palacios/src/palacios/vm_guest.c

   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 #include <palacios/vm_guest.h>
  24 #include <palacios/vmm_ctrl_regs.h>
  25 #include <palacios/vmm.h>
  26 #include <palacios/vmm_decoder.h>
  27 #include <palacios/vmcb.h>
  28 #include <palacios/vm_guest_mem.h>
  29 #include <palacios/vmm_lowlevel.h>
  30 #include <palacios/vmm_sprintf.h>
  31
  32
  33
  34 v3_cpu_mode_t v3_get_vm_cpu_mode(struct guest_info * info) {
  35     struct cr0_32 * cr0;
  36     struct efer_64 * efer;
  37     struct cr4_32 * cr4 = (struct cr4_32 *)&(info->ctrl_regs.cr4);
  38     struct v3_segment * cs = &(info->segments.cs);
  39     vmcb_saved_state_t * guest_state = GET_VMCB_SAVE_STATE_AREA((vmcb_t*)(info->vmm_data));
  40
  41     if (info->shdw_pg_mode == SHADOW_PAGING) {
  42         cr0 = (struct cr0_32 *)&(info->shdw_pg_state.guest_cr0);
  43         efer = (struct efer_64 *)&(info->shdw_pg_state.guest_efer);
  44     } else if (info->shdw_pg_mode == NESTED_PAGING) {
  45         cr0 = (struct cr0_32 *)&(info->ctrl_regs.cr0);
  46         efer = (struct efer_64 *)&(guest_state->efer);
  47     } else {
  48         PrintError("Invalid Paging Mode...\n");
  49         V3_ASSERT(0);
  50         return -1;
  51     }
  52
  53     if (cr0->pe == 0) {
  54         return REAL;
  55     } else if ((cr4->pae == 0) && (efer->lme == 0)) {
  56         return PROTECTED;
  57     } else if (efer->lme == 0) {
  58         return PROTECTED_PAE;
  59     } else if ((efer->lme == 1) && (cs->long_mode == 1)) {
  60         return LONG;
  61     } else {
  62         // What about LONG_16_COMPAT???
  63         return LONG_32_COMPAT;
  64     }
  65 }
  66
  67 // Get address width in bytes
  68 uint_t v3_get_addr_width(struct guest_info * info) {
  69     struct cr0_32 * cr0;
  70     struct cr4_32 * cr4 = (struct cr4_32 *)&(info->ctrl_regs.cr4);
  71     struct efer_64 * efer;
  72     struct v3_segment * cs = &(info->segments.cs);
  73     vmcb_saved_state_t * guest_state = GET_VMCB_SAVE_STATE_AREA((vmcb_t*)(info->vmm_data));
  74
  75     if (info->shdw_pg_mode == SHADOW_PAGING) {
  76         cr0 = (struct cr0_32 *)&(info->shdw_pg_state.guest_cr0);
  77         efer = (struct efer_64 *)&(info->shdw_pg_state.guest_efer);
  78     } else if (info->shdw_pg_mode == NESTED_PAGING) {
  79         cr0 = (struct cr0_32 *)&(info->ctrl_regs.cr0);
  80         efer = (struct efer_64 *)&(guest_state->efer);
  81     } else {
  82         PrintError("Invalid Paging Mode...\n");
  83         V3_ASSERT(0);
  84         return -1;
  85     }
  86
  87     if (cr0->pe == 0) {
  88         return 2;
  89     } else if ((cr4->pae == 0) && (efer->lme == 0)) {
  90         return 4;
  91     } else if (efer->lme == 0) {
  92         return 4;
  93     } else if ((efer->lme == 1) && (cs->long_mode == 1)) {
  94         return 8;
  95     } else {
  96         // What about LONG_16_COMPAT???
  97         return 4;
  98     }
  99 }
 100
 101
 102 static const uchar_t REAL_STR[] = "Real";
 103 static const uchar_t PROTECTED_STR[] = "Protected";
 104 static const uchar_t PROTECTED_PAE_STR[] = "Protected+PAE";
 105 static const uchar_t LONG_STR[] = "Long";
 106 static const uchar_t LONG_32_COMPAT_STR[] = "32bit Compat";
 107 static const uchar_t LONG_16_COMPAT_STR[] = "16bit Compat";
 108
 109 const uchar_t * v3_cpu_mode_to_str(v3_cpu_mode_t mode) {
 110     switch (mode) {
 111         case REAL:
 112             return REAL_STR;
 113         case PROTECTED:
 114             return PROTECTED_STR;
 115         case PROTECTED_PAE:
 116             return PROTECTED_PAE_STR;
 117         case LONG:
 118             return LONG_STR;
 119         case LONG_32_COMPAT:
 120             return LONG_32_COMPAT_STR;
 121         case LONG_16_COMPAT:
 122             return LONG_16_COMPAT_STR;
 123         default:
 124             return NULL;
 125     }
 126 }
 127
 128 v3_mem_mode_t v3_get_vm_mem_mode(struct guest_info * info) {
 129     struct cr0_32 * cr0;
 130
 131     if (info->shdw_pg_mode == SHADOW_PAGING) {
 132         cr0 = (struct cr0_32 *)&(info->shdw_pg_state.guest_cr0);
 133     } else if (info->shdw_pg_mode == NESTED_PAGING) {
 134         cr0 = (struct cr0_32 *)&(info->ctrl_regs.cr0);
 135     } else {
 136         PrintError("Invalid Paging Mode...\n");
 137         V3_ASSERT(0);
 138         return -1;
 139     }
 140
 141     if (cr0->pg == 0) {
 142         return PHYSICAL_MEM;
 143     } else {
 144         return VIRTUAL_MEM;
 145     }
 146 }
 147
 148 static const uchar_t PHYS_MEM_STR[] = "Physical Memory";
 149 static const uchar_t VIRT_MEM_STR[] = "Virtual Memory";
 150
 151 const uchar_t * v3_mem_mode_to_str(v3_mem_mode_t mode) {
 152     switch (mode) {
 153         case PHYSICAL_MEM:
 154             return PHYS_MEM_STR;
 155         case VIRTUAL_MEM:
 156             return VIRT_MEM_STR;
 157         default:
 158             return NULL;
 159     }
 160 }
 161
 162
 163 void v3_print_segments(struct guest_info * info) {
 164     struct v3_segments * segs = &(info->segments);
 165     int i = 0;
 166     struct v3_segment * seg_ptr;
 167
 168     seg_ptr=(struct v3_segment *)segs;
 169
 170     char *seg_names[] = {"CS", "DS" , "ES", "FS", "GS", "SS" , "LDTR", "GDTR", "IDTR", "TR", NULL};
 171     V3_Print("Segments\n");
 172
 173     for (i = 0; seg_names[i] != NULL; i++) {
 174
 175         V3_Print("\t%s: Sel=%x, base=%p, limit=%x (long_mode=%d, db=%d)\n", seg_names[i], seg_ptr[i].selector,
 176                    (void *)(addr_t)seg_ptr[i].base, seg_ptr[i].limit,
 177                    seg_ptr[i].long_mode, seg_ptr[i].db);
 178
 179     }
 180 }
 181
 182 //
 183 // We don't handle those fancy 64 bit system segments...
 184 //
 185 int v3_translate_segment(struct guest_info * info, uint16_t selector, struct v3_segment * seg) {
 186     struct v3_segment * gdt = &(info->segments.gdtr);
 187     addr_t gdt_addr = 0;
 188     uint16_t seg_offset = (selector & ~0x7);
 189     addr_t seg_addr = 0;
 190     struct gen_segment * gen_seg = NULL;
 191     struct seg_selector sel;
 192
 193     memset(seg, 0, sizeof(struct v3_segment));
 194
 195     sel.value = selector;
 196
 197     if (sel.ti == 1) {
 198         PrintError("LDT translations not supported\n");
 199         return -1;
 200     }
 201
 202     if (guest_va_to_host_va(info, gdt->base, &gdt_addr) == -1) {
 203         PrintError("Unable to translate GDT address\n");
 204         return -1;
 205     }
 206
 207     seg_addr = gdt_addr + seg_offset;
 208     gen_seg = (struct gen_segment *)seg_addr;
 209
 210     //translate
 211     seg->selector = selector;
 212
 213     seg->limit = gen_seg->limit_hi;
 214     seg->limit <<= 16;
 215     seg->limit += gen_seg->limit_lo;
 216
 217     seg->base = gen_seg->base_hi;
 218     seg->base <<= 24;
 219     seg->base += gen_seg->base_lo;
 220
 221     if (gen_seg->granularity == 1) {
 222         seg->limit <<= 12;
 223         seg->limit |= 0xfff;
 224     }
 225
 226     seg->type = gen_seg->type;
 227     seg->system = gen_seg->system;
 228     seg->dpl = gen_seg->dpl;
 229     seg->present = gen_seg->present;
 230     seg->avail = gen_seg->avail;
 231     seg->long_mode = gen_seg->long_mode;
 232     seg->db = gen_seg->db;
 233     seg->granularity = gen_seg->granularity;
 234
 235     return 0;
 236 }
 237
 238
 239
 240
 241 void v3_print_ctrl_regs(struct guest_info * info) {
 242     struct v3_ctrl_regs * regs = &(info->ctrl_regs);
 243     int i = 0;
 244     v3_reg_t * reg_ptr;
 245     char * reg_names[] = {"CR0", "CR2", "CR3", "CR4", "CR8", "FLAGS", NULL};
 246     vmcb_saved_state_t * guest_state = GET_VMCB_SAVE_STATE_AREA(info->vmm_data);
 247
 248     reg_ptr = (v3_reg_t *)regs;
 249
 250     V3_Print("32 bit Ctrl Regs:\n");
 251
 252     for (i = 0; reg_names[i] != NULL; i++) {
 253         V3_Print("\t%s=0x%p\n", reg_names[i], (void *)(addr_t)reg_ptr[i]);
 254     }
 255
 256     V3_Print("\tEFER=0x%p\n", (void*)(addr_t)(guest_state->efer));
 257
 258 }
 259
 260
 261 void v3_print_guest_state(struct guest_info * info) {
 262     addr_t linear_addr = 0;
 263
 264     V3_Print("RIP: %p\n", (void *)(addr_t)(info->rip));
 265     linear_addr = get_addr_linear(info, info->rip, &(info->segments.cs));
 266     V3_Print("RIP Linear: %p\n", (void *)linear_addr);
 267
 268     V3_Print("NumExits: %u\n", (uint32_t)info->num_exits);
 269
 270     v3_print_segments(info);
 271     v3_print_ctrl_regs(info);
 272
 273     if (info->shdw_pg_mode == SHADOW_PAGING) {
 274         V3_Print("Shadow Paging Guest Registers:\n");
 275         V3_Print("\tGuest CR0=%p\n", (void *)(addr_t)(info->shdw_pg_state.guest_cr0));
 276         V3_Print("\tGuest CR3=%p\n", (void *)(addr_t)(info->shdw_pg_state.guest_cr3));
 277         V3_Print("\tGuest EFER=%p\n", (void *)(addr_t)(info->shdw_pg_state.guest_efer.value));
 278         // CR4
 279     }
 280     v3_print_GPRs(info);
 281
 282     v3_print_stack(info);
 283 }
 284
 285
 286 void v3_print_stack(struct guest_info * info) {
 287     addr_t linear_addr = 0;
 288     addr_t host_addr = 0;
 289     int i = 0;
 290     v3_cpu_mode_t cpu_mode = v3_get_vm_cpu_mode(info);
 291
 292
 293     linear_addr = get_addr_linear(info, info->vm_regs.rsp, &(info->segments.ss));
 294
 295     V3_Print("Stack  at %p:\n", (void *)linear_addr);
 296
 297     if (info->mem_mode == PHYSICAL_MEM) {
 298         if (guest_pa_to_host_va(info, linear_addr, &host_addr) == -1) {
 299             PrintError("Could not translate Stack address\n");
 300             return;
 301         }
 302     } else if (info->mem_mode == VIRTUAL_MEM) {
 303         if (guest_va_to_host_va(info, linear_addr, &host_addr) == -1) {
 304             PrintError("Could not translate Virtual Stack address\n");
 305             return;
 306         }
 307     }
 308
 309     V3_Print("Host Address of rsp = 0x%p\n", (void *)host_addr);
 310
 311     // We start i at one because the current stack pointer points to an unused stack element
 312     for (i = 0; i <= 24; i++) {
 313         if (cpu_mode == LONG) {
 314             V3_Print("\t%p\n", (void *)*(uint64_t *)(host_addr + (i * 8)));
 315         } else if (cpu_mode == REAL) {
 316             V3_Print("Don't currently handle 16 bit stacks... \n");
 317         } else {
 318             // 32 bit stacks...
 319             V3_Print("\t%.8x\n", *(uint32_t *)(host_addr + (i * 4)));
 320         }
 321     }
 322
 323 }
 324
 325 #ifdef __V3_32BIT__
 326
 327 void v3_print_GPRs(struct guest_info * info) {
 328     struct v3_gprs * regs = &(info->vm_regs);
 329     int i = 0;
 330     v3_reg_t * reg_ptr;
 331     char * reg_names[] = { "RDI", "RSI", "RBP", "RSP", "RBX", "RDX", "RCX", "RAX", NULL};
 332
 333     reg_ptr= (v3_reg_t *)regs;
 334
 335     V3_Print("32 bit GPRs:\n");
 336
 337     for (i = 0; reg_names[i] != NULL; i++) {
 338         V3_Print("\t%s=0x%p\n", reg_names[i], (void *)(addr_t)reg_ptr[i]);
 339     }
 340 }
 341
 342 #elif __V3_64BIT__
 343
 344 void v3_print_GPRs(struct guest_info * info) {
 345     struct v3_gprs * regs = &(info->vm_regs);
 346     int i = 0;
 347     v3_reg_t * reg_ptr;
 348     char * reg_names[] = { "RDI", "RSI", "RBP", "RSP", "RBX", "RDX", "RCX", "RAX", \
 349                            "R8", "R9", "R10", "R11", "R12", "R13", "R14", "R15", NULL};
 350
 351     reg_ptr = (v3_reg_t *)regs;
 352
 353     V3_Print("64 bit GPRs:\n");
 354
 355     for (i = 0; reg_names[i] != NULL; i++) {
 356         V3_Print("\t%s=0x%p\n", reg_names[i], (void *)(addr_t)reg_ptr[i]);
 357     }
 358 }
 359
 360 #endif