Intel VT-x是Intel的虛硬體輔助擬化方案，TV的意思是Visualization Technology. 硬體輔助虛擬化方案是系統虛擬化技術的一種，重要是用來彌補虛擬化漏洞.
虛擬化漏洞
虛擬化系統必須滿足三個條件：
- 資源控制：虛擬機器對於物理資源的訪問都應該在Hypervisor的監控下進行
- 等價：上層應用與物理機執行沒有區別，特權指令可以自由執行
- 高效：絕大多數客戶機指令可以由主機硬體直接執行
主要是資源控制，另外兩個都比較好理解. CPU架構中會觸發特權級切換的指令稱為特權指令，這些指令只能在最高特權級中執行，而操作敏感物理資源的指令稱為敏感指令，例如I/O指令和頁表基地址切換指令等. 資源控制要求訪問敏感物理資源的指令都需要在Hypervisor的監控下執行，Hypervisor執行在最高特權級，虛擬機器執行敏感指令必須trap進入Hypervisor執行. 這種處理方式要求所有的敏感指令都會觸發特權級切換. 然而由於早期x86架構對虛擬化支援不足，存在一系列敏感非特權指令. Intel將這些指令稱為“虛擬化漏洞”.
硬體輔助虛擬化技術就是解決虛擬化漏洞的軟體方案之一，籠統的講，就是在虛擬機器執行敏感指令的時候透過超呼叫主動陷入Hypervisor. Intel VT-x引入了VMX操作模式，包括根模式和非根模式，Hypervisor執行在根模式而虛擬機器執行在非根模式. 非根模式中所有的敏感指令都會觸發VM-Exit而陷入Hypervisor，讓所有敏感指令都會觸發異常.
VMX操作模式
支援VT-x的Intel CPU可以透過VMXON/VMXOFF指令開啟或關閉VMX操作模式. Hypervisor執行在VMX根模式，虛擬機器執行在非根模式. root和non-root都有Ring0-Ring3特權級，Hypervisor執行在root的Ring0特權級上. VMX下虛擬機器執行敏感指令時，從non-root切換到root，稱為VM-Exit；從root切換到non-root稱為VM-Entry. VMX中敏感非特權指令可以穩定觸發VM-Exit，從而陷入Hypervisor進行處理.
Hypervisor處理來自non-root的虛擬機器VM-Exit陷入的過程可以簡單描述為：
exit_handler () {
get_exit_reason();
call_handler();
return_to_guest();
}
用自然語言描述就是：Hypervisor讀取VM-Exit相關資訊，判斷造成VM-Exit的原因（I/O指令觸發或是外部中斷）並進行處理（handle），處理完成後Hypervisor呼叫VMX指令VMLAUNCH或VMRESUME指令從root切換到non-root，恢復虛擬機器執行.
VMCS
熟悉作業系統就會發現上述過程有一個問題：特權級切換或者說陷入過程需要上下文切換. 確切的說，是虛擬機器的vCPU上下文切換. 陷入Hypervisor時需要儲存vCPU狀態，從Hypervisor返回需要載入vCPU的暫存器狀態. VMCS就是用來儲存虛擬機器和Hypervisor暫存器狀態的機制.
VMCS全程Virtual Machine Control Structure，虛擬機器控制結構，是記憶體中的一塊區域，用於在VM-Entry和VM-Exit的時候儲存和恢復虛擬機器和Hypervisor暫存器狀態. VMCS與vCPU一一對應，當vCPU被排程到物理CPU的時候，需要將對應的VMCS與物理CPU繫結，才能實現儲存和恢復暫存器狀態.
VMCS雖然存在記憶體當中，但是與架構強相關，部分內容可能存在cache當中，所以只能透過Intel VT-x提供的指令來進行讀寫：VMPTRLD將VMCS與CPU繫結，VMCLEAR將CPU中快取的資料寫入記憶體VMCS中，並將VMCS與CPU解綁，VMREAD和VMWRITE可以透過索引讀寫VMCS的資料域.
VMCS的大小不確定，上限為4KB，可以透過查詢MSR暫存器組中的IA32_VMX_BASIC[32:44]得到具體的大小. VMCS組成：
- 4KB VMCS版本識別符號：指明VMCS資料域的格式
- 4KB VMCS中止指示符：記錄VMX中止的原因
- 不確定大小的VMCS資料域
VMCS資料域包含客戶機狀態域、宿主機狀態域、VMX控制域（控制guest os在non-root時哪些行為可以觸發VM-Exit）、VM-Exit控制域、VM-Entry控制域和VM-Exit資訊域（觸發VM-Exit的基本原因和其他資訊）.
VMCS獨立於Hypervisor，在記憶體中存在，涉及硬體輔助虛擬化的方方面面，但是主要作用可以概括為：儲存和恢復暫存器以及儲存VMX控制資訊.
小結
第一篇只是對Intel VT-x的簡單認識，後面會讀Intel的手冊，主要看看VMX指令. 然後看一下 https://github.com/equation314/RVM-Tutorial 這個.
參考文獻
深入淺出系統虛擬化原理與實踐. 戚正偉, 管海兵. 清華大學出版社.