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_muxer.h>
  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 v3_segments * segs) {
 164     int i = 0;
 165     struct v3_segment * seg_ptr;
 166
 167     seg_ptr=(struct v3_segment *)segs;
 168
 169     char *seg_names[] = {"CS", "DS" , "ES", "FS", "GS", "SS" , "LDTR", "GDTR", "IDTR", "TR", NULL};
 170     V3_Print("Segments\n");
 171
 172     for (i = 0; seg_names[i] != NULL; i++) {
 173
 174         V3_Print("\t%s: Sel=%x, base=%p, limit=%x (long_mode=%d, db=%d)\n", seg_names[i], seg_ptr[i].selector,
 175                    (void *)(addr_t)seg_ptr[i].base, seg_ptr[i].limit,
 176                    seg_ptr[i].long_mode, seg_ptr[i].db);
 177
 178     }
 179 }
 180
 181 //
 182 // We don't handle those fancy 64 bit system segments...
 183 //
 184 int v3_translate_segment(struct guest_info * info, uint16_t selector, struct v3_segment * seg) {
 185     struct v3_segment * gdt = &(info->segments.gdtr);
 186     addr_t gdt_addr = 0;
 187     uint16_t seg_offset = (selector & ~0x7);
 188     addr_t seg_addr = 0;
 189     struct gen_segment * gen_seg = NULL;
 190     struct seg_selector sel;
 191
 192     memset(seg, 0, sizeof(struct v3_segment));
 193
 194     sel.value = selector;
 195
 196     if (sel.ti == 1) {
 197         PrintError("LDT translations not supported\n");
 198         return -1;
 199     }
 200
 201     if (v3_gva_to_hva(info, gdt->base, &gdt_addr) == -1) {
 202         PrintError("Unable to translate GDT address\n");
 203         return -1;
 204     }
 205
 206     seg_addr = gdt_addr + seg_offset;
 207     gen_seg = (struct gen_segment *)seg_addr;
 208
 209     //translate
 210     seg->selector = selector;
 211
 212     seg->limit = gen_seg->limit_hi;
 213     seg->limit <<= 16;
 214     seg->limit += gen_seg->limit_lo;
 215
 216     seg->base = gen_seg->base_hi;
 217     seg->base <<= 24;
 218     seg->base += gen_seg->base_lo;
 219
 220     if (gen_seg->granularity == 1) {
 221         seg->limit <<= 12;
 222         seg->limit |= 0xfff;
 223     }
 224
 225     seg->type = gen_seg->type;
 226     seg->system = gen_seg->system;
 227     seg->dpl = gen_seg->dpl;
 228     seg->present = gen_seg->present;
 229     seg->avail = gen_seg->avail;
 230     seg->long_mode = gen_seg->long_mode;
 231     seg->db = gen_seg->db;
 232     seg->granularity = gen_seg->granularity;
 233
 234     return 0;
 235 }
 236
 237
 238
 239
 240 void v3_print_ctrl_regs(struct guest_info * info) {
 241     struct v3_ctrl_regs * regs = &(info->ctrl_regs);
 242     int i = 0;
 243     v3_reg_t * reg_ptr;
 244     char * reg_names[] = {"CR0", "CR2", "CR3", "CR4", "CR8", "FLAGS", NULL};
 245     vmcb_saved_state_t * guest_state = GET_VMCB_SAVE_STATE_AREA(info->vmm_data);
 246
 247     reg_ptr = (v3_reg_t *)regs;
 248
 249     V3_Print("32 bit Ctrl Regs:\n");
 250
 251     for (i = 0; reg_names[i] != NULL; i++) {
 252         V3_Print("\t%s=0x%p\n", reg_names[i], (void *)(addr_t)reg_ptr[i]);
 253     }
 254
 255     V3_Print("\tEFER=0x%p\n", (void*)(addr_t)(guest_state->efer));
 256
 257 }
 258
 259
 260 void v3_print_guest_state(struct guest_info * info) {
 261     addr_t linear_addr = 0;
 262
 263     V3_Print("RIP: %p\n", (void *)(addr_t)(info->rip));
 264     linear_addr = get_addr_linear(info, info->rip, &(info->segments.cs));
 265     V3_Print("RIP Linear: %p\n", (void *)linear_addr);
 266
 267     V3_Print("NumExits: %u\n", (uint32_t)info->num_exits);
 268
 269     v3_print_segments(&(info->segments));
 270     v3_print_ctrl_regs(info);
 271
 272     if (info->shdw_pg_mode == SHADOW_PAGING) {
 273         V3_Print("Shadow Paging Guest Registers:\n");
 274         V3_Print("\tGuest CR0=%p\n", (void *)(addr_t)(info->shdw_pg_state.guest_cr0));
 275         V3_Print("\tGuest CR3=%p\n", (void *)(addr_t)(info->shdw_pg_state.guest_cr3));
 276         V3_Print("\tGuest EFER=%p\n", (void *)(addr_t)(info->shdw_pg_state.guest_efer.value));
 277         // CR4
 278     }
 279     v3_print_GPRs(info);
 280
 281     v3_print_mem_map(info->vm_info);
 282
 283     v3_print_stack(info);
 284 }
 285
 286
 287 void v3_print_stack(struct guest_info * info) {
 288     addr_t linear_addr = 0;
 289     addr_t host_addr = 0;
 290     int i = 0;
 291     v3_cpu_mode_t cpu_mode = v3_get_vm_cpu_mode(info);
 292
 293
 294     linear_addr = get_addr_linear(info, info->vm_regs.rsp, &(info->segments.ss));
 295
 296     V3_Print("Stack  at %p:\n", (void *)linear_addr);
 297
 298     if (info->mem_mode == PHYSICAL_MEM) {
 299         if (v3_gpa_to_hva(info, linear_addr, &host_addr) == -1) {
 300             PrintError("Could not translate Stack address\n");
 301             return;
 302         }
 303     } else if (info->mem_mode == VIRTUAL_MEM) {
 304         if (v3_gva_to_hva(info, linear_addr, &host_addr) == -1) {
 305             PrintError("Could not translate Virtual Stack address\n");
 306             return;
 307         }
 308     }
 309
 310     V3_Print("Host Address of rsp = 0x%p\n", (void *)host_addr);
 311
 312     // We start i at one because the current stack pointer points to an unused stack element
 313     for (i = 0; i <= 24; i++) {
 314         if (cpu_mode == LONG) {
 315             V3_Print("\t%p\n", (void *)*(addr_t *)(host_addr + (i * 8)));
 316         } else if (cpu_mode == REAL) {
 317             V3_Print("Don't currently handle 16 bit stacks... \n");
 318         } else {
 319             // 32 bit stacks...
 320             V3_Print("\t%.8x\n", *(uint32_t *)(host_addr + (i * 4)));
 321         }
 322     }
 323
 324 }
 325
 326 #ifdef __V3_32BIT__
 327
 328 void v3_print_GPRs(struct guest_info * info) {
 329     struct v3_gprs * regs = &(info->vm_regs);
 330     int i = 0;
 331     v3_reg_t * reg_ptr;
 332     char * reg_names[] = { "RDI", "RSI", "RBP", "RSP", "RBX", "RDX", "RCX", "RAX", NULL};
 333
 334     reg_ptr= (v3_reg_t *)regs;
 335
 336     V3_Print("32 bit GPRs:\n");
 337
 338     for (i = 0; reg_names[i] != NULL; i++) {
 339         V3_Print("\t%s=0x%p\n", reg_names[i], (void *)(addr_t)reg_ptr[i]);
 340     }
 341 }
 342
 343 #elif __V3_64BIT__
 344
 345 void v3_print_GPRs(struct guest_info * info) {
 346     struct v3_gprs * regs = &(info->vm_regs);
 347     int i = 0;
 348     v3_reg_t * reg_ptr;
 349     char * reg_names[] = { "RDI", "RSI", "RBP", "RSP", "RBX", "RDX", "RCX", "RAX", \
 350                            "R8", "R9", "R10", "R11", "R12", "R13", "R14", "R15", NULL};
 351
 352     reg_ptr = (v3_reg_t *)regs;
 353
 354     V3_Print("64 bit GPRs:\n");
 355
 356     for (i = 0; reg_names[i] != NULL; i++) {
 357         V3_Print("\t%s=0x%p\n", reg_names[i], (void *)(addr_t)reg_ptr[i]);
 358     }
 359 }
 360
 361 #endif
 362
 363
 364 #include <palacios/vmcs.h>
 365 #include <palacios/vmcb.h>
 366 static int info_hcall(struct guest_info * core, uint_t hcall_id, void * priv_data) {
 367     v3_cpu_arch_t cpu_type = v3_get_cpu_type(V3_Get_CPU());
 368     int cpu_valid = 0;
 369
 370     v3_print_guest_state(core);
 371
 372     // init SVM/VMX
 373 #ifdef CONFIG_SVM
 374     if ((cpu_type == V3_SVM_CPU) || (cpu_type == V3_SVM_REV3_CPU)) {
 375         cpu_valid = 1;
 376         PrintDebugVMCB((vmcb_t *)(core->vmm_data));
 377     }
 378 #endif
 379 #ifdef CONFIG_VMX
 380     if ((cpu_type == V3_VMX_CPU) || (cpu_type == V3_VMX_EPT_CPU)) {
 381         cpu_valid = 1;
 382         v3_print_vmcs();
 383     }
 384 #endif
 385     if (!cpu_valid) {
 386         PrintError("Invalid CPU Type 0x%x\n", cpu_type);
 387         return -1;
 388     }
 389
 390
 391     return 0;
 392 }
 393
 394
 395 #ifdef CONFIG_SVM
 396 #include <palacios/svm.h>
 397 #include <palacios/svm_io.h>
 398 #include <palacios/svm_msr.h>
 399 #endif
 400
 401 #ifdef CONFIG_VMX
 402 #include <palacios/vmx.h>
 403 #include <palacios/vmx_io.h>
 404 #include <palacios/vmx_msr.h>
 405 #endif
 406
 407
 408 int v3_init_vm(struct v3_vm_info * vm) {
 409     v3_cpu_arch_t cpu_type = v3_get_cpu_type(V3_Get_CPU());
 410     int cpu_valid = 0;
 411
 412     if (v3_get_foreground_vm() == NULL) {
 413         v3_set_foreground_vm(vm);
 414     }
 415
 416 #ifdef CONFIG_TELEMETRY
 417     v3_init_telemetry(vm);
 418 #endif
 419
 420     v3_init_hypercall_map(vm);
 421     v3_init_io_map(vm);
 422     v3_init_msr_map(vm);
 423     v3_init_cpuid_map(vm);
 424     v3_init_host_events(vm);
 425     v3_init_intr_routers(vm);
 426
 427     // Initialize the memory map
 428     if (v3_init_mem_map(vm) == -1) {
 429         PrintError("Could not initialize shadow map\n");
 430         return -1;
 431     }
 432
 433     v3_init_mem_hooks(vm);
 434
 435     if (v3_init_shdw_impl(vm) == -1) {
 436         PrintError("VM initialization error in shadow implementaion\n");
 437         return -1;
 438     }
 439
 440
 441
 442 #ifdef CONFIG_SYMBIOTIC
 443     v3_init_symbiotic_vm(vm);
 444 #endif
 445
 446     v3_init_dev_mgr(vm);
 447
 448
 449     // init SVM/VMX
 450 #ifdef CONFIG_SVM
 451     if ((cpu_type == V3_SVM_CPU) || (cpu_type == V3_SVM_REV3_CPU)) {
 452         v3_init_svm_io_map(vm);
 453         v3_init_svm_msr_map(vm);
 454         cpu_valid = 1;
 455     }
 456 #endif
 457 #ifdef CONFIG_VMX
 458     if ((cpu_type == V3_VMX_CPU) || (cpu_type == V3_VMX_EPT_CPU)) {
 459         v3_init_vmx_io_map(vm);
 460         v3_init_vmx_msr_map(vm);
 461         cpu_valid = 1;
 462     }
 463 #endif
 464     if (!cpu_valid) {
 465         PrintError("Invalid CPU Type 0x%x\n", cpu_type);
 466         return -1;
 467     }
 468
 469     v3_register_hypercall(vm, GUEST_INFO_HCALL, info_hcall, NULL);
 470
 471     V3_Print("GUEST_INFO_HCALL=%x\n", GUEST_INFO_HCALL);
 472
 473     return 0;
 474 }
 475
 476 int v3_init_core(struct guest_info * core) {
 477     v3_cpu_arch_t cpu_type = v3_get_cpu_type(V3_Get_CPU());
 478     struct v3_vm_info * vm = core->vm_info;
 479
 480     /*
 481      * Initialize the subsystem data strutures
 482      */
 483 #ifdef CONFIG_TELEMETRY
 484     v3_init_core_telemetry(core);
 485 #endif
 486
 487     if (core->shdw_pg_mode == SHADOW_PAGING) {
 488         v3_init_shdw_pg_state(core);
 489     }
 490
 491     v3_init_time(core);
 492     v3_init_intr_controllers(core);
 493     v3_init_exception_state(core);
 494
 495     v3_init_decoder(core);
 496
 497
 498 #ifdef CONFIG_SYMBIOTIC
 499     v3_init_symbiotic_core(core);
 500 #endif
 501
 502     // init SVM/VMX
 503
 504
 505     switch (cpu_type) {
 506 #ifdef CONFIG_SVM
 507         case V3_SVM_CPU:
 508         case V3_SVM_REV3_CPU:
 509             if (v3_init_svm_vmcb(core, vm->vm_class) == -1) {
 510                 PrintError("Error in SVM initialization\n");
 511                 return -1;
 512             }
 513             break;
 514 #endif
 515 #ifdef CONFIG_VMX
 516         case V3_VMX_CPU:
 517         case V3_VMX_EPT_CPU:
 518             if (v3_init_vmx_vmcs(core, vm->vm_class) == -1) {
 519                 PrintError("Error in VMX initialization\n");
 520                 return -1;
 521             }
 522             break;
 523 #endif
 524         default:
 525             PrintError("Invalid CPU Type 0x%x\n", cpu_type);
 526             return -1;
 527     }
 528
 529     return 0;
 530 }