Extended Page Table(EPT)是 Intel VT-x 的二級分頁技術，用來處理 Guest Physical Address (GPA) 到 Host Physical Address (HPA) 的轉譯。結構與傳統頁表相似。
EPTP(EPT Pointer)：在 VMCS 中記錄 EPT 的位置與屬性。
4 級頁表：PML4、PDPT、PD、PT，每頁 512 項，每項為 8 bytes，以下以 4 級頁表為例。

轉譯流程

在主觀上，最直覺的想法是先查找 Guest 再查找 Host，也就是:

• Guest 的四級頁表：

GVA -> 走 PML4 -> PDPT -> PD -> PT，得到 GPA

• EPT 的四級頁表：

GPA -> 走 EPT PML4 -> EPT PDPT -> EPT PD -> EPT PT，得到 HPA

因此看起來就是 4 + 4 = 8 層 page walk。並且假設 TLB miss 的狀況下每查找一層 Guest 表就會觸發一次 8 層 page walk，在性能上是完全不能接受的。

shadow page table

圖片取自 (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Shadowpagetables.png)
在沒有 EPT 的年代，CPU 只能理解 單一份 page table，而且必須是 GVA -> HPA 的直接映射。
因此，Hypervisor 需要額外維護一份 Shadow Page Table (SPT)，讓 CPU 使用。
對 CPU 而言，SPT 就是一張標準的四級頁表，能直接提供 GVA HPA 的翻譯；但在背後，Hypervisor 必須監控 Guest 的頁表 (GVA -> GPA)，並在 Guest 發生頁表修改時，攔截事件並同步更新到 SPT 中。
但這也造成性能上的問題，每次同步或修改 SPT，都需要 Hypervisor 介入，每次介入都會伴隨一次 VM-exit，導致效能大幅下降。
為了解決此問題，Intel 引入 EPT，由硬體做交錯查查找(2D page walk)。這種方式允許 Guest 自主管理 GVA -> GPA 的頁表，並由 EPT 負責 GPA -> HPA 的轉換，從而減少 VM-exit 的次數。

2D page walk

圖片取自 (https://bbs.kanxue.com/thread-281146.html)
Intel 的實作方式並不是先走完 Guest 再走 Host 的逐級查找，而是採用交錯式查找，在這個流程中：

• 當 CPU 需要讀取一個 Guest 頁表時，會先透過 EPT 把 GPA 轉譯成 HPA，再取出需要的 8-byte 的內容。
• 取得頁表項後，再繼續往下一層 Guest 頁表走。
• 逐層重複，直至 Guest 的最後一級頁表，得到目標 GPA。
• 最後，CPU 會再執行 EPT 翻譯，將 GPA 映射到 HPA，完成真正的記憶體存取。

這就是交錯式查找 2D page-walk。
不過這種交錯式的方法在做差的狀況下會需要多達 24 次的記憶體存取(如下圖)。
為了避免這個最差的性能開銷，intel 有一些優化如(nested TLB、Walk Cache、INVEPT/INVVPID)，讓執行性能可以接近單純的 4 級分頁。

圖片取自 (https://bbs.kanxue.com/thread-281146.html)

TLB 與快取優化

Nested TLB

開啟虛擬化後，TLB 會直接將兩段翻譯的(GVA -> GPA、GPA -> HPA)最終結果存在 TLB 結構中，直接做到 GVA -> HPA 的映射，另外 TLB 標籤會包函 VPID/EPTP等信息用以區分不同的 vCPU。

Walk Cache

又稱 Paging Structure Cache 是 CPU 用來縮短 TLB miss 後查表成本的快取。發生 TLB miss 時，CPU 本來需要從最上層頁表一路往下逐層查找。而 Walk Cache 則是在這個查找過程中介入讓 CPU 可以直接命中先前快取過的中間項(如 Guest 或 EPT 的 PDE、PTE)，每次查找就不需從 Host PML4 開始。

INVEPT/INVVPID

再虛擬化的環境下，CPU 會快取很多東西，比如剛才提到的 Nested TLB 與 Walk Cache。當 Guest 更新 page 或是 Hypervisor 修改 EPT 後就需要刷新這些快取。但這裡就衍生一個問題，要刷新多少?
假設我們利用 reload CR3 暫存器刷新所有快取必然造成性能的衝擊，同時造成所有 VM / vCPU 被波及。
因此 Intel 提供兩組指令 INVEPT / INVVPID 讓 Hypervisor 可以只清除必要的快取。