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 #include <palacios/vmm_xed.h>
  32 #include <palacios/vmm_direct_paging.h>
  33 #include <palacios/vmm_barrier.h>
  34 #include <palacios/vmm_debug.h>
  35
  36
  37 v3_cpu_mode_t v3_get_vm_cpu_mode(struct guest_info * info) {
  38     struct cr0_32 * cr0;
  39     struct efer_64 * efer;
  40     struct v3_segment * cs = &(info->segments.cs);
  41     struct cr4_32 * cr4;
  42
  43     if (info->shdw_pg_mode == SHADOW_PAGING) {
  44         cr0 = (struct cr0_32 *)&(info->shdw_pg_state.guest_cr0);
  45         efer = (struct efer_64 *)&(info->shdw_pg_state.guest_efer);
  46         cr4 = (struct cr4_32 *)&(info->shdw_pg_state.guest_cr4);
  47     } else if (info->shdw_pg_mode == NESTED_PAGING) {
  48         cr0 = (struct cr0_32 *)&(info->ctrl_regs.cr0);
  49         efer = (struct efer_64 *)&(info->ctrl_regs.efer);
  50         cr4 = (struct cr4_32 *)&(info->ctrl_regs.cr4);
  51     } else {
  52         PrintError(info->vm_info, info, "Invalid Paging Mode...\n");
  53         V3_ASSERT(info->vm_info, info, 0);
  54         return -1;
  55     }
  56
  57     if (cr0->pe == 0) {
  58         return REAL;
  59     } else if ((cr4->pae == 0) && (efer->lme == 0)) {
  60         return PROTECTED;
  61     } else if (efer->lme == 0) {
  62         return PROTECTED_PAE;
  63     } else if ((efer->lme == 1) && (cs->long_mode == 1)) {
  64         return LONG;
  65     } else {
  66         // What about LONG_16_COMPAT???
  67         return LONG_32_COMPAT;
  68     }
  69 }
  70
  71 // Get address width in bytes
  72 uint_t v3_get_addr_width(struct guest_info * info) {
  73     struct cr0_32 * cr0;
  74     struct cr4_32 * cr4 = (struct cr4_32 *)&(info->ctrl_regs.cr4);
  75     struct efer_64 * efer;
  76     struct v3_segment * cs = &(info->segments.cs);
  77
  78
  79     if (info->shdw_pg_mode == SHADOW_PAGING) {
  80         cr0 = (struct cr0_32 *)&(info->shdw_pg_state.guest_cr0);
  81         efer = (struct efer_64 *)&(info->shdw_pg_state.guest_efer);
  82     } else if (info->shdw_pg_mode == NESTED_PAGING) {
  83         cr0 = (struct cr0_32 *)&(info->ctrl_regs.cr0);
  84         efer = (struct efer_64 *)&(info->ctrl_regs.efer);
  85     } else {
  86         PrintError(info->vm_info, info, "Invalid Paging Mode...\n");
  87         V3_ASSERT(info->vm_info, info, 0);
  88         return -1;
  89     }
  90
  91     if (cr0->pe == 0) {
  92         return 2;
  93     } else if ((cr4->pae == 0) && (efer->lme == 0)) {
  94         return 4;
  95     } else if (efer->lme == 0) {
  96         return 4;
  97     } else if ((efer->lme == 1) && (cs->long_mode == 1)) {
  98         return 8;
  99     } else {
 100         // What about LONG_16_COMPAT???
 101         return 4;
 102     }
 103 }
 104
 105
 106 static const uchar_t REAL_STR[] = "Real";
 107 static const uchar_t PROTECTED_STR[] = "Protected";
 108 static const uchar_t PROTECTED_PAE_STR[] = "Protected+PAE";
 109 static const uchar_t LONG_STR[] = "Long";
 110 static const uchar_t LONG_32_COMPAT_STR[] = "32bit Compat";
 111 static const uchar_t LONG_16_COMPAT_STR[] = "16bit Compat";
 112
 113 const uchar_t * v3_cpu_mode_to_str(v3_cpu_mode_t mode) {
 114     switch (mode) {
 115         case REAL:
 116             return REAL_STR;
 117         case PROTECTED:
 118             return PROTECTED_STR;
 119         case PROTECTED_PAE:
 120             return PROTECTED_PAE_STR;
 121         case LONG:
 122             return LONG_STR;
 123         case LONG_32_COMPAT:
 124             return LONG_32_COMPAT_STR;
 125         case LONG_16_COMPAT:
 126             return LONG_16_COMPAT_STR;
 127         default:
 128             return NULL;
 129     }
 130 }
 131
 132 v3_mem_mode_t v3_get_vm_mem_mode(struct guest_info * info) {
 133     struct cr0_32 * cr0;
 134
 135     if (info->shdw_pg_mode == SHADOW_PAGING) {
 136         cr0 = (struct cr0_32 *)&(info->shdw_pg_state.guest_cr0);
 137     } else if (info->shdw_pg_mode == NESTED_PAGING) {
 138         cr0 = (struct cr0_32 *)&(info->ctrl_regs.cr0);
 139     } else {
 140         PrintError(info->vm_info, info, "Invalid Paging Mode...\n");
 141         V3_ASSERT(info->vm_info, info, 0);
 142         return -1;
 143     }
 144
 145     if (cr0->pg == 0) {
 146         return PHYSICAL_MEM;
 147     } else {
 148         return VIRTUAL_MEM;
 149     }
 150 }
 151
 152 static const uchar_t PHYS_MEM_STR[] = "Physical Memory";
 153 static const uchar_t VIRT_MEM_STR[] = "Virtual Memory";
 154
 155 const uchar_t * v3_mem_mode_to_str(v3_mem_mode_t mode) {
 156     switch (mode) {
 157         case PHYSICAL_MEM:
 158             return PHYS_MEM_STR;
 159         case VIRTUAL_MEM:
 160             return VIRT_MEM_STR;
 161         default:
 162             return NULL;
 163     }
 164 }
 165
 166
 167
 168
 169
 170
 171
 172 #include <palacios/vmcs.h>
 173 #include <palacios/vmcb.h>
 174 static int info_hcall(struct guest_info * core, uint_t hcall_id, void * priv_data) {
 175     extern v3_cpu_arch_t v3_mach_type;
 176     int cpu_valid = 0;
 177
 178     V3_Print(core->vm_info, core, "************** Guest State ************\n");
 179     v3_print_guest_state(core);
 180
 181     // init SVM/VMX
 182 #ifdef V3_CONFIG_SVM
 183     if ((v3_mach_type == V3_SVM_CPU) || (v3_mach_type == V3_SVM_REV3_CPU)) {
 184         cpu_valid = 1;
 185         PrintDebugVMCB((vmcb_t *)(core->vmm_data));
 186     }
 187 #endif
 188 #ifdef V3_CONFIG_VMX
 189     if ((v3_mach_type == V3_VMX_CPU) || (v3_mach_type == V3_VMX_EPT_CPU) || (v3_mach_type == V3_VMX_EPT_UG_CPU)) {
 190         cpu_valid = 1;
 191         v3_print_vmcs();
 192     }
 193 #endif
 194     if (!cpu_valid) {
 195         PrintError(core->vm_info, core, "Invalid CPU Type 0x%x\n", v3_mach_type);
 196         return -1;
 197     }
 198
 199
 200     return 0;
 201 }
 202
 203
 204 #ifdef V3_CONFIG_SVM
 205 #include <palacios/svm.h>
 206 #include <palacios/svm_io.h>
 207 #include <palacios/svm_msr.h>
 208 #include <palacios/svm_exits.h>
 209 #endif
 210
 211 #ifdef V3_CONFIG_VMX
 212 #include <palacios/vmx.h>
 213 #include <palacios/vmx_io.h>
 214 #include <palacios/vmx_msr.h>
 215 #include <palacios/vmx_exits.h>
 216 #endif
 217
 218
 219 int v3_init_vm(struct v3_vm_info * vm) {
 220     extern v3_cpu_arch_t v3_mach_type;
 221
 222     v3_init_events(vm);
 223
 224 #ifdef V3_CONFIG_TELEMETRY
 225     v3_init_telemetry(vm);
 226 #endif
 227
 228     v3_init_exit_hooks(vm);
 229     v3_init_hypercall_map(vm);
 230     v3_init_io_map(vm);
 231     v3_init_msr_map(vm);
 232     v3_init_cpuid_map(vm);
 233     v3_init_host_events(vm);
 234
 235     v3_init_intr_routers(vm);
 236     v3_init_ext_manager(vm);
 237
 238     v3_init_barrier(vm);
 239
 240     // Initialize the memory map
 241     if (v3_init_mem_map(vm) == -1) {
 242         PrintError(vm, VCORE_NONE, "Could not initialize shadow map\n");
 243         return -1;
 244     }
 245
 246     v3_init_mem_hooks(vm);
 247
 248     if (v3_init_shdw_impl(vm) == -1) {
 249         PrintError(vm, VCORE_NONE, "VM initialization error in shadow implementaion\n");
 250         return -1;
 251     }
 252
 253
 254     v3_init_time_vm(vm);
 255
 256     v3_init_vm_debugging(vm);
 257
 258
 259 #ifdef V3_CONFIG_SYMBIOTIC
 260     v3_init_symbiotic_vm(vm);
 261 #endif
 262
 263     v3_init_dev_mgr(vm);
 264
 265
 266     // init SVM/VMX
 267     switch (v3_mach_type) {
 268 #ifdef V3_CONFIG_SVM
 269         case V3_SVM_CPU:
 270         case V3_SVM_REV3_CPU:
 271             v3_init_svm_io_map(vm);
 272             v3_init_svm_msr_map(vm);
 273             v3_init_svm_exits(vm);
 274             break;
 275 #endif
 276 #ifdef V3_CONFIG_VMX
 277         case V3_VMX_CPU:
 278         case V3_VMX_EPT_CPU:
 279         case V3_VMX_EPT_UG_CPU:
 280             v3_init_vmx_io_map(vm);
 281             v3_init_vmx_msr_map(vm);
 282             v3_init_vmx_exits(vm);
 283             break;
 284 #endif
 285         default:
 286             PrintError(vm, VCORE_NONE, "Invalid CPU Type 0x%x\n", v3_mach_type);
 287             return -1;
 288     }
 289
 290     v3_register_hypercall(vm, GUEST_INFO_HCALL, info_hcall, NULL);
 291
 292     V3_Print(vm, VCORE_NONE, "GUEST_INFO_HCALL=%x\n", GUEST_INFO_HCALL);
 293
 294     return 0;
 295 }
 296
 297
 298 int v3_free_vm_internal(struct v3_vm_info * vm) {
 299     extern v3_cpu_arch_t v3_mach_type;
 300
 301     v3_remove_hypercall(vm, GUEST_INFO_HCALL);
 302
 303
 304
 305 #ifdef V3_CONFIG_SYMBIOTIC
 306     v3_deinit_symbiotic_vm(vm);
 307 #endif
 308
 309     // init SVM/VMX
 310     switch (v3_mach_type) {
 311 #ifdef V3_CONFIG_SVM
 312         case V3_SVM_CPU:
 313         case V3_SVM_REV3_CPU:
 314             v3_deinit_svm_io_map(vm);
 315             v3_deinit_svm_msr_map(vm);
 316             break;
 317 #endif
 318 #ifdef V3_CONFIG_VMX
 319         case V3_VMX_CPU:
 320         case V3_VMX_EPT_CPU:
 321         case V3_VMX_EPT_UG_CPU:
 322             v3_deinit_vmx_io_map(vm);
 323             v3_deinit_vmx_msr_map(vm);
 324             break;
 325 #endif
 326         default:
 327             PrintError(vm, VCORE_NONE, "Invalid CPU Type 0x%x\n", v3_mach_type);
 328             return -1;
 329     }
 330
 331     v3_deinit_dev_mgr(vm);
 332
 333     v3_deinit_time_vm(vm);
 334
 335     v3_deinit_mem_hooks(vm);
 336     v3_delete_mem_map(vm);
 337     v3_deinit_shdw_impl(vm);
 338
 339     v3_deinit_ext_manager(vm);
 340     v3_deinit_intr_routers(vm);
 341     v3_deinit_host_events(vm);
 342
 343     v3_deinit_barrier(vm);
 344
 345     v3_deinit_cpuid_map(vm);
 346     v3_deinit_msr_map(vm);
 347     v3_deinit_io_map(vm);
 348     v3_deinit_hypercall_map(vm);
 349
 350     v3_deinit_exit_hooks(vm);
 351
 352 #ifdef V3_CONFIG_TELEMETRY
 353     v3_deinit_telemetry(vm);
 354 #endif
 355
 356     v3_deinit_events(vm);
 357
 358     v3_fw_cfg_deinit(vm);
 359
 360
 361     return 0;
 362 }
 363
 364
 365 int v3_init_core(struct guest_info * core) {
 366     extern v3_cpu_arch_t v3_mach_type;
 367     struct v3_vm_info * vm = core->vm_info;
 368
 369
 370
 371     /*
 372      * Initialize the subsystem data strutures
 373      */
 374 #ifdef V3_CONFIG_TELEMETRY
 375     v3_init_core_telemetry(core);
 376 #endif
 377
 378     if (core->shdw_pg_mode == SHADOW_PAGING) {
 379         v3_init_shdw_pg_state(core);
 380     }
 381
 382     v3_init_time_core(core);
 383     v3_init_intr_controllers(core);
 384     v3_init_exception_state(core);
 385
 386     v3_init_decoder(core);
 387
 388
 389 #ifdef V3_CONFIG_SYMBIOTIC
 390     v3_init_symbiotic_core(core);
 391 #endif
 392
 393     // init SVM/VMX
 394
 395
 396     switch (v3_mach_type) {
 397 #ifdef V3_CONFIG_SVM
 398         case V3_SVM_CPU:
 399         case V3_SVM_REV3_CPU:
 400             if (v3_init_svm_vmcb(core, vm->vm_class) == -1) {
 401                 PrintError(vm, core, "Error in SVM initialization\n");
 402                 return -1;
 403             }
 404             break;
 405 #endif
 406 #ifdef V3_CONFIG_VMX
 407         case V3_VMX_CPU:
 408         case V3_VMX_EPT_CPU:
 409         case V3_VMX_EPT_UG_CPU:
 410             if (v3_init_vmx_vmcs(core, vm->vm_class) == -1) {
 411                 PrintError(vm, core, "Error in VMX initialization\n");
 412                 return -1;
 413             }
 414             break;
 415 #endif
 416         default:
 417             PrintError(vm, core, "Invalid CPU Type 0x%x\n", v3_mach_type);
 418             return -1;
 419     }
 420
 421     v3_init_exit_hooks_core(core);
 422
 423
 424     return 0;
 425 }
 426
 427
 428
 429 int v3_free_core(struct guest_info * core) {
 430     extern v3_cpu_arch_t v3_mach_type;
 431
 432
 433 #ifdef V3_CONFIG_SYMBIOTIC
 434     v3_deinit_symbiotic_core(core);
 435 #endif
 436
 437     v3_deinit_decoder(core);
 438
 439     v3_deinit_intr_controllers(core);
 440     v3_deinit_time_core(core);
 441
 442     if (core->shdw_pg_mode == SHADOW_PAGING) {
 443         v3_deinit_shdw_pg_state(core);
 444     }
 445
 446     v3_free_passthrough_pts(core);
 447
 448 #ifdef V3_CONFIG_TELEMETRY
 449     v3_deinit_core_telemetry(core);
 450 #endif
 451
 452     switch (v3_mach_type) {
 453 #ifdef V3_CONFIG_SVM
 454         case V3_SVM_CPU:
 455         case V3_SVM_REV3_CPU:
 456             if (v3_deinit_svm_vmcb(core) == -1) {
 457                 PrintError(VM_NONE,VCORE_NONE, "Error in SVM deinitialization\n");
 458                 return -1;
 459             }
 460             break;
 461 #endif
 462 #ifdef V3_CONFIG_VMX
 463         case V3_VMX_CPU:
 464         case V3_VMX_EPT_CPU:
 465         case V3_VMX_EPT_UG_CPU:
 466             if (v3_deinit_vmx_vmcs(core) == -1) {
 467                 PrintError(VM_NONE, VCORE_NONE, "Error in VMX initialization\n");
 468                 return -1;
 469             }
 470             break;
 471 #endif
 472         default:
 473             PrintError(core->vm_info, core, "Invalid CPU Type 0x%x\n", v3_mach_type);
 474             return -1;
 475     }
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