2.2.1　Intel EPT

Intel EPT是Intel VT-x提供的内存虚拟化支持技术。EPT页表存在于VMM内核空间中，由VMM来维护。EPT页表的基地址是由VMCS“VM-Execution”控制域的Extended Page Table Pointer字段指定的，它包含了EPT页表的宿主机系统物理地址。EPT是一个多级页表，各级页表的表项格式相同，如图2-6所示。

图2-6　页表项格式

页表各项含义如下：

（1）ADDR：下一级页表的物理地址。如果已经是最后一级页表，就是GPA对应的物理地址。

（2）SP：超级页（Super Page）所指向的页是大小超过4KB的超级页，CPU在遇到SP=l时，就会停止继续往下查询。对于最后一级页表，这一位可以供软件使用。

（3）X：可执行，X=1表示该页是可执行的。

（4）R：可读，R=1表示该页是可读的。

（5）W：可写，W=1表示该页是可写的。

Intel EPT通过使用硬件支持内存虚拟化技术，使其能在原有的CR3页表地址映射的基础上，引入EPT页表来实现另一次映射。通过这个页表能够将客户机物理地址直接翻译成宿主机物理地址，这样，GVA→GPA→HPA两次地址转换都由CPU硬件自动完成，从而减少整个内存虚拟化所需的代价。其基本原理如图2-7所示。

图2-7　EPT原理图

这里假设客户机页表和EPT页表都是4级页表，CPU完成一次地址转换的基本过程如下：

CPU先查找客户机CR3指向的L4页表。由于客户机CR3给出的是GPA，因此CPU需要通过EPT页表来实现客户机CR3中的GPA→HPA的转换。CPU首先会查找硬件的EPT TLB，如果没有对应的转换，CPU会进一步查找EPT页表，如果还没有，CPU则抛出EPT Violation异常由VMM来处理。

获得L4页表地址后，CPU根据GVA和L4页表项的内容，来获取L3页表项的GPA。如果L4页表中GVA对应的表项显示为“缺页”，那么CPU产生Page Fault，直接交由客户机内核来处理。获得L3页表项的GPA后，CPU同样要通过查询EPT页表来实现L3的GPA到HPA的转换。

同样，CPU会依次查找L2、L1页表，最后获得GVA对应的GPA，然后通过查询EPT页表获得HPA。

从上面的过程可以看出，CPU需要5次查询EPT页表，每次查询都需要4次内存访问，因此最坏情况下总共需要20次内存访问。EPT硬件通过增大EPT TLB来尽量减少内存访问。

在GPA到HPA转换的过程中，由于缺页、写权限不足等原因也会导致客户机退出，产生EPT异常。对于EPT缺页异常，处理过程大致如下：

KVM（内核虚拟机）首先根据引起异常的GVA，映射到对应的HPA；然后为此虚拟地址分配新的物理页；最后KVM再更新EPT页表，建立起引起异常的GPA到HPA的映射。

EPT页表相对于影子页表，其实现方式大大简化，主要地址转换工作都由硬件自动完成，而且客户机内部的缺页异常也不会导致VM-Exit，因此客户机运行性能更好，开销更小。