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_instrument.h>
  25 #include <palacios/vmm_ctrl_regs.h>
  26 #include <palacios/vmm_lowlevel.h>
  27 #include <palacios/vmm_sprintf.h>
  28
  29 #ifdef CONFIG_SVM
  30 #include <palacios/svm.h>
  31 #endif
  32 #ifdef CONFIG_VMX
  33 #include <palacios/vmx.h>
  34 #endif
  35
  36 #ifdef CONFIG_VNET
  37 #include <palacios/vmm_vnet.h>
  38 #endif
  39
  40
  41 v3_cpu_arch_t v3_cpu_types[CONFIG_MAX_CPUS];
  42 struct v3_os_hooks * os_hooks = NULL;
  43
  44 int v3_dbg_enable = 0;
  45
  46
  47
  48 static void init_cpu(void * arg) {
  49     uint32_t cpu_id = (uint32_t)(addr_t)arg;
  50
  51 #ifdef CONFIG_SVM
  52     if (v3_is_svm_capable()) {
  53         PrintDebug("Machine is SVM Capable\n");
  54         v3_init_svm_cpu(cpu_id);
  55
  56     } else
  57 #endif
  58 #ifdef CONFIG_VMX
  59     if (v3_is_vmx_capable()) {
  60         PrintDebug("Machine is VMX Capable\n");
  61         v3_init_vmx_cpu(cpu_id);
  62
  63     } else
  64 #endif
  65     {
  66        PrintError("CPU has no virtualizationExtensions\n");
  67     }
  68 }
  69
  70
  71
  72 void Init_V3(struct v3_os_hooks * hooks, int num_cpus) {
  73     int i;
  74
  75     V3_Print("V3 Print statement to fix a Kitten page fault bug\n");
  76
  77     // Set global variables.
  78     os_hooks = hooks;
  79
  80     for (i = 0; i < CONFIG_MAX_CPUS; i++) {
  81         v3_cpu_types[i] = V3_INVALID_CPU;
  82     }
  83
  84     // Register all the possible device types
  85     V3_init_devices();
  86
  87     // Register all shadow paging handlers
  88     V3_init_shdw_paging();
  89
  90
  91 #ifdef CONFIG_SYMMOD
  92     V3_init_symmod();
  93 #endif
  94
  95 #ifdef CONFIG_INSTRUMENT_VMM
  96     v3_init_instrumentation();
  97 #endif
  98
  99
 100 #ifdef CONFIG_VNET
 101     v3_init_vnet();
 102 #endif
 103
 104
 105 #ifdef CONFIG_MULTITHREAD_OS
 106     if ((hooks) && (hooks->call_on_cpu)) {
 107
 108         for (i = 0; i < num_cpus; i++) {
 109
 110             V3_Print("Initializing VMM extensions on cpu %d\n", i);
 111             hooks->call_on_cpu(i, &init_cpu, (void *)(addr_t)i);
 112         }
 113     }
 114 #else
 115     init_cpu(0);
 116 #endif
 117
 118 }
 119
 120
 121 v3_cpu_arch_t v3_get_cpu_type(int cpu_id) {
 122     return v3_cpu_types[cpu_id];
 123 }
 124
 125
 126 struct v3_vm_info * v3_create_vm(void * cfg, void * priv_data, char * name) {
 127     struct v3_vm_info * vm = v3_config_guest(cfg, priv_data);
 128
 129     V3_Print("CORE 0 RIP=%p\n", (void *)(addr_t)(vm->cores[0].rip));
 130
 131
 132     if (vm == NULL) {
 133         PrintError("Could not configure guest\n");
 134         return NULL;
 135     }
 136
 137     if (name == NULL) {
 138         name = "[V3_VM]";
 139     } else if (strlen(name) >= 128) {
 140         PrintError("VM name is too long. Will be truncated to 128 chars.\n");
 141     }
 142
 143     memset(vm->name, 0, 128);
 144     strncpy(vm->name, name, 127);
 145
 146     return vm;
 147 }
 148
 149
 150 static int start_core(void * p)
 151 {
 152     struct guest_info * core = (struct guest_info *)p;
 153
 154
 155     PrintDebug("core %u: in start_core (RIP=%p)\n",
 156                core->cpu_id, (void *)(addr_t)core->rip);
 157
 158
 159     // JRL: Whoa WTF? cpu_types are tied to the vcoreID????
 160     switch (v3_cpu_types[core->cpu_id]) {
 161 #ifdef CONFIG_SVM
 162         case V3_SVM_CPU:
 163         case V3_SVM_REV3_CPU:
 164             return v3_start_svm_guest(core);
 165             break;
 166 #endif
 167 #if CONFIG_VMX
 168         case V3_VMX_CPU:
 169         case V3_VMX_EPT_CPU:
 170             return v3_start_vmx_guest(core);
 171             break;
 172 #endif
 173         default:
 174             PrintError("Attempting to enter a guest on an invalid CPU\n");
 175             return -1;
 176     }
 177     // should not happen
 178     return 0;
 179 }
 180
 181
 182 // For the moment very ugly. Eventually we will shift the cpu_mask to an arbitrary sized type...
 183 #define MAX_CORES 32
 184
 185
 186 int v3_start_vm(struct v3_vm_info * vm, unsigned int cpu_mask) {
 187     uint32_t i;
 188     int vcore_id = 0;
 189     uint8_t * core_mask = (uint8_t *)&cpu_mask; // This is to make future expansion easier
 190     uint32_t avail_cores = 0;
 191
 192
 193
 194     /// CHECK IF WE ARE MULTICORE ENABLED....
 195
 196     V3_Print("V3 --  Starting VM (%u cores)\n", vm->num_cores);
 197     V3_Print("CORE 0 RIP=%p\n", (void *)(addr_t)(vm->cores[0].rip));
 198
 199     // Check that enough cores are present in the mask to handle vcores
 200     for (i = 0; i < MAX_CORES; i++) {
 201         int major = i / 8;
 202         int minor = i % 8;
 203
 204         if (core_mask[major] & (0x1 << minor)) {
 205             avail_cores++;
 206         }
 207
 208     }
 209
 210     if (vm->num_cores > avail_cores) {
 211         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);
 212         return -1;
 213     }
 214
 215
 216     // spawn off new threads, for other cores
 217     for (i = 0, vcore_id = 1; (i < MAX_CORES) && (vcore_id < vm->num_cores); i++) {
 218         int major = i / 8;
 219         int minor = i % 8;
 220         void * core_thread = NULL;
 221         struct guest_info * core = &(vm->cores[vcore_id]);
 222
 223         if (i == V3_Get_CPU()) {
 224             // We skip the local CPU, because it is reserved for vcore 0
 225             continue;
 226         }
 227
 228
 229         if ((core_mask[major] & (0x1 << minor)) == 0) {
 230             // cpuid not set in cpu_mask
 231             continue;
 232         }
 233
 234         PrintDebug("Starting virtual core %u on logical core %u\n",
 235                    vcore_id, i);
 236
 237         sprintf(core->exec_name, "%s-%u", vm->name, vcore_id);
 238
 239         PrintDebug("run: core=%u, func=0x%p, arg=0x%p, name=%s\n",
 240                    i, start_core, core, core->exec_name);
 241
 242         // TODO: actually manage these threads instead of just launching them
 243         core_thread = V3_CREATE_THREAD_ON_CPU(i, start_core, core, core->exec_name);
 244
 245         if (core_thread == NULL) {
 246             PrintError("Thread launch failed\n");
 247             return -1;
 248         }
 249
 250         vcore_id++;
 251     }
 252
 253     sprintf(vm->cores[0].exec_name, "%s", vm->name);
 254
 255     if (start_core(&(vm->cores[0])) != 0) {
 256         PrintError("Error starting VM core 0\n");
 257         return -1;
 258     }
 259
 260
 261     return 0;
 262
 263 }
 264
 265
 266
 267
 268 int v3_stop_vm(struct v3_vm_info * vm) {
 269
 270     vm->run_state = VM_STOPPED;
 271
 272     // force exit all cores via a cross call/IPI
 273
 274     while (1) {
 275         int i = 0;
 276         int still_running = 0;
 277
 278         for (i = 0; i < vm->num_cores; i++) {
 279             if (vm->cores[i].core_run_state != CORE_STOPPED) {
 280                 still_running = 1;
 281             }
 282         }
 283
 284         if (still_running == 0) {
 285             break;
 286         }
 287
 288         V3_Print("Yielding\n");
 289
 290         v3_yield(NULL);
 291     }
 292
 293     V3_Print("VM stopped. Returning\n");
 294
 295     return 0;
 296 }
 297
 298
 299 int v3_free_vm(struct v3_vm_info * vm) {
 300     int i = 0;
 301     // deinitialize guest (free memory, etc...)
 302
 303     v3_free_vm_devices(vm);
 304
 305     // free cores
 306     for (i = 0; i < vm->num_cores; i++) {
 307         v3_free_core(&(vm->cores[i]));
 308     }
 309
 310     // free vm
 311     v3_free_vm_internal(vm);
 312
 313
 314     return 0;
 315 }
 316
 317
 318 #ifdef __V3_32BIT__
 319
 320 v3_cpu_mode_t v3_get_host_cpu_mode() {
 321     uint32_t cr4_val;
 322     struct cr4_32 * cr4;
 323
 324     __asm__ (
 325              "movl %%cr4, %0; "
 326              : "=r"(cr4_val)
 327              );
 328
 329
 330     cr4 = (struct cr4_32 *)&(cr4_val);
 331
 332     if (cr4->pae == 1) {
 333         return PROTECTED_PAE;
 334     } else {
 335         return PROTECTED;
 336     }
 337 }
 338
 339 #elif __V3_64BIT__
 340
 341 v3_cpu_mode_t v3_get_host_cpu_mode() {
 342     return LONG;
 343 }
 344
 345 #endif
 346
 347
 348 #define V3_Yield(addr)                                  \
 349     do {                                                \
 350         extern struct v3_os_hooks * os_hooks;           \
 351         if ((os_hooks) && (os_hooks)->yield_cpu) {      \
 352             (os_hooks)->yield_cpu();                    \
 353         }                                               \
 354     } while (0)                                         \
 355
 356
 357
 358 void v3_yield_cond(struct guest_info * info) {
 359     uint64_t cur_cycle;
 360     cur_cycle = v3_get_host_time(&info->time_state);
 361
 362     if (cur_cycle > (info->yield_start_cycle + info->vm_info->yield_cycle_period)) {
 363
 364         /*
 365           PrintDebug("Conditional Yield (cur_cyle=%p, start_cycle=%p, period=%p)\n",
 366           (void *)cur_cycle, (void *)info->yield_start_cycle, (void *)info->yield_cycle_period);
 367         */
 368         V3_Yield();
 369         info->yield_start_cycle = v3_get_host_time(&info->time_state);
 370     }
 371 }
 372
 373
 374 /*
 375  * unconditional cpu yield
 376  * if the yielding thread is a guest context, the guest quantum is reset on resumption
 377  * Non guest context threads should call this function with a NULL argument
 378  */
 379 void v3_yield(struct guest_info * info) {
 380     V3_Yield();
 381
 382     if (info) {
 383         info->yield_start_cycle = v3_get_host_time(&info->time_state);
 384     }
 385 }
 386
 387
 388
 389
 390 void v3_print_cond(const char * fmt, ...) {
 391     if (v3_dbg_enable == 1) {
 392         char buf[2048];
 393         va_list ap;
 394
 395         va_start(ap, fmt);
 396         vsnprintf(buf, 2048, fmt, ap);
 397         va_end(ap);
 398
 399         V3_Print("%s", buf);
 400     }
 401 }
 402
 403
 404 #ifdef CONFIG_MULTITHREAD_OS
 405
 406 void v3_interrupt_cpu(struct v3_vm_info * vm, int logical_cpu, int vector) {
 407     extern struct v3_os_hooks * os_hooks;
 408
 409     if ((os_hooks) && (os_hooks)->interrupt_cpu) {
 410         (os_hooks)->interrupt_cpu(vm, logical_cpu, vector);
 411     }
 412 }
 413 #endif
 414
 415
 416
 417 int v3_vm_enter(struct guest_info * info) {
 418     switch (v3_cpu_types[info->cpu_id]) {
 419 #ifdef CONFIG_SVM
 420         case V3_SVM_CPU:
 421         case V3_SVM_REV3_CPU:
 422             return v3_svm_enter(info);
 423             break;
 424 #endif
 425 #if CONFIG_VMX
 426         case V3_VMX_CPU:
 427         case V3_VMX_EPT_CPU:
 428             return v3_vmx_enter(info);
 429             break;
 430 #endif
 431         default:
 432             PrintError("Attemping to enter a guest on an invalid CPU\n");
 433             return -1;
 434     }
 435 }