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 #ifdef V3_CONFIG_MEM_TRACK
  37 #include <palacios/vmm_mem_track.h>
  38 #endif
  39 #ifdef V3_CONFIG_CACHEPART
  40 #include <palacios/vmm_cachepart.h>
  41 #endif
  42
  43
  44 v3_cpu_mode_t v3_get_vm_cpu_mode(struct guest_info * info) {
  45     struct cr0_32 * cr0;
  46     struct efer_64 * efer;
  47     struct v3_segment * cs = &(info->segments.cs);
  48     struct cr4_32 * cr4;
  49
  50     if (info->shdw_pg_mode == SHADOW_PAGING) {
  51         cr0 = (struct cr0_32 *)&(info->shdw_pg_state.guest_cr0);
  52         efer = (struct efer_64 *)&(info->shdw_pg_state.guest_efer);
  53         cr4 = (struct cr4_32 *)&(info->shdw_pg_state.guest_cr4);
  54     } else if (info->shdw_pg_mode == NESTED_PAGING) {
  55         cr0 = (struct cr0_32 *)&(info->ctrl_regs.cr0);
  56         efer = (struct efer_64 *)&(info->ctrl_regs.efer);
  57         cr4 = (struct cr4_32 *)&(info->ctrl_regs.cr4);
  58     } else {
  59         PrintError(info->vm_info, info, "Invalid Paging Mode...\n");
  60         V3_ASSERT(info->vm_info, info, 0);
  61         return -1;
  62     }
  63
  64     if (cr0->pe == 0) {
  65         return REAL;
  66     } else if ((cr4->pae == 0) && (efer->lme == 0)) {
  67         return PROTECTED;
  68     } else if (efer->lme == 0) {
  69         return PROTECTED_PAE;
  70     } else if ((efer->lme == 1) && (cs->long_mode == 1)) {
  71         return LONG;
  72     } else {
  73         // What about LONG_16_COMPAT???
  74         return LONG_32_COMPAT;
  75     }
  76 }
  77
  78 // Get address width in bytes
  79 uint_t v3_get_addr_width(struct guest_info * info) {
  80     struct cr0_32 * cr0;
  81     struct cr4_32 * cr4 = (struct cr4_32 *)&(info->ctrl_regs.cr4);
  82     struct efer_64 * efer;
  83     struct v3_segment * cs = &(info->segments.cs);
  84
  85
  86     if (info->shdw_pg_mode == SHADOW_PAGING) {
  87         cr0 = (struct cr0_32 *)&(info->shdw_pg_state.guest_cr0);
  88         efer = (struct efer_64 *)&(info->shdw_pg_state.guest_efer);
  89     } else if (info->shdw_pg_mode == NESTED_PAGING) {
  90         cr0 = (struct cr0_32 *)&(info->ctrl_regs.cr0);
  91         efer = (struct efer_64 *)&(info->ctrl_regs.efer);
  92     } else {
  93         PrintError(info->vm_info, info, "Invalid Paging Mode...\n");
  94         V3_ASSERT(info->vm_info, info, 0);
  95         return -1;
  96     }
  97
  98     if (cr0->pe == 0) {
  99         return 2;
 100     } else if ((cr4->pae == 0) && (efer->lme == 0)) {
 101         return 4;
 102     } else if (efer->lme == 0) {
 103         return 4;
 104     } else if ((efer->lme == 1) && (cs->long_mode == 1)) {
 105         return 8;
 106     } else {
 107         // What about LONG_16_COMPAT???
 108         return 4;
 109     }
 110 }
 111
 112
 113 static const uchar_t REAL_STR[] = "Real";
 114 static const uchar_t PROTECTED_STR[] = "Protected";
 115 static const uchar_t PROTECTED_PAE_STR[] = "Protected+PAE";
 116 static const uchar_t LONG_STR[] = "Long";
 117 static const uchar_t LONG_32_COMPAT_STR[] = "32bit Compat";
 118 static const uchar_t LONG_16_COMPAT_STR[] = "16bit Compat";
 119
 120 const uchar_t * v3_cpu_mode_to_str(v3_cpu_mode_t mode) {
 121     switch (mode) {
 122         case REAL:
 123             return REAL_STR;
 124         case PROTECTED:
 125             return PROTECTED_STR;
 126         case PROTECTED_PAE:
 127             return PROTECTED_PAE_STR;
 128         case LONG:
 129             return LONG_STR;
 130         case LONG_32_COMPAT:
 131             return LONG_32_COMPAT_STR;
 132         case LONG_16_COMPAT:
 133             return LONG_16_COMPAT_STR;
 134         default:
 135             return NULL;
 136     }
 137 }
 138
 139 v3_mem_mode_t v3_get_vm_mem_mode(struct guest_info * info) {
 140     struct cr0_32 * cr0;
 141
 142     if (info->shdw_pg_mode == SHADOW_PAGING) {
 143         cr0 = (struct cr0_32 *)&(info->shdw_pg_state.guest_cr0);
 144     } else if (info->shdw_pg_mode == NESTED_PAGING) {
 145         cr0 = (struct cr0_32 *)&(info->ctrl_regs.cr0);
 146     } else {
 147         PrintError(info->vm_info, info, "Invalid Paging Mode...\n");
 148         V3_ASSERT(info->vm_info, info, 0);
 149         return -1;
 150     }
 151
 152     if (cr0->pg == 0) {
 153         return PHYSICAL_MEM;
 154     } else {
 155         return VIRTUAL_MEM;
 156     }
 157 }
 158
 159 static const uchar_t PHYS_MEM_STR[] = "Physical Memory";
 160 static const uchar_t VIRT_MEM_STR[] = "Virtual Memory";
 161
 162 const uchar_t * v3_mem_mode_to_str(v3_mem_mode_t mode) {
 163     switch (mode) {
 164         case PHYSICAL_MEM:
 165             return PHYS_MEM_STR;
 166         case VIRTUAL_MEM:
 167             return VIRT_MEM_STR;
 168         default:
 169             return NULL;
 170     }
 171 }
 172
 173
 174
 175
 176
 177
 178
 179 #include <palacios/vmcs.h>
 180 #include <palacios/vmcb.h>
 181 static int info_hcall(struct guest_info * core, uint_t hcall_id, void * priv_data) {
 182     extern v3_cpu_arch_t v3_mach_type;
 183     int cpu_valid = 0;
 184
 185     V3_Print(core->vm_info, core, "************** Guest State ************\n");
 186     v3_print_guest_state(core);
 187
 188     // init SVM/VMX
 189 #ifdef V3_CONFIG_SVM
 190     if ((v3_mach_type == V3_SVM_CPU) || (v3_mach_type == V3_SVM_REV3_CPU)) {
 191         cpu_valid = 1;
 192         PrintDebugVMCB((vmcb_t *)(core->vmm_data));
 193     }
 194 #endif
 195 #ifdef V3_CONFIG_VMX
 196     if ((v3_mach_type == V3_VMX_CPU) || (v3_mach_type == V3_VMX_EPT_CPU) || (v3_mach_type == V3_VMX_EPT_UG_CPU)) {
 197         cpu_valid = 1;
 198         v3_print_vmcs();
 199     }
 200 #endif
 201     if (!cpu_valid) {
 202         PrintError(core->vm_info, core, "Invalid CPU Type 0x%x\n", v3_mach_type);
 203         return -1;
 204     }
 205
 206
 207     return 0;
 208 }
 209
 210
 211 #ifdef V3_CONFIG_SVM
 212 #include <palacios/svm.h>
 213 #include <palacios/svm_io.h>
 214 #include <palacios/svm_msr.h>
 215 #include <palacios/svm_exits.h>
 216 #endif
 217
 218 #ifdef V3_CONFIG_VMX
 219 #include <palacios/vmx.h>
 220 #include <palacios/vmx_io.h>
 221 #include <palacios/vmx_msr.h>
 222 #include <palacios/vmx_exits.h>
 223 #endif
 224
 225
 226 int v3_init_vm(struct v3_vm_info * vm) {
 227     extern v3_cpu_arch_t v3_mach_type;
 228
 229     v3_init_events(vm);
 230
 231 #ifdef V3_CONFIG_TELEMETRY
 232     v3_init_telemetry(vm);
 233 #endif
 234
 235     v3_init_exit_hooks(vm);
 236     v3_init_hypercall_map(vm);
 237     v3_init_io_map(vm);
 238     v3_init_msr_map(vm);
 239     v3_init_cpuid_map(vm);
 240     v3_init_host_events(vm);
 241
 242     v3_init_intr_routers(vm);
 243     v3_init_ext_manager(vm);
 244
 245     v3_init_barrier(vm);
 246
 247     // Initialize the memory map
 248     if (v3_init_mem_map(vm) == -1) {
 249         PrintError(vm, VCORE_NONE, "Could not initialize shadow map\n");
 250         return -1;
 251     }
 252
 253     v3_init_mem_hooks(vm);
 254
 255     if (v3_init_shdw_impl(vm) == -1) {
 256         PrintError(vm, VCORE_NONE, "VM initialization error in shadow implementaion\n");
 257         return -1;
 258     }
 259
 260     if (v3_init_passthrough_paging(vm) == -1) {
 261         PrintError(vm, VCORE_NONE, "VM initialization error in passthrough paging\n");
 262         return -1;
 263     }
 264
 265     if (v3_init_nested_paging(vm) == -1) {
 266         PrintError(vm, VCORE_NONE, "VM initialization error in nested paging\n");
 267         return -1;
 268     }
 269
 270 #ifdef V3_CONFIG_MEM_TRACK
 271     v3_mem_track_init(vm);
 272 #endif
 273
 274     v3_init_time_vm(vm);
 275
 276     v3_init_vm_debugging(vm);
 277
 278
 279 #ifdef V3_CONFIG_SYMBIOTIC
 280     v3_init_symbiotic_vm(vm);
 281 #endif
 282
 283     v3_init_dev_mgr(vm);
 284
 285
 286     // init SVM/VMX
 287     switch (v3_mach_type) {
 288 #ifdef V3_CONFIG_SVM
 289         case V3_SVM_CPU:
 290         case V3_SVM_REV3_CPU:
 291             v3_init_svm_io_map(vm);
 292             v3_init_svm_msr_map(vm);
 293             v3_init_svm_exits(vm);
 294             break;
 295 #endif
 296 #ifdef V3_CONFIG_VMX
 297         case V3_VMX_CPU:
 298         case V3_VMX_EPT_CPU:
 299         case V3_VMX_EPT_UG_CPU:
 300             v3_init_vmx_io_map(vm);
 301             v3_init_vmx_msr_map(vm);
 302             v3_init_vmx_exits(vm);
 303             break;
 304 #endif
 305         default:
 306             PrintError(vm, VCORE_NONE, "Invalid CPU Type 0x%x\n", v3_mach_type);
 307             return -1;
 308     }
 309
 310     v3_register_hypercall(vm, GUEST_INFO_HCALL, info_hcall, NULL);
 311
 312     V3_Print(vm, VCORE_NONE, "GUEST_INFO_HCALL=%x\n", GUEST_INFO_HCALL);
 313
 314     return 0;
 315 }
 316
 317
 318 int v3_free_vm_internal(struct v3_vm_info * vm) {
 319     extern v3_cpu_arch_t v3_mach_type;
 320
 321     v3_remove_hypercall(vm, GUEST_INFO_HCALL);
 322
 323
 324 #ifdef V3_CONFIG_HVM
 325     v3_deinit_hvm_vm(vm);
 326 #endif
 327
 328 #ifdef V3_CONFIG_MULTIBOOT
 329     v3_deinit_multiboot_vm(vm);
 330 #endif
 331
 332
 333 #ifdef V3_CONFIG_SYMBIOTIC
 334     v3_deinit_symbiotic_vm(vm);
 335 #endif
 336
 337     // init SVM/VMX
 338     switch (v3_mach_type) {
 339 #ifdef V3_CONFIG_SVM
 340         case V3_SVM_CPU:
 341         case V3_SVM_REV3_CPU:
 342             v3_deinit_svm_io_map(vm);
 343             v3_deinit_svm_msr_map(vm);
 344             break;
 345 #endif
 346 #ifdef V3_CONFIG_VMX
 347         case V3_VMX_CPU:
 348         case V3_VMX_EPT_CPU:
 349         case V3_VMX_EPT_UG_CPU:
 350             v3_deinit_vmx_io_map(vm);
 351             v3_deinit_vmx_msr_map(vm);
 352             break;
 353 #endif
 354         default:
 355             PrintError(vm, VCORE_NONE, "Invalid CPU Type 0x%x\n", v3_mach_type);
 356             return -1;
 357     }
 358
 359     v3_deinit_dev_mgr(vm);
 360
 361     v3_deinit_time_vm(vm);
 362
 363     v3_deinit_mem_hooks(vm);
 364
 365 #ifdef V3_CONFIG_SWAPPING
 366     v3_deinit_swapping_vm(vm);
 367 #endif
 368
 369     v3_delete_mem_map(vm);
 370     v3_deinit_shdw_impl(vm);
 371     v3_deinit_passthrough_paging(vm);
 372     v3_deinit_nested_paging(vm);
 373
 374     v3_deinit_ext_manager(vm);
 375     v3_deinit_intr_routers(vm);
 376     v3_deinit_host_events(vm);
 377
 378     v3_deinit_barrier(vm);
 379
 380     v3_deinit_cpuid_map(vm);
 381     v3_deinit_msr_map(vm);
 382     v3_deinit_io_map(vm);
 383     v3_deinit_hypercall_map(vm);
 384
 385     v3_deinit_exit_hooks(vm);
 386
 387 #ifdef V3_CONFIG_TELEMETRY
 388     v3_deinit_telemetry(vm);
 389 #endif
 390
 391
 392     v3_deinit_events(vm);
 393
 394 #ifdef V3_CONFIG_MEM_TRACK
 395     v3_mem_track_deinit(vm);
 396 #endif
 397
 398     v3_fw_cfg_deinit(vm);
 399
 400 #ifdef V3_CONFIG_CACHEPART
 401     v3_deinit_cachepart_vm(vm);
 402 #endif
 403
 404     return 0;
 405 }
 406
 407
 408 int v3_init_core(struct guest_info * core) {
 409     extern v3_cpu_arch_t v3_mach_type;
 410     struct v3_vm_info * vm = core->vm_info;
 411
 412
 413
 414     /*
 415      * Initialize the subsystem data strutures
 416      */
 417
 418
 419 #ifdef V3_CONFIG_CACHEPART
 420     v3_init_cachepart_core(core);
 421 #endif
 422
 423 #ifdef V3_CONFIG_TELEMETRY
 424     v3_init_core_telemetry(core);
 425 #endif
 426
 427     if (core->shdw_pg_mode == SHADOW_PAGING) {
 428         v3_init_passthrough_paging_core(core);
 429         v3_init_shdw_pg_state(core);
 430     } else {
 431         //done later due to SVM/VMX differences
 432         //v3_init_nested_paging_core(core);
 433     }
 434
 435     v3_init_time_core(core);
 436     v3_init_intr_controllers(core);
 437     v3_init_exception_state(core);
 438
 439     v3_init_decoder(core);
 440
 441
 442 #ifdef V3_CONFIG_SYMBIOTIC
 443     v3_init_symbiotic_core(core);
 444 #endif
 445
 446     // init SVM/VMX
 447
 448
 449     switch (v3_mach_type) {
 450 #ifdef V3_CONFIG_SVM
 451         case V3_SVM_CPU:
 452         case V3_SVM_REV3_CPU:
 453             if (v3_init_svm_vmcb(core, vm->vm_class) == -1) {
 454                 PrintError(vm, core, "Error in SVM initialization\n");
 455                 return -1;
 456             }
 457             break;
 458 #endif
 459 #ifdef V3_CONFIG_VMX
 460         case V3_VMX_CPU:
 461         case V3_VMX_EPT_CPU:
 462         case V3_VMX_EPT_UG_CPU:
 463             if (v3_init_vmx_vmcs(core, vm->vm_class) == -1) {
 464                 PrintError(vm, core, "Error in VMX initialization\n");
 465                 return -1;
 466             }
 467             break;
 468 #endif
 469         default:
 470             PrintError(vm, core, "Invalid CPU Type 0x%x\n", v3_mach_type);
 471             return -1;
 472     }
 473
 474     v3_init_exit_hooks_core(core);
 475
 476
 477     return 0;
 478 }
 479
 480
 481
 482 int v3_free_core(struct guest_info * core) {
 483     extern v3_cpu_arch_t v3_mach_type;
 484
 485
 486 #ifdef V3_CONFIG_SYMBIOTIC
 487     v3_deinit_symbiotic_core(core);
 488 #endif
 489
 490 #ifdef V3_CONFIG_HVM
 491     v3_deinit_hvm_core(core);
 492 #endif
 493
 494 #ifdef V3_CONFIG_MULTIBOOT
 495     v3_deinit_multiboot_core(core);
 496 #endif
 497
 498     v3_deinit_decoder(core);
 499
 500     v3_deinit_intr_controllers(core);
 501     v3_deinit_time_core(core);
 502
 503     if (core->shdw_pg_mode == SHADOW_PAGING) {
 504         v3_deinit_shdw_pg_state(core);
 505         v3_deinit_passthrough_paging_core(core);
 506    } else {
 507         v3_deinit_nested_paging_core(core);
 508     }
 509
 510     v3_free_passthrough_pts(core);
 511
 512 #ifdef V3_CONFIG_TELEMETRY
 513     v3_deinit_core_telemetry(core);
 514 #endif
 515
 516
 517
 518     switch (v3_mach_type) {
 519 #ifdef V3_CONFIG_SVM
 520         case V3_SVM_CPU:
 521         case V3_SVM_REV3_CPU:
 522             if (v3_deinit_svm_vmcb(core) == -1) {
 523                 PrintError(VM_NONE,VCORE_NONE, "Error in SVM deinitialization\n");
 524                 return -1;
 525             }
 526             break;
 527 #endif
 528 #ifdef V3_CONFIG_VMX
 529         case V3_VMX_CPU:
 530         case V3_VMX_EPT_CPU:
 531         case V3_VMX_EPT_UG_CPU:
 532             if (v3_deinit_vmx_vmcs(core) == -1) {
 533                 PrintError(VM_NONE, VCORE_NONE, "Error in VMX initialization\n");
 534                 return -1;
 535             }
 536             break;
 537 #endif
 538         default:
 539             PrintError(core->vm_info, core, "Invalid CPU Type 0x%x\n", v3_mach_type);
 540             return -1;
 541     }
 542
 543 #ifdef V3_CONFIG_CACHEPART
 544     v3_deinit_cachepart_core(core);
 545 #endif
 546
 547     return 0;
 548 }
 549
 550
 551