概述
對於客戶機操作系統來說，存在兩種常用的虛擬化方法，即full-virtualization（完全虛擬化）、para-virtualization（並行虛擬化）。由於本文討論影子頁表，因此只針對內存進行考慮，影子頁表是完全虛擬化的做法，所謂完全虛擬化，是指客戶機操作系統不感知自身處於虛擬環境，因此不需要修改客戶機操作系統源碼。對於虛擬化環境來說，存在四種地址，GVA（Guest virtual address，客戶機虛擬地址）、GPA（Guest physical address，客戶機物理地址）、HVA（Host virtual address，宿主機虛擬地址）、HPA（Host physical address，宿主機物理地址）。對於客戶機應用程序來說，它想訪問一個具體的物理地址需要兩級頁表轉換，即GVA到GPA和GPA到HPA，本文暫不考慮宿主機應用程序，因此忽略HVA。
當硬件不提供支持內存虛擬化（例如EPT）的擴展時，硬件只有一個頁表基址寄存器（例如x86下的CR3或者ARM的TTBR寄存器組），硬件無法感知此時是做GVA到GPA的轉換還是GPA到HPA的轉換，事實上，硬件只能完成一級頁表轉換，因此影子頁表的本意是在VMM中創建一個客戶機頁表的影子頁表，能夠一步完成從GVA到HPA的轉換，如下圖所示，展示了這一過程。
影子頁表的做法
首先，明確幾個相關概念，以Linux 32位為例，尋址時需要32的地址號，我們知道這32位可以分為3個部分，最后12位是頁偏移量，中間10位稱為PT（Page Table，頁表），最前面的10位稱為PD（Page Descriptor，頁目錄）。在尋址時，首先根據前20位找到對應的物理頁，在根據最后12位的偏移量找到具體內容，因此一般把前20位稱為物理頁幀號，引入影子頁表后，就會引入三種物理頁幀號，分別是GFN（Guest Frane Number，客戶機頁幀號），MFN（Machine Frane Number，機器物理頁幀號）和SMFN（Shadow Machine Frane Number，影子宿主機物理頁幀號），事實上，當我們得到一個GFN的時候，我們更希望得到這個GFN對應的SMFN，這就是影子頁表性能很差的原因之一，需要做一個GFN到SMFN的轉換，為了提升這部分性能，目前只要是通過hash的方式來做這個轉換，在轉換時還要根據影子頁表的類型（主要是當前頁表位於第幾級，記為type），上述過程可以記為SMFN=hash(GFN,type),其實這里GFN和MFN是一樣的，因此也可以記為SMFN=hash(MFN,type)。
客戶機操作系統的頁表不是靜態的，在運行時需要修改客戶機操作系統的頁表，而客戶機頁表的修改需要同時修改VMM中對應的影子頁表，因此客戶機頁表的修改需要被VMM截獲，為了達到每次客戶機頁表的修改都可以通知VMM，將客戶機頁表設置為只讀權限，因此每次修改時都會產生page fault，進入到VMM中，由VMM代替客戶機操作系統修改其頁表，然后更新自身的影子頁表中GVA到HPA的映射關系。這就是影子頁表性能很差的原因之二，因為每次修改的開銷相比如非虛擬化環境有很多額外操作。