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.


build fixes to merge the Palacios configuration parameters with Linux parameters.
[palacios.git] / palacios / src / palacios / vmm_shadow_paging.c
index 3350f43..9743073 100644 (file)
+/* 
+ * This file is part of the Palacios Virtual Machine Monitor developed
+ * by the V3VEE Project with funding from the United States National 
+ * Science Foundation and the Department of Energy.  
+ *
+ * The V3VEE Project is a joint project between Northwestern University
+ * and the University of New Mexico.  You can find out more at 
+ * http://www.v3vee.org
+ *
+ * Copyright (c) 2008, Jack Lange <jarusl@cs.northwestern.edu> 
+ * Copyright (c) 2008, The V3VEE Project <http://www.v3vee.org> 
+ * All rights reserved.
+ *
+ * Author: Jack Lange <jarusl@cs.northwestern.edu>
+ *
+ * This is free software.  You are permitted to use,
+ * redistribute, and modify it as specified in the file "V3VEE_LICENSE".
+ */
+
+
 #include <palacios/vmm_shadow_paging.h>
 
 
 #include <palacios/vmm.h>
 #include <palacios/vm_guest_mem.h>
+#include <palacios/vmm_decoder.h>
+#include <palacios/vmm_ctrl_regs.h>
 
+#include <palacios/vmm_hashtable.h>
 
+#include <palacios/vmm_direct_paging.h>
 
 
-int init_shadow_page_state(struct shadow_page_state * state) {
-  state->guest_mode = PDE32;
-  state->shadow_mode = PDE32;
-  
-  state->guest_cr3 = 0;
-  state->shadow_cr3 = 0;
 
-  return 0;
-}
 
-int handle_shadow_pagefault(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
-  if (info->cpu_mode == PROTECTED_PG) {
-    return handle_shadow_pagefault32(info, fault_addr, error_code);
-  } else {
-    return -1;
-  }
-}
+#ifdef V3_CONFIG_SHADOW_PAGING_TELEMETRY
+#include <palacios/vmm_telemetry.h>
+#endif
 
+#ifdef V3_CONFIG_SYMBIOTIC_SWAP
+#include <palacios/vmm_sym_swap.h>
+#endif
 
-int handle_shadow_pagefault32(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
-  pde32_t * guest_pde = NULL;
-  pde32_t * shadow_pde = (pde32_t *)CR3_TO_PDE32(info->shdw_pg_state.shadow_cr3);
-  addr_t guest_cr3 = CR3_TO_PDE32(info->shdw_pg_state.guest_cr3);
-  pt_access_status_t guest_pde_access;
-  pt_access_status_t shadow_pde_access;
-  pde32_t * guest_pde_entry = NULL;
-  pde32_t * shadow_pde_entry = (pde32_t *)&(shadow_pde[PDE32_INDEX(fault_addr)]);
+#ifndef V3_CONFIG_DEBUG_SHADOW_PAGING
+#undef PrintDebug
+#define PrintDebug(fmt, args...)
+#endif
 
-  if (guest_pa_to_host_va(info, guest_cr3, (addr_t*)&guest_pde) == -1) {
-    PrintDebug("Invalid Guest PDE Address: 0x%x\n", guest_cr3);
-    return -1;
-  }
 
+static const char default_strategy[] = "VTLB";
 
-  guest_pde_entry = (pde32_t *)&(guest_pde[PDE32_INDEX(fault_addr)]);
 
-  // Check the guest page permissions
-  guest_pde_access = can_access_pde32(guest_pde, fault_addr, error_code);
+static struct hashtable * master_shdw_pg_table = NULL;
 
-  if (guest_pde_access != PT_ACCESS_OK) {
+static uint_t shdw_pg_hash_fn(addr_t key) {
+    char * name = (char *)key;
+    return v3_hash_buffer((uint8_t *)name, strlen(name));
+}
 
-    //
-    // inject page fault to the guest (Guest PDE fault)
-    //
+static int shdw_pg_eq_fn(addr_t key1, addr_t key2) {
+    char * name1 = (char *)key1;
+    char * name2 = (char *)key2;
 
-    PrintDebug("Guest Page fault (currently not handled)\n");
-    return -1;
-  }
+    return (strcmp(name1, name2) == 0);
+}
 
-  shadow_pde_access = can_access_pde32(shadow_pde, fault_addr, error_code);
 
+int V3_init_shdw_paging() {
+    extern struct v3_shdw_pg_impl * __start__v3_shdw_pg_impls[];
+    extern struct v3_shdw_pg_impl * __stop__v3_shdw_pg_impls[];
+    struct v3_shdw_pg_impl ** tmp_impl = __start__v3_shdw_pg_impls;
+    int i = 0;
 
-  if (shadow_pde_access == PT_ENTRY_NOT_PRESENT) {
-    pte32_t * shadow_pte = NULL;
+    master_shdw_pg_table = v3_create_htable(0, shdw_pg_hash_fn, shdw_pg_eq_fn);
 
-    V3_AllocPages(shadow_pte, 1);
-    memset(shadow_pte, 0, PAGE_SIZE);
 
-    shadow_pde_entry->pt_base_addr = PD32_BASE_ADDR(shadow_pte);
-    
+    while (tmp_impl != __stop__v3_shdw_pg_impls) {
+       V3_Print("Registering Shadow Paging Impl (%s)\n", (*tmp_impl)->name);
 
-    shadow_pde_entry->present = 1;
-    shadow_pde_entry->user_page = guest_pde_entry->user_page;
-    
-    // VMM Specific options
-    shadow_pde_entry->write_through = 0;
-    shadow_pde_entry->cache_disable = 0;
-    shadow_pde_entry->global_page = 0;
-    //
+       if (v3_htable_search(master_shdw_pg_table, (addr_t)((*tmp_impl)->name))) {
+           PrintError("Multiple instances of shadow paging impl (%s)\n", (*tmp_impl)->name);
+           return -1;
+       }
 
-    guest_pde_entry->accessed = 1;
+       if (v3_htable_insert(master_shdw_pg_table, 
+                            (addr_t)((*tmp_impl)->name),
+                            (addr_t)(*tmp_impl)) == 0) {
+           PrintError("Could not register shadow paging impl (%s)\n", (*tmp_impl)->name);
+           return -1;
+       }
 
-    if (guest_pde_entry->large_page == 0) {
-      shadow_pde_entry->writable = guest_pde_entry->writable;
-    } else {
-      /*
-       * Check the Intel manual because we are ignoring Large Page issues here
-       */
+       tmp_impl = &(__start__v3_shdw_pg_impls[++i]);
     }
 
-  } else if (shadow_pde_access == PT_WRITE_ERROR) {
-
-    //
-    // Page Directory Entry marked read-only
-    //
-
-    PrintDebug("Shadow Paging Write Error\n");
-    return -1;
-  } else if (shadow_pde_access == PT_USER_ERROR) {
-
-    //
-    // Page Directory Entry marked non-user
-    //
-    
-    PrintDebug("Shadow Paging User access error\n");
-    return -1;
-  } else if (shadow_pde_access == PT_ACCESS_OK) {
-    pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *)PDE32_T_ADDR((*shadow_pde_entry));
-    pte32_t * guest_pte = NULL;
-
-    // Page Table entry fault
-    
-    if (guest_pa_to_host_va(info, PDE32_T_ADDR((*guest_pde_entry)), (addr_t*)&guest_pte) == -1) {
-      PrintDebug("Invalid Guest PTE Address: 0x%x\n", PDE32_T_ADDR((*guest_pde_entry)));
-      return -1;
-    }
+    return 0;
+}
 
+int V3_deinit_shdw_paging() {
+    v3_free_htable(master_shdw_pg_table, 0, 0);
+    return 0;
+}
 
-    if (handle_shadow_pte32_fault(info, fault_addr, error_code, shadow_pte, guest_pte)  == -1) {
-      PrintDebug("Error handling Page fault caused by PTE\n");
-      return -1;
-    }
 
- }
 
-  PrintDebugPageTables(shadow_pde);
+/*** 
+ ***  There be dragons
+ ***/
 
-  return 0;
+
+#ifdef V3_CONFIG_SHADOW_PAGING_TELEMETRY
+static void telemetry_cb(struct v3_vm_info * vm, void * private_data, char * hdr) {
+    int i = 0;
+    for (i = 0; i < vm->num_cores; i++) {
+       struct guest_info * core = &(vm->cores[i]);
+
+       V3_Print("%s Guest Page faults: %d\n", hdr, core->shdw_pg_state.guest_faults);
+    }
 }
+#endif
 
 
 
-/* 
- * We assume the the guest pte pointer has already been translated to a host virtual address
- */
-int handle_shadow_pte32_fault(struct guest_info* info, 
-                             addr_t fault_addr, 
-                             pf_error_t error_code,
-                             pte32_t * shadow_pte, 
-                             pte32_t * guest_pte) {
+int v3_init_shdw_pg_state(struct guest_info * core) {
+    struct v3_shdw_pg_state * state = &(core->shdw_pg_state);
+    struct v3_shdw_pg_impl * impl = core->vm_info->shdw_impl.current_impl;
+  
 
-  pt_access_status_t guest_pte_access;
-  pt_access_status_t shadow_pte_access;
-  //  pte32_t * guest_pte_entry = (pte32_t *)&(guest_pte[PTE32_INDEX(fault_addr)]);;
-  //  pte32_t * shadow_pte_entry = (pte32_t *)&(shadow_pte[PTE32_INDEX(fault_addr)]);
+    state->guest_cr3 = 0;
+    state->guest_cr0 = 0;
+    state->guest_efer.value = 0x0LL;
 
 
-  // Check the guest page permissions
-  guest_pte_access = can_access_pte32(guest_pte, fault_addr, error_code);
+    if (impl->local_init(core) == -1) {
+       PrintError("Error in Shadow paging local initialization (%s)\n", impl->name);
+       return -1;
+    }
+
 
-  if (guest_pte_access != PT_ACCESS_OK) {
+#ifdef V3_CONFIG_SHADOW_PAGING_TELEMETRY
+    v3_add_telemetry_cb(core->vm_info, telemetry_cb, NULL);
+#endif
+  
+    return 0;
+}
 
-    //
-    // Inject page fault into the guest                
-    //
 
-    PrintDebug("Guest Page fault (currently not handled)\n");
-    return -1;
-  }
+int v3_deinit_shdw_pg_state(struct guest_info * core) {
+    struct v3_shdw_pg_impl * impl = core->vm_info->shdw_impl.current_impl;
 
+    if (impl->local_deinit(core) == -1) {
+       PrintError("Error deinitializing shadow paging state\n");
+       return -1;
+    }
 
-  shadow_pte_access = can_access_pte32(shadow_pte, fault_addr, error_code);
+#ifdef V3_CONFIG_SHADOW_PAGING_TELEMETRY
+    v3_remove_telemetry_cb(core->vm_info, telemetry_cb, NULL);
+#endif
 
-  if (shadow_pte_access == PT_ENTRY_NOT_PRESENT) {
+    return 0;
+}
 
-    //
-    // Page Table Entry Not Present
-    //
 
-  } else if (shadow_pte_access == PT_WRITE_ERROR) {
 
-    //
-    // Page Table Entry marked read-only
-    //
+int v3_init_shdw_impl(struct v3_vm_info * vm) {
+    struct v3_shdw_impl_state * impl_state = &(vm->shdw_impl);
+    v3_cfg_tree_t * pg_cfg = v3_cfg_subtree(vm->cfg_data->cfg, "paging");
+    char * pg_mode = v3_cfg_val(pg_cfg, "mode");
+    char * pg_strat = v3_cfg_val(pg_cfg, "strategy");
+    struct v3_shdw_pg_impl * impl = NULL;
+   
+    PrintDebug("Checking if shadow paging requested.\n");
+    if ((pg_mode != NULL) && (strcasecmp(pg_mode, "nested") == 0)) {
+       PrintDebug("Nested paging specified - not initializing shadow paging.\n");
+       return 0;
+    }
 
-    PrintDebug("Shadow Paging Write Error\n");
-    return -1;
-  } else if (shadow_pte_access == PT_USER_ERROR) {
+    if (pg_strat == NULL) {
+       pg_strat = (char *)default_strategy;
+    }
+       
+    V3_Print("Initialization of Shadow Paging implementation\n");
 
-    //
-    // Page Table Entry marked non-user
-    //
-    
-    PrintDebug("Shadow Paging User access error\n");
-    return -1;
-  } else if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_OK) {
+    impl = (struct v3_shdw_pg_impl *)v3_htable_search(master_shdw_pg_table, (addr_t)pg_strat);
 
-    PrintDebug("Page Fault occurred for No Reason\n");
-    return -1;
-  }
+    if (impl == NULL) {
+       PrintError("Could not find shadow paging impl (%s)\n", pg_strat);
+       return -1;
+    }
+   
+    impl_state->current_impl = impl;
 
+    if (impl->init(vm, pg_cfg) == -1) {
+       PrintError("Could not initialize Shadow paging implemenation (%s)\n", impl->name);
+       return -1;
+    }
 
-  return 0;
+    return 0;
 }
 
+int v3_deinit_shdw_impl(struct v3_vm_info * vm) {
+    struct v3_shdw_pg_impl * impl = vm->shdw_impl.current_impl;
 
+    if (impl->deinit(vm) == -1) {
+       PrintError("Error deinitializing shadow paging implementation\n");
+       return -1;
+    }
 
-addr_t create_new_shadow_pt32(struct guest_info * info) {
-  void * host_pde = 0;
+    return 0;
+}
 
-  V3_AllocPages(host_pde, 1);
-  memset(host_pde, 0, PAGE_SIZE);
 
-  return (addr_t)host_pde;
+// Reads the guest CR3 register
+// creates new shadow page tables
+// updates the shadow CR3 register to point to the new pts
+int v3_activate_shadow_pt(struct guest_info * core) {
+    struct v3_shdw_impl_state * state = &(core->vm_info->shdw_impl);
+    struct v3_shdw_pg_impl * impl = state->current_impl;
+    return impl->activate_shdw_pt(core);
 }
 
 
 
+// This must flush any caches
+// and reset the cr3 value to the correct value
+int v3_invalidate_shadow_pts(struct guest_info * core) {
+    struct v3_shdw_impl_state * state = &(core->vm_info->shdw_impl);
+    struct v3_shdw_pg_impl * impl = state->current_impl;
+    return impl->invalidate_shdw_pt(core);
+}
 
-addr_t setup_shadow_pt32(struct guest_info * info, addr_t virt_cr3) {
-  addr_t cr3_guest_addr = CR3_TO_PDE32(virt_cr3);
-  pde32_t * guest_pde;
-  pde32_t * host_pde = NULL;
-  int i;
-  
-  // Setup up guest_pde to point to the PageDir in host addr
-  if (guest_pa_to_host_va(info, cr3_guest_addr, (addr_t*)&guest_pde) == -1) {
-    return 0;
-  }
+
+int v3_handle_shadow_pagefault(struct guest_info * core, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
   
-  V3_AllocPages(host_pde, 1);
-  memset(host_pde, 0, PAGE_SIZE);
+    if (v3_get_vm_mem_mode(core) == PHYSICAL_MEM) {
+       // If paging is not turned on we need to handle the special cases
+       return v3_handle_passthrough_pagefault(core, fault_addr, error_code);
+    } else if (v3_get_vm_mem_mode(core) == VIRTUAL_MEM) {
+       struct v3_shdw_impl_state * state = &(core->vm_info->shdw_impl);
+       struct v3_shdw_pg_impl * impl = state->current_impl;
+
+       return impl->handle_pagefault(core, fault_addr, error_code);
+    } else {
+       PrintError("Invalid Memory mode\n");
+       return -1;
+    }
+}
 
-  for (i = 0; i < MAX_PDE32_ENTRIES; i++) {
-    if (guest_pde[i].present == 1) {
-      addr_t pt_host_addr;
-      addr_t host_pte;
 
-      if (guest_pa_to_host_va(info, PDE32_T_ADDR(guest_pde[i]), &pt_host_addr) == -1) {
-       return 0;
-      }
+int v3_handle_shadow_invlpg(struct guest_info * core) {
+    uchar_t instr[15];
+    struct x86_instr dec_instr;
+    int ret = 0;
+    addr_t vaddr = 0;
 
-      if ((host_pte = setup_shadow_pte32(info, pt_host_addr)) == 0) {
-       return 0;
-      }
+    if (v3_get_vm_mem_mode(core) != VIRTUAL_MEM) {
+       // Paging must be turned on...
+       // should handle with some sort of fault I think
+       PrintError("ERROR: INVLPG called in non paged mode\n");
+       return -1;
+    }
+
+    if (v3_get_vm_mem_mode(core) == PHYSICAL_MEM) { 
+       ret = v3_read_gpa_memory(core, get_addr_linear(core, core->rip, &(core->segments.cs)), 15, instr);
+    } else { 
+       ret = v3_read_gva_memory(core, get_addr_linear(core, core->rip, &(core->segments.cs)), 15, instr);
+    }
 
-      host_pde[i].present = 1;
-      host_pde[i].pt_base_addr = PD32_BASE_ADDR(host_pte);
+    if (ret == -1) {
+       PrintError("Could not read instruction into buffer\n");
+       return -1;
+    }
 
-      //
-      // Set Page DIR flags
-      //
+    if (v3_decode(core, (addr_t)instr, &dec_instr) == -1) {
+       PrintError("Decoding Error\n");
+       return -1;
+    }
+  
+    if ((dec_instr.op_type != V3_OP_INVLPG) || 
+       (dec_instr.num_operands != 1) ||
+       (dec_instr.dst_operand.type != MEM_OPERAND)) {
+       PrintError("Decoder Error: Not a valid INVLPG instruction...\n");
+       return -1;
     }
-  }
 
-  PrintDebugPageTables(host_pde);
+    vaddr = dec_instr.dst_operand.operand;
+
+    core->rip += dec_instr.instr_length;
 
-  return (addr_t)host_pde;
+    {
+       struct v3_shdw_impl_state * state = &(core->vm_info->shdw_impl);
+       struct v3_shdw_pg_impl * impl = state->current_impl;
+
+       return impl->handle_invlpg(core, vaddr);
+    }
 }
 
 
 
-addr_t setup_shadow_pte32(struct guest_info * info, addr_t pt_host_addr) {
-  pte32_t * guest_pte = (pte32_t *)pt_host_addr;
-  pte32_t * host_pte = NULL;
-  int i;
 
-  V3_AllocPages(host_pte, 1);
-  memset(host_pte, 0, PAGE_SIZE);
 
-  for (i = 0; i < MAX_PTE32_ENTRIES; i++) {
-    if (guest_pte[i].present == 1) {
-      addr_t guest_pa = PTE32_T_ADDR(guest_pte[i]);
-      shadow_mem_type_t page_type;
-      addr_t host_pa = 0;
 
-      page_type = get_shadow_addr_type(info, guest_pa);
+int v3_inject_guest_pf(struct guest_info * core, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
+    core->ctrl_regs.cr2 = fault_addr;
+
+#ifdef V3_CONFIG_SHADOW_PAGING_TELEMETRY
+    core->shdw_pg_state.guest_faults++;
+#endif
+
+    return v3_raise_exception_with_error(core, PF_EXCEPTION, *(uint_t *)&error_code);
+}
 
-      if (page_type == HOST_REGION_PHYSICAL_MEMORY) {
-       host_pa = get_shadow_addr(info, guest_pa);
-      } else {
-       
-       //
-       // Setup various memory types
-       //
-      }
 
-      host_pte[i].page_base_addr = PT32_BASE_ADDR(host_pa);
-      host_pte[i].present = 1;
+int v3_is_guest_pf(pt_access_status_t guest_access, pt_access_status_t shadow_access) {
+    /* basically the reasoning is that there can be multiple reasons for a page fault:
+       If there is a permissions failure for a page present in the guest _BUT_
+       the reason for the fault was that the page is not present in the shadow,
+       _THEN_ we have to map the shadow page in and reexecute, this will generate
+       a permissions fault which is _THEN_ valid to send to the guest
+       _UNLESS_ both the guest and shadow have marked the page as not present
+
+       whew...
+    */
+    if (guest_access != PT_ACCESS_OK) {
+       // Guest Access Error
+
+       if ((shadow_access != PT_ACCESS_NOT_PRESENT) &&
+           (guest_access != PT_ACCESS_NOT_PRESENT)) {
+           // aka (guest permission error)
+           return 1;
+       }
+
+       /*
+         if ((shadow_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) &&
+         (guest_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT)) {
+         // Page tables completely blank, handle guest first
+         return 1;
+         }
+       */
+
+       if (guest_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) {
+           // Page tables completely blank, handle guest first
+           return 1;
+       }
+       
+       // Otherwise we'll handle the guest fault later...?
     }
-  }
 
-  return (addr_t)host_pte;
+    return 0;
 }