在內核模塊中修改控制寄存器

Question

下面的簡單內核模塊在加載cr4寄存器（CR4.VMXE）的第13位時設置它，並在退出時清除該位。

vmx.c

#include <linux/module.h> 
#include <linux/kernel.h> 
#include <linux/init.h> 

MODULE_LICENSE("GPL"); 

static inline uint64_t getcr4(void) { 
    register uint64_t ret = 0; 

    asm volatile (
     "movq %%cr4, %0\n" 
     :"=r"(ret) 
    ); 

    return ret; 
} 

static inline void setcr4(register uint64_t val) { 
    asm volatile (
     "movq %0, %%cr4\n" 
     : 
     :"r"(val) 
    ); 
} 

static int __init init_routine(void) { 
    uint64_t cr4 = getcr4(); 

    printk(KERN_INFO "VTX Test loaded: %llu (%u).\n", cr4, (unsigned char)((cr4 >> 13) & 1)); 
    cr4 |= (1 << 13); 
    setcr4(cr4); 
    cr4 = getcr4(); 
    printk(KERN_INFO "cr4: %llu (%u).\n", cr4, (unsigned char)((cr4 >> 13) & 1)); 

    return 0; 
} 

static void __exit exit_routine(void) { 
    uint64_t cr4 = getcr4(); 

    printk(KERN_INFO "cr4: %llu (%u).\n", cr4, (unsigned char)((cr4 >> 13) & 1)); 
    cr4 &= ~(1 << 13); 
    setcr4(cr4); 
    cr4 = getcr4(); 
    printk(KERN_INFO "VTX Test exited: %llu (%u).\n", cr4, (unsigned char)((cr4 >> 13) & 1)); 
} 

module_init(init_routine); 
module_exit(exit_routine); 

的Makefile

obj-m += vmx.o 

all: 
    make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules 

clean: 
    make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean 

要運行我用make clean && make && sudo insmod vmx.ko && sudo rmmod vmx && sudo dmesg -c模塊。這有時讓我以下（預期）輸出

[ 2295.121537] VTX Test loaded: 1312736 (0). 
[ 2295.121540] cr4: 1320928 (1). 
[ 2295.123975] cr4: 1320928 (1). 
[ 2295.123977] VTX Test exited: 1312736 (0). 

有時也以下：

[ 2296.256982] VTX Test loaded: 1320928 (1). 
[ 2296.256984] cr4: 1320928 (1). 
[ 2296.259481] cr4: 1312736 (0). 
[ 2296.259483] VTX Test exited: 1312736 (0). 

在謝勝利，輸出的二，三線看起來很奇怪我，因爲它看起來像修改控制寄存器cr4在離開init_routine後已被重置。另外奇怪的是，在第一行中，VMXE位似乎被設置，這並沒有任何意義。這種行爲是否正常？如何解釋？有沒有其他的內核模塊可以修改CR4？這似乎相當奇怪，因爲我已經看到了幾個VTX實現，它們都在它們的初始化例程中設置了VMXE位，並以與本模塊相同的方式清除它們的退出例程中的位。

Answer 1

事實證明，問題在於，寄存器未在所有CPU內核上修改。爲確保所有內核都能進行修改，似乎足以調用on_each_cpu。下面的固定代碼，Makefile不變。

#include <linux/module.h> 
#include <linux/kernel.h> 
#include <linux/init.h> 

MODULE_LICENSE("GPL"); 

static inline uint64_t getcr4(void) { 
    register uint64_t ret = 0; 

    asm volatile (
     "movq %%cr4, %0\n" 
     :"=r"(ret) 
    ); 

    return ret; 
} 

static inline void setcr4(register uint64_t val) { 
    asm volatile (
     "movq %0, %%cr4\n" 
     : 
     :"r"(val) 
    ); 
} 

static void setvmxe(void* info) { 
    uint64_t cr4 = getcr4(); 

    cr4 |= (1 << 13); 
    setcr4(cr4); 
} 

static void clearvmxe(void* info) { 
    uint64_t cr4 = getcr4(); 

    cr4 &= ~(1 << 13); 
    setcr4(cr4); 
} 

static int __init init_routine(void) { 
    uint64_t cr4 = getcr4(); 

    printk(KERN_INFO "VTX Test loaded: %llu (%u).\n", cr4, (unsigned char)((cr4 >> 13) & 1)); 
    on_each_cpu(setvmxe, NULL, 0); 
    cr4 = getcr4(); 
    printk(KERN_INFO "cr4: %llu (%u).\n", cr4, (unsigned char)((cr4 >> 13) & 1)); 

    return 0; 
} 

static void __exit exit_routine(void) { 
    uint64_t cr4 = getcr4(); 

    printk(KERN_INFO "cr4: %llu (%u).\n", cr4, (unsigned char)((cr4 >> 13) & 1)); 
    on_each_cpu(clearvmxe, NULL, 0); 
    cr4 = getcr4(); 
    printk(KERN_INFO "VTX Test exited: %llu (%u).\n", cr4, (unsigned char)((cr4 >> 13) & 1)); 
} 

module_init(init_routine); 
module_exit(exit_routine); 

Answer 2

您可能已經加載了kvm模塊（以及相關的kvm-intel或kvm-amd）內核模塊。這些模塊已經可以管理處理器的VT狀態，並且如果您在其他地方開始修改它，很可能會很困惑。

查看內核源代碼中的arch/x86/kvm目錄，以瞭解已存在的內容。