已经介绍过了native下的Memory Type，那么，虚拟化下的Memory Type又是何般境地呢？

1. History

前辈们在影子页表时代探索过Memory Type的虚拟化。可以参考Maintaining cache coherency和Disheng Su: Cache Attribute Virtualization in Xen。我也看不明白细节，但是，需要知道的是：在影子页表时代，Memory Type的虚拟化需要软件做很多事情。当来到EPT页表时代，软件需要做的事情就没有那么多了。

2. 第一性原理

在native下，EMT(Effective Memory Type)由页表的PAT与MTRR设置的物理地址区间memory type来共同决定。在虚拟化下，EMT又是怎样的呢？

  1. 对于PAT，可以由guest的页表来设置
  2. MTRR的MSR肯定是不能pass-thru给guest的
    • MTRR的功能是设置物理地址区间的memory type
    • native下MTRR MSR设置的是HPA的属性，一般由bios来设置
    • 在虚拟化场景下，当seabios或者OVMF设置MTRR时，会操作MTRR MSR，此时会发生VM Exit
    • 所以hypervisor是可以感知guest设置的GPA区间的memory type的

如何模拟guest GPA区间中设置的memory type(guest 在MTRR设置的memory type)呢？EPT页表会将GPA转化为HPA的，将guest MTRR设置的memory type，在EPT memory type设置下即可完成guest GPA区间中设置的memory type的模拟。在Non-root mode下，EMT由guest page table的PAT与EPT的memory type共同决定，此时物理MTRR完全不起作用，这样可以做到guest与host的EMT的隔离性!

经过上述分析可以知道，在虚拟化的场景下，EPT memory type承接了MTRR的工作。当guest设置MTRR的memory type时，都会发生VM Exit，此时hypervisor将GPA区间的memory type设置在EPT memory type即可！

3. EPT and Memory Typing

EPT中的Memory Type在SDM Vol3的28.3.7 EPT and Memory Typing有详细的介绍。

中文翻译转载自Intel SDM Chapter 28: VMX Support for Address Translation。

涉及EPT的Memory Type有两个，首先是walk EPT时，访问EPT各级页表项所采用的Memory Type：

  • 若CR0.CD = 0，则采用的Memory Type由EPTP的第0-2位决定，取0表示UC，取6表示WB
  • 若CR0.CD = 1，则采用的Memory Type为UC

其次是Guest访问内存时，采用的Memory Type，它由两个因素决定：

  • EPT Memory Type：即EPT中最后一级页表项的第3-5位，起相当于MTRR的作用
    • 取0表示UC，取1表示WC，取4表示WT，取5表示WP，取6表示WB，这与MTRR中Type的含义相同
    • 此时MTRR完全不起作用
  • PAT Memory Type：
    • 若CR0.PG = 0，则PAT Memory Type为WB
    • 若CR0.PG = 1，则PAT Memory Type为Guest页表翻译时根据MSR[IA32_PAT]确定的PAT Memory Type

最终产生的Memory Type如下：

  • 若CR0.CD = 0
    • 若末级页表项的IPAT = 0，则Memory Type就是将EPT Memory Type当做MTRR Memory Type和PAT Memory Type合并后的结果
    • 若末级页表项的IPAT = 1，则Memory Type就是EPT Memory Type
  • 若CR0.CD = 1，则Memory Type为UC

IPAT即Ignore PAT(末级页表项的第6位)，如下图标注所示：

EPT Memory Type(MTRR Memory Type)和PAT Memory Type合并后的结果: