Palacios Public Git Repository

To checkout Palacios execute

  git clone http://v3vee.org/palacios/palacios.web/palacios.git
This will give you the master branch. You probably want the devel branch or one of the release branches. To switch to the devel branch, simply execute
  cd palacios
  git checkout --track -b devel origin/devel
The other branches are similar.


enable Alex's large page support
[palacios.git] / palacios / src / palacios / vmm_direct_paging_64.h
index 1c819ee..d45ae17 100644 (file)
 #include <palacios/vm_guest_mem.h>
 #include <palacios/vm_guest.h>
 
+// Reference: AMD Software Developer Manual Vol.2 Ch.5 "Page Translation and Protection"
+
+static uint32_t get_page_size(struct guest_info * core, addr_t fault_addr) {
+    addr_t pg_start = 0UL, pg_end = 0UL; // 2MiB page containing the faulting address
+    struct v3_mem_region * pg_next_reg = NULL; // next immediate mem reg after page start addr
+    uint32_t page_size = PAGE_SIZE_4KB;
+
+   /* If the guest has been configured for 2MiB pages, then we must check for hooked regions of
+     * memory which may overlap with the 2MiB page containing the faulting address (due to
+     * potentially differing access policies in place for e.g. i/o devices and APIC). A 2MiB page
+     * can be used if a) no region overlaps the page [or b) a region does overlap but fully contains
+     * the page]. The [bracketed] text pertains to the #if 0'd code below, state D. TODO modify this
+     * note if someone decides to enable this optimization. It can be tested with the SeaStar
+     * mapping.
+     *
+     * Examples: (CAPS regions are returned by v3_get_next_mem_region; state A returns the base reg)
+     *
+     *    |region| |region|                               2MiB mapped (state A)
+     *                   |reg|          |REG|             2MiB mapped (state B)
+     *   |region|     |reg|   |REG| |region|   |reg|      4KiB mapped (state C)
+     *        |reg|  |reg|   |--REGION---|                [2MiB mapped (state D)]
+     * |--------------------------------------------|     RAM
+     *                             ^                      fault addr
+     * |----|----|----|----|----|page|----|----|----|     2MB pages
+     *                           >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>     search space
+     */
+
+
+    // guest page maps to a host page + offset (so when we shift, it aligns with a host page)
+    pg_start = PAGE_ADDR_2MB(fault_addr);
+    pg_end = (pg_start + PAGE_SIZE_2MB);
+
+    PrintDebug("%s: page   [%p,%p) contains address\n", __FUNCTION__, (void *)pg_start, (void *)pg_end);
+
+    pg_next_reg = v3_get_next_mem_region(core->vm_info, core->cpu_id, pg_start);
+
+    if (pg_next_reg == NULL) {
+       PrintError("%s: Error: address not in base region, %p\n", __FUNCTION__, (void *)fault_addr);
+       return PAGE_SIZE_4KB;
+    }
 
+    if (pg_next_reg->flags.base == 1) {
+       page_size = PAGE_SIZE_2MB; // State A
+    } else {
+#if 0       // State B/C and D optimization
+       if ((pg_next_reg->guest_end >= pg_end) &&
+           ((pg_next_reg->guest_start >= pg_end) || (pg_next_reg->guest_start <= pg_start))) {     
+           page_size = PAGE_SIZE_2MB;
+       }
 
-static inline int handle_passthrough_pagefault_64(struct guest_info * info, 
-                                                    addr_t fault_addr, 
-                                                    pf_error_t error_code) {
-    pml4e64_t * pml = NULL;
-    pdpe64_t * pdpe = NULL;
-    pde64_t * pde = NULL;
-    pte64_t * pte = NULL;
-    addr_t host_addr = 0;
+       PrintDebug("%s: region [%p,%p) %s partially overlap with page\n", __FUNCTION__,
+                  (void *)pg_next_reg->guest_start, (void *)pg_next_reg->guest_end, 
+                  (page_size == PAGE_SIZE_2MB) ? "does not" : "does");
 
-    int pml_index = PML4E64_INDEX(fault_addr);
-    int pdpe_index = PDPE64_INDEX(fault_addr);
-    int pde_index = PDE64_INDEX(fault_addr);
-    int pte_index = PTE64_INDEX(fault_addr);
+#else       // State B/C
+       if (pg_next_reg->guest_start >= pg_end) {
+           
+           page_size = PAGE_SIZE_2MB;
+       }
 
+       PrintDebug("%s: region [%p,%p) %s overlap with page\n", __FUNCTION__,
+                  (void *)pg_next_reg->guest_start, (void *)pg_next_reg->guest_end,
+                  (page_size == PAGE_SIZE_2MB) ? "does not" : "does");
 
-    
+#endif
+    }
+
+    return page_size;
+}
+
+
+static inline int handle_passthrough_pagefault_64(struct guest_info * core, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
+    pml4e64_t * pml      = NULL;
+    pdpe64_t * pdpe      = NULL;
+    pde64_t * pde        = NULL;
+    pde64_2MB_t * pde2mb = NULL;
+    pte64_t * pte        = NULL;
+    addr_t host_addr     = 0;
+
+    int pml_index  = PML4E64_INDEX(fault_addr);
+    int pdpe_index = PDPE64_INDEX(fault_addr);
+    int pde_index  = PDE64_INDEX(fault_addr);
+    int pte_index  = PTE64_INDEX(fault_addr);
+
+    struct v3_mem_region * region =  v3_get_mem_region(core->vm_info, core->cpu_id, fault_addr);
+    int page_size = PAGE_SIZE_4KB;
 
-    struct v3_shadow_region * region =  v3_get_shadow_region(info, fault_addr);
-  
     if (region == NULL) {
-       PrintError("Invalid region in passthrough page fault 64, addr=%p\n", 
-                  (void *)fault_addr);
+       PrintError("%s: invalid region, addr=%p\n", __FUNCTION__, (void *)fault_addr);
        return -1;
     }
 
-    host_addr = v3_get_shadow_addr(region, fault_addr);
-    //
+    /*  Check if:
+     *  1. the guest is configured to use large pages and 
+     *         2. the memory regions can be referenced by a large page
+     */
+    if ((core->use_large_pages == 1) ) {
+       page_size = get_page_size(core, fault_addr);
+    }
 
+    PrintDebug("Using page size of %dKB\n", page_size / 1024);
+
     // Lookup the correct PML address based on the PAGING MODE
-    if (info->shdw_pg_mode == SHADOW_PAGING) {
-       pml = CR3_TO_PML4E64_VA(info->ctrl_regs.cr3);
+    if (core->shdw_pg_mode == SHADOW_PAGING) {
+       pml = CR3_TO_PML4E64_VA(core->ctrl_regs.cr3);
     } else {
-       pml = CR3_TO_PML4E64_VA(info->direct_map_pt);
+       pml = CR3_TO_PML4E64_VA(core->direct_map_pt);
     }
 
     //Fix up the PML entry
@@ -73,9 +146,9 @@ static inline int handle_passthrough_pagefault_64(struct guest_info * info,
         pml[pml_index].writable = 1;
         pml[pml_index].user_page = 1;
 
-       pml[pml_index].pdp_base_addr = PAGE_BASE_ADDR((addr_t)V3_PAddr(pdpe));    
+       pml[pml_index].pdp_base_addr = PAGE_BASE_ADDR_4KB((addr_t)V3_PAddr(pdpe));    
     } else {
-       pdpe = V3_VAddr((void*)BASE_TO_PAGE_ADDR(pml[pml_index].pdp_base_addr));
+       pdpe = V3_VAddr((void*)BASE_TO_PAGE_ADDR_4KB(pml[pml_index].pdp_base_addr));
     }
 
     // Fix up the PDPE entry
@@ -87,12 +160,52 @@ static inline int handle_passthrough_pagefault_64(struct guest_info * info,
        pdpe[pdpe_index].writable = 1;
        pdpe[pdpe_index].user_page = 1;
 
-       pdpe[pdpe_index].pd_base_addr = PAGE_BASE_ADDR((addr_t)V3_PAddr(pde));    
+       pdpe[pdpe_index].pd_base_addr = PAGE_BASE_ADDR_4KB((addr_t)V3_PAddr(pde));    
     } else {
-       pde = V3_VAddr((void*)BASE_TO_PAGE_ADDR(pdpe[pdpe_index].pd_base_addr));
+       pde = V3_VAddr((void*)BASE_TO_PAGE_ADDR_4KB(pdpe[pdpe_index].pd_base_addr));
     }
 
+    // Fix up the 2MiB PDE and exit here
+    if (page_size == PAGE_SIZE_2MB) {
+       pde2mb = (pde64_2MB_t *)pde; // all but these two lines are the same for PTE
+       pde2mb[pde_index].large_page = 1;
+
+       if (pde2mb[pde_index].present == 0) {
+           pde2mb[pde_index].user_page = 1;
+
+           if ( (region->flags.alloced == 1) && 
+                (region->flags.read == 1)) {
+               // Full access
+               pde2mb[pde_index].present = 1;
+
+               if (region->flags.write == 1) {
+                   pde2mb[pde_index].writable = 1;
+               } else {
+                   pde2mb[pde_index].writable = 0;
+               }
+
+               if (v3_gpa_to_hpa(core, fault_addr, &host_addr) == -1) {
+                   PrintError("Error Could not translate fault addr (%p)\n", (void *)fault_addr);
+                   return -1;
+               }
+
+               pde2mb[pde_index].page_base_addr = PAGE_BASE_ADDR_2MB(host_addr);
+           } else {
+               return region->unhandled(core, fault_addr, fault_addr, region, error_code);
+           }
+       } else {
+           // We fix all permissions on the first pass, 
+           // so we only get here if its an unhandled exception
+
+           return region->unhandled(core, fault_addr, fault_addr, region, error_code);
+       }
+
+       // All done
+       return 0;
+    } 
 
+    // Continue with the 4KiB page heirarchy
+    
     // Fix up the PDE entry
     if (pde[pde_index].present == 0) {
        pte = (pte64_t *)create_generic_pt_page();
@@ -101,49 +214,46 @@ static inline int handle_passthrough_pagefault_64(struct guest_info * info,
        pde[pde_index].writable = 1;
        pde[pde_index].user_page = 1;
        
-       pde[pde_index].pt_base_addr = PAGE_BASE_ADDR((addr_t)V3_PAddr(pte));
+       pde[pde_index].pt_base_addr = PAGE_BASE_ADDR_4KB((addr_t)V3_PAddr(pte));
     } else {
-       pte = V3_VAddr((void*)BASE_TO_PAGE_ADDR(pde[pde_index].pt_base_addr));
+       pte = V3_VAddr((void*)BASE_TO_PAGE_ADDR_4KB(pde[pde_index].pt_base_addr));
     }
 
-
     // Fix up the PTE entry
     if (pte[pte_index].present == 0) {
        pte[pte_index].user_page = 1;
        
-       if (region->host_type == SHDW_REGION_ALLOCATED) {
+       if ((region->flags.alloced == 1) && 
+           (region->flags.read == 1)) {
            // Full access
            pte[pte_index].present = 1;
-           pte[pte_index].writable = 1;
-
-           pte[pte_index].page_base_addr = PAGE_BASE_ADDR(host_addr);
-           
-       } else if (region->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK) {
-           // Only trap writes
-           pte[pte_index].present = 1; 
-           pte[pte_index].writable = 0;
 
-           pte[pte_index].page_base_addr = PAGE_BASE_ADDR(host_addr);
+           if (region->flags.write == 1) {
+               pte[pte_index].writable = 1;
+           } else {
+               pte[pte_index].writable = 0;
+           }
 
-       } else if (region->host_type == SHDW_REGION_FULL_HOOK) {
-           // trap all accesses
-           return v3_handle_mem_full_hook(info, fault_addr, fault_addr, region, error_code);
+           if (v3_gpa_to_hpa(core, fault_addr, &host_addr) == -1) {
+               PrintError("Error Could not translate fault addr (%p)\n", (void *)fault_addr);
+               return -1;
+           }
 
+           pte[pte_index].page_base_addr = PAGE_BASE_ADDR_4KB(host_addr);
        } else {
-           PrintError("Unknown Region Type...\n");
-           return -1;
+           return region->unhandled(core, fault_addr, fault_addr, region, error_code);
        }
-    }
-   
-    if ( (region->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK) && 
-        (error_code.write == 1) ) {
-       return v3_handle_mem_wr_hook(info, fault_addr, fault_addr, region, error_code);
+    } else {
+       // We fix all permissions on the first pass, 
+       // so we only get here if its an unhandled exception
+
+       return region->unhandled(core, fault_addr, fault_addr, region, error_code);
     }
 
     return 0;
 }
 
-static inline int invalidate_addr_64(struct guest_info * info, addr_t inv_addr) {
+static inline int invalidate_addr_64(struct guest_info * core, addr_t inv_addr) {
     pml4e64_t * pml = NULL;
     pdpe64_t * pdpe = NULL;
     pde64_t * pde = NULL;
@@ -161,10 +271,10 @@ static inline int invalidate_addr_64(struct guest_info * info, addr_t inv_addr)
 
     
     // Lookup the correct PDE address based on the PAGING MODE
-    if (info->shdw_pg_mode == SHADOW_PAGING) {
-       pml = CR3_TO_PML4E64_VA(info->ctrl_regs.cr3);
+    if (core->shdw_pg_mode == SHADOW_PAGING) {
+       pml = CR3_TO_PML4E64_VA(core->ctrl_regs.cr3);
     } else {
-       pml = CR3_TO_PML4E64_VA(info->direct_map_pt);
+       pml = CR3_TO_PML4E64_VA(core->direct_map_pt);
     }
 
     if (pml[pml_index].present == 0) {
@@ -175,7 +285,7 @@ static inline int invalidate_addr_64(struct guest_info * info, addr_t inv_addr)
 
     if (pdpe[pdpe_index].present == 0) {
        return 0;
-    } else if (pdpe[pdpe_index].large_page == 1) {
+    } else if (pdpe[pdpe_index].large_page == 1) { // 1GiB
        pdpe[pdpe_index].present = 0;
        return 0;
     }
@@ -184,14 +294,14 @@ static inline int invalidate_addr_64(struct guest_info * info, addr_t inv_addr)
 
     if (pde[pde_index].present == 0) {
        return 0;
-    } else if (pde[pde_index].large_page == 1) {
+    } else if (pde[pde_index].large_page == 1) { // 2MiB
        pde[pde_index].present = 0;
        return 0;
     }
 
     pte = V3_VAddr((void*)BASE_TO_PAGE_ADDR(pde[pde_index].pt_base_addr));
 
-    pte[pte_index].present = 0;
+    pte[pte_index].present = 0; // 4KiB
 
     return 0;
 }