palacios/src/palacios/mmu/vmm_shdw_pg_swapbypass_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
  37     v3_swap_flush(info->vm_info);
  38
  39     return 0;
  40 }
  41
  42
  43
  44
  45 /*
  46  * *
  47  * *
  48  * * 32 bit Page table fault handlers
  49  * *
  50  * *
  51  */
  52 static int handle_4MB_shadow_pagefault_32(struct guest_info * info,  addr_t fault_addr, pf_error_t error_code,
  53                                           pte32_t * shadow_pt, pde32_4MB_t * large_guest_pde);
  54
  55 static int handle_pte_shadow_pagefault_32(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code,
  56                                           pte32_t * shadow_pt,  pte32_t * guest_pt);
  57
  58
  59 static inline int handle_shadow_pagefault_32(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
  60     pde32_t * guest_pd = NULL;
  61     pde32_t * shadow_pd = CR3_TO_PDE32_VA(info->ctrl_regs.cr3);
  62     addr_t guest_cr3 = CR3_TO_PDE32_PA(info->shdw_pg_state.guest_cr3);
  63     pt_access_status_t guest_pde_access;
  64     pt_access_status_t shadow_pde_access;
  65     pde32_t * guest_pde = NULL;
  66     pde32_t * shadow_pde = (pde32_t *)&(shadow_pd[PDE32_INDEX(fault_addr)]);
  67
  68     PrintDebug("Shadow page fault handler: %p\n", (void*) fault_addr );
  69     PrintDebug("Handling PDE32 Fault\n");
  70
  71     if (v3_gpa_to_hva(info, guest_cr3, (addr_t*)&guest_pd) == -1) {
  72         PrintError("Invalid Guest PDE Address: 0x%p\n",  (void *)guest_cr3);
  73         return -1;
  74     }
  75
  76     guest_pde = (pde32_t *)&(guest_pd[PDE32_INDEX(fault_addr)]);
  77
  78
  79     // Check the guest page permissions
  80     guest_pde_access = v3_can_access_pde32(guest_pd, fault_addr, error_code);
  81
  82     // Check the shadow page permissions
  83     shadow_pde_access = v3_can_access_pde32(shadow_pd, fault_addr, error_code);
  84
  85     /* Was the page fault caused by the Guest's page tables? */
  86     if (v3_is_guest_pf(guest_pde_access, shadow_pde_access) == 1) {
  87         PrintDebug("Injecting PDE pf to guest: (guest access error=%d) (shdw access error=%d)  (pf error code=%d)\n",
  88                    *(uint_t *)&guest_pde_access, *(uint_t *)&shadow_pde_access, *(uint_t *)&error_code);
  89         if (v3_inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code) == -1) {
  90             PrintError("Could not inject guest page fault for vaddr %p\n", (void *)fault_addr);
  91             return -1;
  92         }
  93         return 0;
  94     }
  95
  96
  97
  98     if (shadow_pde_access == PT_ACCESS_USER_ERROR) {
  99         //
 100         // PDE Entry marked non user
 101         //
 102         PrintDebug("Shadow Paging User access error (shadow_pde_access=0x%x, guest_pde_access=0x%x)\n",
 103                    shadow_pde_access, guest_pde_access);
 104
 105         if (v3_inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code) == -1) {
 106             PrintError("Could not inject guest page fault for vaddr %p\n", (void *)fault_addr);
 107             return -1;
 108         }
 109         return 0;
 110     } else if ((shadow_pde_access == PT_ACCESS_WRITE_ERROR) &&
 111                (guest_pde->large_page == 1)) {
 112
 113         ((pde32_4MB_t *)guest_pde)->dirty = 1;
 114         shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
 115         return 0;
 116     } else if ((shadow_pde_access != PT_ACCESS_NOT_PRESENT) &&
 117                (shadow_pde_access != PT_ACCESS_OK)) {
 118         // inject page fault in guest
 119         if (v3_inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code) == -1) {
 120             PrintError("Could not inject guest page fault for vaddr %p\n", (void *)fault_addr);
 121             return -1;
 122         }
 123         PrintDebug("Unknown Error occurred (shadow_pde_access=%d)\n", shadow_pde_access);
 124         PrintDebug("Manual Says to inject page fault into guest\n");
 125         return 0;
 126     }
 127
 128
 129     pte32_t * shadow_pt = NULL;
 130     pte32_t * guest_pt = NULL;
 131
 132     // Get the next shadow page level, allocate if not present
 133
 134     if (shadow_pde_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) {
 135         struct shadow_page_data * shdw_page =  create_new_shadow_pt(info);
 136         shadow_pt = (pte32_t *)V3_VAddr((void *)shdw_page->page_pa);
 137
 138         shadow_pde->present = 1;
 139         shadow_pde->user_page = guest_pde->user_page;
 140
 141
 142         if (guest_pde->large_page == 0) {
 143             shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
 144         } else {
 145             // This large page flag is temporary until we can get a working cache....
 146             ((pde32_4MB_t *)guest_pde)->vmm_info = V3_LARGE_PG;
 147
 148             if (error_code.write) {
 149                 shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
 150                 ((pde32_4MB_t *)guest_pde)->dirty = 1;
 151             } else {
 152                 shadow_pde->writable = 0;
 153                 ((pde32_4MB_t *)guest_pde)->dirty = 0;
 154             }
 155         }
 156
 157
 158         // VMM Specific options
 159         shadow_pde->write_through = guest_pde->write_through;
 160         shadow_pde->cache_disable = guest_pde->cache_disable;
 161         shadow_pde->global_page = guest_pde->global_page;
 162         //
 163
 164         guest_pde->accessed = 1;
 165
 166
 167
 168
 169         shadow_pde->pt_base_addr = PAGE_BASE_ADDR(shdw_page->page_pa);
 170     } else {
 171         shadow_pt = (pte32_t *)V3_VAddr((void *)BASE_TO_PAGE_ADDR(shadow_pde->pt_base_addr));
 172     }
 173
 174
 175
 176     if (guest_pde->large_page == 0) {
 177         if (v3_gpa_to_hva(info, BASE_TO_PAGE_ADDR(guest_pde->pt_base_addr), (addr_t*)&guest_pt) == -1) {
 178             // Machine check the guest
 179             PrintDebug("Invalid Guest PTE Address: 0x%p\n", (void *)BASE_TO_PAGE_ADDR(guest_pde->pt_base_addr));
 180             v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 181             return 0;
 182         }
 183
 184         if (handle_pte_shadow_pagefault_32(info, fault_addr, error_code, shadow_pt, guest_pt)  == -1) {
 185             PrintError("Error handling Page fault caused by PTE\n");
 186             return -1;
 187         }
 188     } else {
 189         if (handle_4MB_shadow_pagefault_32(info, fault_addr, error_code, shadow_pt, (pde32_4MB_t *)guest_pde) == -1) {
 190             PrintError("Error handling large pagefault\n");
 191             return -1;
 192         }
 193     }
 194
 195     return 0;
 196 }
 197
 198
 199 static int handle_pte_shadow_pagefault_32(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code,
 200                                           pte32_t * shadow_pt, pte32_t * guest_pt) {
 201
 202     pt_access_status_t guest_pte_access;
 203     pt_access_status_t shadow_pte_access;
 204     pte32_t * guest_pte = (pte32_t *)&(guest_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);;
 205     pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *)&(shadow_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);
 206     addr_t guest_pa = BASE_TO_PAGE_ADDR((addr_t)(guest_pte->page_base_addr)) +  PAGE_OFFSET(fault_addr);
 207
 208     struct v3_mem_region * shdw_reg =  v3_get_mem_region(info->vm_info, info->vcpu_id, guest_pa);
 209
 210     if (shdw_reg == NULL) {
 211         // Inject a machine check in the guest
 212         PrintDebug("Invalid Guest Address in page table (0x%p)\n", (void *)guest_pa);
 213         v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 214         return 0;
 215     }
 216
 217     // Check the guest page permissions
 218     guest_pte_access = v3_can_access_pte32(guest_pt, fault_addr, error_code);
 219
 220     // Check the shadow page permissions
 221     shadow_pte_access = v3_can_access_pte32(shadow_pt, fault_addr, error_code);
 222
 223
 224     /* Was the page fault caused by the Guest's page tables? */
 225     if (v3_is_guest_pf(guest_pte_access, shadow_pte_access) == 1) {
 226
 227         PrintDebug("Access error injecting pf to guest (guest access error=%d) (pf error code=%d)\n",
 228                    guest_pte_access, *(uint_t*)&error_code);
 229
 230
 231         if (is_swapped_pte32(guest_pte)) {
 232
 233             pf_error_t swap_perms;
 234
 235
 236             /*
 237             int sym_ret = v3_get_vaddr_perms(info, fault_addr, guest_pte, &swap_perms);
 238             sym_ret = 0;
 239             */
 240             addr_t swp_pg_addr = 0;
 241
 242
 243
 244 #ifdef V3_CONFIG_SYMBIOTIC_SWAP_TELEMETRY
 245             if (error_code.write == 0) {
 246                 info->vm_info->swap_state.read_faults++;
 247             } else {
 248                 info->vm_info->swap_state.write_faults++;
 249             }
 250 #endif
 251
 252
 253             swp_pg_addr = get_swapped_pg_addr(info->vm_info,  guest_pte);
 254
 255             if (swp_pg_addr != 0) {
 256                 PrintDebug("Swapped page address=%p\n", (void *)swp_pg_addr);
 257
 258                 /*
 259                 if (info->cpl == 0) {
 260                     PrintError("Swapped Page fault in kernel mode.... bad...\n");
 261                     goto inject;
 262                 }
 263                 */
 264
 265                 int sym_ret = get_vaddr_perms(info, fault_addr, guest_pte, &swap_perms);
 266
 267                 if (sym_ret == -1) {
 268                     PrintError("Symcall error...\n");
 269                     return -1;
 270                 } else if (sym_ret == 0) {
 271
 272
 273                     if (swap_perms.present == 0) {
 274                         PrintError("Nonpresent swapped page\n");
 275                     }
 276
 277                     // swap_perms.write ==1 || error_code.write == 0
 278                     // swap_perms.user == 0 || error_code.user == 1
 279
 280                     // This checks for permissions violations that require a guest PF injection
 281                     if ( (swap_perms.present == 1) &&
 282                          ( (swap_perms.write == 1) ||
 283                            (error_code.write == 0) ) &&
 284                          ( (swap_perms.user == 1) ||
 285                            (error_code.user == 0) ) ) {
 286                         addr_t swp_pg_pa = 0;
 287
 288                         swp_pg_pa = map_swp_page(info->vm_info, shadow_pte, guest_pte, (void *)swp_pg_addr);
 289
 290                         PrintDebug("Page fault on swapped out page (vaddr=%p) (pte=%x) (error_code=%x)\n",
 291                                    (void *)fault_addr, *(uint32_t *)guest_pte, *(uint32_t *)&error_code);
 292
 293                         shadow_pte->writable = swap_perms.write;
 294                         shadow_pte->user_page = swap_perms.user;
 295
 296                         shadow_pte->write_through = 0;
 297                         shadow_pte->cache_disable = 0;
 298                         shadow_pte->global_page = 0;
 299
 300                         shadow_pte->present = 1;
 301
 302                         shadow_pte->page_base_addr = swp_pg_pa;
 303
 304 #ifdef V3_CONFIG_SYMBIOTIC_SWAP_TELEMETRY
 305                         info->vm_info->swap_state.mapped_pages++;
 306 #endif
 307                         //              PrintError("Swap fault handled\n");
 308                         return 0;
 309                     }
 310                 }
 311             } else {
 312                 PrintDebug("Not a sym swappable page\n");
 313             }
 314
 315         }
 316
 317         //   inject:
 318
 319         if (v3_inject_guest_pf(info, 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->flags.alloced == 1) ||
 342             (shdw_reg->flags.read == 1)) {
 343             addr_t shadow_pa = 0;
 344
 345             if (v3_gpa_to_hpa(info, guest_pa, &shadow_pa) == -1) {
 346                 PrintError("could not translate page fault address (%p)\n", (void *)guest_pa);
 347                 return -1;
 348             }
 349
 350             shadow_pte->page_base_addr = PAGE_BASE_ADDR(shadow_pa);
 351
 352             PrintDebug("\tMapping shadow page (%p)\n", (void *)BASE_TO_PAGE_ADDR(shadow_pte->page_base_addr));
 353
 354             shadow_pte->present = guest_pte->present;
 355             shadow_pte->user_page = guest_pte->user_page;
 356
 357             //set according to VMM policy
 358             shadow_pte->write_through = guest_pte->write_through;
 359             shadow_pte->cache_disable = guest_pte->cache_disable;
 360             shadow_pte->global_page = guest_pte->global_page;
 361             //
 362
 363             guest_pte->accessed = 1;
 364
 365             if (guest_pte->dirty == 1) {
 366                 shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 367             } else if ((guest_pte->dirty == 0) && (error_code.write == 1)) {
 368                 shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 369                 guest_pte->dirty = 1;
 370             } else if ((guest_pte->dirty == 0) && (error_code.write == 0)) {
 371                 shadow_pte->writable = 0;
 372             }
 373
 374
 375             if (shdw_reg->flags.write == 0) {
 376                 shadow_pte->writable = 0;
 377             }
 378
 379         } else {
 380             // Page fault handled by hook functions
 381
 382             if (shdw_reg->unhandled(info, fault_addr, guest_pa, shdw_reg, error_code) == -1) {
 383                 PrintError("Special Page fault handler returned error for address: %p\n",  (void *)fault_addr);
 384                 return -1;
 385             }
 386         }
 387     } else if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_WRITE_ERROR) {
 388         guest_pte->dirty = 1;
 389
 390
 391         if (shdw_reg->flags.write == 1) {
 392             PrintDebug("Shadow PTE Write Error\n");
 393             shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 394         } else {
 395             if (shdw_reg->unhandled(info, fault_addr, guest_pa, shdw_reg, error_code) == -1) {
 396                 PrintError("Special Page fault handler returned error for address: %p\n",  (void *)fault_addr);
 397                 return -1;
 398             }
 399         }
 400
 401
 402         return 0;
 403
 404     } else {
 405         // Inject page fault into the guest
 406         if (v3_inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code) == -1) {
 407             PrintError("Could not inject guest page fault for vaddr %p\n", (void *)fault_addr);
 408             return -1;
 409         }
 410
 411         PrintError("PTE Page fault fell through... Not sure if this should ever happen\n");
 412         PrintError("Manual Says to inject page fault into guest\n");
 413         return -1;
 414     }
 415
 416     return 0;
 417 }
 418
 419
 420
 421 static int handle_4MB_shadow_pagefault_32(struct guest_info * info,
 422                                      addr_t fault_addr, pf_error_t error_code,
 423                                      pte32_t * shadow_pt, pde32_4MB_t * large_guest_pde)
 424 {
 425     pt_access_status_t shadow_pte_access = v3_can_access_pte32(shadow_pt, fault_addr, error_code);
 426     pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *)&(shadow_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);
 427     addr_t guest_fault_pa = BASE_TO_PAGE_ADDR_4MB(large_guest_pde->page_base_addr) + PAGE_OFFSET_4MB(fault_addr);
 428
 429
 430     PrintDebug("Handling 4MB fault (guest_fault_pa=%p) (error_code=%x)\n", (void *)guest_fault_pa, *(uint_t*)&error_code);
 431     PrintDebug("ShadowPT=%p, LargeGuestPDE=%p\n", shadow_pt, large_guest_pde);
 432
 433     struct v3_mem_region * shdw_reg = v3_get_mem_region(info->vm_info, info->vcpu_id, guest_fault_pa);
 434
 435
 436     if (shdw_reg == NULL) {
 437         // Inject a machine check in the guest
 438         PrintDebug("Invalid Guest Address in page table (0x%p)\n", (void *)guest_fault_pa);
 439         v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 440         return -1;
 441     }
 442
 443     if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_OK) {
 444         // Inconsistent state...
 445         // Guest Re-Entry will flush tables and everything should now workd
 446         PrintDebug("Inconsistent state... Guest re-entry should flush tlb\n");
 447         return 0;
 448     }
 449
 450
 451     if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) {
 452         // Get the guest physical address of the fault
 453
 454         if ((shdw_reg->flags.alloced == 1) ||
 455             (shdw_reg->flags.read == 1)) {
 456             addr_t shadow_pa = 0;
 457
 458             if (v3_gpa_to_hpa(info, guest_fault_pa, &shadow_pa) == -1) {
 459                 PrintError("could not translate page fault address (%p)\n", (void *)guest_fault_pa);
 460                 return -1;
 461             }
 462             shadow_pte->page_base_addr = PAGE_BASE_ADDR(shadow_pa);
 463
 464             PrintDebug("\tMapping shadow page (%p)\n", (void *)BASE_TO_PAGE_ADDR(shadow_pte->page_base_addr));
 465
 466             shadow_pte->present = 1;
 467
 468             /* We are assuming that the PDE entry has precedence
 469              * so the Shadow PDE will mirror the guest PDE settings,
 470              * and we don't have to worry about them here
 471              * Allow everything
 472              */
 473             shadow_pte->user_page = 1;
 474
 475             if (shdw_reg->flags.write == 0) {
 476                 shadow_pte->writable = 0;
 477             } else {
 478                 shadow_pte->writable = 1;
 479             }
 480
 481             //set according to VMM policy
 482             shadow_pte->write_through = large_guest_pde->write_through;
 483             shadow_pte->cache_disable = large_guest_pde->cache_disable;
 484             shadow_pte->global_page = large_guest_pde->global_page;
 485             //
 486
 487         } else {
 488             if (shdw_reg->unhandled(info, fault_addr, guest_fault_pa, shdw_reg, error_code) == -1) {
 489                 PrintError("Special Page Fault handler returned error for address: %p\n", (void *)fault_addr);
 490                 return -1;
 491             }
 492         }
 493     } else if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_WRITE_ERROR) {
 494         if (shdw_reg->unhandled(info, fault_addr, guest_fault_pa, shdw_reg, error_code) == -1) {
 495             PrintError("Special Page Fault handler returned error for address: %p\n", (void *)fault_addr);
 496             return -1;
 497         }
 498     } else {
 499         PrintError("Error in large page fault handler...\n");
 500         PrintError("This case should have been handled at the top level handler\n");
 501         return -1;
 502     }
 503
 504     PrintDebug("Returning from large page fault handler\n");
 505     return 0;
 506 }
 507
 508
 509
 510
 511
 512
 513
 514
 515
 516
 517
 518
 519 /* If we start to optimize we should look up the guest pages in the cache... */
 520 static inline int handle_shadow_invlpg_32(struct guest_info * info, addr_t vaddr) {
 521     pde32_t * shadow_pd = (pde32_t *)CR3_TO_PDE32_VA(info->ctrl_regs.cr3);
 522     pde32_t * shadow_pde = (pde32_t *)&shadow_pd[PDE32_INDEX(vaddr)];
 523
 524     addr_t guest_cr3 =  CR3_TO_PDE32_PA(info->shdw_pg_state.guest_cr3);
 525     pde32_t * guest_pd = NULL;
 526     pde32_t * guest_pde;
 527
 528     if (v3_gpa_to_hva(info, guest_cr3, (addr_t*)&guest_pd) == -1) {
 529         PrintError("Invalid Guest PDE Address: 0x%p\n",  (void *)guest_cr3);
 530         return -1;
 531     }
 532
 533     guest_pde = (pde32_t *)&(guest_pd[PDE32_INDEX(vaddr)]);
 534
 535     if (guest_pde->large_page == 1) {
 536         shadow_pde->present = 0;
 537         PrintDebug("Invalidating Large Page\n");
 538     } else if (shadow_pde->present == 1) {
 539         pte32_t * shadow_pt = (pte32_t *)(addr_t)BASE_TO_PAGE_ADDR_4KB(shadow_pde->pt_base_addr);
 540         pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *) V3_VAddr( (void*) &shadow_pt[PTE32_INDEX(vaddr)] );
 541
 542         PrintDebug("Setting not present\n");
 543
 544         shadow_pte->present = 0;
 545     }
 546     return 0;
 547 }