palacios/src/palacios/vmm_emulator.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  *
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  17  * redistribute, and modify it as specified in the file "V3VEE_LICENSE".
  18  */
  19
  20 #include <palacios/vmm.h>
  21 #include <palacios/vmm_emulator.h>
  22 #include <palacios/vm_guest_mem.h>
  23 #include <palacios/vmm_decoder.h>
  24 #include <palacios/vmm_debug.h>
  25 #include <palacios/vmcb.h>
  26 #include <palacios/vmm_ctrl_regs.h>
  27
  28 static const char VMMCALL[3] = {0x0f, 0x01, 0xd9};
  29
  30 #ifndef DEBUG_EMULATOR
  31 #undef PrintDebug
  32 #define PrintDebug(fmt, args...)
  33 #endif
  34
  35
  36 int init_emulator(struct guest_info * info) {
  37   struct emulation_state * emulator = &(info->emulator);
  38
  39   emulator->num_emulated_pages = 0;
  40   INIT_LIST_HEAD(&(emulator->emulated_pages));
  41
  42
  43   emulator->num_saved_pages = 0;
  44   INIT_LIST_HEAD(&(emulator->saved_pages));
  45
  46   emulator->num_write_regions = 0;
  47   INIT_LIST_HEAD(&(emulator->write_regions));
  48
  49   emulator->running = 0;
  50   emulator->instr_length = 0;
  51
  52   emulator->tf_enabled = 0;
  53
  54   return 0;
  55 }
  56
  57 static addr_t get_new_page() {
  58   void * page = V3_AllocPages(1);
  59   memset(page, 0, PAGE_SIZE);
  60
  61   return (addr_t)page;
  62 }
  63
  64 /*
  65 static int setup_code_page(struct guest_info * info, char * instr, struct basic_instr_info * instr_info ) {
  66   addr_t code_page_offset = PT32_PAGE_OFFSET(info->rip);
  67   addr_t code_page = get_new_page();
  68   struct emulated_page * new_code_page = V3_Malloc(sizeof(struct emulated_page));
  69   struct saved_page * saved_code_page = V3_Malloc(sizeof(struct saved_page));
  70
  71
  72   saved_code_page->va = PT32_PAGE_ADDR(info->rip);
  73
  74   new_code_page->page_addr = code_page;
  75   new_code_page->va = PT32_PAGE_ADDR(info->rip);
  76
  77   new_code_page->pte.present = 1;
  78   new_code_page->pte.writable = 0;
  79   new_code_page->pte.user_page = 1;
  80   new_code_page->pte.page_base_addr = PT32_BASE_ADDR(code_page);
  81
  82   memcpy((void *)(code_page + code_page_offset), instr, instr_info->instr_length);
  83   memcpy((void *)(code_page + code_page_offset + instr_info->instr_length), VMMCALL, 3);
  84
  85 #ifdef DEBUG_EMULATOR
  86   PrintDebug("New Instr Stream:\n");
  87   PrintTraceMemDump((void *)(code_page + code_page_offset), 32);
  88   PrintDebug("rip =%x\n", info->rip);
  89 #endif
  90
  91
  92
  93   v3_replace_shdw_page32(info, new_code_page->va, &(new_code_page->pte), &(saved_code_page->pte));
  94
  95
  96   list_add(&(new_code_page->page_list), &(info->emulator.emulated_pages));
  97   info->emulator.num_emulated_pages++;
  98
  99   list_add(&(saved_code_page->page_list), &(info->emulator.saved_pages));
 100   info->emulator.num_saved_pages++;
 101
 102   return 0;
 103 }
 104 */
 105
 106
 107 static int set_stepping(struct guest_info * info) {
 108   vmcb_ctrl_t * ctrl_area = GET_VMCB_CTRL_AREA((vmcb_t*)(info->vmm_data));
 109   ctrl_area->exceptions.db = 1;
 110
 111   info->emulator.tf_enabled = ((struct rflags *)&(info->ctrl_regs.rflags))->tf;
 112
 113   ((struct rflags *)&(info->ctrl_regs.rflags))->tf = 1;
 114
 115   return 0;
 116 }
 117
 118
 119 static int unset_stepping(struct guest_info * info) {
 120   vmcb_ctrl_t * ctrl_area = GET_VMCB_CTRL_AREA((vmcb_t*)(info->vmm_data));
 121   ctrl_area->exceptions.db = 0;
 122
 123   ((struct rflags *)&(info->ctrl_regs.rflags))->tf = info->emulator.tf_enabled;
 124
 125   if (info->emulator.tf_enabled) {
 126     // Inject breakpoint exception into guest
 127   }
 128
 129   return 0;
 130
 131 }
 132
 133
 134 // get the current instr
 135 // check if rep + remove
 136 // put into new page, vmexit after
 137 // replace new page with current eip page
 138 //
 139 int v3_emulate_memory_read(struct guest_info * info, addr_t read_gva,
 140                            int (*read)(addr_t read_addr, void * dst, uint_t length, void * priv_data),
 141                            addr_t read_gpa, void * private_data) {
 142   struct basic_instr_info instr_info;
 143   char instr[15];
 144   int ret;
 145   struct emulated_page * data_page = V3_Malloc(sizeof(struct emulated_page));
 146   addr_t data_addr_offset = PT32_PAGE_OFFSET(read_gva);
 147   pte32_t saved_pte;
 148
 149   PrintDebug("Emulating Read\n");
 150
 151   if (info->mem_mode == PHYSICAL_MEM) {
 152     ret = read_guest_pa_memory(info, get_addr_linear(info, info->rip, &(info->segments.cs)), 15, instr);
 153   } else {
 154     ret = read_guest_va_memory(info, get_addr_linear(info, info->rip, &(info->segments.cs)), 15, instr);
 155   }
 156
 157 #ifdef DEBUG_EMULATOR
 158   PrintDebug("Instr (15 bytes) at %x:\n", instr);
 159   PrintTraceMemDump(instr, 15);
 160 #endif
 161
 162
 163   if (v3_basic_mem_decode(info, (addr_t)instr, &instr_info) == -1) {
 164     PrintError("Could not do a basic memory instruction decode\n");
 165     V3_Free(data_page);
 166     return -1;
 167   }
 168
 169   /*
 170   if (instr_info.has_rep == 1) {
 171     PrintError("We currently don't handle rep* instructions\n");
 172     V3_Free(data_page);
 173     return -1;
 174   }
 175   */
 176
 177   data_page->page_addr = get_new_page();
 178   data_page->va = PT32_PAGE_ADDR(read_gva);
 179   data_page->pte.present = 1;
 180   data_page->pte.writable = 0;
 181   data_page->pte.user_page = 1;
 182   data_page->pte.page_base_addr = PT32_BASE_ADDR(data_page->page_addr);
 183
 184
 185   // Read the data directly onto the emulated page
 186   if (read(read_gpa, (void *)(data_page->page_addr + data_addr_offset), instr_info.op_size, private_data) != instr_info.op_size) {
 187     PrintError("Read error in emulator\n");
 188     V3_FreePage((void *)(data_page->page_addr));
 189     V3_Free(data_page);
 190     return -1;
 191   }
 192
 193   v3_replace_shdw_page32(info, data_page->va, &(data_page->pte), &saved_pte);
 194
 195
 196   list_add(&(data_page->page_list), &(info->emulator.emulated_pages));
 197   info->emulator.num_emulated_pages++;
 198
 199   if (saved_pte.present == 1) {
 200     struct saved_page * saved_data_page = V3_Malloc(sizeof(struct saved_page));
 201     saved_data_page->pte = saved_pte;
 202     saved_data_page->va = PT32_PAGE_ADDR(read_gva);
 203
 204     list_add(&(saved_data_page->page_list), &(info->emulator.saved_pages));
 205     info->emulator.num_saved_pages++;
 206   }
 207
 208
 209   // setup_code_page(info, instr, &instr_info);
 210   set_stepping(info);
 211
 212   info->emulator.running = 1;
 213   info->run_state = VM_EMULATING;
 214   info->emulator.instr_length = instr_info.instr_length;
 215
 216   return 0;
 217 }
 218
 219
 220
 221 int v3_emulate_memory_write(struct guest_info * info, addr_t write_gva,
 222                             int (*write)(addr_t write_addr, void * src, uint_t length, void * priv_data),
 223                             addr_t write_gpa, void * private_data) {
 224
 225   struct basic_instr_info instr_info;
 226   char instr[15];
 227   int ret;
 228   struct write_region * write_op = V3_Malloc(sizeof(struct write_region ));
 229   struct emulated_page * data_page = V3_Malloc(sizeof(struct emulated_page));
 230   addr_t data_addr_offset = PT32_PAGE_OFFSET(write_gva);
 231   pte32_t saved_pte;
 232   int i;
 233
 234   PrintDebug("Emulating Write for instruction at 0x%x\n",info->rip);
 235
 236   if (info->mem_mode == PHYSICAL_MEM) {
 237     ret = read_guest_pa_memory(info, get_addr_linear(info, info->rip, &(info->segments.cs)), 15, instr);
 238   } else {
 239     ret = read_guest_va_memory(info, get_addr_linear(info, info->rip, &(info->segments.cs)), 15, instr);
 240   }
 241
 242
 243   PrintDebug("Instruction is");
 244   for (i=0;i<15;i++) { PrintDebug(" 0x%x",instr[i]); }
 245   PrintDebug("\n");
 246
 247   if (v3_basic_mem_decode(info, (addr_t)instr, &instr_info) == -1) {
 248     PrintError("Could not do a basic memory instruction decode\n");
 249     V3_Free(write_op);
 250     V3_Free(data_page);
 251     return -1;
 252   }
 253
 254   if (instr_info.has_rep==1) {
 255     PrintDebug("Emulated instruction has rep\n");
 256   }
 257
 258   /*
 259   if (instr_info.has_rep == 1) {
 260     PrintError("We currently don't handle rep* instructions\n");
 261     V3_Free(write_op);
 262     V3_Free(data_page);
 263     return -1;
 264   }
 265   */
 266
 267   data_page->page_addr = get_new_page();
 268   data_page->va = PT32_PAGE_ADDR(write_gva);
 269   data_page->pte.present = 1;
 270   data_page->pte.writable = 1;
 271   data_page->pte.user_page = 1;
 272   data_page->pte.page_base_addr = PT32_BASE_ADDR(data_page->page_addr);
 273
 274
 275
 276   write_op->write = write;
 277   write_op->write_addr = write_gpa;
 278   write_op->length = instr_info.op_size;
 279   write_op->private_data = private_data;
 280
 281   write_op->write_data = (void *)(data_page->page_addr + data_addr_offset);
 282
 283   list_add(&(write_op->write_list), &(info->emulator.write_regions));
 284   info->emulator.num_write_regions--;
 285
 286   v3_replace_shdw_page32(info, data_page->va, &(data_page->pte), &saved_pte);
 287
 288
 289   list_add(&(data_page->page_list), &(info->emulator.emulated_pages));
 290   info->emulator.num_emulated_pages++;
 291
 292   if (saved_pte.present == 1) {
 293     struct saved_page * saved_data_page = V3_Malloc(sizeof(struct saved_page));
 294     saved_data_page->pte = saved_pte;
 295     saved_data_page->va = PT32_PAGE_ADDR(write_gva);
 296
 297     list_add(&(saved_data_page->page_list), &(info->emulator.saved_pages));
 298     info->emulator.num_saved_pages++;
 299   }
 300
 301
 302   if (info->emulator.running == 0) {
 303     //    setup_code_page(info, instr, &instr_info);
 304     set_stepping(info);
 305     info->emulator.running = 1;
 306     info->run_state = VM_EMULATING;
 307     info->emulator.instr_length = instr_info.instr_length;
 308   }
 309
 310   return 0;
 311 }
 312
 313
 314 // end emulation
 315 int v3_emulation_exit_handler(struct guest_info * info) {
 316   struct saved_page * svpg, * p_svpg;
 317   struct emulated_page * empg, * p_empg;
 318   struct write_region * wr_reg, * p_wr_reg;
 319   pte32_t dummy_pte;
 320
 321   // Complete the writes
 322   // delete writes
 323   // swap out emulated pages with blank dummies
 324   // swap in saved pages
 325   // increment rip
 326
 327   PrintDebug("V3 Emulation Exit Handler\n");
 328
 329   list_for_each_entry_safe(wr_reg, p_wr_reg, &(info->emulator.write_regions), write_list) {
 330     wr_reg->write(wr_reg->write_addr, wr_reg->write_data, wr_reg->length, wr_reg->private_data);
 331     PrintDebug("Writing \n");
 332
 333     list_del(&(wr_reg->write_list));
 334     V3_Free(wr_reg);
 335
 336   }
 337   info->emulator.num_write_regions = 0;
 338
 339
 340   *(uint_t *)&dummy_pte = 0;
 341
 342   list_for_each_entry_safe(empg, p_empg, &(info->emulator.emulated_pages), page_list) {
 343     pte32_t empte32_t;
 344
 345     PrintDebug("wiping page %x\n", empg->va);
 346
 347     v3_replace_shdw_page32(info, empg->va, &dummy_pte, &empte32_t);
 348     V3_FreePage((void *)(empg->page_addr));
 349
 350     list_del(&(empg->page_list));
 351     V3_Free(empg);
 352   }
 353   info->emulator.num_emulated_pages = 0;
 354
 355   list_for_each_entry_safe(svpg, p_svpg, &(info->emulator.saved_pages), page_list) {
 356
 357     PrintDebug("Setting Saved page %x back\n", svpg->va);
 358     v3_replace_shdw_page32(info, empg->va, &(svpg->pte), &dummy_pte);
 359
 360     list_del(&(svpg->page_list));
 361     V3_Free(svpg);
 362   }
 363   info->emulator.num_saved_pages = 0;
 364
 365   info->run_state = VM_RUNNING;
 366   info->emulator.running = 0;
 367   //info->rip += info->emulator.instr_length;
 368
 369
 370   PrintDebug("Returning to rip: 0x%x\n", info->rip);
 371
 372   info->emulator.instr_length = 0;
 373
 374
 375   unset_stepping(info);
 376
 377
 378   PrintDebug("returning from emulation\n");
 379
 380   return 0;
 381 }