Hypervisor

Teorien går tilbage til Popek og Goldberg (1974), der opstillede tre krav til en virtual machine monitor (ækvivalens, ressourcekontrol og effektivitet) og viste, at klassisk trap-and-emulate-virtualisering virker, når alle følsomme instruktioner også er privilegerede, så de udløser en trap i brugertilstand. Klassisk x86 opfyldte ikke dette: instruktioner som POPF opfører sig i stilhed anderledes i ring 3 i stedet for at trappe. VMware omgik problemet fra 1999 med dynamisk binær oversættelse af gæstens kernekode og Xen (2003) med paravirtualisering, hvor den tilpassede gæstekerne kalder hypervisoren via hypercalls. Intel VT-x (2005) og AMD-V (2006) tilføjede derefter en root/non-root-tilstand i hardwaren med VM entries og exits styret af en struktur pr. vCPU (VMCS hos Intel, VMCB hos AMD). Second-level address translation (Intel EPT, AMD NPT) fjernede siden de dyre shadow page tables, og en IOMMU (VT-d, AMD-Vi) gjorde passthrough af enheder og SR-IOV sikkert.

Opdelingen i type 1 og type 2 stammer fra Goldbergs afhandling fra 1973. VMware ESXi, Microsoft Hyper-V og Xen er type 1; i Hyper-V og Xen kører en privilegeret partition (root-partitionen, dom0) et fuldt styresystem til administration og drivere, men hypervisoren ligger under den. VirtualBox og VMware Workstation er type 2. KVM, der kom ind i Linux 2.6.20 i 2007, gør selve Linux-kernen til hypervisor, mens QEMU i brugerrummet emulerer enhederne, så klassificeringen er omdiskuteret. De store clouds kører slanke afledninger: AWS Nitro bygger på KVM og flytter netværk og lager ud på dedikerede kort, og Firecracker er en minimal VMM skrevet i Rust til microVM'er.

Angrebsfladen er koncentreret i de emulerede enheder og i administrationslaget. VENOM (CVE-2015-3456), et bufferoverløb i QEMU's virtuelle diskettecontroller, gjorde det muligt at bryde ud fra gæst til vært, og kæder af VM escapes mod VMware og virtio-enheder dukker jævnligt op ved Pwn2Own. Sidekanaler mellem kunder som L1 Terminal Fault (2018) tvang afhjælpninger som tømning af L1-cachen ved VM entry og deaktivering eller begrænsning af SMT. Ransomwaregrupper springer i stigende grad gæsterne over og angriber ESXi-værterne direkte ved at kryptere de virtuelle maskiners diskfiler på datastoren, som i ESXiArgs-kampagnen i 2023.

NIST SP 800-125 (2011) og SP 800-125A Rev. 1 anbefaler en minimal hypervisor, hurtig patching, et administrationsnetværk adskilt fra gæsternes trafik og stram kontrol med administrativ adgang; i praksis skal hypervisor-administratorer behandles som administratorer på højeste niveau, fordi de kan læse alle gæsters hukommelse og diske. En hypervisor adskiller sig fra en container-runtime, hvor alle containere deler én værtskerne; sandboxede runtimes som Kata Containers og gVisor udvisker den grænse.