palacios/src/palacios/vmm.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 #include <palacios/vmm.h>
  21 #include <palacios/vmm_intr.h>
  22 #include <palacios/vmm_config.h>
  23 #include <palacios/vm_guest.h>
  24 #include <palacios/vmm_ctrl_regs.h>
  25 #include <palacios/vmm_lowlevel.h>
  26 #include <palacios/vmm_sprintf.h>
  27
  28 #ifdef CONFIG_SVM
  29 #include <palacios/svm.h>
  30 #endif
  31 #ifdef CONFIG_VMX
  32 #include <palacios/vmx.h>
  33 #endif
  34
  35 #ifdef CONFIG_VNET
  36 #include <palacios/vmm_vnet.h>
  37 #endif
  38
  39
  40 v3_cpu_arch_t v3_cpu_types[CONFIG_MAX_CPUS];
  41 struct v3_os_hooks * os_hooks = NULL;
  42
  43 int v3_dbg_enable = 0;
  44
  45
  46
  47 static void init_cpu(void * arg) {
  48     uint32_t cpu_id = (uint32_t)(addr_t)arg;
  49
  50 #ifdef CONFIG_SVM
  51     if (v3_is_svm_capable()) {
  52         PrintDebug("Machine is SVM Capable\n");
  53         v3_init_svm_cpu(cpu_id);
  54
  55     } else
  56 #endif
  57 #ifdef CONFIG_VMX
  58     if (v3_is_vmx_capable()) {
  59         PrintDebug("Machine is VMX Capable\n");
  60         v3_init_vmx_cpu(cpu_id);
  61
  62     } else
  63 #endif
  64     {
  65        PrintError("CPU has no virtualization Extensions\n");
  66     }
  67 }
  68
  69
  70 static void deinit_cpu(void * arg) {
  71     uint32_t cpu_id = (uint32_t)(addr_t)arg;
  72
  73
  74     switch (v3_cpu_types[cpu_id]) {
  75  #ifdef CONFIG_SVM
  76         case V3_VMX_CPU:
  77         case V3_VMX_EPT_CPU:
  78             PrintDebug("Machine is SVM Capable\n");
  79             v3_deinit_svm_cpu(cpu_id);
  80             break;
  81 #endif
  82 #ifdef CONFIG_VMX
  83         case V3_SVM_CPU:
  84         case V3_SVM_REV3_CPU:
  85             PrintDebug("Machine is VMX Capable\n");
  86             v3_deinit_vmx_cpu(cpu_id);
  87             break;
  88 #endif
  89         case V3_INVALID_CPU:
  90         default:
  91             PrintError("CPU has no virtualization Extensions\n");
  92             break;
  93     }
  94 }
  95
  96
  97
  98 void Init_V3(struct v3_os_hooks * hooks, int num_cpus) {
  99     int i;
 100
 101     V3_Print("V3 Print statement to fix a Kitten page fault bug\n");
 102
 103     // Set global variables.
 104     os_hooks = hooks;
 105
 106     for (i = 0; i < CONFIG_MAX_CPUS; i++) {
 107         v3_cpu_types[i] = V3_INVALID_CPU;
 108     }
 109
 110     // Register all the possible device types
 111     V3_init_devices();
 112
 113     // Register all shadow paging handlers
 114     V3_init_shdw_paging();
 115
 116
 117 #ifdef CONFIG_SYMMOD
 118     V3_init_symmod();
 119 #endif
 120
 121
 122 #ifdef CONFIG_VNET
 123     v3_init_vnet();
 124 #endif
 125
 126
 127 #ifdef CONFIG_MULTITHREAD_OS
 128     if ((hooks) && (hooks->call_on_cpu)) {
 129
 130         for (i = 0; i < num_cpus; i++) {
 131
 132             V3_Print("Initializing VMM extensions on cpu %d\n", i);
 133             hooks->call_on_cpu(i, &init_cpu, (void *)(addr_t)i);
 134         }
 135     }
 136 #else
 137     init_cpu(0);
 138 #endif
 139
 140 }
 141
 142
 143 void Shutdown_V3() {
 144     int i;
 145
 146     V3_deinit_devices();
 147     V3_deinit_shdw_paging();
 148
 149 #ifdef CONFIG_SYMMOD
 150     V3_deinit_symmod();
 151 #endif
 152
 153
 154 #ifdef CONFIG_VNET
 155     v3_deinit_vnet();
 156 #endif
 157
 158 #ifdef CONFIG_MULTITHREAD_OS
 159     if ((os_hooks) && (os_hooks->call_on_cpu)) {
 160         for (i = 0; i < CONFIG_MAX_CPUS; i++) {
 161             if (v3_cpu_types[i] != V3_INVALID_CPU) {
 162                 deinit_cpu((void *)(addr_t)i);
 163             }
 164         }
 165     }
 166 #else
 167     deinit_cpu(0);
 168 #endif
 169
 170 }
 171
 172
 173 v3_cpu_arch_t v3_get_cpu_type(int cpu_id) {
 174     return v3_cpu_types[cpu_id];
 175 }
 176
 177
 178 struct v3_vm_info * v3_create_vm(void * cfg, void * priv_data, char * name) {
 179     struct v3_vm_info * vm = v3_config_guest(cfg, priv_data);
 180
 181     V3_Print("CORE 0 RIP=%p\n", (void *)(addr_t)(vm->cores[0].rip));
 182
 183
 184     if (vm == NULL) {
 185         PrintError("Could not configure guest\n");
 186         return NULL;
 187     }
 188
 189     if (name == NULL) {
 190         name = "[V3_VM]";
 191     } else if (strlen(name) >= 128) {
 192         PrintError("VM name is too long. Will be truncated to 128 chars.\n");
 193     }
 194
 195     memset(vm->name, 0, 128);
 196     strncpy(vm->name, name, 127);
 197
 198     return vm;
 199 }
 200
 201
 202 static int start_core(void * p)
 203 {
 204     struct guest_info * core = (struct guest_info *)p;
 205
 206
 207     PrintDebug("core %u: in start_core (RIP=%p)\n",
 208                core->cpu_id, (void *)(addr_t)core->rip);
 209
 210
 211     // JRL: Whoa WTF? cpu_types are tied to the vcoreID????
 212     switch (v3_cpu_types[core->cpu_id]) {
 213 #ifdef CONFIG_SVM
 214         case V3_SVM_CPU:
 215         case V3_SVM_REV3_CPU:
 216             return v3_start_svm_guest(core);
 217             break;
 218 #endif
 219 #if CONFIG_VMX
 220         case V3_VMX_CPU:
 221         case V3_VMX_EPT_CPU:
 222             return v3_start_vmx_guest(core);
 223             break;
 224 #endif
 225         default:
 226             PrintError("Attempting to enter a guest on an invalid CPU\n");
 227             return -1;
 228     }
 229     // should not happen
 230     return 0;
 231 }
 232
 233
 234 // For the moment very ugly. Eventually we will shift the cpu_mask to an arbitrary sized type...
 235 #ifdef CONFIG_MULTITHREAD_OS
 236 #define MAX_CORES 32
 237 #else
 238 #define MAX_CORES 1
 239 #endif
 240
 241
 242 int v3_start_vm(struct v3_vm_info * vm, unsigned int cpu_mask) {
 243     uint32_t i;
 244 #ifdef CONFIG_MULTITHREAD_OS
 245     int vcore_id = 0;
 246 #endif
 247     uint8_t * core_mask = (uint8_t *)&cpu_mask; // This is to make future expansion easier
 248     uint32_t avail_cores = 0;
 249
 250
 251
 252     /// CHECK IF WE ARE MULTICORE ENABLED....
 253
 254     V3_Print("V3 --  Starting VM (%u cores)\n", vm->num_cores);
 255     V3_Print("CORE 0 RIP=%p\n", (void *)(addr_t)(vm->cores[0].rip));
 256
 257     // Check that enough cores are present in the mask to handle vcores
 258     for (i = 0; i < MAX_CORES; i++) {
 259         int major = i / 8;
 260         int minor = i % 8;
 261
 262         if (core_mask[major] & (0x1 << minor)) {
 263             avail_cores++;
 264         }
 265
 266     }
 267
 268     if (vm->num_cores > avail_cores) {
 269         PrintError("Attempted to start a VM with too many cores (vm->num_cores = %d, avail_cores = %d, MAX=%d)\n", vm->num_cores, avail_cores, MAX_CORES);
 270         return -1;
 271     }
 272
 273
 274 #ifdef CONFIG_MULTITHREAD_OS
 275     // spawn off new threads, for other cores
 276     for (i = 0, vcore_id = 1; (i < MAX_CORES) && (vcore_id < vm->num_cores); i++) {
 277         int major = i / 8;
 278         int minor = i % 8;
 279         void * core_thread = NULL;
 280         struct guest_info * core = &(vm->cores[vcore_id]);
 281
 282         /* This assumes that the core 0 thread has been mapped to physical core 0 */
 283         if (i == V3_Get_CPU()) {
 284             // We skip the local CPU, because it is reserved for vcore 0
 285             continue;
 286         }
 287
 288
 289         if ((core_mask[major] & (0x1 << minor)) == 0) {
 290             // cpuid not set in cpu_mask
 291             continue;
 292         }
 293
 294         PrintDebug("Starting virtual core %u on logical core %u\n",
 295                    vcore_id, i);
 296
 297         sprintf(core->exec_name, "%s-%u", vm->name, vcore_id);
 298
 299         PrintDebug("run: core=%u, func=0x%p, arg=0x%p, name=%s\n",
 300                    i, start_core, core, core->exec_name);
 301
 302         // TODO: actually manage these threads instead of just launching them
 303         core_thread = V3_CREATE_THREAD_ON_CPU(i, start_core, core, core->exec_name);
 304
 305         if (core_thread == NULL) {
 306             PrintError("Thread launch failed\n");
 307             return -1;
 308         }
 309
 310         vcore_id++;
 311     }
 312 #endif
 313
 314     sprintf(vm->cores[0].exec_name, "%s", vm->name);
 315
 316     if (start_core(&(vm->cores[0])) != 0) {
 317         PrintError("Error starting VM core 0\n");
 318         return -1;
 319     }
 320
 321
 322     return 0;
 323
 324 }
 325
 326
 327
 328
 329 int v3_stop_vm(struct v3_vm_info * vm) {
 330
 331     vm->run_state = VM_STOPPED;
 332
 333     // force exit all cores via a cross call/IPI
 334
 335     while (1) {
 336         int i = 0;
 337         int still_running = 0;
 338
 339         for (i = 0; i < vm->num_cores; i++) {
 340             if (vm->cores[i].core_run_state != CORE_STOPPED) {
 341                 still_running = 1;
 342             }
 343         }
 344
 345         if (still_running == 0) {
 346             break;
 347         }
 348
 349         V3_Print("Yielding\n");
 350
 351         v3_yield(NULL);
 352     }
 353
 354     V3_Print("VM stopped. Returning\n");
 355
 356     return 0;
 357 }
 358
 359
 360 int v3_free_vm(struct v3_vm_info * vm) {
 361     int i = 0;
 362     // deinitialize guest (free memory, etc...)
 363
 364     v3_free_vm_devices(vm);
 365
 366     // free cores
 367     for (i = 0; i < vm->num_cores; i++) {
 368         v3_free_core(&(vm->cores[i]));
 369     }
 370
 371     // free vm
 372     v3_free_vm_internal(vm);
 373
 374     v3_free_config(vm);
 375
 376     V3_Free(vm);
 377
 378     return 0;
 379 }
 380
 381
 382 #ifdef __V3_32BIT__
 383
 384 v3_cpu_mode_t v3_get_host_cpu_mode() {
 385     uint32_t cr4_val;
 386     struct cr4_32 * cr4;
 387
 388     __asm__ (
 389              "movl %%cr4, %0; "
 390              : "=r"(cr4_val)
 391              );
 392
 393
 394     cr4 = (struct cr4_32 *)&(cr4_val);
 395
 396     if (cr4->pae == 1) {
 397         return PROTECTED_PAE;
 398     } else {
 399         return PROTECTED;
 400     }
 401 }
 402
 403 #elif __V3_64BIT__
 404
 405 v3_cpu_mode_t v3_get_host_cpu_mode() {
 406     return LONG;
 407 }
 408
 409 #endif
 410
 411
 412 #define V3_Yield(addr)                                  \
 413     do {                                                \
 414         extern struct v3_os_hooks * os_hooks;           \
 415         if ((os_hooks) && (os_hooks)->yield_cpu) {      \
 416             (os_hooks)->yield_cpu();                    \
 417         }                                               \
 418     } while (0)                                         \
 419
 420
 421
 422 void v3_yield_cond(struct guest_info * info) {
 423     uint64_t cur_cycle;
 424     cur_cycle = v3_get_host_time(&info->time_state);
 425
 426     if (cur_cycle > (info->yield_start_cycle + info->vm_info->yield_cycle_period)) {
 427
 428         /*
 429           PrintDebug("Conditional Yield (cur_cyle=%p, start_cycle=%p, period=%p)\n",
 430           (void *)cur_cycle, (void *)info->yield_start_cycle, (void *)info->yield_cycle_period);
 431         */
 432         V3_Yield();
 433         info->yield_start_cycle = v3_get_host_time(&info->time_state);
 434     }
 435 }
 436
 437
 438 /*
 439  * unconditional cpu yield
 440  * if the yielding thread is a guest context, the guest quantum is reset on resumption
 441  * Non guest context threads should call this function with a NULL argument
 442  */
 443 void v3_yield(struct guest_info * info) {
 444     V3_Yield();
 445
 446     if (info) {
 447         info->yield_start_cycle = v3_get_host_time(&info->time_state);
 448     }
 449 }
 450
 451
 452
 453
 454 void v3_print_cond(const char * fmt, ...) {
 455     if (v3_dbg_enable == 1) {
 456         char buf[2048];
 457         va_list ap;
 458
 459         va_start(ap, fmt);
 460         vsnprintf(buf, 2048, fmt, ap);
 461         va_end(ap);
 462
 463         V3_Print("%s", buf);
 464     }
 465 }
 466
 467
 468 #ifdef CONFIG_MULTITHREAD_OS
 469
 470 void v3_interrupt_cpu(struct v3_vm_info * vm, int logical_cpu, int vector) {
 471     extern struct v3_os_hooks * os_hooks;
 472
 473     if ((os_hooks) && (os_hooks)->interrupt_cpu) {
 474         (os_hooks)->interrupt_cpu(vm, logical_cpu, vector);
 475     }
 476 }
 477 #endif
 478
 479
 480
 481 int v3_vm_enter(struct guest_info * info) {
 482     switch (v3_cpu_types[info->cpu_id]) {
 483 #ifdef CONFIG_SVM
 484         case V3_SVM_CPU:
 485         case V3_SVM_REV3_CPU:
 486             return v3_svm_enter(info);
 487             break;
 488 #endif
 489 #if CONFIG_VMX
 490         case V3_VMX_CPU:
 491         case V3_VMX_EPT_CPU:
 492             return v3_vmx_enter(info);
 493             break;
 494 #endif
 495         default:
 496             PrintError("Attemping to enter a guest on an invalid CPU\n");
 497             return -1;
 498     }
 499 }