palacios/src/palacios/vmm_emulator.c

   1 /* (c) 2008, Jack Lange <jarusl@cs.northwestern.edu> */
   2 /* (c) 2008, The V3VEE Project <http://www.v3vee.org> */
   3
   4
   5 #include <palacios/vmm.h>
   6 #include <palacios/vmm_emulator.h>
   7 #include <palacios/vm_guest_mem.h>
   8 #include <palacios/vmm_decoder.h>
   9 #include <palacios/vmm_debug.h>
  10 #include <palacios/vmcb.h>
  11 #include <palacios/vmm_ctrl_regs.h>
  12
  13 static const char VMMCALL[3] = {0x0f, 0x01, 0xd9};
  14
  15 #ifndef DEBUG_EMULATOR
  16 #undef PrintDebug
  17 #define PrintDebug(fmt, args...)
  18 #endif
  19
  20
  21 int init_emulator(struct guest_info * info) {
  22   struct emulation_state * emulator = &(info->emulator);
  23
  24   emulator->num_emulated_pages = 0;
  25   INIT_LIST_HEAD(&(emulator->emulated_pages));
  26
  27
  28   emulator->num_saved_pages = 0;
  29   INIT_LIST_HEAD(&(emulator->saved_pages));
  30
  31   emulator->num_write_regions = 0;
  32   INIT_LIST_HEAD(&(emulator->write_regions));
  33
  34   emulator->running = 0;
  35   emulator->instr_length = 0;
  36
  37   emulator->tf_enabled = 0;
  38
  39   return 0;
  40 }
  41
  42 static addr_t get_new_page() {
  43   void * page = V3_AllocPages(1);
  44   memset(page, 0, PAGE_SIZE);
  45
  46   return (addr_t)page;
  47 }
  48
  49 /*
  50 static int setup_code_page(struct guest_info * info, char * instr, struct basic_instr_info * instr_info ) {
  51   addr_t code_page_offset = PT32_PAGE_OFFSET(info->rip);
  52   addr_t code_page = get_new_page();
  53   struct emulated_page * new_code_page = V3_Malloc(sizeof(struct emulated_page));
  54   struct saved_page * saved_code_page = V3_Malloc(sizeof(struct saved_page));
  55
  56
  57   saved_code_page->va = PT32_PAGE_ADDR(info->rip);
  58
  59   new_code_page->page_addr = code_page;
  60   new_code_page->va = PT32_PAGE_ADDR(info->rip);
  61
  62   new_code_page->pte.present = 1;
  63   new_code_page->pte.writable = 0;
  64   new_code_page->pte.user_page = 1;
  65   new_code_page->pte.page_base_addr = PT32_BASE_ADDR(code_page);
  66
  67   memcpy((void *)(code_page + code_page_offset), instr, instr_info->instr_length);
  68   memcpy((void *)(code_page + code_page_offset + instr_info->instr_length), VMMCALL, 3);
  69
  70 #ifdef DEBUG_EMULATOR
  71   PrintDebug("New Instr Stream:\n");
  72   PrintTraceMemDump((void *)(code_page + code_page_offset), 32);
  73   PrintDebug("rip =%x\n", info->rip);
  74 #endif
  75
  76
  77
  78   v3_replace_shdw_page32(info, new_code_page->va, &(new_code_page->pte), &(saved_code_page->pte));
  79
  80
  81   list_add(&(new_code_page->page_list), &(info->emulator.emulated_pages));
  82   info->emulator.num_emulated_pages++;
  83
  84   list_add(&(saved_code_page->page_list), &(info->emulator.saved_pages));
  85   info->emulator.num_saved_pages++;
  86
  87   return 0;
  88 }
  89 */
  90
  91
  92 static int set_stepping(struct guest_info * info) {
  93   vmcb_ctrl_t * ctrl_area = GET_VMCB_CTRL_AREA((vmcb_t*)(info->vmm_data));
  94   ctrl_area->exceptions.db = 1;
  95
  96   info->emulator.tf_enabled = ((struct rflags *)&(info->ctrl_regs.rflags))->tf;
  97
  98   ((struct rflags *)&(info->ctrl_regs.rflags))->tf = 1;
  99
 100   return 0;
 101 }
 102
 103
 104 static int unset_stepping(struct guest_info * info) {
 105   vmcb_ctrl_t * ctrl_area = GET_VMCB_CTRL_AREA((vmcb_t*)(info->vmm_data));
 106   ctrl_area->exceptions.db = 0;
 107
 108   ((struct rflags *)&(info->ctrl_regs.rflags))->tf = info->emulator.tf_enabled;
 109
 110   if (info->emulator.tf_enabled) {
 111     // Inject breakpoint exception into guest
 112   }
 113
 114   return 0;
 115
 116 }
 117
 118
 119 // get the current instr
 120 // check if rep + remove
 121 // put into new page, vmexit after
 122 // replace new page with current eip page
 123 //
 124 int v3_emulate_memory_read(struct guest_info * info, addr_t read_gva,
 125                            int (*read)(addr_t read_addr, void * dst, uint_t length, void * priv_data),
 126                            addr_t read_gpa, void * private_data) {
 127   struct basic_instr_info instr_info;
 128   char instr[15];
 129   int ret;
 130   struct emulated_page * data_page = V3_Malloc(sizeof(struct emulated_page));
 131   addr_t data_addr_offset = PT32_PAGE_OFFSET(read_gva);
 132   pte32_t saved_pte;
 133
 134   PrintDebug("Emulating Read\n");
 135
 136   if (info->mem_mode == PHYSICAL_MEM) {
 137     ret = read_guest_pa_memory(info, get_addr_linear(info, info->rip, &(info->segments.cs)), 15, instr);
 138   } else {
 139     ret = read_guest_va_memory(info, get_addr_linear(info, info->rip, &(info->segments.cs)), 15, instr);
 140   }
 141
 142 #ifdef DEBUG_EMULATOR
 143   PrintDebug("Instr (15 bytes) at %x:\n", instr);
 144   PrintTraceMemDump(instr, 15);
 145 #endif
 146
 147
 148   if (v3_basic_mem_decode(info, (addr_t)instr, &instr_info) == -1) {
 149     PrintError("Could not do a basic memory instruction decode\n");
 150     V3_Free(data_page);
 151     return -1;
 152   }
 153
 154   /*
 155   if (instr_info.has_rep == 1) {
 156     PrintError("We currently don't handle rep* instructions\n");
 157     V3_Free(data_page);
 158     return -1;
 159   }
 160   */
 161
 162   data_page->page_addr = get_new_page();
 163   data_page->va = PT32_PAGE_ADDR(read_gva);
 164   data_page->pte.present = 1;
 165   data_page->pte.writable = 0;
 166   data_page->pte.user_page = 1;
 167   data_page->pte.page_base_addr = PT32_BASE_ADDR(data_page->page_addr);
 168
 169
 170   // Read the data directly onto the emulated page
 171   if (read(read_gpa, (void *)(data_page->page_addr + data_addr_offset), instr_info.op_size, private_data) != instr_info.op_size) {
 172     PrintError("Read error in emulator\n");
 173     V3_FreePage((void *)(data_page->page_addr));
 174     V3_Free(data_page);
 175     return -1;
 176   }
 177
 178   v3_replace_shdw_page32(info, data_page->va, &(data_page->pte), &saved_pte);
 179
 180
 181   list_add(&(data_page->page_list), &(info->emulator.emulated_pages));
 182   info->emulator.num_emulated_pages++;
 183
 184   if (saved_pte.present == 1) {
 185     struct saved_page * saved_data_page = V3_Malloc(sizeof(struct saved_page));
 186     saved_data_page->pte = saved_pte;
 187     saved_data_page->va = PT32_PAGE_ADDR(read_gva);
 188
 189     list_add(&(saved_data_page->page_list), &(info->emulator.saved_pages));
 190     info->emulator.num_saved_pages++;
 191   }
 192
 193
 194   // setup_code_page(info, instr, &instr_info);
 195   set_stepping(info);
 196
 197   info->emulator.running = 1;
 198   info->run_state = VM_EMULATING;
 199   info->emulator.instr_length = instr_info.instr_length;
 200
 201   return 0;
 202 }
 203
 204
 205
 206 int v3_emulate_memory_write(struct guest_info * info, addr_t write_gva,
 207                             int (*write)(addr_t write_addr, void * src, uint_t length, void * priv_data),
 208                             addr_t write_gpa, void * private_data) {
 209
 210   struct basic_instr_info instr_info;
 211   char instr[15];
 212   int ret;
 213   struct write_region * write_op = V3_Malloc(sizeof(struct write_region ));
 214   struct emulated_page * data_page = V3_Malloc(sizeof(struct emulated_page));
 215   addr_t data_addr_offset = PT32_PAGE_OFFSET(write_gva);
 216   pte32_t saved_pte;
 217   int i;
 218
 219   PrintDebug("Emulating Write for instruction at 0x%x\n",info->rip);
 220
 221   if (info->mem_mode == PHYSICAL_MEM) {
 222     ret = read_guest_pa_memory(info, get_addr_linear(info, info->rip, &(info->segments.cs)), 15, instr);
 223   } else {
 224     ret = read_guest_va_memory(info, get_addr_linear(info, info->rip, &(info->segments.cs)), 15, instr);
 225   }
 226
 227
 228   PrintDebug("Instruction is");
 229   for (i=0;i<15;i++) { PrintDebug(" 0x%x",instr[i]); }
 230   PrintDebug("\n");
 231
 232   if (v3_basic_mem_decode(info, (addr_t)instr, &instr_info) == -1) {
 233     PrintError("Could not do a basic memory instruction decode\n");
 234     V3_Free(write_op);
 235     V3_Free(data_page);
 236     return -1;
 237   }
 238
 239   if (instr_info.has_rep==1) {
 240     PrintDebug("Emulated instruction has rep\n");
 241   }
 242
 243   /*
 244   if (instr_info.has_rep == 1) {
 245     PrintError("We currently don't handle rep* instructions\n");
 246     V3_Free(write_op);
 247     V3_Free(data_page);
 248     return -1;
 249   }
 250   */
 251
 252   data_page->page_addr = get_new_page();
 253   data_page->va = PT32_PAGE_ADDR(write_gva);
 254   data_page->pte.present = 1;
 255   data_page->pte.writable = 1;
 256   data_page->pte.user_page = 1;
 257   data_page->pte.page_base_addr = PT32_BASE_ADDR(data_page->page_addr);
 258
 259
 260
 261   write_op->write = write;
 262   write_op->write_addr = write_gpa;
 263   write_op->length = instr_info.op_size;
 264   write_op->private_data = private_data;
 265
 266   write_op->write_data = (void *)(data_page->page_addr + data_addr_offset);
 267
 268   list_add(&(write_op->write_list), &(info->emulator.write_regions));
 269   info->emulator.num_write_regions--;
 270
 271   v3_replace_shdw_page32(info, data_page->va, &(data_page->pte), &saved_pte);
 272
 273
 274   list_add(&(data_page->page_list), &(info->emulator.emulated_pages));
 275   info->emulator.num_emulated_pages++;
 276
 277   if (saved_pte.present == 1) {
 278     struct saved_page * saved_data_page = V3_Malloc(sizeof(struct saved_page));
 279     saved_data_page->pte = saved_pte;
 280     saved_data_page->va = PT32_PAGE_ADDR(write_gva);
 281
 282     list_add(&(saved_data_page->page_list), &(info->emulator.saved_pages));
 283     info->emulator.num_saved_pages++;
 284   }
 285
 286
 287   if (info->emulator.running == 0) {
 288     //    setup_code_page(info, instr, &instr_info);
 289     set_stepping(info);
 290     info->emulator.running = 1;
 291     info->run_state = VM_EMULATING;
 292     info->emulator.instr_length = instr_info.instr_length;
 293   }
 294
 295   return 0;
 296 }
 297
 298
 299 // end emulation
 300 int v3_emulation_exit_handler(struct guest_info * info) {
 301   struct saved_page * svpg, * p_svpg;
 302   struct emulated_page * empg, * p_empg;
 303   struct write_region * wr_reg, * p_wr_reg;
 304   pte32_t dummy_pte;
 305
 306   // Complete the writes
 307   // delete writes
 308   // swap out emulated pages with blank dummies
 309   // swap in saved pages
 310   // increment rip
 311
 312   PrintDebug("V3 Emulation Exit Handler\n");
 313
 314   list_for_each_entry_safe(wr_reg, p_wr_reg, &(info->emulator.write_regions), write_list) {
 315     wr_reg->write(wr_reg->write_addr, wr_reg->write_data, wr_reg->length, wr_reg->private_data);
 316     PrintDebug("Writing \n");
 317
 318     list_del(&(wr_reg->write_list));
 319     V3_Free(wr_reg);
 320
 321   }
 322   info->emulator.num_write_regions = 0;
 323
 324
 325   *(uint_t *)&dummy_pte = 0;
 326
 327   list_for_each_entry_safe(empg, p_empg, &(info->emulator.emulated_pages), page_list) {
 328     pte32_t empte32_t;
 329
 330     PrintDebug("wiping page %x\n", empg->va);
 331
 332     v3_replace_shdw_page32(info, empg->va, &dummy_pte, &empte32_t);
 333     V3_FreePage((void *)(empg->page_addr));
 334
 335     list_del(&(empg->page_list));
 336     V3_Free(empg);
 337   }
 338   info->emulator.num_emulated_pages = 0;
 339
 340   list_for_each_entry_safe(svpg, p_svpg, &(info->emulator.saved_pages), page_list) {
 341
 342     PrintDebug("Setting Saved page %x back\n", svpg->va);
 343     v3_replace_shdw_page32(info, empg->va, &(svpg->pte), &dummy_pte);
 344
 345     list_del(&(svpg->page_list));
 346     V3_Free(svpg);
 347   }
 348   info->emulator.num_saved_pages = 0;
 349
 350   info->run_state = VM_RUNNING;
 351   info->emulator.running = 0;
 352   //info->rip += info->emulator.instr_length;
 353
 354
 355   PrintDebug("Returning to rip: 0x%x\n", info->rip);
 356
 357   info->emulator.instr_length = 0;
 358
 359
 360   unset_stepping(info);
 361
 362
 363   PrintDebug("returning from emulation\n");
 364
 365   return 0;
 366 }