palacios/src/palacios/mmu/vmm_shdw_pg_tlb_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 * 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     struct shadow_page_data * shdw_page = create_new_shadow_pt(core);
  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     return 0;
  37 }
  38
  39
  40
  41
  42 /*
  43  * *
  44  * *
  45  * * 32 bit Page table fault handlers
  46  * *
  47  * *
  48  */
  49 static int handle_4MB_shadow_pagefault_32(struct guest_info * info,  addr_t fault_addr, pf_error_t error_code,
  50                                           pte32_t * shadow_pt, pde32_4MB_t * large_guest_pde);
  51
  52 static int handle_pte_shadow_pagefault_32(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code,
  53                                           pte32_t * shadow_pt,  pte32_t * guest_pt);
  54
  55
  56 static inline int handle_shadow_pagefault_32(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
  57     pde32_t * guest_pd = NULL;
  58     pde32_t * shadow_pd = CR3_TO_PDE32_VA(info->ctrl_regs.cr3);
  59     addr_t guest_cr3 = CR3_TO_PDE32_PA(info->shdw_pg_state.guest_cr3);
  60     pt_access_status_t guest_pde_access;
  61     pt_access_status_t shadow_pde_access;
  62     pde32_t * guest_pde = NULL;
  63     pde32_t * shadow_pde = (pde32_t *)&(shadow_pd[PDE32_INDEX(fault_addr)]);
  64
  65     PrintDebug("Shadow page fault handler: %p\n", (void*) fault_addr );
  66     PrintDebug("Handling PDE32 Fault\n");
  67
  68     if (v3_gpa_to_hva(info, guest_cr3, (addr_t*)&guest_pd) == -1) {
  69         PrintError("Invalid Guest PDE Address: 0x%p\n",  (void *)guest_cr3);
  70         return -1;
  71     }
  72
  73     guest_pde = (pde32_t *)&(guest_pd[PDE32_INDEX(fault_addr)]);
  74
  75
  76     // Check the guest page permissions
  77     guest_pde_access = v3_can_access_pde32(guest_pd, fault_addr, error_code);
  78
  79     // Check the shadow page permissions
  80     shadow_pde_access = v3_can_access_pde32(shadow_pd, fault_addr, error_code);
  81
  82     /* Was the page fault caused by the Guest's page tables? */
  83     if (v3_is_guest_pf(guest_pde_access, shadow_pde_access) == 1) {
  84         PrintDebug("Injecting PDE pf to guest: (guest access error=%d) (shdw access error=%d)  (pf error code=%d)\n",
  85                    *(uint_t *)&guest_pde_access, *(uint_t *)&shadow_pde_access, *(uint_t *)&error_code);
  86         if (v3_inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code) == -1) {
  87             PrintError("Could not inject guest page fault for vaddr %p\n", (void *)fault_addr);
  88             return -1;
  89         }
  90         return 0;
  91     }
  92
  93
  94
  95     if (shadow_pde_access == PT_ACCESS_USER_ERROR) {
  96         //
  97         // PDE Entry marked non user
  98         //
  99         PrintDebug("Shadow Paging User access error (shadow_pde_access=0x%x, guest_pde_access=0x%x)\n",
 100                    shadow_pde_access, guest_pde_access);
 101
 102         if (v3_inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code) == -1) {
 103             PrintError("Could not inject guest page fault for vaddr %p\n", (void *)fault_addr);
 104             return -1;
 105         }
 106         return 0;
 107     } else if ((shadow_pde_access == PT_ACCESS_WRITE_ERROR) &&
 108                (guest_pde->large_page == 1)) {
 109
 110         ((pde32_4MB_t *)guest_pde)->dirty = 1;
 111         shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
 112         return 0;
 113     } else if ((shadow_pde_access != PT_ACCESS_NOT_PRESENT) &&
 114                (shadow_pde_access != PT_ACCESS_OK)) {
 115         // inject page fault in guest
 116         if (v3_inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code) == -1) {
 117             PrintError("Could not inject guest page fault for vaddr %p\n", (void *)fault_addr);
 118             return -1;
 119         }
 120         PrintDebug("Unknown Error occurred (shadow_pde_access=%d)\n", shadow_pde_access);
 121         PrintDebug("Manual Says to inject page fault into guest\n");
 122         return 0;
 123     }
 124
 125
 126     pte32_t * shadow_pt = NULL;
 127     pte32_t * guest_pt = NULL;
 128
 129     // Get the next shadow page level, allocate if not present
 130
 131     if (shadow_pde_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) {
 132         struct shadow_page_data * shdw_page =  create_new_shadow_pt(info);
 133         shadow_pt = (pte32_t *)V3_VAddr((void *)shdw_page->page_pa);
 134
 135         shadow_pde->present = 1;
 136         shadow_pde->user_page = guest_pde->user_page;
 137
 138
 139         if (guest_pde->large_page == 0) {
 140             shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
 141         } else {
 142             // This large page flag is temporary until we can get a working cache....
 143             ((pde32_4MB_t *)guest_pde)->vmm_info = V3_LARGE_PG;
 144
 145             if (error_code.write) {
 146                 shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
 147                 ((pde32_4MB_t *)guest_pde)->dirty = 1;
 148             } else {
 149                 shadow_pde->writable = 0;
 150                 ((pde32_4MB_t *)guest_pde)->dirty = 0;
 151             }
 152         }
 153
 154
 155         // VMM Specific options
 156         shadow_pde->write_through = guest_pde->write_through;
 157         shadow_pde->cache_disable = guest_pde->cache_disable;
 158         shadow_pde->global_page = guest_pde->global_page;
 159         //
 160
 161         guest_pde->accessed = 1;
 162
 163
 164         shadow_pde->pt_base_addr = PAGE_BASE_ADDR(shdw_page->page_pa);
 165     } else {
 166         shadow_pt = (pte32_t *)V3_VAddr((void *)BASE_TO_PAGE_ADDR(shadow_pde->pt_base_addr));
 167     }
 168
 169
 170
 171     if (guest_pde->large_page == 0) {
 172         if (v3_gpa_to_hva(info, BASE_TO_PAGE_ADDR(guest_pde->pt_base_addr), (addr_t*)&guest_pt) == -1) {
 173             // Machine check the guest
 174             PrintDebug("Invalid Guest PTE Address: 0x%p\n", (void *)BASE_TO_PAGE_ADDR(guest_pde->pt_base_addr));
 175             v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 176             return 0;
 177         }
 178
 179         if (handle_pte_shadow_pagefault_32(info, fault_addr, error_code, shadow_pt, guest_pt)  == -1) {
 180             PrintError("Error handling Page fault caused by PTE\n");
 181             return -1;
 182         }
 183     } else {
 184         if (handle_4MB_shadow_pagefault_32(info, fault_addr, error_code, shadow_pt, (pde32_4MB_t *)guest_pde) == -1) {
 185             PrintError("Error handling large pagefault\n");
 186             return -1;
 187         }
 188     }
 189
 190     return 0;
 191 }
 192
 193
 194 static int handle_pte_shadow_pagefault_32(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code,
 195                                           pte32_t * shadow_pt, pte32_t * guest_pt) {
 196
 197     pt_access_status_t guest_pte_access;
 198     pt_access_status_t shadow_pte_access;
 199     pte32_t * guest_pte = (pte32_t *)&(guest_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);;
 200     pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *)&(shadow_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);
 201     addr_t guest_pa = BASE_TO_PAGE_ADDR((addr_t)(guest_pte->page_base_addr)) +  PAGE_OFFSET(fault_addr);
 202
 203     struct v3_mem_region * shdw_reg =  v3_get_mem_region(info->vm_info, info->cpu_id, guest_pa);
 204
 205     if (shdw_reg == NULL) {
 206         // Inject a machine check in the guest
 207         PrintDebug("Invalid Guest Address in page table (0x%p)\n", (void *)guest_pa);
 208         v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 209         return 0;
 210     }
 211
 212     // Check the guest page permissions
 213     guest_pte_access = v3_can_access_pte32(guest_pt, fault_addr, error_code);
 214
 215     // Check the shadow page permissions
 216     shadow_pte_access = v3_can_access_pte32(shadow_pt, fault_addr, error_code);
 217
 218
 219     /* Was the page fault caused by the Guest's page tables? */
 220     if (v3_is_guest_pf(guest_pte_access, shadow_pte_access) == 1) {
 221
 222         PrintDebug("Access error injecting pf to guest (guest access error=%d) (pf error code=%d)\n",
 223                    guest_pte_access, *(uint_t*)&error_code);
 224
 225
 226         //   inject:
 227         if (v3_inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code) == -1) {
 228             PrintError("Could not inject guest page fault for vaddr %p\n", (void *)fault_addr);
 229             return -1;
 230         }
 231
 232         return 0;
 233     }
 234
 235
 236
 237     if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_OK) {
 238         // Inconsistent state...
 239         // Guest Re-Entry will flush page tables and everything should now work
 240         PrintDebug("Inconsistent state... Guest re-entry should flush tlb\n");
 241         return 0;
 242     }
 243
 244
 245     if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) {
 246         // Page Table Entry Not Present
 247         PrintDebug("guest_pa =%p\n", (void *)guest_pa);
 248
 249         if ((shdw_reg->flags.alloced == 1) && (shdw_reg->flags.read == 1)) {
 250             addr_t shadow_pa = 0;
 251
 252             if (v3_gpa_to_hpa(info, guest_pa, &shadow_pa) == -1) {
 253                 PrintError("could not translate page fault address (%p)\n", (void *)guest_pa);
 254                 return -1;
 255             }
 256
 257             shadow_pte->page_base_addr = PAGE_BASE_ADDR(shadow_pa);
 258
 259             PrintDebug("\tMapping shadow page (%p)\n", (void *)BASE_TO_PAGE_ADDR(shadow_pte->page_base_addr));
 260
 261             shadow_pte->present = guest_pte->present;
 262             shadow_pte->user_page = guest_pte->user_page;
 263
 264             //set according to VMM policy
 265             shadow_pte->write_through = guest_pte->write_through;
 266             shadow_pte->cache_disable = guest_pte->cache_disable;
 267             shadow_pte->global_page = guest_pte->global_page;
 268             //
 269
 270             guest_pte->accessed = 1;
 271
 272             if (guest_pte->dirty == 1) {
 273                 shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 274             } else if ((guest_pte->dirty == 0) && (error_code.write == 1)) {
 275                 shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 276                 guest_pte->dirty = 1;
 277             } else if ((guest_pte->dirty == 0) && (error_code.write == 0)) {
 278                 shadow_pte->writable = 0;
 279             }
 280
 281
 282             if (shdw_reg->flags.write == 0) {
 283                 shadow_pte->writable = 0;
 284             }
 285
 286         } else {
 287             // Page fault on unhandled memory region
 288
 289             if (shdw_reg->unhandled(info, fault_addr, guest_pa, shdw_reg, error_code) == -1) {
 290                 PrintError("Special Page fault handler returned error for address: %p\n",  (void *)fault_addr);
 291                 return -1;
 292             }
 293         }
 294     } else if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_WRITE_ERROR) {
 295         guest_pte->dirty = 1;
 296
 297         if (shdw_reg->flags.write == 1) {
 298             PrintDebug("Shadow PTE Write Error\n");
 299             shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 300         } else {
 301             if (shdw_reg->unhandled(info, fault_addr, guest_pa, shdw_reg, error_code) == -1) {
 302                 PrintError("Special Page fault handler returned error for address: %p\n",  (void *)fault_addr);
 303                 return -1;
 304             }
 305         }
 306
 307
 308         return 0;
 309
 310     } else {
 311         // Inject page fault into the guest
 312         if (v3_inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code) == -1) {
 313             PrintError("Could not inject guest page fault for vaddr %p\n", (void *)fault_addr);
 314             return -1;
 315         }
 316
 317         PrintError("PTE Page fault fell through... Not sure if this should ever happen\n");
 318         PrintError("Manual Says to inject page fault into guest\n");
 319         return -1;
 320     }
 321
 322     return 0;
 323 }
 324
 325
 326
 327 static int handle_4MB_shadow_pagefault_32(struct guest_info * info,
 328                                      addr_t fault_addr, pf_error_t error_code,
 329                                      pte32_t * shadow_pt, pde32_4MB_t * large_guest_pde)
 330 {
 331     pt_access_status_t shadow_pte_access = v3_can_access_pte32(shadow_pt, fault_addr, error_code);
 332     pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *)&(shadow_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);
 333     addr_t guest_fault_pa = BASE_TO_PAGE_ADDR_4MB(large_guest_pde->page_base_addr) + PAGE_OFFSET_4MB(fault_addr);
 334
 335
 336     PrintDebug("Handling 4MB fault (guest_fault_pa=%p) (error_code=%x)\n", (void *)guest_fault_pa, *(uint_t*)&error_code);
 337     PrintDebug("ShadowPT=%p, LargeGuestPDE=%p\n", shadow_pt, large_guest_pde);
 338
 339     struct v3_mem_region * shdw_reg = v3_get_mem_region(info->vm_info, info->cpu_id, guest_fault_pa);
 340
 341
 342     if (shdw_reg == NULL) {
 343         // Inject a machine check in the guest
 344         PrintDebug("Invalid Guest Address in page table (0x%p)\n", (void *)guest_fault_pa);
 345         v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 346         return -1;
 347     }
 348
 349     if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_OK) {
 350         // Inconsistent state...
 351         // Guest Re-Entry will flush tables and everything should now workd
 352         PrintDebug("Inconsistent state... Guest re-entry should flush tlb\n");
 353         return 0;
 354     }
 355
 356
 357     if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) {
 358         // Get the guest physical address of the fault
 359
 360         if ((shdw_reg->flags.alloced == 1) &&
 361             (shdw_reg->flags.read  == 1)) {
 362             addr_t shadow_pa = 0;
 363
 364
 365             if (v3_gpa_to_hpa(info, guest_fault_pa, &shadow_pa) == -1) {
 366                 PrintError("could not translate page fault address (%p)\n", (void *)guest_fault_pa);
 367                 return -1;
 368             }
 369
 370             shadow_pte->page_base_addr = PAGE_BASE_ADDR(shadow_pa);
 371
 372             PrintDebug("\tMapping shadow page (%p)\n", (void *)BASE_TO_PAGE_ADDR(shadow_pte->page_base_addr));
 373
 374             shadow_pte->present = 1;
 375
 376             /* We are assuming that the PDE entry has precedence
 377              * so the Shadow PDE will mirror the guest PDE settings,
 378              * and we don't have to worry about them here
 379              * Allow everything
 380              */
 381             shadow_pte->user_page = 1;
 382
 383             //set according to VMM policy
 384             shadow_pte->write_through = large_guest_pde->write_through;
 385             shadow_pte->cache_disable = large_guest_pde->cache_disable;
 386             shadow_pte->global_page = large_guest_pde->global_page;
 387             //
 388
 389
 390             if (shdw_reg->flags.write == 0) {
 391                 shadow_pte->writable = 0;
 392             } else {
 393                 shadow_pte->writable = 1;
 394             }
 395
 396         } else {
 397             if (shdw_reg->unhandled(info, fault_addr, guest_fault_pa, shdw_reg, error_code) == -1) {
 398                 PrintError("Special Page Fault handler returned error for address: %p\n", (void *)fault_addr);
 399                 return -1;
 400             }
 401         }
 402     } else if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_WRITE_ERROR) {
 403
 404         if (shdw_reg->flags.write == 0) {
 405             if (shdw_reg->unhandled(info, fault_addr, guest_fault_pa, shdw_reg, error_code) == -1) {
 406                 PrintError("Special Page Fault handler returned error for address: %p\n", (void *)fault_addr);
 407                 return -1;
 408             }
 409         }
 410
 411     } else {
 412         PrintError("Error in large page fault handler...\n");
 413         PrintError("This case should have been handled at the top level handler\n");
 414         return -1;
 415     }
 416
 417     PrintDebug("Returning from large page fault handler\n");
 418     return 0;
 419 }
 420
 421
 422
 423
 424
 425
 426
 427
 428
 429
 430
 431
 432 /* If we start to optimize we should look up the guest pages in the cache... */
 433 static inline int handle_shadow_invlpg_32(struct guest_info * info, addr_t vaddr) {
 434     pde32_t * shadow_pd = (pde32_t *)CR3_TO_PDE32_VA(info->ctrl_regs.cr3);
 435     pde32_t * shadow_pde = (pde32_t *)&shadow_pd[PDE32_INDEX(vaddr)];
 436
 437     addr_t guest_cr3 =  CR3_TO_PDE32_PA(info->shdw_pg_state.guest_cr3);
 438     pde32_t * guest_pd = NULL;
 439     pde32_t * guest_pde;
 440
 441     if (v3_gpa_to_hva(info, guest_cr3, (addr_t*)&guest_pd) == -1) {
 442         PrintError("Invalid Guest PDE Address: 0x%p\n",  (void *)guest_cr3);
 443         return -1;
 444     }
 445
 446     guest_pde = (pde32_t *)&(guest_pd[PDE32_INDEX(vaddr)]);
 447
 448     if (guest_pde->large_page == 1) {
 449         shadow_pde->present = 0;
 450         PrintDebug("Invalidating Large Page\n");
 451     } else if (shadow_pde->present == 1) {
 452         pte32_t * shadow_pt = (pte32_t *)(addr_t)BASE_TO_PAGE_ADDR_4KB(shadow_pde->pt_base_addr);
 453         pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *) V3_VAddr( (void*) &shadow_pt[PTE32_INDEX(vaddr)] );
 454
 455         PrintDebug("Setting not present\n");
 456
 457         shadow_pte->present = 0;
 458     }
 459     return 0;
 460 }