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("virtual core %u/physical core %u: in start_core (RIP=%p)\n",
 208                core->cpu_id, core->host_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->host_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     uint8_t * core_mask = (uint8_t *)&cpu_mask; // This is to make future expansion easier
 245     uint32_t avail_cores = 0;
 246
 247     /// CHECK IF WE ARE MULTICORE ENABLED....
 248
 249     V3_Print("V3 --  Starting VM (%u cores)\n", vm->num_cores);
 250     V3_Print("CORE 0 RIP=%p\n", (void *)(addr_t)(vm->cores[0].rip));
 251
 252     if (vm->num_cores > MAX_CORES ) {
 253         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);
 254         return -1;
 255     }
 256
 257     if (vm->cores[0].host_cpu_id != 0) {
 258         PrintError("First virtual core must run on host core 0.\n");
 259         return -1;
 260     }
 261
 262 #ifdef CONFIG_MULTITHREAD_OS
 263     // spawn off new threads, for other cores
 264     for (i = 1; i < vm->num_cores; i++) {
 265         struct guest_info *core = &(vm->cores[i]);
 266         int major = core->host_cpu_id / 8;
 267         int minor = core->host_cpu_id % 8;
 268         void * core_thread = NULL;
 269
 270         if ((core_mask[major] & (0x1 << minor)) == 0) {
 271             PrintError("Host CPU %d not available for virtual core %d; not started\n",
 272                        core->host_cpu_id, i);
 273             continue;
 274         }
 275
 276         PrintDebug("Starting virtual core %u on logical core %u\n",
 277                    i, core->host_cpu_id);
 278
 279         sprintf(core->exec_name, "%s-%u", vm->name, i);
 280
 281         PrintDebug("run: core=%u, func=0x%p, arg=0x%p, name=%s\n",
 282                    core->host_cpu_id, start_core, core, core->exec_name);
 283
 284         // TODO: actually manage these threads instead of just launching them
 285         core_thread = V3_CREATE_THREAD_ON_CPU(core->host_cpu_id, start_core,
 286                                               core, core->exec_name);
 287
 288         if (core_thread == NULL) {
 289             PrintError("Thread launch failed\n");
 290             return -1;
 291         }
 292     }
 293 #endif
 294
 295     sprintf(vm->cores[0].exec_name, "%s", vm->name);
 296
 297     if (start_core(&(vm->cores[0])) != 0) {
 298         PrintError("Error starting VM core 0\n");
 299         return -1;
 300     }
 301
 302
 303     return 0;
 304
 305 }
 306
 307
 308
 309
 310 int v3_stop_vm(struct v3_vm_info * vm) {
 311
 312     vm->run_state = VM_STOPPED;
 313
 314     // force exit all cores via a cross call/IPI
 315
 316     while (1) {
 317         int i = 0;
 318         int still_running = 0;
 319
 320         for (i = 0; i < vm->num_cores; i++) {
 321             if (vm->cores[i].core_run_state != CORE_STOPPED) {
 322                 still_running = 1;
 323             }
 324         }
 325
 326         if (still_running == 0) {
 327             break;
 328         }
 329
 330         V3_Print("Yielding\n");
 331
 332         v3_yield(NULL);
 333     }
 334
 335     V3_Print("VM stopped. Returning\n");
 336
 337     return 0;
 338 }
 339
 340
 341 int v3_free_vm(struct v3_vm_info * vm) {
 342     int i = 0;
 343     // deinitialize guest (free memory, etc...)
 344
 345     v3_free_vm_devices(vm);
 346
 347     // free cores
 348     for (i = 0; i < vm->num_cores; i++) {
 349         v3_free_core(&(vm->cores[i]));
 350     }
 351
 352     // free vm
 353     v3_free_vm_internal(vm);
 354
 355     v3_free_config(vm);
 356
 357     V3_Free(vm);
 358
 359     return 0;
 360 }
 361
 362
 363 #ifdef __V3_32BIT__
 364
 365 v3_cpu_mode_t v3_get_host_cpu_mode() {
 366     uint32_t cr4_val;
 367     struct cr4_32 * cr4;
 368
 369     __asm__ (
 370              "movl %%cr4, %0; "
 371              : "=r"(cr4_val)
 372              );
 373
 374
 375     cr4 = (struct cr4_32 *)&(cr4_val);
 376
 377     if (cr4->pae == 1) {
 378         return PROTECTED_PAE;
 379     } else {
 380         return PROTECTED;
 381     }
 382 }
 383
 384 #elif __V3_64BIT__
 385
 386 v3_cpu_mode_t v3_get_host_cpu_mode() {
 387     return LONG;
 388 }
 389
 390 #endif
 391
 392
 393 #define V3_Yield(addr)                                  \
 394     do {                                                \
 395         extern struct v3_os_hooks * os_hooks;           \
 396         if ((os_hooks) && (os_hooks)->yield_cpu) {      \
 397             (os_hooks)->yield_cpu();                    \
 398         }                                               \
 399     } while (0)                                         \
 400
 401
 402
 403 void v3_yield_cond(struct guest_info * info) {
 404     uint64_t cur_cycle;
 405     cur_cycle = v3_get_host_time(&info->time_state);
 406
 407     if (cur_cycle > (info->yield_start_cycle + info->vm_info->yield_cycle_period)) {
 408
 409         /*
 410           PrintDebug("Conditional Yield (cur_cyle=%p, start_cycle=%p, period=%p)\n",
 411           (void *)cur_cycle, (void *)info->yield_start_cycle, (void *)info->yield_cycle_period);
 412         */
 413         V3_Yield();
 414         info->yield_start_cycle = v3_get_host_time(&info->time_state);
 415     }
 416 }
 417
 418
 419 /*
 420  * unconditional cpu yield
 421  * if the yielding thread is a guest context, the guest quantum is reset on resumption
 422  * Non guest context threads should call this function with a NULL argument
 423  */
 424 void v3_yield(struct guest_info * info) {
 425     V3_Yield();
 426
 427     if (info) {
 428         info->yield_start_cycle = v3_get_host_time(&info->time_state);
 429     }
 430 }
 431
 432
 433
 434
 435 void v3_print_cond(const char * fmt, ...) {
 436     if (v3_dbg_enable == 1) {
 437         char buf[2048];
 438         va_list ap;
 439
 440         va_start(ap, fmt);
 441         vsnprintf(buf, 2048, fmt, ap);
 442         va_end(ap);
 443
 444         V3_Print("%s", buf);
 445     }
 446 }
 447
 448
 449 #ifdef CONFIG_MULTITHREAD_OS
 450
 451 void v3_interrupt_cpu(struct v3_vm_info * vm, int logical_cpu, int vector) {
 452     extern struct v3_os_hooks * os_hooks;
 453
 454     if ((os_hooks) && (os_hooks)->interrupt_cpu) {
 455         (os_hooks)->interrupt_cpu(vm, logical_cpu, vector);
 456     }
 457 }
 458 #endif
 459
 460
 461
 462 int v3_vm_enter(struct guest_info * info) {
 463     switch (v3_cpu_types[info->host_cpu_id]) {
 464 #ifdef CONFIG_SVM
 465         case V3_SVM_CPU:
 466         case V3_SVM_REV3_CPU:
 467             return v3_svm_enter(info);
 468             break;
 469 #endif
 470 #if CONFIG_VMX
 471         case V3_VMX_CPU:
 472         case V3_VMX_EPT_CPU:
 473             return v3_vmx_enter(info);
 474             break;
 475 #endif
 476         default:
 477             PrintError("Attemping to enter a guest on an invalid CPU\n");
 478             return -1;
 479     }
 480 }