虚拟机内存通信技术探究

在现代计算机系统中，虚拟机技术的应用越来越广泛。虚拟机提供了一种隔离环境，使得不同的程序可以在同一个物理机上独立运行而互不干扰。然而，有时候需要在虚拟机内部运行的程序与外部软件进行通信。本文将探讨实现这种通信的方法，并着重介绍一种难以被检测的内存通信技术。

常见的通信方法及其局限性

实现虚拟机内外通信的常见方法包括网络连接、共享文件夹以及虚拟机软件提供的API。然而，这些方法存在一些局限性：

• 网络连接和文件I/O操作容易被杀毒软件和rootkits检测到。
• 虚拟机软件提供的API依赖于特定的虚拟机产品。
• 共享文件夹和API方法通常需要安装虚拟机的附加组件。

因此，需要一种新的通信方法，它不仅难以被检测，而且不依赖于任何特定的虚拟机产品。

内存通信技术的概念

设想是直接读取和写入虚拟机的内存。具体来说，就是在虚拟机内部预留一个内存区域，然后通过这个区域进行通信。在虚拟机内部，只需要预留内存区域并进行同步。最困难的部分是如何从主机访问这个内存区域，并实现适当的同步。

实现内存通信需要的知识

为了实现这种内存通信技术，需要了解以下知识点：

• C/C++编程语言
• Windows API 和 DLL 注入的基本知识
• 虚拟内存的工作原理
• 多线程编程和同步的理解

技术问题的探讨

要实现内存通信，需要解决以下几个技术问题：

1. 如何找到虚拟机的内存并从主机操作系统读取？
2. 如何在虚拟机执行过程中找到感兴趣的内存区域？
3. 如何读取和写入目标内存区域，并同步主机和客户机的读写操作？

从进程的角度来看，许多桌面虚拟机解决方案（如VMWare Workstation、VirtualBox、VirtualPC、Parallels Desktop）的结构如下：

• 一个或多个GUI和服务进程
• 每个运行的虚拟机都有一个执行虚拟机并存储其物理内存的进程。

例如，VMWare中这个进程叫做“vmware-vmx.exe”。

虚拟机的物理内存存储在一个进程中，但其内部结构是未知的。因此，虚拟机内部程序不仅要预留通信内存，还要用一些标志来标记预留的内存。

可以使用以下两种常见的方法来读取和写入目标内存区域：

• 使用WinAPI函数ReadProcessMemory和WriteProcessMemory。
• 将代码注入到目标进程中，这样注入的代码就可以直接读取和写入内存。

此外，还需要实现一些同步原语。同步方法基于这样一个假设：每个虚拟机实际上都在执行（而不是解释！）代码（至少是非特权指令）。这个假设对于上述提到的虚拟机（VMWare、VirtualBox等）是有效的。

通信引擎的方案

结合以上所有内容，可以得到以下通信引擎的方案：

• 虚拟机内部的程序应该分配并锁定内存区域，将特殊标志放入用于通信的每个页面，并等待主机的连接。
• 主机内部的程序应该找到目标虚拟机进程，将执行实际通信的代码注入到目标虚拟机进程中。

注入的代码应该定期扫描虚拟机内存，寻找用于通信的页面的标志。当这些页面被找到后，就可以进行通信，并使用基于InterlockedCompareExchange的互斥锁进行同步。