palacios/src/palacios/mmu/vmm_shdw_pg_kvm_32.h

   1 /*
   2  * This file is part of the Palacios Virtual Machine Monitor developed
   3  * by the V3VEE Project with funding from the United States National
   4  * Science Foundation and the Department of Energy.
   5  *
   6  * The V3VEE Project is a joint project between Northwestern University
   7  * and the University of New Mexico.  You can find out more at
   8  * http://www.v3vee.org
   9  *
  10  * Copyright (c) 2008, Jack Lange <jarusl@cs.northwestern.edu>
  11  * Copyright (c) 2008, The V3VEE Project <http://www.v3vee.org>
  12  * All rights reserved.
  13  *
  14  * Author: Jack Lange <jarusl@cs.northwestern.edu>
  15  *
  16  * This is free software.  You are permitted to use,
  17  * redistribute, and modify it as specified in the file "V3VEE_LICENSE".
  18  */
  19
  20
  21 #ifdef CONFIG_SHADOW_CACHE
  22
  23 static inline int activate_shadow_pt_32(struct guest_info * core) {
  24     struct cr3_32 * shadow_cr3 = (struct cr3_32 *)&(core->ctrl_regs.cr3);
  25     struct cr3_32 * guest_cr3 = (struct cr3_32 *)&(core->shdw_pg_state.guest_cr3);
  26
  27     struct shadow_page_cache_data * shdw_page;
  28
  29     if (core->n_free_shadow_pages < MIN_FREE_SHADOW_PAGES) {
  30         shadow_free_some_pages(core);
  31     }
  32
  33     shdw_page = shadow_page_get_page(core, (addr_t)(guest_cr3->pdt_base_addr), 2, 0, 0, 0, 0);
  34     PrintDebug("act shdw pt: gcr3 %p\n",(void *)BASE_TO_PAGE_ADDR(guest_cr3->pdt_base_addr));
  35
  36     shdw_page->cr3 = shdw_page->page_pa;
  37
  38     shadow_cr3->pdt_base_addr = PAGE_BASE_ADDR_4KB(shdw_page->page_pa);
  39     PrintDebug( "Created new shadow page table %p\n", (void *)BASE_TO_PAGE_ADDR(shadow_cr3->pdt_base_addr));
  40
  41     shadow_cr3->pwt = guest_cr3->pwt;
  42     shadow_cr3->pcd = guest_cr3->pcd;
  43
  44     return 0;
  45 }
  46
  47
  48
  49
  50 /*
  51  * *
  52  * *
  53  * * 32 bit Page table fault handlers
  54  * *
  55  * *
  56  */
  57
  58 static inline int fix_read_pf_32(pte32_t * shadow_pte, uint_t vmm_info) {
  59     PrintDebug("\trdipf, start vmm_info %d\n",vmm_info);
  60     if((vmm_info & PT_USER_MASK) && !(shadow_pte->user_page)) {
  61         shadow_pte->user_page = 1;
  62         shadow_pte->writable = 0;
  63         return 1;
  64     }
  65     return 0;
  66 }
  67
  68 static inline int fix_write_pf_32(struct guest_info * core, pte32_t * shadow_pte, pte32_t * guest_pte,
  69     int user, int * write_pt, addr_t guest_fn, uint_t vmm_info) {
  70
  71     int writable_shadow;
  72     struct cr0_32 * guest_cr0;
  73     struct shadow_page_cache_data * page;
  74     *write_pt = 0;
  75
  76     PrintDebug("\twripf, start vmm_info %d\n",vmm_info);
  77
  78     if(shadow_pte->writable) {
  79         return 0;
  80     }
  81
  82     PrintDebug("\twrpf: pass writable\n");
  83
  84     writable_shadow = vmm_info & PT_WRITABLE_MASK;
  85
  86     PrintDebug("\twrpf: writable_shadow %d\n",writable_shadow);
  87
  88     if(user) {
  89         if(!(vmm_info & PT_USER_MASK) || !writable_shadow) {
  90             PrintDebug("\twrpf: 1st usr chk\n");
  91             return 0;
  92         }
  93     } else {
  94         if(!writable_shadow) {
  95             guest_cr0 = (struct cr0_32 *)&(core->shdw_pg_state.guest_cr0);
  96             PrintDebug("\twrpf: wp %d\n",guest_cr0->wp);
  97
  98             if (guest_cr0->wp) {
  99                 return 0;
 100             }
 101             shadow_pte->user_page = 0;
 102         }
 103     }
 104
 105     if (guest_pte->present == 0) {
 106         memset((void *)shadow_pte, 0, sizeof(struct pte32));
 107         PrintDebug("\twrpf: guest non present\n");
 108         return 0;
 109     }
 110
 111     if (user) {
 112         while ((page = shadow_page_lookup_page(core, guest_fn, 0)) != NULL) {
 113             shadow_zap_page(core,page);
 114         }
 115
 116         PrintDebug("\twrpf: zap\n");
 117
 118     } else if((page = shadow_page_lookup_page(core, guest_fn,0))  != NULL)  {
 119         if ((page = shadow_page_lookup_page(core, guest_fn,0)) != NULL) {
 120             guest_pte->dirty = 1;
 121             *write_pt = 1;
 122             PrintDebug("\twrpf: write need\n");
 123             return 0;
 124         }
 125     }
 126
 127     shadow_pte->writable = 1; //will lost every pt update trap not sure for this
 128     guest_pte->dirty = 1;
 129
 130     rmap_add(core, (addr_t)shadow_pte);
 131
 132     PrintDebug("\twrpf: on writable\n");
 133     return 1;
 134 }
 135
 136 #endif
 137
 138
 139 static int handle_4MB_shadow_pagefault_32(struct guest_info * core,  addr_t fault_addr, pf_error_t error_code,
 140                                           pte32_t * shadow_pt, pde32_4MB_t * large_guest_pde);
 141
 142 static int handle_pte_shadow_pagefault_32(struct guest_info * core, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code,
 143                                           pte32_t * shadow_pt,  pte32_t * guest_pt);
 144
 145
 146 static inline int handle_shadow_pagefault_32(struct guest_info * core, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
 147     pde32_t * guest_pd = NULL;
 148     pde32_t * shadow_pd = CR3_TO_PDE32_VA(core->ctrl_regs.cr3);
 149     addr_t guest_cr3 = CR3_TO_PDE32_PA(core->shdw_pg_state.guest_cr3);
 150     pt_access_status_t guest_pde_access;
 151     pt_access_status_t shadow_pde_access;
 152     pde32_t * guest_pde = NULL;
 153     pde32_t * shadow_pde = (pde32_t *)&(shadow_pd[PDE32_INDEX(fault_addr)]);
 154
 155     PrintDebug("Shadow page fault handler: %p\n", (void*) fault_addr );
 156     PrintDebug("Handling PDE32 Fault\n");
 157
 158     if (guest_pa_to_host_va(core, guest_cr3, (addr_t*)&guest_pd) == -1) {
 159         PrintError("Invalid Guest PDE Address: 0x%p\n",  (void *)guest_cr3);
 160         return -1;
 161     }
 162
 163     guest_pde = (pde32_t *)&(guest_pd[PDE32_INDEX(fault_addr)]);
 164
 165
 166     // Check the guest page permissions
 167     guest_pde_access = v3_can_access_pde32(guest_pd, fault_addr, error_code);
 168
 169     // Check the shadow page permissions
 170     shadow_pde_access = v3_can_access_pde32(shadow_pd, fault_addr, error_code);
 171
 172     /* Was the page fault caused by the Guest's page tables? */
 173     if (v3_is_guest_pf(guest_pde_access, shadow_pde_access) == 1) {
 174         PrintDebug("Injecting PDE pf to guest: (guest access error=%d) (shdw access error=%d)  (pf error code=%d)\n",
 175                    *(uint_t *)&guest_pde_access, *(uint_t *)&shadow_pde_access, *(uint_t *)&error_code);
 176         if (v3_inject_guest_pf(core, fault_addr, error_code) == -1) {
 177             PrintError("Could not inject guest page fault for vaddr %p\n", (void *)fault_addr);
 178             return -1;
 179         }
 180         return 0;
 181     }
 182
 183
 184
 185     if (shadow_pde_access == PT_ACCESS_USER_ERROR) {
 186         //
 187         // PDE Entry marked non user
 188         //
 189         PrintDebug("Shadow Paging User access error (shadow_pde_access=0x%x, guest_pde_access=0x%x)\n",
 190                    shadow_pde_access, guest_pde_access);
 191
 192         if (v3_inject_guest_pf(core, fault_addr, error_code) == -1) {
 193             PrintError("Could not inject guest page fault for vaddr %p\n", (void *)fault_addr);
 194             return -1;
 195         }
 196         return 0;
 197     } else if ((shadow_pde_access == PT_ACCESS_WRITE_ERROR) &&
 198                (guest_pde->large_page == 1)) {
 199
 200         ((pde32_4MB_t *)guest_pde)->dirty = 1;
 201         shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
 202         return 0;
 203     } else if ((shadow_pde_access != PT_ACCESS_NOT_PRESENT) &&
 204                (shadow_pde_access != PT_ACCESS_OK)) {
 205         // inject page fault in guest
 206         if (v3_inject_guest_pf(core, fault_addr, error_code) == -1) {
 207             PrintError("Could not inject guest page fault for vaddr %p\n", (void *)fault_addr);
 208             return -1;
 209         }
 210         PrintDebug("Unknown Error occurred (shadow_pde_access=%d)\n", shadow_pde_access);
 211         PrintDebug("Manual Says to inject page fault into guest\n");
 212         return 0;
 213     }
 214
 215
 216     pte32_t * shadow_pt = NULL;
 217     pte32_t * guest_pt = NULL;
 218
 219     // Get the next shadow page level, allocate if not present
 220
 221     if (shadow_pde_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) {
 222         struct shadow_page_data * shdw_page =  create_new_shadow_pt(core);
 223         shadow_pt = (pte32_t *)V3_VAddr((void *)shdw_page->page_pa);
 224
 225         shadow_pde->present = 1;
 226         shadow_pde->user_page = guest_pde->user_page;
 227
 228
 229         if (guest_pde->large_page == 0) {
 230             shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
 231         } else {
 232             // This large page flag is temporary until we can get a working cache....
 233             ((pde32_4MB_t *)guest_pde)->vmm_info = V3_LARGE_PG;
 234
 235             if (error_code.write) {
 236                 shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
 237                 ((pde32_4MB_t *)guest_pde)->dirty = 1;
 238             } else {
 239                 shadow_pde->writable = 0;
 240                 ((pde32_4MB_t *)guest_pde)->dirty = 0;
 241             }
 242         }
 243
 244
 245         // VMM Specific options
 246         shadow_pde->write_through = guest_pde->write_through;
 247         shadow_pde->cache_disable = guest_pde->cache_disable;
 248         shadow_pde->global_page = guest_pde->global_page;
 249         //
 250
 251         guest_pde->accessed = 1;
 252
 253
 254
 255
 256         shadow_pde->pt_base_addr = PAGE_BASE_ADDR(shdw_page->page_pa);
 257     } else {
 258         shadow_pt = (pte32_t *)V3_VAddr((void *)BASE_TO_PAGE_ADDR(shadow_pde->pt_base_addr));
 259     }
 260
 261
 262
 263     if (guest_pde->large_page == 0) {
 264         if (guest_pa_to_host_va(core, BASE_TO_PAGE_ADDR(guest_pde->pt_base_addr), (addr_t*)&guest_pt) == -1) {
 265             // Machine check the guest
 266             PrintDebug("Invalid Guest PTE Address: 0x%p\n", (void *)BASE_TO_PAGE_ADDR(guest_pde->pt_base_addr));
 267             v3_raise_exception(core, MC_EXCEPTION);
 268             return 0;
 269         }
 270
 271         if (handle_pte_shadow_pagefault_32(core, fault_addr, error_code, shadow_pt, guest_pt)  == -1) {
 272             PrintError("Error handling Page fault caused by PTE\n");
 273             return -1;
 274         }
 275     } else {
 276         if (handle_4MB_shadow_pagefault_32(core, fault_addr, error_code, shadow_pt, (pde32_4MB_t *)guest_pde) == -1) {
 277             PrintError("Error handling large pagefault\n");
 278             return -1;
 279         }
 280     }
 281
 282     return 0;
 283 }
 284
 285
 286 static int handle_pte_shadow_pagefault_32(struct guest_info * core, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code,
 287                                           pte32_t * shadow_pt, pte32_t * guest_pt) {
 288
 289     pt_access_status_t guest_pte_access;
 290     pt_access_status_t shadow_pte_access;
 291     pte32_t * guest_pte = (pte32_t *)&(guest_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);;
 292     pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *)&(shadow_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);
 293     addr_t guest_pa = BASE_TO_PAGE_ADDR((addr_t)(guest_pte->page_base_addr)) +  PAGE_OFFSET(fault_addr);
 294
 295     struct v3_shadow_region * shdw_reg =  v3_get_shadow_region(core->vm_info, core->cpu_id, guest_pa);
 296
 297     if (shdw_reg == NULL) {
 298         // Inject a machine check in the guest
 299         PrintDebug("Invalid Guest Address in page table (0x%p)\n", (void *)guest_pa);
 300         v3_raise_exception(core, MC_EXCEPTION);
 301         return 0;
 302     }
 303
 304     // Check the guest page permissions
 305     guest_pte_access = v3_can_access_pte32(guest_pt, fault_addr, error_code);
 306
 307     // Check the shadow page permissions
 308     shadow_pte_access = v3_can_access_pte32(shadow_pt, fault_addr, error_code);
 309
 310
 311     /* Was the page fault caused by the Guest's page tables? */
 312     if (v3_is_guest_pf(guest_pte_access, shadow_pte_access) == 1) {
 313
 314         PrintDebug("Access error injecting pf to guest (guest access error=%d) (pf error code=%d)\n",
 315                    guest_pte_access, *(uint_t*)&error_code);
 316
 317
 318         //   inject:
 319         if (v3_inject_guest_pf(core, fault_addr, error_code) == -1) {
 320             PrintError("Could not inject guest page fault for vaddr %p\n", (void *)fault_addr);
 321             return -1;
 322         }
 323
 324         return 0;
 325     }
 326
 327
 328
 329     if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_OK) {
 330         // Inconsistent state...
 331         // Guest Re-Entry will flush page tables and everything should now work
 332         PrintDebug("Inconsistent state... Guest re-entry should flush tlb\n");
 333         return 0;
 334     }
 335
 336
 337     if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) {
 338         // Page Table Entry Not Present
 339         PrintDebug("guest_pa =%p\n", (void *)guest_pa);
 340
 341         if ((shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_ALLOCATED) ||
 342             (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK)) {
 343             addr_t shadow_pa = v3_get_shadow_addr(shdw_reg, core->cpu_id, guest_pa);
 344
 345             shadow_pte->page_base_addr = PAGE_BASE_ADDR(shadow_pa);
 346
 347             PrintDebug("\tMapping shadow page (%p)\n", (void *)BASE_TO_PAGE_ADDR(shadow_pte->page_base_addr));
 348
 349             shadow_pte->present = guest_pte->present;
 350             shadow_pte->user_page = guest_pte->user_page;
 351
 352             //set according to VMM policy
 353             shadow_pte->write_through = guest_pte->write_through;
 354             shadow_pte->cache_disable = guest_pte->cache_disable;
 355             shadow_pte->global_page = guest_pte->global_page;
 356             //
 357
 358             guest_pte->accessed = 1;
 359
 360             if (guest_pte->dirty == 1) {
 361                 shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 362             } else if ((guest_pte->dirty == 0) && (error_code.write == 1)) {
 363                 shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 364                 guest_pte->dirty = 1;
 365             } else if ((guest_pte->dirty == 0) && (error_code.write == 0)) {
 366                 shadow_pte->writable = 0;
 367             }
 368
 369
 370
 371             // Write hooks trump all, and are set Read Only
 372             if (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK) {
 373                 shadow_pte->writable = 0;
 374             }
 375
 376         } else {
 377             // Page fault handled by hook functions
 378
 379             if (v3_handle_mem_full_hook(core, fault_addr, guest_pa, shdw_reg, error_code) == -1) {
 380                 PrintError("Special Page fault handler returned error for address: %p\n",  (void *)fault_addr);
 381                 return -1;
 382             }
 383         }
 384     } else if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_WRITE_ERROR) {
 385         guest_pte->dirty = 1;
 386
 387         if (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK) {
 388             if (v3_handle_mem_wr_hook(core, fault_addr, guest_pa, shdw_reg, error_code) == -1) {
 389                 PrintError("Special Page fault handler returned error for address: %p\n",  (void *)fault_addr);
 390                 return -1;
 391             }
 392         } else {
 393             PrintDebug("Shadow PTE Write Error\n");
 394             shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 395         }
 396
 397
 398         return 0;
 399
 400     } else {
 401         // Inject page fault into the guest
 402         if (v3_inject_guest_pf(core, fault_addr, error_code) == -1) {
 403             PrintError("Could not inject guest page fault for vaddr %p\n", (void *)fault_addr);
 404             return -1;
 405         }
 406
 407         PrintError("PTE Page fault fell through... Not sure if this should ever happen\n");
 408         PrintError("Manual Says to inject page fault into guest\n");
 409         return -1;
 410     }
 411
 412     return 0;
 413 }
 414
 415
 416
 417 static int handle_4MB_shadow_pagefault_32(struct guest_info * core,
 418                                      addr_t fault_addr, pf_error_t error_code,
 419                                      pte32_t * shadow_pt, pde32_4MB_t * large_guest_pde)
 420 {
 421     pt_access_status_t shadow_pte_access = v3_can_access_pte32(shadow_pt, fault_addr, error_code);
 422     pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *)&(shadow_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);
 423     addr_t guest_fault_pa = BASE_TO_PAGE_ADDR_4MB(large_guest_pde->page_base_addr) + PAGE_OFFSET_4MB(fault_addr);
 424
 425
 426     PrintDebug("Handling 4MB fault (guest_fault_pa=%p) (error_code=%x)\n", (void *)guest_fault_pa, *(uint_t*)&error_code);
 427     PrintDebug("ShadowPT=%p, LargeGuestPDE=%p\n", shadow_pt, large_guest_pde);
 428
 429     struct v3_shadow_region * shdw_reg = v3_get_shadow_region(core->vm_info, core->cpu_id, guest_fault_pa);
 430
 431
 432     if (shdw_reg == NULL) {
 433         // Inject a machine check in the guest
 434         PrintDebug("Invalid Guest Address in page table (0x%p)\n", (void *)guest_fault_pa);
 435         v3_raise_exception(core, MC_EXCEPTION);
 436         return -1;
 437     }
 438
 439     if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_OK) {
 440         // Inconsistent state...
 441         // Guest Re-Entry will flush tables and everything should now workd
 442         PrintDebug("Inconsistent state... Guest re-entry should flush tlb\n");
 443         return 0;
 444     }
 445
 446
 447     if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) {
 448         // Get the guest physical address of the fault
 449
 450         if ((shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_ALLOCATED) ||
 451             (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK)) {
 452             addr_t shadow_pa = v3_get_shadow_addr(shdw_reg, core->cpu_id, guest_fault_pa);
 453
 454             shadow_pte->page_base_addr = PAGE_BASE_ADDR(shadow_pa);
 455
 456             PrintDebug("\tMapping shadow page (%p)\n", (void *)BASE_TO_PAGE_ADDR(shadow_pte->page_base_addr));
 457
 458             shadow_pte->present = 1;
 459
 460             /* We are assuming that the PDE entry has precedence
 461              * so the Shadow PDE will mirror the guest PDE settings,
 462              * and we don't have to worry about them here
 463              * Allow everything
 464              */
 465             shadow_pte->user_page = 1;
 466
 467             if (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK) {
 468                 shadow_pte->writable = 0;
 469             } else {
 470                 shadow_pte->writable = 1;
 471             }
 472
 473             //set according to VMM policy
 474             shadow_pte->write_through = large_guest_pde->write_through;
 475             shadow_pte->cache_disable = large_guest_pde->cache_disable;
 476             shadow_pte->global_page = large_guest_pde->global_page;
 477             //
 478
 479         } else {
 480             if (v3_handle_mem_full_hook(core, fault_addr, guest_fault_pa, shdw_reg, error_code) == -1) {
 481                 PrintError("Special Page Fault handler returned error for address: %p\n", (void *)fault_addr);
 482                 return -1;
 483             }
 484         }
 485     } else if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_WRITE_ERROR) {
 486
 487         if (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK) {
 488
 489             if (v3_handle_mem_wr_hook(core, fault_addr, guest_fault_pa, shdw_reg, error_code) == -1) {
 490                 PrintError("Special Page Fault handler returned error for address: %p\n", (void *)fault_addr);
 491                 return -1;
 492             }
 493         }
 494
 495     } else {
 496         PrintError("Error in large page fault handler...\n");
 497         PrintError("This case should have been handled at the top level handler\n");
 498         return -1;
 499     }
 500
 501     PrintDebug("Returning from large page fault handler\n");
 502     return 0;
 503 }
 504
 505
 506
 507
 508
 509
 510
 511
 512
 513
 514
 515
 516 /* If we start to optimize we should look up the guest pages in the cache... */
 517 static inline int handle_shadow_invlpg_32(struct guest_info * core, addr_t vaddr) {
 518     pde32_t * shadow_pd = (pde32_t *)CR3_TO_PDE32_VA(core->ctrl_regs.cr3);
 519     pde32_t * shadow_pde = (pde32_t *)&shadow_pd[PDE32_INDEX(vaddr)];
 520
 521     addr_t guest_cr3 =  CR3_TO_PDE32_PA(core->shdw_pg_state.guest_cr3);
 522     pde32_t * guest_pd = NULL;
 523     pde32_t * guest_pde;
 524
 525     if (guest_pa_to_host_va(core, guest_cr3, (addr_t*)&guest_pd) == -1) {
 526         PrintError("Invalid Guest PDE Address: 0x%p\n",  (void *)guest_cr3);
 527         return -1;
 528     }
 529
 530     guest_pde = (pde32_t *)&(guest_pd[PDE32_INDEX(vaddr)]);
 531
 532     if (guest_pde->large_page == 1) {
 533         shadow_pde->present = 0;
 534         PrintDebug("Invalidating Large Page\n");
 535     } else if (shadow_pde->present == 1) {
 536         pte32_t * shadow_pt = (pte32_t *)(addr_t)BASE_TO_PAGE_ADDR_4KB(shadow_pde->pt_base_addr);
 537         pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *) V3_VAddr( (void*) &shadow_pt[PTE32_INDEX(vaddr)] );
 538
 539         PrintDebug("Setting not present\n");
 540
 541         shadow_pte->present = 0;
 542     }
 543     return 0;
 544 }
 545
 546 #endif