陷阱标志（TF）和监视器陷阱标志之间的区别？

Question

GDB 等调试功能通过设置 eflags 寄存器的 TF 标志来工作，这会在处理器每次执行指令后导致异常，让 gdb 等工具控制调试。当我们运行虚拟机时，例如 kvm为了做同样的事情，你需要设置一个名为 MONITOR TRAP FLAG 的标志（当前英特尔软件手册 3c 的第 15 页），这将导致虚拟机在每条指令向管理程序提供调试后退出（VMEXIT）。

管理程序几乎可以设置 VM（来宾）的任何位/寄存器。当架构中已​​经存在这样的标志（EFLAG）时，为什么我们需要在 VMCS（虚拟 Macine 控制结构）中使用单独的标志？？

我在某处读到，这样做的原因是，如果使用 EFLAGS，来宾可以覆盖 VMM（管理程序）的单步意图。

A：如果您没有控制权，那么模拟硬件有什么意义？

B：我遇到了需要设置 BTF（分支陷阱标志）的问题（PG 689 vOLUME 3a INTEL 软件手册）。在正常情况下，这会在每个分支指令上导致 DEBUG EXCEPTION，但由于我想在 VM 上执行此操作，因此我无法确定要在 VMCS 中设置哪个位。在单步的情况下，似乎没有直接的方法可以做到这一点。谁能告诉我是否有某种方法可以使用其他方式做同样的事情？

谢谢

Answer 1

不，没有分支监视器陷阱标志。

英特尔可能会制造一款，但还没有。

详情

让我们先来定义术语：

[请注意，所有这些仅与 Intel x86 有关]

陷阱标志 (TF)

如问题中所述，在执行指令后导致#DBG（通过异常0x1陷阱）。 使用 RFLAGS 的第 8 位进行控制。

分支陷阱标志 (BTF)

TLDR：BTF 将 TF 的行为修改为仅在分支上触发异常。

从 2016 年 4 月版的英特尔 SDM：

当软件在 IA32_DEBUGCTL MSR 中同时设置 BTF 标志（位 1）时 和 EFLAGS 寄存器中的 TF 标志，处理器生成一个 单步调试异常仅在导致 [1]这种机制允许调试器单步控制 分支机构引起的转移。这种“分支单步”有助于 在指令之前将错误隔离到特定的代码块 单步进一步缩小了搜索范围。处理器清除 生成调试异常时的 BTF 标志。调试器必须设置 恢复程序执行以继续之前的 BTF 标志 单踩树枝。

[1] 导致任务切换的 CALL、IRET 和 JMP 执行永远不会 导致单步调试异常（无论 BTF 的值如何 旗帜）。调试器希望在切换到任务时出现调试异常 应该在该任务的 TSS 中设置 T 标志（调试陷阱标志）。看 第 7.2.1 节，“任务状态段 (TSS)”。

监控陷阱标志 (MTF)

MTF 是 VMCS 中的一个位，可在来宾中触发特定指令边界上的 Monitor Trap Flag VMEXIT。

一般来说，只要客户机向前推进，就会发生退出，主机端不会发生任何比 MTF VMEXIT 优先级更高的事情。有一些奇怪的边缘情况，比如 REP MOV（可以中断的指令）和 SMI（对主机操作系统不可见的中断）。有关详细信息，请参阅 SDM 的 Monitor Trap Flag 部分（2016 年 4 月的 25.5.2）。

回复

为什么我们需要在 VMCS（虚拟 Macine 控制 结构）当这样的标志已经存在于架构中时 (EFLAG)？

Host 和 Guest State 需要分开。如果您正在调试运行 GDB 的客户机，主机需要能够触发 VMEXIT，而不是客户机内的异常。请注意，当设置了陷阱标志时，默认是在当前上下文中触发异常（如果您在来宾中运行，则为来宾，如果您在主机中运行，则为主机）。

主机可以尝试在不使用 MTF 的情况下进行调试，方法是强制设置来宾的 TF 并使用 VMCS 中的异常位图在调试异常上配置 VMEXIT。不幸的是，如果来宾还启用了调试异常，那么主机就无法清楚地知道调试异常属于谁（如果我没记错的话，没有办法退出对 RFLAGS 的写入）。 MTF 的存在使得调试运行调试器的 VM 成为可能。

...谁能告诉我如果有办法做同样的事情 使用其他方式？

没有分支监视器陷阱标志。您可以通过查看来宾 RIP（应该在 VMCS 中）上的解码指令来实现等效的东西，但这需要一堆额外的 VMEXITS。显然，这并不理想。

如果您在进入客人之前设置 BTF，事情会很快变得一团糟。它将被视为访客的 BTF，而不是与主机相关的 BTF。如果你还在 VMCS 中设置了 MTF，BTF 将不会延迟 MTF VMEXIT。另一方面，它会延迟客人的下一次调试陷阱。

每当客户 VMEXIT 下一个时，如果 BTF 尚未被调试异常清除（退出时清除 IA32_DEBUGCTL），BTF 将被破坏。您可以使用 MSR LOAD/STORE 列表保存该值，但这并没有多大作用。