palacios/src/palacios/vmm_emulator.c

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