機能とインターフェイスの検出

このセクションでは、ゲスト ソフトウェアがハイパーバイザーの存在を検出し、アーキテクチャ固有の検出メカニズムを使用してその機能、機能、バージョン情報を照会する方法について説明します。

機能とインターフェイスの検出 (x64)

ゲスト ソフトウェアは、さまざまなメカニズムを通じてハイパーバイザーと対話します。 これらの多くは、基になるプロセッサと対話するためにソフトウェアによって使用される従来のメカニズムを反映しています。 そのため、これらのメカニズムはアーキテクチャ固有です。 x64 アーキテクチャでは、次のメカニズムが使用されます。

• CPUID 命令 – 静的な機能とバージョン情報に使用されます。
• MSR (モデル固有のレジスタ) – 状態と制御値に使用されます。
• メモリ マップト レジスタ – 状態と制御値に使用されます。
• プロセッサ割り込み – 非同期イベント、通知、およびメッセージに使用されます。

ハイパーバイザーは、これらのアーキテクチャ固有のインターフェイスに加えて、 ハイパーコールを使用して実装された単純な手続き型インターフェイスを提供します。

ハイパーバイザー検出

ハイパーバイザー インターフェイスを使用する前に、ソフトウェアはまず、仮想化された環境内で実行されているかどうかを判断する必要があります。 この仕様に準拠する x64 プラットフォームでは、これは入力 (EAX) 値 1 で CPUID 命令を実行することによって行われます。 実行時に、コードはレジスタ ECX のビット 31 ("ハイパーバイザー存在ビット") を確認する必要があります。 このビットが設定されている場合、ハイパーバイザーが存在します。 非仮想化環境では、ビットは明確になります。

CPUID.01h.ECX:31 // if set, virtualization present

"ハイパーバイザーの現在のビット" が設定されている場合は、準拠しているハイパーバイザーとその機能の詳細について、追加の CPUID リーフを照会できます。 このような葉は、 0x40000000 と 0x40000001の2つであることが保証されています。 続いて番号付きの葉も利用可能である。

Standard ハイパーバイザーの CPUID リーフ

0x40000000のリーフが照会されると、ハイパーバイザーは、ハイパーバイザーの最大 CPUID リーフ番号とベンダー ID 署名を提供する情報を返します。

0x40000001のリーフが照会されると、ベンダーに依存しないハイパーバイザー インターフェイスの識別を表す値が返されます。 これにより、 0x4000002 から 0x400000FFまでの葉のセマンティクスが決まります。

これら 2 つのリーフを使用すると、ゲストはハイパーバイザー ベンダー ID とインターフェイスに対して個別にクエリを実行できます。 ベンダー ID は、情報提供と診断の目的でのみ提供されます。 ソフトウェアは、リーフ 0x40000001を介して報告されるインターフェイス署名に基づく互換性の決定のみにすることをお勧めします。

Microsoft ハイパーバイザー CPUID リーフ

Microsoft ハイパーバイザー CPUID インターフェイスに準拠しているハイパーバイザーでは、 0x40000000 と 0x40000001 リーフ レジスタの値は次のようになります。

ハイパーバイザー CPUID リーフ範囲 - 0x40000000

EAX は、ハイパーバイザー CPUID リーフの最大数を決定します。 ハイパーバイザー ベンダー ID 署名を含む EBX-EDX。 ベンダー ID 署名は、レポートと診断の目的でのみ使用する必要があります。

ハイパーバイザー ベンダーに依存しないインターフェイスの識別 - 0x40000001

EAX には、ハイパーバイザー インターフェイス識別署名が含まれています。 これにより、 0x40000002 から 0x400000FFまでの葉のセマンティクスが決まります。

"Hv#1" インターフェイスに準拠するハイパーバイザーでも、少なくとも次のリーフが提供されます。

ハイパーバイザー システム ID - 0x40000002

ハイパーバイザー機能の識別 - 0x40000003

EAX と EBX は、現在のパーティション特権に基づいて、パーティションで使用できる機能を示します。

実装に関する推奨事項 - 0x40000004

最適なパフォーマンスのために OS が実装することをハイパーバイザーが推奨する動作を示します。

ハイパーバイザー実装の制限 - 0x40000005

現在のハイパーバイザー実装でサポートされているスケール制限について説明します。 値が 0 の場合、ハイパーバイザーは対応する情報を公開しません。それ以外の場合は、これらの意味があります。

実装ハードウェア機能 - 0x40000006

どのハードウェア固有の機能が検出され、現在ハイパーバイザーで使用されているかを示します。

入れ子になったハイパーバイザー機能の識別 - 0x40000009

入れ子になった状態で実行するときにハイパーバイザーによってパーティションに公開される機能について説明します。 EAX では、仮想 MSR へのアクセスについて説明します。 EDX では、ハイパーコールへのアクセスについて説明します。

ハイパーバイザーの入れ子になった仮想化機能 - 0x4000000A

入れ子になったハイパーバイザーで使用できる入れ子になった仮想化の最適化を示します。

バージョン管理

ハイパーバイザーのバージョン情報は、リーフ 0x40000002でエンコードされます。 メイン バージョンとサービス バージョンの 2 つのバージョン番号が用意されています。

メイン バージョンには、メジャー バージョン番号とマイナー バージョン番号とビルド番号が含まれます。 これらは、Microsoft Windows のリリース番号に対応しています。 サービスバージョンは、メインバージョンに加えられた変更を記述します。

クライアントは、CPUID を使用してハイパーバイザー機能をチェックすることを強くお勧めします。バージョン範囲と比較するのではなく、0x40000003を使用して0x40000005を残します。

機能とインターフェイスの検出 (ARM64)

ARM64 アーキテクチャでは、機能とインターフェイスの検出に次のメカニズムが使用されます。

• HvCallGetVpRegisters を使用した HvRegister クエリ – 静的な機能とバージョン情報に使用されます。
• メモリ マップト レジスタ – 状態と制御値に使用されます。

ハイパーバイザーは、これらのアーキテクチャ固有のインターフェイスに加えて、 ハイパーコールを使用して実装された単純な手続き型インターフェイスを提供します。

ハイパーバイザー検出

ほとんどのハイパーバイザー インターフェイスを使用する前に、ソフトウェアはまず、仮想化された環境内で実行されているかどうかを判断する必要があります。

ARM64 では、ゲスト ソフトウェアは SMCCC (SMC 呼び出し規則) 標準インターフェイスを使用してハイパーバイザーを検出できます。 検出は、X0 の関数 ID 0xC600FF0 を持つ HVC または SMC 命令を使用して実行されます (これは、64 ビットベンダー固有のハイパーバイザー呼び出しVENDOR_HYP_FUNCTION_CODE_UIDに対応します)。 この呼び出しは、0 の imm16 を含む SMCCC 規則に従います。 Microsoft ハイパーバイザーは、GUID 4d32ba58-cd24-4764-8eef-6c7516597024を表す次の値を返します。

ハイパーバイザーが検出されると、ゲスト ソフトウェアは HvCallGetVpRegisters ハイパーコール を使用して合成レジスタを介してハイパーバイザー機能を照会できます。 ゲスト OS ID レジスタが設定される前に、いくつかのキー レジスタを照会できるため、起動時にハイパーバイザー機能を早期に検出できます。

ハイパーバイザー機能レジスタ

ARM64 プラットフォームは、CPUID 命令ではなく、合成レジスタを使用してハイパーバイザー情報を照会します。 これらのレジスタは、対応する x64 CPUID に相当する情報を提供し、 HvCallGetVpRegisters 経由でアクセスします。 すべての機能レジスタは、128 ビット値を返します。

ハイパーバイザー システム ID - HvRegisterHypervisorVersion

128 ビット値でエンコードされたバージョン情報を返します。 レイアウトは x64 CPUID リーフ 0x40000002と同じです。x64 レジスタ値は 128 ビットの結果にパックされます (ビット 31-0 の EAX、ビット 63-32 の EBX、ビット 95 から 64 の ECX、ビット 127 から 96 の EDX)。

ハイパーバイザー機能の識別 - HvRegisterPrivilegesAndFeaturesInfo

x64 CPUID リーフ 0x40000003に相当します。 現在のパーティション特権に基づいて、パーティションで使用できる機能を示します。 次のフィールドを含む 128 ビット値を返します。

実装に関する推奨事項 - HvRegisterFeaturesInfo

x64 CPUID リーフ 0x40000004に相当します。 最適なパフォーマンスのために OS が実装することをハイパーバイザーが推奨する動作を示します。 128 ビット値を返します。

ハイパーバイザー実装の制限 - HvRegisterImplementationLimitsInfo

現在のハイパーバイザー実装でサポートされているスケール制限について説明します。 値が 0 の場合、ハイパーバイザーは対応する情報を公開しません。 x64 CPUID リーフ 0x40000005と同じレイアウトの 128 ビット値を返 します。x64 レジスタ値は 128 ビットの結果にパックされます (EAX はビット 31-0、EBX はビット 63-32、ECX はビット 95-64、EDX はビット 127-96)。

実装ハードウェア機能 - HvRegisterHardwareFeaturesInfo

x64 CPUID リーフ 0x40000006に相当します。 どのハードウェア固有の機能が検出され、現在ハイパーバイザーで使用されているかを示します。 128 ビット値を返します。

コア パフォーマンス監視ユニット (PMU) イベントの種類

Arm アーキテクチャのコア PMU イベントのベースライン セットは、すべての ARM64 プラットフォームのゲスト パーティションで使用できます。 その他のコア PMU イベントは、Azure Cobalt 100 および Azure Cobalt 200 で利用できます。 イベント番号と名前は、Arm アーキテクチャの PMU イベント定義に従います。

ゲスト ソフトウェアは、 MIDR_EL1 レジスタを読み取り、実装者、バリアント、アーキテクチャ、パーツ、またはリビジョン の各フィールドをマスクすることなく、次の表の値と完全に等しいかどうかを低い 32 ビットで比較することで、プラットフォームを識別できます。 これは、追加のコア PMU イベントの種類にアクセスする前に使用できるかどうかを判断するために推奨されるヒューリスティックです。

次の表では、チェックマーク (✓) は、対応するプラットフォームのゲスト パーティションでコア PMU イベントの種類がサポートされていることを示しています。

バージョン管理

ハイパーバイザーのバージョン情報は HvRegisterHypervisorVersion でエンコードされます。 この形式は、対応する x64 と一致します。