palacios/src/palacios/vmm_shadow_paging_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
  22
  23 static inline int activate_shadow_pt_32(struct guest_info * info) {
  24     struct cr3_32 * shadow_cr3 = (struct cr3_32 *)&(info->ctrl_regs.cr3);
  25     struct cr3_32 * guest_cr3 = (struct cr3_32 *)&(info->shdw_pg_state.guest_cr3);
  26     struct shadow_page_data * shdw_page = create_new_shadow_pt(info);
  27
  28     shdw_page->cr3 = shdw_page->page_pa;
  29
  30     shadow_cr3->pdt_base_addr = PAGE_BASE_ADDR_4KB(shdw_page->page_pa);
  31     PrintDebug( "Created new shadow page table %p\n", (void *)BASE_TO_PAGE_ADDR(shadow_cr3->pdt_base_addr));
  32
  33     shadow_cr3->pwt = guest_cr3->pwt;
  34     shadow_cr3->pcd = guest_cr3->pcd;
  35
  36 #ifdef CONFIG_SYMBIOTIC_SWAP
  37     v3_swap_flush(info->vm_info);
  38 #endif
  39
  40     return 0;
  41 }
  42
  43
  44
  45
  46 /*
  47  * *
  48  * *
  49  * * 32 bit Page table fault handlers
  50  * *
  51  * *
  52  */
  53 static int handle_4MB_shadow_pagefault_32(struct guest_info * info,  addr_t fault_addr, pf_error_t error_code,
  54                                           pte32_t * shadow_pt, pde32_4MB_t * large_guest_pde);
  55
  56 static int handle_pte_shadow_pagefault_32(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code,
  57                                           pte32_t * shadow_pt,  pte32_t * guest_pt);
  58
  59
  60 static inline int handle_shadow_pagefault_32(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
  61     pde32_t * guest_pd = NULL;
  62     pde32_t * shadow_pd = CR3_TO_PDE32_VA(info->ctrl_regs.cr3);
  63     addr_t guest_cr3 = CR3_TO_PDE32_PA(info->shdw_pg_state.guest_cr3);
  64     pt_access_status_t guest_pde_access;
  65     pt_access_status_t shadow_pde_access;
  66     pde32_t * guest_pde = NULL;
  67     pde32_t * shadow_pde = (pde32_t *)&(shadow_pd[PDE32_INDEX(fault_addr)]);
  68
  69     PrintDebug("Shadow page fault handler: %p\n", (void*) fault_addr );
  70     PrintDebug("Handling PDE32 Fault\n");
  71
  72     if (guest_pa_to_host_va(info, guest_cr3, (addr_t*)&guest_pd) == -1) {
  73         PrintError("Invalid Guest PDE Address: 0x%p\n",  (void *)guest_cr3);
  74         return -1;
  75     }
  76
  77     guest_pde = (pde32_t *)&(guest_pd[PDE32_INDEX(fault_addr)]);
  78
  79
  80     // Check the guest page permissions
  81     guest_pde_access = v3_can_access_pde32(guest_pd, fault_addr, error_code);
  82
  83     // Check the shadow page permissions
  84     shadow_pde_access = v3_can_access_pde32(shadow_pd, fault_addr, error_code);
  85
  86     /* Was the page fault caused by the Guest's page tables? */
  87     if (is_guest_pf(guest_pde_access, shadow_pde_access) == 1) {
  88         PrintDebug("Injecting PDE pf to guest: (guest access error=%d) (shdw access error=%d)  (pf error code=%d)\n",
  89                    *(uint_t *)&guest_pde_access, *(uint_t *)&shadow_pde_access, *(uint_t *)&error_code);
  90         if (inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code) == -1) {
  91             PrintError("Could not inject guest page fault for vaddr %p\n", (void *)fault_addr);
  92             return -1;
  93         }
  94         return 0;
  95     }
  96
  97
  98
  99     if (shadow_pde_access == PT_ACCESS_USER_ERROR) {
 100         //
 101         // PDE Entry marked non user
 102         //
 103         PrintDebug("Shadow Paging User access error (shadow_pde_access=0x%x, guest_pde_access=0x%x)\n",
 104                    shadow_pde_access, guest_pde_access);
 105
 106         if (inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code) == -1) {
 107             PrintError("Could not inject guest page fault for vaddr %p\n", (void *)fault_addr);
 108             return -1;
 109         }
 110         return 0;
 111     } else if ((shadow_pde_access == PT_ACCESS_WRITE_ERROR) &&
 112                (guest_pde->large_page == 1)) {
 113
 114         ((pde32_4MB_t *)guest_pde)->dirty = 1;
 115         shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
 116         return 0;
 117     } else if ((shadow_pde_access != PT_ACCESS_NOT_PRESENT) &&
 118                (shadow_pde_access != PT_ACCESS_OK)) {
 119         // inject page fault in guest
 120         if (inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code) == -1) {
 121             PrintError("Could not inject guest page fault for vaddr %p\n", (void *)fault_addr);
 122             return -1;
 123         }
 124         PrintDebug("Unknown Error occurred (shadow_pde_access=%d)\n", shadow_pde_access);
 125         PrintDebug("Manual Says to inject page fault into guest\n");
 126         return 0;
 127     }
 128
 129
 130     pte32_t * shadow_pt = NULL;
 131     pte32_t * guest_pt = NULL;
 132
 133     // Get the next shadow page level, allocate if not present
 134
 135     if (shadow_pde_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) {
 136         struct shadow_page_data * shdw_page =  create_new_shadow_pt(info);
 137         shadow_pt = (pte32_t *)V3_VAddr((void *)shdw_page->page_pa);
 138
 139         shadow_pde->present = 1;
 140         shadow_pde->user_page = guest_pde->user_page;
 141
 142
 143         if (guest_pde->large_page == 0) {
 144             shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
 145         } else {
 146             // This large page flag is temporary until we can get a working cache....
 147             ((pde32_4MB_t *)guest_pde)->vmm_info = V3_LARGE_PG;
 148
 149             if (error_code.write) {
 150                 shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
 151                 ((pde32_4MB_t *)guest_pde)->dirty = 1;
 152             } else {
 153                 shadow_pde->writable = 0;
 154                 ((pde32_4MB_t *)guest_pde)->dirty = 0;
 155             }
 156         }
 157
 158
 159         // VMM Specific options
 160         shadow_pde->write_through = guest_pde->write_through;
 161         shadow_pde->cache_disable = guest_pde->cache_disable;
 162         shadow_pde->global_page = guest_pde->global_page;
 163         //
 164
 165         guest_pde->accessed = 1;
 166
 167
 168
 169
 170         shadow_pde->pt_base_addr = PAGE_BASE_ADDR(shdw_page->page_pa);
 171     } else {
 172         shadow_pt = (pte32_t *)V3_VAddr((void *)BASE_TO_PAGE_ADDR(shadow_pde->pt_base_addr));
 173     }
 174
 175
 176
 177     if (guest_pde->large_page == 0) {
 178         if (guest_pa_to_host_va(info, BASE_TO_PAGE_ADDR(guest_pde->pt_base_addr), (addr_t*)&guest_pt) == -1) {
 179             // Machine check the guest
 180             PrintDebug("Invalid Guest PTE Address: 0x%p\n", (void *)BASE_TO_PAGE_ADDR(guest_pde->pt_base_addr));
 181             v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 182             return 0;
 183         }
 184
 185         if (handle_pte_shadow_pagefault_32(info, fault_addr, error_code, shadow_pt, guest_pt)  == -1) {
 186             PrintError("Error handling Page fault caused by PTE\n");
 187             return -1;
 188         }
 189     } else {
 190         if (handle_4MB_shadow_pagefault_32(info, fault_addr, error_code, shadow_pt, (pde32_4MB_t *)guest_pde) == -1) {
 191             PrintError("Error handling large pagefault\n");
 192             return -1;
 193         }
 194     }
 195
 196     return 0;
 197 }
 198
 199
 200 static int handle_pte_shadow_pagefault_32(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code,
 201                                           pte32_t * shadow_pt, pte32_t * guest_pt) {
 202
 203     pt_access_status_t guest_pte_access;
 204     pt_access_status_t shadow_pte_access;
 205     pte32_t * guest_pte = (pte32_t *)&(guest_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);;
 206     pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *)&(shadow_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);
 207     addr_t guest_pa = BASE_TO_PAGE_ADDR((addr_t)(guest_pte->page_base_addr)) +  PAGE_OFFSET(fault_addr);
 208
 209     struct v3_shadow_region * shdw_reg =  v3_get_shadow_region(info->vm_info, guest_pa);
 210
 211     if (shdw_reg == NULL) {
 212         // Inject a machine check in the guest
 213         PrintDebug("Invalid Guest Address in page table (0x%p)\n", (void *)guest_pa);
 214         v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 215         return 0;
 216     }
 217
 218     // Check the guest page permissions
 219     guest_pte_access = v3_can_access_pte32(guest_pt, fault_addr, error_code);
 220
 221     // Check the shadow page permissions
 222     shadow_pte_access = v3_can_access_pte32(shadow_pt, fault_addr, error_code);
 223
 224
 225     /* Was the page fault caused by the Guest's page tables? */
 226     if (is_guest_pf(guest_pte_access, shadow_pte_access) == 1) {
 227
 228         PrintDebug("Access error injecting pf to guest (guest access error=%d) (pf error code=%d)\n",
 229                    guest_pte_access, *(uint_t*)&error_code);
 230
 231 #ifdef CONFIG_SYMBIOTIC_SWAP
 232         if (is_swapped_pte32(guest_pte)) {
 233
 234             pf_error_t swap_perms;
 235
 236
 237             /*
 238             int sym_ret = v3_get_vaddr_perms(info, fault_addr, guest_pte, &swap_perms);
 239             sym_ret = 0;
 240             */
 241             addr_t swp_pg_addr = 0;
 242
 243
 244
 245 #ifdef CONFIG_SYMBIOTIC_SWAP_TELEMETRY
 246             if (error_code.write == 0) {
 247                 info->vm_info->swap_state.read_faults++;
 248             } else {
 249                 info->vm_info->swap_state.write_faults++;
 250             }
 251 #endif
 252
 253
 254             swp_pg_addr = v3_get_swapped_pg_addr(info->vm_info,  guest_pte);
 255
 256             if (swp_pg_addr != 0) {
 257                 PrintDebug("Swapped page address=%p\n", (void *)swp_pg_addr);
 258
 259                 /*
 260                 if (info->cpl == 0) {
 261                     PrintError("Swapped Page fault in kernel mode.... bad...\n");
 262                     goto inject;
 263                 }
 264                 */
 265
 266                 int sym_ret = v3_get_vaddr_perms(info, fault_addr, guest_pte, &swap_perms);
 267
 268                 if (sym_ret == -1) {
 269                     PrintError("Symcall error...\n");
 270                     return -1;
 271                 } else if (sym_ret == 0) {
 272
 273
 274                     if (swap_perms.present == 0) {
 275                         PrintError("Nonpresent swapped page\n");
 276                     }
 277
 278                     // swap_perms.write ==1 || error_code.write == 0
 279                     // swap_perms.user == 0 || error_code.user == 1
 280
 281                     // This checks for permissions violations that require a guest PF injection
 282                     if ( (swap_perms.present == 1) &&
 283                          ( (swap_perms.write == 1) ||
 284                            (error_code.write == 0) ) &&
 285                          ( (swap_perms.user == 1) ||
 286                            (error_code.user == 0) ) ) {
 287                         addr_t swp_pg_pa = 0;
 288
 289                         swp_pg_pa = v3_map_swp_page(info->vm_info, shadow_pte, guest_pte, (void *)swp_pg_addr);
 290
 291                         PrintDebug("Page fault on swapped out page (vaddr=%p) (pte=%x) (error_code=%x)\n",
 292                                    (void *)fault_addr, *(uint32_t *)guest_pte, *(uint32_t *)&error_code);
 293
 294                         shadow_pte->writable = swap_perms.write;
 295                         shadow_pte->user_page = swap_perms.user;
 296
 297                         shadow_pte->write_through = 0;
 298                         shadow_pte->cache_disable = 0;
 299                         shadow_pte->global_page = 0;
 300
 301                         shadow_pte->present = 1;
 302
 303                         shadow_pte->page_base_addr = swp_pg_pa;
 304
 305 #ifdef CONFIG_SYMBIOTIC_SWAP_TELEMETRY
 306                         info->vm_info->swap_state.mapped_pages++;
 307 #endif
 308                         //              PrintError("Swap fault handled\n");
 309                         return 0;
 310                     }
 311                 }
 312             } else {
 313                 PrintDebug("Not a sym swappable page\n");
 314             }
 315
 316         }
 317 #endif
 318         //   inject:
 319
 320         if (inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code) == -1) {
 321             PrintError("Could not inject guest page fault for vaddr %p\n", (void *)fault_addr);
 322             return -1;
 323         }
 324
 325         return 0;
 326     }
 327
 328
 329
 330     if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_OK) {
 331         // Inconsistent state...
 332         // Guest Re-Entry will flush page tables and everything should now work
 333         PrintDebug("Inconsistent state... Guest re-entry should flush tlb\n");
 334         return 0;
 335     }
 336
 337
 338     if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) {
 339         // Page Table Entry Not Present
 340         PrintDebug("guest_pa =%p\n", (void *)guest_pa);
 341
 342         if ((shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_ALLOCATED) ||
 343             (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK)) {
 344             addr_t shadow_pa = v3_get_shadow_addr(shdw_reg, guest_pa);
 345
 346             shadow_pte->page_base_addr = PAGE_BASE_ADDR(shadow_pa);
 347
 348             PrintDebug("\tMapping shadow page (%p)\n", (void *)BASE_TO_PAGE_ADDR(shadow_pte->page_base_addr));
 349
 350             shadow_pte->present = guest_pte->present;
 351             shadow_pte->user_page = guest_pte->user_page;
 352
 353             //set according to VMM policy
 354             shadow_pte->write_through = guest_pte->write_through;
 355             shadow_pte->cache_disable = guest_pte->cache_disable;
 356             shadow_pte->global_page = guest_pte->global_page;
 357             //
 358
 359             guest_pte->accessed = 1;
 360
 361             if (guest_pte->dirty == 1) {
 362                 shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 363             } else if ((guest_pte->dirty == 0) && (error_code.write == 1)) {
 364                 shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 365                 guest_pte->dirty = 1;
 366             } else if ((guest_pte->dirty == 0) && (error_code.write == 0)) {
 367                 shadow_pte->writable = 0;
 368             }
 369
 370
 371
 372             // Write hooks trump all, and are set Read Only
 373             if (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK) {
 374                 shadow_pte->writable = 0;
 375             }
 376
 377         } else {
 378             // Page fault handled by hook functions
 379
 380             if (v3_handle_mem_full_hook(info, fault_addr, guest_pa, shdw_reg, error_code) == -1) {
 381                 PrintError("Special Page fault handler returned error for address: %p\n",  (void *)fault_addr);
 382                 return -1;
 383             }
 384         }
 385     } else if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_WRITE_ERROR) {
 386         guest_pte->dirty = 1;
 387
 388         if (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK) {
 389             if (v3_handle_mem_wr_hook(info, fault_addr, guest_pa, shdw_reg, error_code) == -1) {
 390                 PrintError("Special Page fault handler returned error for address: %p\n",  (void *)fault_addr);
 391                 return -1;
 392             }
 393         } else {
 394             PrintDebug("Shadow PTE Write Error\n");
 395             shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 396         }
 397
 398
 399         return 0;
 400
 401     } else {
 402         // Inject page fault into the guest
 403         if (inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code) == -1) {
 404             PrintError("Could not inject guest page fault for vaddr %p\n", (void *)fault_addr);
 405             return -1;
 406         }
 407
 408         PrintError("PTE Page fault fell through... Not sure if this should ever happen\n");
 409         PrintError("Manual Says to inject page fault into guest\n");
 410         return -1;
 411     }
 412
 413     return 0;
 414 }
 415
 416
 417
 418 static int handle_4MB_shadow_pagefault_32(struct guest_info * info,
 419                                      addr_t fault_addr, pf_error_t error_code,
 420                                      pte32_t * shadow_pt, pde32_4MB_t * large_guest_pde)
 421 {
 422     pt_access_status_t shadow_pte_access = v3_can_access_pte32(shadow_pt, fault_addr, error_code);
 423     pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *)&(shadow_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);
 424     addr_t guest_fault_pa = BASE_TO_PAGE_ADDR_4MB(large_guest_pde->page_base_addr) + PAGE_OFFSET_4MB(fault_addr);
 425
 426
 427     PrintDebug("Handling 4MB fault (guest_fault_pa=%p) (error_code=%x)\n", (void *)guest_fault_pa, *(uint_t*)&error_code);
 428     PrintDebug("ShadowPT=%p, LargeGuestPDE=%p\n", shadow_pt, large_guest_pde);
 429
 430     struct v3_shadow_region * shdw_reg = v3_get_shadow_region(info->vm_info, guest_fault_pa);
 431
 432
 433     if (shdw_reg == NULL) {
 434         // Inject a machine check in the guest
 435         PrintDebug("Invalid Guest Address in page table (0x%p)\n", (void *)guest_fault_pa);
 436         v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 437         return -1;
 438     }
 439
 440     if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_OK) {
 441         // Inconsistent state...
 442         // Guest Re-Entry will flush tables and everything should now workd
 443         PrintDebug("Inconsistent state... Guest re-entry should flush tlb\n");
 444         return 0;
 445     }
 446
 447
 448     if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) {
 449         // Get the guest physical address of the fault
 450
 451         if ((shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_ALLOCATED) ||
 452             (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK)) {
 453             addr_t shadow_pa = v3_get_shadow_addr(shdw_reg, guest_fault_pa);
 454
 455             shadow_pte->page_base_addr = PAGE_BASE_ADDR(shadow_pa);
 456
 457             PrintDebug("\tMapping shadow page (%p)\n", (void *)BASE_TO_PAGE_ADDR(shadow_pte->page_base_addr));
 458
 459             shadow_pte->present = 1;
 460
 461             /* We are assuming that the PDE entry has precedence
 462              * so the Shadow PDE will mirror the guest PDE settings,
 463              * and we don't have to worry about them here
 464              * Allow everything
 465              */
 466             shadow_pte->user_page = 1;
 467
 468             if (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK) {
 469                 shadow_pte->writable = 0;
 470             } else {
 471                 shadow_pte->writable = 1;
 472             }
 473
 474             //set according to VMM policy
 475             shadow_pte->write_through = large_guest_pde->write_through;
 476             shadow_pte->cache_disable = large_guest_pde->cache_disable;
 477             shadow_pte->global_page = large_guest_pde->global_page;
 478             //
 479
 480         } else {
 481             if (v3_handle_mem_full_hook(info, fault_addr, guest_fault_pa, shdw_reg, error_code) == -1) {
 482                 PrintError("Special Page Fault handler returned error for address: %p\n", (void *)fault_addr);
 483                 return -1;
 484             }
 485         }
 486     } else if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_WRITE_ERROR) {
 487
 488         if (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK) {
 489
 490             if (v3_handle_mem_wr_hook(info, fault_addr, guest_fault_pa, shdw_reg, error_code) == -1) {
 491                 PrintError("Special Page Fault handler returned error for address: %p\n", (void *)fault_addr);
 492                 return -1;
 493             }
 494         }
 495
 496     } else {
 497         PrintError("Error in large page fault handler...\n");
 498         PrintError("This case should have been handled at the top level handler\n");
 499         return -1;
 500     }
 501
 502     PrintDebug("Returning from large page fault handler\n");
 503     return 0;
 504 }
 505
 506
 507
 508
 509
 510
 511
 512
 513
 514
 515
 516
 517 /* If we start to optimize we should look up the guest pages in the cache... */
 518 static inline int handle_shadow_invlpg_32(struct guest_info * info, addr_t vaddr) {
 519     pde32_t * shadow_pd = (pde32_t *)CR3_TO_PDE32_VA(info->ctrl_regs.cr3);
 520     pde32_t * shadow_pde = (pde32_t *)&shadow_pd[PDE32_INDEX(vaddr)];
 521
 522     addr_t guest_cr3 =  CR3_TO_PDE32_PA(info->shdw_pg_state.guest_cr3);
 523     pde32_t * guest_pd = NULL;
 524     pde32_t * guest_pde;
 525
 526     if (guest_pa_to_host_va(info, guest_cr3, (addr_t*)&guest_pd) == -1) {
 527         PrintError("Invalid Guest PDE Address: 0x%p\n",  (void *)guest_cr3);
 528         return -1;
 529     }
 530
 531     guest_pde = (pde32_t *)&(guest_pd[PDE32_INDEX(vaddr)]);
 532
 533     if (guest_pde->large_page == 1) {
 534         shadow_pde->present = 0;
 535         PrintDebug("Invalidating Large Page\n");
 536     } else if (shadow_pde->present == 1) {
 537         pte32_t * shadow_pt = (pte32_t *)(addr_t)BASE_TO_PAGE_ADDR_4KB(shadow_pde->pt_base_addr);
 538         pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *) V3_VAddr( (void*) &shadow_pt[PTE32_INDEX(vaddr)] );
 539
 540         PrintDebug("Setting not present\n");
 541
 542         shadow_pte->present = 0;
 543     }
 544     return 0;
 545 }