palacios/src/palacios/vmm_mem.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_mem.h>
  21 #include <palacios/vmm.h>
  22 #include <palacios/vmm_util.h>
  23 #include <palacios/vmm_decoder.h>
  24
  25
  26
  27 void init_shadow_region(struct shadow_region * entry,
  28                         addr_t               guest_addr_start,
  29                         addr_t               guest_addr_end,
  30                         guest_region_type_t  guest_region_type,
  31                         host_region_type_t   host_region_type)
  32 {
  33   entry->guest_type = guest_region_type;
  34   entry->guest_start = guest_addr_start;
  35   entry->guest_end = guest_addr_end;
  36   entry->host_type = host_region_type;
  37   entry->host_addr = 0;
  38   entry->next=entry->prev = NULL;
  39 }
  40
  41 int add_shadow_region_passthrough( struct guest_info *  guest_info,
  42                                    addr_t               guest_addr_start,
  43                                    addr_t               guest_addr_end,
  44                                    addr_t               host_addr)
  45 {
  46   struct shadow_region * entry = (struct shadow_region *)V3_Malloc(sizeof(struct shadow_region));
  47
  48   init_shadow_region(entry, guest_addr_start, guest_addr_end,
  49                      GUEST_REGION_PHYSICAL_MEMORY, HOST_REGION_PHYSICAL_MEMORY);
  50   entry->host_addr = host_addr;
  51
  52   return add_shadow_region(&(guest_info->mem_map), entry);
  53 }
  54
  55 int hook_guest_mem(struct guest_info * info, addr_t guest_addr_start, addr_t guest_addr_end,
  56                    int (*read)(addr_t guest_addr, void * dst, uint_t length, void * priv_data),
  57                    int (*write)(addr_t guest_addr, void * src, uint_t length, void * priv_data),
  58                    void * priv_data) {
  59
  60   struct shadow_region * entry = (struct shadow_region *)V3_Malloc(sizeof(struct shadow_region));
  61   struct vmm_mem_hook * hook = (struct vmm_mem_hook *)V3_Malloc(sizeof(struct vmm_mem_hook));
  62
  63   memset(hook, 0, sizeof(struct vmm_mem_hook));
  64
  65   hook->read = read;
  66   hook->write = write;
  67   hook->region = entry;
  68   hook->priv_data = priv_data;
  69
  70
  71   init_shadow_region(entry, guest_addr_start, guest_addr_end,
  72                      GUEST_REGION_PHYSICAL_MEMORY, HOST_REGION_HOOK);
  73
  74   entry->host_addr = (addr_t)hook;
  75
  76   return add_shadow_region(&(info->mem_map), entry);
  77 }
  78
  79
  80 struct vmm_mem_hook * get_mem_hook(struct guest_info * info, addr_t guest_addr) {
  81   struct shadow_region * region = get_shadow_region_by_addr(&(info->mem_map), guest_addr);
  82
  83   if (region == NULL) {
  84     PrintDebug("Could not find shadow region for addr: %x\n", guest_addr);
  85     return NULL;
  86   }
  87
  88   return (struct vmm_mem_hook *)(region->host_addr);
  89 }
  90
  91
  92 /* mem_addr is the guest physical memory address */
  93 static int mem_hook_dispatch(struct guest_info * info,
  94                              addr_t fault_gva, addr_t fault_gpa,
  95                              pf_error_t access_info, struct vmm_mem_hook * hook)
  96 {
  97
  98   // emulate and then dispatch
  99   // or dispatch and emulate
 100
 101
 102   if (access_info.write == 1) {
 103     if (v3_emulate_memory_write(info, fault_gva, hook->write, fault_gpa, hook->priv_data) == -1) {
 104       PrintError("Memory write emulation failed\n");
 105       return -1;
 106     }
 107
 108   } else {
 109     if (v3_emulate_memory_read(info, fault_gva, hook->read, fault_gpa, hook->priv_data) == -1) {
 110       PrintError("Memory read emulation failed\n");
 111       return -1;
 112     }
 113   }
 114
 115   return 0;
 116 }
 117
 118
 119 int handle_special_page_fault(struct guest_info * info,
 120                               addr_t fault_gva, addr_t fault_gpa,
 121                               pf_error_t access_info)
 122 {
 123   struct shadow_region * reg = get_shadow_region_by_addr(&(info->mem_map), fault_gpa);
 124
 125   switch (reg->host_type) {
 126   case HOST_REGION_HOOK:
 127     return mem_hook_dispatch(info, fault_gva, fault_gpa, access_info, (struct vmm_mem_hook *)(reg->host_addr));
 128   default:
 129     return -1;
 130   }
 131
 132   return 0;
 133
 134 }
 135
 136
 137
 138 void init_shadow_map(struct guest_info * info) {
 139   struct shadow_map * map = &(info->mem_map);
 140
 141   map->num_regions = 0;
 142
 143   map->head = NULL;
 144 }
 145
 146
 147 void free_shadow_map(struct shadow_map * map) {
 148   struct shadow_region * cursor = map->head;
 149   struct shadow_region * tmp = NULL;
 150
 151   while(cursor) {
 152     tmp = cursor;
 153     cursor = cursor->next;
 154     V3_Free(tmp);
 155   }
 156
 157   V3_Free(map);
 158 }
 159
 160
 161
 162
 163 int add_shadow_region(struct shadow_map * map,
 164                       struct shadow_region * region)
 165 {
 166   struct shadow_region * cursor = map->head;
 167
 168   PrintDebug("Adding Shadow Region: (0x%x-0x%x)\n", region->guest_start, region->guest_end);
 169
 170   if ((!cursor) || (cursor->guest_start >= region->guest_end)) {
 171     region->prev = NULL;
 172     region->next = cursor;
 173     map->num_regions++;
 174     map->head = region;
 175     return 0;
 176   }
 177
 178   while (cursor) {
 179     // Check if it overlaps with the current cursor
 180     if ((cursor->guest_end > region->guest_start) && (cursor->guest_start < region->guest_start)) {
 181       // overlaps not allowed
 182       return -1;
 183     }
 184
 185     if (!(cursor->next)) {
 186       // add to the end of the list
 187       cursor->next = region;
 188       region->prev = cursor;
 189       region->next = NULL;
 190       map->num_regions++;
 191       return 0;
 192     } else if (cursor->next->guest_start >= region->guest_end) {
 193       // add here
 194       region->next = cursor->next;
 195       region->prev = cursor;
 196
 197       cursor->next->prev = region;
 198       cursor->next = region;
 199
 200       map->num_regions++;
 201
 202       return 0;
 203     } else if (cursor->next->guest_end <= region->guest_start) {
 204       cursor = cursor->next;
 205     } else {
 206       // This cannot happen!
 207       // we should panic here
 208       return -1;
 209     }
 210   }
 211
 212   // This cannot happen
 213   // We should panic here
 214   return -1;
 215 }
 216
 217
 218 int delete_shadow_region(struct shadow_map * map,
 219                          addr_t guest_start,
 220                          addr_t guest_end) {
 221   return -1;
 222 }
 223
 224
 225
 226 struct shadow_region *get_shadow_region_by_index(struct shadow_map *  map,
 227                                                  uint_t index) {
 228   struct shadow_region * reg = map->head;
 229   uint_t i = 0;
 230
 231   while (reg) {
 232     if (i == index) {
 233       return reg;
 234     }
 235     reg = reg->next;
 236     i++;
 237   }
 238   return NULL;
 239 }
 240
 241
 242 struct shadow_region * get_shadow_region_by_addr(struct shadow_map * map,
 243                                                  addr_t addr) {
 244   struct shadow_region * reg = map->head;
 245
 246   while (reg) {
 247     if ((reg->guest_start <= addr) && (reg->guest_end > addr)) {
 248       return reg;
 249     } else if (reg->guest_start > addr) {
 250       return NULL;
 251     } else {
 252       reg = reg->next;
 253     }
 254   }
 255   return NULL;
 256 }
 257
 258
 259 host_region_type_t get_shadow_addr_type(struct guest_info * info, addr_t guest_addr) {
 260   struct shadow_region * reg = get_shadow_region_by_addr(&(info->mem_map), guest_addr);
 261
 262   if (!reg) {
 263     return HOST_REGION_INVALID;
 264   } else {
 265     return reg->host_type;
 266   }
 267 }
 268
 269 addr_t get_shadow_addr(struct guest_info * info, addr_t guest_addr) {
 270   struct shadow_region * reg = get_shadow_region_by_addr(&(info->mem_map), guest_addr);
 271
 272   if (!reg) {
 273     return 0;
 274   } else {
 275     return (guest_addr - reg->guest_start) + reg->host_addr;
 276   }
 277 }
 278
 279
 280 host_region_type_t lookup_shadow_map_addr(struct shadow_map * map, addr_t guest_addr, addr_t * host_addr) {
 281   struct shadow_region * reg = get_shadow_region_by_addr(map, guest_addr);
 282
 283   if (!reg) {
 284     // No mapping exists
 285     return HOST_REGION_INVALID;
 286   } else {
 287     switch (reg->host_type) {
 288     case HOST_REGION_PHYSICAL_MEMORY:
 289      *host_addr = (guest_addr - reg->guest_start) + reg->host_addr;
 290      return reg->host_type;
 291     case HOST_REGION_MEMORY_MAPPED_DEVICE:
 292     case HOST_REGION_UNALLOCATED:
 293       // ...
 294     default:
 295       *host_addr = 0;
 296       return reg->host_type;
 297     }
 298   }
 299 }
 300
 301
 302 void print_shadow_map(struct shadow_map * map) {
 303   struct shadow_region * cur = map->head;
 304   int i = 0;
 305
 306   PrintDebug("Memory Layout (regions: %d) \n", map->num_regions);
 307
 308   while (cur) {
 309     PrintDebug("%d:  0x%x - 0x%x (%s) -> ", i, cur->guest_start, cur->guest_end - 1,
 310                cur->guest_type == GUEST_REGION_PHYSICAL_MEMORY ? "GUEST_REGION_PHYSICAL_MEMORY" :
 311                cur->guest_type == GUEST_REGION_NOTHING ? "GUEST_REGION_NOTHING" :
 312                cur->guest_type == GUEST_REGION_MEMORY_MAPPED_DEVICE ? "GUEST_REGION_MEMORY_MAPPED_DEVICE" :
 313                "UNKNOWN");
 314     if (cur->host_type == HOST_REGION_PHYSICAL_MEMORY ||
 315         cur->host_type == HOST_REGION_UNALLOCATED ||
 316         cur->host_type == HOST_REGION_MEMORY_MAPPED_DEVICE) {
 317       PrintDebug("0x%x", cur->host_addr);
 318     }
 319     PrintDebug("(%s)\n",
 320                cur->host_type == HOST_REGION_PHYSICAL_MEMORY ? "HOST_REGION_PHYSICAL_MEMORY" :
 321                cur->host_type == HOST_REGION_UNALLOCATED ? "HOST_REGION_UNALLOACTED" :
 322                cur->host_type == HOST_REGION_HOOK ? "HOST_REGION_HOOK" :
 323                cur->host_type == HOST_REGION_MEMORY_MAPPED_DEVICE ? "HOST_REGION_MEMORY_MAPPED_DEVICE" :
 324                cur->host_type == HOST_REGION_REMOTE ? "HOST_REGION_REMOTE" :
 325                cur->host_type == HOST_REGION_SWAPPED ? "HOST_REGION_SWAPPED" :
 326                "UNKNOWN");
 327     cur = cur->next;
 328     i++;
 329   }
 330 }
 331
 332
 333
 334
 335
 336
 337
 338
 339
 340
 341 #ifdef VMM_MEM_TEST
 342
 343
 344 #include <stdlib.h>
 345 #include <stdio.h>
 346 #include <stdarg.h>
 347
 348
 349
 350
 351
 352 struct vmm_os_hooks * os_hooks;
 353
 354 void * TestMalloc(uint_t size) {
 355   return malloc(size);
 356 }
 357
 358 void * TestAllocatePages(int size) {
 359   return malloc(4096 * size);
 360 }
 361
 362
 363 void TestPrint(const char * fmt, ...) {
 364   va_list args;
 365
 366   va_start(args, fmt);
 367   vprintf(fmt, args);
 368   va_end(args);
 369 }
 370
 371 int mem_list_add_test_1(  vmm_mem_list_t * list) {
 372
 373   uint_t offset = 0;
 374
 375   PrintDebug("\n\nTesting Memory List\n");
 376
 377   init_mem_list(list);
 378
 379   offset = PAGE_SIZE * 6;
 380   PrintDebug("Adding 0x%x - 0x%x\n", offset, offset + (PAGE_SIZE * 10));
 381   add_mem_list_pages(list, offset, 10);
 382   print_mem_list(list);
 383
 384
 385   offset = 0;
 386   PrintDebug("Adding 0x%x - 0x%x\n", offset, offset + PAGE_SIZE * 4);
 387   add_mem_list_pages(list, offset, 4);
 388   print_mem_list(list);
 389
 390   offset = PAGE_SIZE * 20;
 391   PrintDebug("Adding 0x%x - 0x%x\n", offset, offset + (PAGE_SIZE * 1));
 392   add_mem_list_pages(list, offset, 1);
 393   print_mem_list(list);
 394
 395   offset = PAGE_SIZE * 21;
 396   PrintDebug("Adding 0x%x - 0x%x\n", offset, offset + (PAGE_SIZE * 3));
 397   add_mem_list_pages(list, offset, 3);
 398   print_mem_list(list);
 399
 400
 401   offset = PAGE_SIZE * 10;
 402   PrintDebug("Adding 0x%x - 0x%x\n", offset, offset + (PAGE_SIZE * 30));
 403   add_mem_list_pages(list, offset, 30);
 404   print_mem_list(list);
 405
 406
 407   offset = PAGE_SIZE * 5;
 408   PrintDebug("Adding 0x%x - 0x%x\n", offset, offset + (PAGE_SIZE * 1));
 409   add_mem_list_pages(list, offset, 1);
 410   print_mem_list(list);
 411
 412
 413
 414   return 0;
 415 }
 416
 417
 418 int mem_layout_add_test_1(vmm_mem_layout_t * layout) {
 419
 420
 421   uint_t start = 0;
 422   uint_t end = 0;
 423
 424   PrintDebug("\n\nTesting Memory Layout\n");
 425
 426   init_mem_layout(layout);
 427
 428   start = 0x6000;
 429   end = 0x10000;;
 430   PrintDebug("Adding 0x%x - 0x%x\n", start, end);
 431   add_guest_mem_range(layout, start, end);
 432   print_mem_layout(layout);
 433
 434
 435   start = 0x1000;
 436   end = 0x3000;
 437   PrintDebug("Adding 0x%x - 0x%x\n", start, end);
 438   add_guest_mem_range(layout, start, end);
 439   print_mem_layout(layout);
 440
 441   start = 0x2000;
 442   end = 0x6000;
 443   PrintDebug("Adding 0x%x - 0x%x\n", start, end);
 444   add_guest_mem_range(layout, start, end);
 445   print_mem_layout(layout);
 446
 447   start = 0x4000;
 448   end = 0x5000;
 449   PrintDebug("Adding 0x%x - 0x%x\n", start, end);
 450   add_guest_mem_range(layout, start, end);
 451   print_mem_layout(layout);
 452
 453
 454   start = 0x5000;
 455   end = 0x7000;
 456   PrintDebug("Adding 0x%x - 0x%x\n", start, end);
 457   add_guest_mem_range(layout, start, end);
 458   print_mem_layout(layout);
 459
 460
 461
 462
 463   return 0;
 464 }
 465
 466
 467
 468 int main(int argc, char ** argv) {
 469   struct vmm_os_hooks dummy_hooks;
 470   os_hooks = &dummy_hooks;
 471
 472   vmm_mem_layout_t layout;
 473   vmm_mem_list_t list;
 474
 475   os_hooks->malloc = &TestMalloc;
 476   os_hooks->free = &free;
 477   os_hooks->print_debug = &TestPrint;
 478   os_hooks->allocate_pages = &TestAllocatePages;
 479
 480
 481
 482   printf("mem_list_add_test_1: %d\n", mem_list_add_test_1(&list));
 483   printf("layout_add_test_1: %d\n", mem_layout_add_test_1(&layout));
 484
 485   return 0;
 486 }
 487 #endif
 488
 489
 490
 491
 492
 493