VMX - block by NMI和 NMI unblockinig due to IRET 之间的关系

相关SDM章节: 27.2.3- Information About NMI Unblocking Due to IRET

最近收到同事发来的一个问题，即：

VMCS 中的 Guest Interruptibility State field 的 bit3-Blocking by NMI 和 VM-exit Interrupt-information field 或 VM-exit qualification field 中 的 bit12，也就是NMI unblocking due to IRET 之间的关系是什么？VMM在调度Guest期间对这里的"bit12"的利用方式是怎样的？

硬件逻辑

通过查阅 SDM，可以获得以下信息：

1. IRET指令的执行可能会导致 vmexit，vmexit 的原因可能为：faults，EPT violation，page-modification log-full events，或者 SPP-related events.

2. 如果在IRET执行时，NMI处于被block状态，即 Guest Interruptibililty State 的 bit3-Blocking by NMI 为1。那么IRET的执行会导致NMI被解除block，也就是将 Blocking by NMI从1设置为0. 即使 IRET 本身导致了fault 或 vmexit，unblock 的硬件行为不会发生变化。

3. 1中所述的所有 vmexit，都会在 VM-exit Interrupt-information field / VM-exit qualification 的 bit12 提供 NMI unblocking due to IRET 信息，指示本次vmexit 是由 IRET 导致，并且 IRET unblock 了NMI，也就是 IRET 指令的执行导致了 Guest Interruptibility field 的 bit3 Blocking by NMI 从1 变为了0.

   但是，NMI unblocking due to IRET 还需要其它条件辅助才能成立。

   • "NMI-exiting" control 为0，或 "virtual NMIs" control 为1
   • vmexit 没有写 IDT-vectoring information field 的 valid bit 为 1
   • vmexit 不是由 #DF(double fault) 异常导致的

   在这三个条件同时成立的情况下，IRET 导致的 vmexit 会 Unblock NMI，也就是将 NMI unblocking due to IRET 写1.

   • 如果 IRET 指令的一部分为memory access，"virtual NMIs" control 为0，NMI 在IRET指令执行之前就已经被block 了，那么 NMI unblocking due to IRET 会被写1.
   • 如果 IRET 指令的一部分为memory access，"virtual NMIs" control 为1，且 virtual-NMI 在IRET指令执行之前就已经被 block了，那么 NMI unblocking due to IRET 也会被写1.

4. IRET也可能会导致 APIC-access vmexit，EPT misconfigrations，但这类 vmexit 不会携带 NMI unblocking due to IRET 信息。

具体的逻辑如下图所示，红色部分会最终将 NMI unblocking due to IRET 信息存储到 VM-exit Interrupt-information field 中。绿色部分最终会将 NMI unblocking due to IRET 存储到 VM-exit qualification field 中。

软件逻辑

• 每次 vmexit 时

软件逻辑很简单，在每次 vmexit 时，均会查看上图中菱形框中的条件是否满足，如果满足，就直接对Guest Interruptibility state 的 bit3，也就是 Blocking by NMI 写1，以在下次 vmentry 之前屏蔽掉 NMI。这里隐含着一个软件逻辑：由于 IRET 导致的 vmexit 会修改 Blocking by NMI，但这是不合理的，因此需要在由 IRET 导致的 vmexit 产生后，重新修改Blocking by NMI，使其能够正常block NMI。

另一方面，如果菱形框中的条件不满足，就正常读取 Blocking by NMI 的值确定是否需要对 NMI 进行屏蔽。

• 处理 EPT violation vmexit 或 PML_FULL vmexit 时

逻辑与每次 vmexit时相同。但这里读取的NMI unblocking due to IRET 信息来自vmexit qualification，而不是 每次 vmexit时的 vmexit interrupt information。

总结

Guest 执行 IRET 会导致本来处于"Blocking NMI"的Guest环境变为"not Blocking NMI"，这是硬件逻辑的不合理之处，软件应该在检测到由 IRET 导致的 unblock NMI 动作之后，在root mode 对 NMI 重新 block。

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本文作者：EwanHai
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