vmware的vmmon--部分代码以及虚拟机嵌套

vmware的vmnet是开源的，因为linux下需要编译模块，而编译模块必须需要源代码，并且网络协议栈完全是linux操作系统内部的事情，因此它必须完全开源才可以，然而vmware的另一个重要的内核模块vmmon却可以尽量少的开放源代码，而保留一些闭源的内容以二进制的方式提供，因为这些内容不依赖于linux操作系统，而只依赖于x86 cpu的指令系统，因此比linux操作系统更加底层，换句话说这些二进制代码不论在哪种操作系统上，只要硬件是x86的，那么它们的代码和执行效果都是一样的。然而，仅有的开源的代码虽然不能让我们知道vmware到底是怎么执行指令的，但是却可以使我们明白vmware执行的大致流程，和vmnet一样，vmmon也有一样专门的源码目录：vmware-distrib/lib/modules/source/vmmon-only，其中有linux一个目录，里面的代码都是特定于linux平台的：

driver.c：提供了字符设备操作接口

hostif.c：host读写guest内存页面的接口，主要用于BT技术

vmcore目录下有一个moduleloop.c文件，其中的Vmx86_RunVM就是运行虚拟机guest os的入口函数，其中我们只能看到一个大致的处理流程，到了关键点的时候，就闭源了，很是不爽！

int Vmx86_RunVM(VMDriver *vm, Vcpuid vcpuid)

{

...

for (;;) {

crosspage->retval = retval;

...

UCTIMESTAMP(crosspage, SWITCHING_TO_MONITOR);

Task_Switch(vm, vcpuid); //guest全在这个函数中执行，执行完返回vmm，此时vmm的对于host有用的数据都在crosspage中

UCTIMESTAMP(crosspage, SWITCHED_TO_MODULE);

skipTaskSwitch:;

retval = MODULECALL_USERRETURN;

...//判断是否返回vmware-vmx或者继续到guest中执行。是这样的guest os中的系统调用或者任何的ring0指令的调用都会被vmm捕获，这是因为vmm(以及其ring0上ring1的guest os)和host os共享了一段cross的内存，因此即使转到了guest os中也能和host相通信，guest的数据是有必要传给host的，例如需要host为之模拟设备的时候，比如以太网卡。

}

NOT_REACHED();

}

Task_Switch这个函数和操作系统是无关的，它只和x86机器有关，它执行的就是vmm和guest os，否则如果它和linux相关的话，切换寄存器和机器状态后，host中运行的linux将不复存在，它还怎么依赖linux呢？换句话说，它只是执行了guest os，这期间所有的寄存器都已经换掉了，特别是cr3也已经指向了guest os中当前进程的影子页表，加上guest os执行时的BT(二进制翻译)技术，必要的时候会陷入到ring0的vmm中，此时真实主机中运行的linux操作系统已经不在了(x86的指令和数据都需要页表定位，cr3已经换给guest了，linux继续执行的指令当然就定位不到了)。在Task_Switch的调用栈中，最激动人心的就是SwitchToMonitor32函数了，因为马上就要看到guest是如何被调用起来的了，然而它最终以下列代码了事：

const char *codePtr = &crosspage->contextSwitch.hostXToVmm32[0];

SwitchFn fn = (SwitchFn)codePtr;

fn(hostCS, src, dst, newDstVA);

fn是什么，hostXToVmm32是什么？我们不得而知，我们只知道fn的参数是上次guest os被换下来时的guest的机器状态和内存状态，我们只知道fn是下列结构体的成员：

typedef struct ContextSwitch {

uint8 hostXToVmm32[WS_CODE_STD]; /* hws_32h_32v -or- hws_64h_32v */

uint8 vmmXToHostY[WS_CODE_VMM]; /* vws_32h_64v -or- vws_64h_32v */

uint8 hostXToVmm64[WS_CODE_64]; /* hws_32h_64v -or- hws_64h_64v */

} ContextSwitch;

切换的代吗由二进制实现，这是vmware所不想公开的吗？...

不管怎样，struct VMCrossPage都是一个很重要的结构体，其中的ContextInfo描述了一台x86机器所需要的所有环境，其中的Task描述了当前进程的所有环境，虚拟一台机器所需要就是这些环境，因此当切换到guest os的时候，实际上物理机器已经完全切到guest os了，因此它已经不再“虚拟”了，而很真实了，加之绝大多数的指令都不要二进制翻译而可以直接执行。事情之所以变得复杂有三点原因，第一是为了保护host os的状态而将guest os降级到了ring1，从而使得它无法直接处理硬件操作；第二是由于guest os看到的物理内存已经不再“物理”，因而无法直接使MMU操作，因此采用了影子页表的技术；第三是由于x86上的一些ring0指令在非ring0执行时并不trap，导致无法知道执行结果，因此必须使用BT配合之。

以上的三点复杂性中的最后一点是由x86引起的，而另外两点却失所有平台都存在的。其中前两点导致必然需要一个monitor，对于vmware而言就是vmmon，它实现的简单性导致了虚拟机无法嵌套，也就是不能在一个guest os中运行另一个guest os，这是因为vmmon实现本身就没有实现嵌套，如果存在两层的guest os，下面那层尚可以使用host中vmm的影子页表得到物理内存，上面那层呢？它必然需要下面那层的vmm的影子页表得到物理内存，而下面那层的物理内存本身不过是host中的一个.vmem文件，映射进内存也不是连续的，因此构建于其上的上面那个guest os的影子内存也不是真正的物理内存，无法交给MMU去操作的--关键的是，vmm中的影子页表只是直接用了host的mmu，它并没有模拟mmu的细节。由于vmware中运行的guest os和host os分时共享了一套机器环境，实际上是平等的，如果guest os中再来一个guest os，它必然也要和第一个guest os以及host os共享硬件环境，然而谁来监控它呢？由于第二个guest os的monitor在第一个guest os之中，也在ring1，因此根本无法有效监控第二个guest os。