深入探析LINUX系统虚拟化原理、实现与安全

本书系统性地剖析Linux系统虚拟化的核心技术，构建从基础原理、实现细节到安全攻防的完整虚拟化知识体系。书中内容涵盖CPU、内存、IO虚拟化与中断虚拟化等核心模块，结合QEMU/KVM等主流开源框架的代码实例，揭示虚拟化软件的设计逻辑与底层实现机制。在此基础上，本书专门设置虚拟化安全章节，系统介绍了虚拟化赋能的安全特性、虚拟化引入的潜在威胁，以及相应的防御方法。

目录
前言
第1章 系统虚拟化概述 1
1.1 什么是系统虚拟化 1
1.2 系统虚拟化发展史 1
1.2.1 诞生：20世纪60年代至20世纪70 年代 1
1.2.2 沉寂：20世纪80年代至20世纪90 年代 2
1.2.3 复兴：21世纪初 3
1.2.4 爆发：21世纪初至今 4
1.3 系统虚拟化分类 4
1.3.1 虚拟化方案分类 4
1.3.2 虚拟化软件架构分类 5
1.4 KVM系统虚拟化软件 7
1.4.1 KVM简介 7
1.4.2 KVM核心代码文件 7
1.5 实验题 8
1.5.1 实验一：虚拟化平台搭建 8
1.5.2 实验二：虚拟机创建 8
第2章 CPU虚拟化 9
2.1 X86 硬件架构 9
2.1.1 X86架构简介 9
2.1.2 X86虚拟化漏洞 10
2.2 Intel VT-x 11
2.2.1 VMX的两种运行模式 11
2.2.2 新增指令 12
2.2.3 虚拟机控制结构体 12
2.3 VCPU数据结构 14
2.3.1 通用VCPU数据结构 14
2.3.2 VMX相关VCPU数据结构 15
第3章 内存虚拟化 48
3.1 内存管理 48
3.1.1 内存寻址 48
3.1.2 KVM内存虚拟化核心数据结构 50
3.1.3 虚拟机物理内存构建 55
3.2 影子页表 64
3.2.1 影子页表原理 64
3.2.2 影子页表初始化 64
3.2.3 影子页表加载 68
3.2.4 影子页表缺页处理 69
3.3 扩展页表 EPT 79
3.3.1 EPT原理 79
3.3.2 EPT初始化 79
3.3.3 EPT加载 81
3.3.4 EPT缺页处理 82
3.3.5 多EPT切换 84
3.4 VPID机制 84
3.5 气球模型 85
3.5.1 气球模型原理 85
3.5.2 气球模型实现 87
3.6 实验题 90
3.6.1 实验一：影子页表隔离 90
3.6.2 实验二：EPT页表切换 91
3.6.3 实验三：气球模型页面监控 91
第4章 IO虚拟化 92
4.1 设备管理 92
4.1.1 物理计算机系统中的设备管理 92
4.1.2 虚拟化环境中的设备管理 93
4.1.3 PCI 设备 94
4.2 完全设备虚拟化 100
4.2.1 设备模型 100
4.2.2 MIO处理流程 100
4.2.3 Port I/O处理流程 105
4.3 Virtual I/O 110
4.3.1 Virtqueue 110
4.3.2 Virtio-balloon实现 117
4.3.3 Virtio-net实现 153
4.4 VHost 183
4.4.1 VHost原理 183
4.4.2 VHost实现 184
4.5 轻量级I/O退出 199
4.6 Intel VT-d 202
4.6.1 概述 202
4.6.2 根条目表和上下文条目表 203
4.6.3 I/O页表 204
4.6.4 硬件探测 205
4.7 SR-IOV 206
4.7.1 概述 206
4.7.2 VFIO基本概念 206
4.7.3 VFIO实现 207
4.8 实验题 214
4.8.1 实验一：软件完全虚拟化设备创建 214
4.8.2 实验二：Virtio设备创建 214
4.8.3 实验三：VHost设备创建 214
4.8.4 实验四：DA权限控制 214
第5章 中断虚拟化 215
5.1 中断处理流程 215
5.1.1 单核处理器中断响应 215
5.1.2 多核处理器中断响应 216
5.2 虚拟PIC中断处理实现 218
5.2.1 虚拟PIC核心数据结构 218
5.2.2 虚拟PIC的创建 220
5.2.3 虚拟PIC处理中断请求 226
5.3 虚拟APIC中断处理实现 232
5.3.1 虚拟APIC核心数据结构 232
5.3.2 虚拟APIC的创建 235
5.3.3 虚拟APIC处理中断请求 237
5.4 硬件中断虚拟化支持 243
5.4.1 Virtual-APIC page 244
5.4.2 Interrupt-window exiting 244
5.4.3 Posted-interrupt processing 246
5.5 MSI 中断机制 248
5.5.1 MSI 原理 248
5.5.2 MSI 虚拟化 251
5.6 实验题 253
5.6.1 实验一：自定义中断 253
5.6.2 实验二：异步中断机制 253
第6章 虚拟化安全 254
6.1 虚拟化技术在安全中的应用 254
6.1.1 虚拟机自省 255
6.1.2 虚拟机内存访问控制 257
6.1.3 案例分析--基于LibVMI的虚拟机内核符号表获取 259
6.2 虚拟化技术中的安全威胁 260
6.2.1 虚拟化软件架构设计中的安全风险 260
6.2.2 虚拟化软件栈安全漏洞 262
6.2.3 攻击与威胁模型 265
6.3 面向虚拟化的安全防御 272
6.3.1 虚拟化软件安全增强 272
6.3.2 面向不可信虚拟化软件的虚拟机安全防护 277
6.4 实验题 278
6.4.1 实验一：虚拟机内核完整性度量 278
6.4.2 实验二：虚拟机系统调用捕获 279
6.4.3 实验三：降权虚拟化软件 279
参考文献 280
附录 缩略语 285