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# UTSM ↔ Linux IPC 骨架 (Phase 1.3)
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## 概述
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Phase 1.3 实现了 UTSM 监控核与 Linux 主导核之间的双向 IPC 通信骨架，包含三个通信通道中的两个：
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1. **共享内存环形缓冲区**（异步消息） — ✅ 已实现
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2. **VMCALL hypercall**（同步请求/响应） — ✅ 已实现
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3. **IPI 通知**（中断注入） — ⏳ Phase 1.4+
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## 文件结构
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### UTSM 侧（监控核）
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CODE/UTSM/
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├── include/utsm/
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│ ├── ipc_shm.h — IPC 共享内存 API 声明
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│ └── hypercall.h — VMCALL 处理器 API 声明
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├── vmm/
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│ ├── ipc_shm.c — 共享内存分配、初始化、EPT 映射、ring buffer 操作
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│ ├── hypercall.c — VMCALL VM-Exit 处理（PING/HELLO/SHM_INFO/CONSOLE_WRITE）
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│ ├── vmexit.c — VM-Exit 分发器（增加 VMCALL case）
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│ ├── vmexit_asm.S — VM-Exit 汇编入口（重写：保存/恢复 guest GPR + 汇编 vmresume）
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│ ├── vmm.c — VMM 核心（g_guest_regs 全局变量 + vmm_vmexit_entry 简化）
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│ └── ept.c — EPT 页表（增加 ept_gpa_to_hpa() 翻译函数）
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### 共享协议
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CODE/utsm-ipc/
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└── ipc_proto.h — 双内核共享的 IPC 协议头文件
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### Linux 侧（主导核）
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CODE/linux/
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├── configs/
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│ └── utsm_x86_64_defconfig — 增加 CONFIG_UTSM_HCALL=y
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├── patches/
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│ ├── utsm_hcall.c — Linux 内核驱动：VMCALL + /dev/utsm + SHM 映射
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│ ├── utsm_Kconfig — Kconfig 配置
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│ └── utsm_Makefile — 模块 Makefile
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└── build.sh — 更新：自动安装驱动到 Linux 源码树
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## 通信协议
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### 共享内存布局（GPA 0x04000000，1MB）
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0x04000000 utsm_ipc_shm_header (64 bytes)
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├── magic = "UTSMHC\0\0"
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├── version = 1
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├── utsm_ready (UTSM 设置)
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└── linux_ready (Linux 设置)
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0x04000040 utsm_ipc_ring utsm_to_linux (UTSM 写，Linux 读)
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└── 64 条消息，每条 256 字节
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0x04001040 utsm_ipc_ring linux_to_utsm (Linux 写，UTSM 读)
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└── 64 条消息，每条 256 字节
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0x04002040 payload pool (~1MB，用于大数据传输)
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### VMCALL Hypercall ABI
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Linux guest 执行 VMCALL 指令：
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RAX = UTSM_HCALL_MAGIC | op (0x5554534D48430000 | op)
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RDI = arg0
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RSI = arg1
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RDX = arg2
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UTSM 处理 VMCALL VM-Exit：
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1. 从 g_guest_regs 读取 RAX/RDI/RSI/RDX
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2. 验证 magic，提取 op
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3. 分发到对应处理器
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4. 返回值写入 g_guest_regs.rax
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5. GUEST_RIP 前进过 VMCALL 指令
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6. vmresume（GPR = 修改后的 guest 值）
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### 已实现的 Hypercall 操作
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| 操作码 | 名称 | 功能 |
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|--------|------|------|
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| 0x0001 | PING | 返回 "PONG" (0x504F4E47)，用于探测 UTSM |
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| 0x0002 | HELLO | 握手，UTSM 回复 HELLO_ACK 消息到 ring |
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| 0x0010 | SHM_INFO | 返回共享内存 GPA + size |
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| 0x0020 | CAP_VALIDATE | 能力校验（stub） |
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| 0x0030 | UTRW_READ | 封缄内存读（stub） |
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| 0x0031 | UTRW_WRITE | 封缄内存写（stub） |
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| 0x0040 | DRR_CHECKPOINT | DRR checkpoint 触发（stub） |
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| 0x0050 | CONSOLE_WRITE | 将 Linux 字符串输出到 UTSM 串口 |
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| 0x0051 | CONSOLE_READ | 从 UTSM 串口读取（stub） |
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## 关键设计决策
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### 1. VM-Exit 汇编重写
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VMCS 不保存 guest GPR（RAX-R15）。原汇编只保存 host caller-saved 寄存器，无法让 C 处理器读写 guest GPR。
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重写后：
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- VM-Exit 时保存全部 16 个 guest GPR 到 `g_guest_regs` 结构
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- 调用 C 分发器（不再从 C 调用 vmresume）
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- 恢复全部 16 个 guest GPR（C 可能已修改 rax = 返回值）
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- 汇编中执行 vmresume（GPR = 修改后的 guest 值）
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### 2. EPT GPA→HPA 翻译
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Linux guest 使用 identity-mapped 页表（GVA=GPA），hypercall 传递的指针是 GPA。UTSM 需要：
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- `ept_gpa_to_hpa(gpa)` — 4 级 EPT walk，支持 4KB/2MB/1GB 页
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- 翻译后加 HHDM 偏移得到 host 虚拟地址
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### 3. GPA 布局修复
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原 `LINUX_GUEST_INITRD_GPA = 0x04000000` 与 `UTSM_IPC_SHM_GPA = 0x04000000` 冲突。
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修复后：
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0x00400000-0x004FFFFF 固定区域 (boot_params/cmdline/GDT/PGT/stack)
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0x01000000-0x02FFFFFF Linux kernel
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0x03000000-0x03FFFFFF initrd
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0x04000000-0x040FFFFF IPC shared memory (1MB) ← e820 reserved
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0x05000000-0x08FFFFFF general RAM (64MB)
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## 验证方法
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### 1. UTSM 侧编译验证（已完成）
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```powershell
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cd d:\Code\Deshab\CODE\UTSM
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mingw32-make
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# → utsm.elf 生成，0 warnings from new code
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```
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### 2. Linux 内核构建（需 Linux 环境）
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```bash
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cd CODE/linux
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./build.sh
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# → SYSTEM/boot/linux-bzImage
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# → SYSTEM/boot/linux-initrd.img
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### 3. QEMU 端到端测试（需 VMX 支持）
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1. 取消 `SYSTEM/limine/limine.conf` 中 Linux 模块的注释
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2. 运行 `ISO/run_qemu.bat`（需 KVM 或硬件 VMX）
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3. 预期串口输出：
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- `[UTSM] IPC shm init ok`
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- `[LINUX] loader init ok`
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- `[LINUX] vmlaunch`
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- Linux 启动日志
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- `[utsm] UTSM monitor detected (PONG=0x504F4E47)`
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- `[utsm] /dev/utsm registered (IPC ready)`
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- `[HCALL] HELLO from Linux guest`
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4. Linux 用户态测试：
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```bash
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echo "hello UTSM" > /dev/utsm # → UTSM 串口显示 [LINUX] hello UTSM
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cat /dev/utsm # → 读取 UTSM 发来的消息
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```
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## 后续阶段
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- **Phase 1.4**: virtio-console 双向通信（`/dev/hvc0` ↔ UTSM 串口）
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- **Phase 1.5**: virtio-fs 文件共享（Linux 挂载 `/utsm`）
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- IPI 中断注入（替代当前的轮询方式）
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- UTRW/CAP/DRR hypercall 完整实现
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