軟盤資料等。但是，在虛擬 8086 模式下，中斷只能通過保護模式下的中斷機制來實現。因此，我們在中斷向量表上，需要根據 BIOS 的中斷向量表實現一整套的 BIOS 中斷。

當虛擬 8086 模式下的程式執行 int 指令的時候，就產生軟體中斷，轉入虛擬 8086 監控器，由虛擬 8086 監控器處理。

1.4.1.5 從非根操作模式下的虛擬 8086 模式進入非根操作模式下的保護模式

置 VMCS 控制域的 CR0 guest/host mask 域置為 0xFFFFFFFF ，這樣，當處理器在操作 CR0 控制暫存器的時候，就會產生 VM-exit 。當 Smart-VM 虛擬機器監控器獲取操作 CR0 暫存器的指令時，就可以分析該指令，以此決定下一步該採取什麼樣的操作。

英特爾手冊規定，在保護模式下，當 cr0.PE 位為 1 時，下一條指令就要是 jmp 或者 call 指令，直接跳轉到保護模式。根據這個規定，當我們獲取在虛擬 8086 模式下將 cr0.pe 位置 1 的指令時，在返回 VMX 非根模式時，返回的是 VMX 非根模式下的保護模式，這樣，當執行 jmp 或者 call 指令的，就可以裝載好選擇子和 EIP 。

在進入保護模式的時候，需要設定好的置如表 7.6^[20] 。

1.4.1.6 進入虛擬 8086 模式的 VMCS 配置

客戶域

表 7 . 1 進入虛擬 8086 模式的客戶域配置

宿主域

表 7 . 4 進入虛擬 8086 模式的宿主域配置

執行控制域

表 7 . 6 進入虛擬 8086 模式的執行控制域

進入控制域

表 7 . 8 進入虛擬 8086 模式的進入控制域

退出控制域

表 7 . 9 進入虛擬 8086 模式的退出控制域

1.4.1.7 從真實模式跳轉到保護模式下的 VMCS 配置

表 7 . 10 從真