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 virtualization Extensions\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 void Deinit_V3() {
 122
 123
 124 }
 125
 126
 127 v3_cpu_arch_t v3_get_cpu_type(int cpu_id) {
 128     return v3_cpu_types[cpu_id];
 129 }
 130
 131
 132 struct v3_vm_info * v3_create_vm(void * cfg, void * priv_data, char * name) {
 133     struct v3_vm_info * vm = v3_config_guest(cfg, priv_data);
 134
 135     V3_Print("CORE 0 RIP=%p\n", (void *)(addr_t)(vm->cores[0].rip));
 136
 137
 138     if (vm == NULL) {
 139         PrintError("Could not configure guest\n");
 140         return NULL;
 141     }
 142
 143     if (name == NULL) {
 144         name = "[V3_VM]";
 145     } else if (strlen(name) >= 128) {
 146         PrintError("VM name is too long. Will be truncated to 128 chars.\n");
 147     }
 148
 149     memset(vm->name, 0, 128);
 150     strncpy(vm->name, name, 127);
 151
 152     return vm;
 153 }
 154
 155
 156 static int start_core(void * p)
 157 {
 158     struct guest_info * core = (struct guest_info *)p;
 159
 160
 161     PrintDebug("core %u: in start_core (RIP=%p)\n",
 162                core->cpu_id, (void *)(addr_t)core->rip);
 163
 164
 165     // JRL: Whoa WTF? cpu_types are tied to the vcoreID????
 166     switch (v3_cpu_types[core->cpu_id]) {
 167 #ifdef CONFIG_SVM
 168         case V3_SVM_CPU:
 169         case V3_SVM_REV3_CPU:
 170             return v3_start_svm_guest(core);
 171             break;
 172 #endif
 173 #if CONFIG_VMX
 174         case V3_VMX_CPU:
 175         case V3_VMX_EPT_CPU:
 176             return v3_start_vmx_guest(core);
 177             break;
 178 #endif
 179         default:
 180             PrintError("Attempting to enter a guest on an invalid CPU\n");
 181             return -1;
 182     }
 183     // should not happen
 184     return 0;
 185 }
 186
 187
 188 // For the moment very ugly. Eventually we will shift the cpu_mask to an arbitrary sized type...
 189 #define MAX_CORES 32
 190
 191
 192 int v3_start_vm(struct v3_vm_info * vm, unsigned int cpu_mask) {
 193     uint32_t i;
 194     int vcore_id = 0;
 195     uint8_t * core_mask = (uint8_t *)&cpu_mask; // This is to make future expansion easier
 196     uint32_t avail_cores = 0;
 197
 198
 199
 200     /// CHECK IF WE ARE MULTICORE ENABLED....
 201
 202     V3_Print("V3 --  Starting VM (%u cores)\n", vm->num_cores);
 203     V3_Print("CORE 0 RIP=%p\n", (void *)(addr_t)(vm->cores[0].rip));
 204
 205     // Check that enough cores are present in the mask to handle vcores
 206     for (i = 0; i < MAX_CORES; i++) {
 207         int major = i / 8;
 208         int minor = i % 8;
 209
 210         if (core_mask[major] & (0x1 << minor)) {
 211             avail_cores++;
 212         }
 213
 214     }
 215
 216     if (vm->num_cores > avail_cores) {
 217         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);
 218         return -1;
 219     }
 220
 221
 222     // spawn off new threads, for other cores
 223     for (i = 0, vcore_id = 1; (i < MAX_CORES) && (vcore_id < vm->num_cores); i++) {
 224         int major = i / 8;
 225         int minor = i % 8;
 226         void * core_thread = NULL;
 227         struct guest_info * core = &(vm->cores[vcore_id]);
 228
 229         if (i == V3_Get_CPU()) {
 230             // We skip the local CPU, because it is reserved for vcore 0
 231             continue;
 232         }
 233
 234
 235         if ((core_mask[major] & (0x1 << minor)) == 0) {
 236             // cpuid not set in cpu_mask
 237             continue;
 238         }
 239
 240         PrintDebug("Starting virtual core %u on logical core %u\n",
 241                    vcore_id, i);
 242
 243         sprintf(core->exec_name, "%s-%u", vm->name, vcore_id);
 244
 245         PrintDebug("run: core=%u, func=0x%p, arg=0x%p, name=%s\n",
 246                    i, start_core, core, core->exec_name);
 247
 248         // TODO: actually manage these threads instead of just launching them
 249         core_thread = V3_CREATE_THREAD_ON_CPU(i, start_core, core, core->exec_name);
 250
 251         if (core_thread == NULL) {
 252             PrintError("Thread launch failed\n");
 253             return -1;
 254         }
 255
 256         vcore_id++;
 257     }
 258
 259     sprintf(vm->cores[0].exec_name, "%s", vm->name);
 260
 261     if (start_core(&(vm->cores[0])) != 0) {
 262         PrintError("Error starting VM core 0\n");
 263         return -1;
 264     }
 265
 266
 267     return 0;
 268
 269 }
 270
 271
 272
 273
 274 int v3_stop_vm(struct v3_vm_info * vm) {
 275
 276     vm->run_state = VM_STOPPED;
 277
 278     // force exit all cores via a cross call/IPI
 279
 280     while (1) {
 281         int i = 0;
 282         int still_running = 0;
 283
 284         for (i = 0; i < vm->num_cores; i++) {
 285             if (vm->cores[i].core_run_state != CORE_STOPPED) {
 286                 still_running = 1;
 287             }
 288         }
 289
 290         if (still_running == 0) {
 291             break;
 292         }
 293
 294         V3_Print("Yielding\n");
 295
 296         v3_yield(NULL);
 297     }
 298
 299     V3_Print("VM stopped. Returning\n");
 300
 301     return 0;
 302 }
 303
 304
 305 int v3_free_vm(struct v3_vm_info * vm) {
 306     int i = 0;
 307     // deinitialize guest (free memory, etc...)
 308
 309     v3_free_vm_devices(vm);
 310
 311     // free cores
 312     for (i = 0; i < vm->num_cores; i++) {
 313         v3_free_core(&(vm->cores[i]));
 314     }
 315
 316     // free vm
 317     v3_free_vm_internal(vm);
 318
 319     v3_free_config(vm);
 320
 321     V3_Free(vm);
 322
 323     return 0;
 324 }
 325
 326
 327 #ifdef __V3_32BIT__
 328
 329 v3_cpu_mode_t v3_get_host_cpu_mode() {
 330     uint32_t cr4_val;
 331     struct cr4_32 * cr4;
 332
 333     __asm__ (
 334              "movl %%cr4, %0; "
 335              : "=r"(cr4_val)
 336              );
 337
 338
 339     cr4 = (struct cr4_32 *)&(cr4_val);
 340
 341     if (cr4->pae == 1) {
 342         return PROTECTED_PAE;
 343     } else {
 344         return PROTECTED;
 345     }
 346 }
 347
 348 #elif __V3_64BIT__
 349
 350 v3_cpu_mode_t v3_get_host_cpu_mode() {
 351     return LONG;
 352 }
 353
 354 #endif
 355
 356
 357 #define V3_Yield(addr)                                  \
 358     do {                                                \
 359         extern struct v3_os_hooks * os_hooks;           \
 360         if ((os_hooks) && (os_hooks)->yield_cpu) {      \
 361             (os_hooks)->yield_cpu();                    \
 362         }                                               \
 363     } while (0)                                         \
 364
 365
 366
 367 void v3_yield_cond(struct guest_info * info) {
 368     uint64_t cur_cycle;
 369     cur_cycle = v3_get_host_time(&info->time_state);
 370
 371     if (cur_cycle > (info->yield_start_cycle + info->vm_info->yield_cycle_period)) {
 372
 373         /*
 374           PrintDebug("Conditional Yield (cur_cyle=%p, start_cycle=%p, period=%p)\n",
 375           (void *)cur_cycle, (void *)info->yield_start_cycle, (void *)info->yield_cycle_period);
 376         */
 377         V3_Yield();
 378         info->yield_start_cycle = v3_get_host_time(&info->time_state);
 379     }
 380 }
 381
 382
 383 /*
 384  * unconditional cpu yield
 385  * if the yielding thread is a guest context, the guest quantum is reset on resumption
 386  * Non guest context threads should call this function with a NULL argument
 387  */
 388 void v3_yield(struct guest_info * info) {
 389     V3_Yield();
 390
 391     if (info) {
 392         info->yield_start_cycle = v3_get_host_time(&info->time_state);
 393     }
 394 }
 395
 396
 397
 398
 399 void v3_print_cond(const char * fmt, ...) {
 400     if (v3_dbg_enable == 1) {
 401         char buf[2048];
 402         va_list ap;
 403
 404         va_start(ap, fmt);
 405         vsnprintf(buf, 2048, fmt, ap);
 406         va_end(ap);
 407
 408         V3_Print("%s", buf);
 409     }
 410 }
 411
 412
 413 #ifdef CONFIG_MULTITHREAD_OS
 414
 415 void v3_interrupt_cpu(struct v3_vm_info * vm, int logical_cpu, int vector) {
 416     extern struct v3_os_hooks * os_hooks;
 417
 418     if ((os_hooks) && (os_hooks)->interrupt_cpu) {
 419         (os_hooks)->interrupt_cpu(vm, logical_cpu, vector);
 420     }
 421 }
 422 #endif
 423
 424
 425
 426 int v3_vm_enter(struct guest_info * info) {
 427     switch (v3_cpu_types[info->cpu_id]) {
 428 #ifdef CONFIG_SVM
 429         case V3_SVM_CPU:
 430         case V3_SVM_REV3_CPU:
 431             return v3_svm_enter(info);
 432             break;
 433 #endif
 434 #if CONFIG_VMX
 435         case V3_VMX_CPU:
 436         case V3_VMX_EPT_CPU:
 437             return v3_vmx_enter(info);
 438             break;
 439 #endif
 440         default:
 441             PrintError("Attemping to enter a guest on an invalid CPU\n");
 442             return -1;
 443     }
 444 }