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