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