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  *
  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_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 v3_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_VAddr(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   uchar_t 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   if (ret == -1) {
 158     PrintError("Could not read guest memory\n");
 159     return -1;
 160   }
 161
 162 #ifdef DEBUG_EMULATOR
 163   PrintDebug("Instr (15 bytes) at %x:\n", instr);
 164   PrintTraceMemDump(instr, 15);
 165 #endif
 166
 167
 168   if (v3_basic_mem_decode(info, (addr_t)instr, &instr_info) == -1) {
 169     PrintError("Could not do a basic memory instruction decode\n");
 170     V3_Free(data_page);
 171     return -1;
 172   }
 173
 174   /*
 175   if (instr_info.has_rep == 1) {
 176     PrintError("We currently don't handle rep* instructions\n");
 177     V3_Free(data_page);
 178     return -1;
 179   }
 180   */
 181
 182   data_page->page_addr = get_new_page();
 183   data_page->va = PT32_PAGE_ADDR(read_gva);
 184   data_page->pte.present = 1;
 185   data_page->pte.writable = 0;
 186   data_page->pte.user_page = 1;
 187   data_page->pte.page_base_addr = PT32_BASE_ADDR((addr_t)V3_PAddr((void *)(addr_t)(data_page->page_addr)));
 188
 189
 190   // Read the data directly onto the emulated page
 191   ret = read(read_gpa, (void *)(data_page->page_addr + data_addr_offset), instr_info.op_size, private_data);
 192   if ((ret == -1) || ((uint_t)ret != instr_info.op_size)) {
 193     PrintError("Read error in emulator\n");
 194     V3_FreePage((void *)V3_PAddr((void *)(data_page->page_addr)));
 195     V3_Free(data_page);
 196     return -1;
 197   }
 198
 199   v3_replace_shdw_page32(info, data_page->va, &(data_page->pte), &saved_pte);
 200
 201
 202   list_add(&(data_page->page_list), &(info->emulator.emulated_pages));
 203   info->emulator.num_emulated_pages++;
 204
 205   if (saved_pte.present == 1) {
 206     struct saved_page * saved_data_page = V3_Malloc(sizeof(struct saved_page));
 207     saved_data_page->pte = saved_pte;
 208     saved_data_page->va = PT32_PAGE_ADDR(read_gva);
 209
 210     list_add(&(saved_data_page->page_list), &(info->emulator.saved_pages));
 211     info->emulator.num_saved_pages++;
 212   }
 213
 214
 215   // setup_code_page(info, instr, &instr_info);
 216   set_stepping(info);
 217
 218   info->emulator.running = 1;
 219   info->run_state = VM_EMULATING;
 220   info->emulator.instr_length = instr_info.instr_length;
 221
 222   return 0;
 223 }
 224
 225
 226
 227 int v3_emulate_memory_write(struct guest_info * info, addr_t write_gva,
 228                             int (*write)(addr_t write_addr, void * src, uint_t length, void * priv_data),
 229                             addr_t write_gpa, void * private_data) {
 230
 231   struct basic_instr_info instr_info;
 232   uchar_t instr[15];
 233   int ret;
 234   struct write_region * write_op = V3_Malloc(sizeof(struct write_region ));
 235   struct emulated_page * data_page = V3_Malloc(sizeof(struct emulated_page));
 236   addr_t data_addr_offset = PT32_PAGE_OFFSET(write_gva);
 237   pte32_t saved_pte;
 238   int i;
 239
 240   PrintDebug("Emulating Write for instruction at 0x%x\n",info->rip);
 241
 242   if (info->mem_mode == PHYSICAL_MEM) {
 243     ret = read_guest_pa_memory(info, get_addr_linear(info, info->rip, &(info->segments.cs)), 15, instr);
 244   } else {
 245     ret = read_guest_va_memory(info, get_addr_linear(info, info->rip, &(info->segments.cs)), 15, instr);
 246   }
 247
 248
 249   PrintDebug("Instruction is");
 250   for (i=0;i<15;i++) { PrintDebug(" 0x%x",instr[i]); }
 251   PrintDebug("\n");
 252
 253   if (v3_basic_mem_decode(info, (addr_t)instr, &instr_info) == -1) {
 254     PrintError("Could not do a basic memory instruction decode\n");
 255     V3_Free(write_op);
 256     V3_Free(data_page);
 257     return -1;
 258   }
 259
 260   if (instr_info.has_rep==1) {
 261     PrintDebug("Emulated instruction has rep\n");
 262   }
 263
 264   /*
 265   if (instr_info.has_rep == 1) {
 266     PrintError("We currently don't handle rep* instructions\n");
 267     V3_Free(write_op);
 268     V3_Free(data_page);
 269     return -1;
 270   }
 271   */
 272
 273   data_page->page_addr = get_new_page();
 274   data_page->va = PT32_PAGE_ADDR(write_gva);
 275   data_page->pte.present = 1;
 276   data_page->pte.writable = 1;
 277   data_page->pte.user_page = 1;
 278   data_page->pte.page_base_addr = PT32_BASE_ADDR((addr_t)V3_PAddr((void *)(addr_t)(data_page->page_addr)));
 279
 280
 281
 282   write_op->write = write;
 283   write_op->write_addr = write_gpa;
 284   write_op->length = instr_info.op_size;
 285   write_op->private_data = private_data;
 286
 287   write_op->write_data = (void *)(data_page->page_addr + data_addr_offset);
 288
 289   list_add(&(write_op->write_list), &(info->emulator.write_regions));
 290   info->emulator.num_write_regions--;
 291
 292   v3_replace_shdw_page32(info, data_page->va, &(data_page->pte), &saved_pte);
 293
 294
 295   list_add(&(data_page->page_list), &(info->emulator.emulated_pages));
 296   info->emulator.num_emulated_pages++;
 297
 298   if (saved_pte.present == 1) {
 299     struct saved_page * saved_data_page = V3_Malloc(sizeof(struct saved_page));
 300     saved_data_page->pte = saved_pte;
 301     saved_data_page->va = PT32_PAGE_ADDR(write_gva);
 302
 303     list_add(&(saved_data_page->page_list), &(info->emulator.saved_pages));
 304     info->emulator.num_saved_pages++;
 305   }
 306
 307
 308   if (info->emulator.running == 0) {
 309     //    setup_code_page(info, instr, &instr_info);
 310     set_stepping(info);
 311     info->emulator.running = 1;
 312     info->run_state = VM_EMULATING;
 313     info->emulator.instr_length = instr_info.instr_length;
 314   }
 315
 316   return 0;
 317 }
 318
 319
 320 // end emulation
 321 int v3_emulation_exit_handler(struct guest_info * info) {
 322   struct saved_page * svpg, * p_svpg;
 323   struct emulated_page * empg, * p_empg;
 324   struct write_region * wr_reg, * p_wr_reg;
 325   pte32_t dummy_pte;
 326
 327   // Complete the writes
 328   // delete writes
 329   // swap out emulated pages with blank dummies
 330   // swap in saved pages
 331   // increment rip
 332
 333   PrintDebug("V3 Emulation Exit Handler\n");
 334
 335   list_for_each_entry_safe(wr_reg, p_wr_reg, &(info->emulator.write_regions), write_list) {
 336     wr_reg->write(wr_reg->write_addr, wr_reg->write_data, wr_reg->length, wr_reg->private_data);
 337     PrintDebug("Writing \n");
 338
 339     list_del(&(wr_reg->write_list));
 340     V3_Free(wr_reg);
 341
 342   }
 343   info->emulator.num_write_regions = 0;
 344
 345
 346   *(uint_t *)&dummy_pte = 0;
 347
 348   list_for_each_entry_safe(empg, p_empg, &(info->emulator.emulated_pages), page_list) {
 349     pte32_t empte32_t;
 350
 351     PrintDebug("wiping page %x\n", empg->va);
 352
 353     v3_replace_shdw_page32(info, empg->va, &dummy_pte, &empte32_t);
 354     V3_FreePage((void *)(V3_PAddr((void *)(empg->page_addr))));
 355
 356     list_del(&(empg->page_list));
 357     V3_Free(empg);
 358   }
 359   info->emulator.num_emulated_pages = 0;
 360
 361   list_for_each_entry_safe(svpg, p_svpg, &(info->emulator.saved_pages), page_list) {
 362
 363     PrintDebug("Setting Saved page %x back\n", svpg->va);
 364     v3_replace_shdw_page32(info, empg->va, &(svpg->pte), &dummy_pte);
 365
 366     list_del(&(svpg->page_list));
 367     V3_Free(svpg);
 368   }
 369   info->emulator.num_saved_pages = 0;
 370
 371   info->run_state = VM_RUNNING;
 372   info->emulator.running = 0;
 373   //info->rip += info->emulator.instr_length;
 374
 375
 376   PrintDebug("Returning to rip: 0x%x\n", info->rip);
 377
 378   info->emulator.instr_length = 0;
 379
 380
 381   unset_stepping(info);
 382
 383
 384   PrintDebug("returning from emulation\n");
 385
 386   return 0;
 387 }