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_emulator.h>
  24 #include <palacios/vm_guest.h>
  25
  26 #include <palacios/vmm_shadow_paging.h>
  27 #include <palacios/vmm_direct_paging.h>
  28
  29
  30
  31
  32 static int mem_offset_hypercall(struct guest_info * info, uint_t hcall_id, void * private_data) {
  33     PrintDebug("V3Vee: Memory offset hypercall (offset=%p)\n",
  34                (void *)(info->vm_info->mem_map.base_region.host_addr));
  35
  36     info->vm_regs.rbx = info->vm_info->mem_map.base_region.host_addr;
  37
  38     return 0;
  39 }
  40
  41 static int unhandled_err(struct guest_info * core, addr_t guest_va, addr_t guest_pa,
  42                          struct v3_mem_region * reg, pf_error_t access_info) {
  43
  44     PrintError("Unhandled memory access error\n");
  45
  46     v3_print_mem_map(core->vm_info);
  47
  48     v3_print_guest_state(core);
  49
  50     return -1;
  51 }
  52
  53
  54
  55 int v3_init_mem_map(struct v3_vm_info * vm) {
  56     struct v3_mem_map * map = &(vm->mem_map);
  57     addr_t mem_pages = vm->mem_size >> 12;
  58
  59     memset(&(map->base_region), 0, sizeof(struct v3_mem_region));
  60
  61     map->mem_regions.rb_node = NULL;
  62
  63
  64     // There is an underlying region that contains all of the guest memory
  65     // PrintDebug("Mapping %d pages of memory (%u bytes)\n", (int)mem_pages, (uint_t)info->mem_size);
  66
  67     map->base_region.guest_start = 0;
  68     map->base_region.guest_end = mem_pages * PAGE_SIZE_4KB;
  69     map->base_region.host_addr = (addr_t)V3_AllocPages(mem_pages);
  70
  71     map->base_region.flags.read = 1;
  72     map->base_region.flags.write = 1;
  73     map->base_region.flags.exec = 1;
  74     map->base_region.flags.base = 1;
  75     map->base_region.flags.alloced = 1;
  76
  77     map->base_region.unhandled = unhandled_err;
  78
  79     if ((void *)map->base_region.host_addr == NULL) {
  80         PrintError("Could not allocate Guest memory\n");
  81         return -1;
  82     }
  83
  84     //memset(V3_VAddr((void *)map->base_region.host_addr), 0xffffffff, map->base_region.guest_end);
  85
  86     v3_register_hypercall(vm, MEM_OFFSET_HCALL, mem_offset_hypercall, NULL);
  87
  88     return 0;
  89 }
  90
  91
  92 void v3_delete_mem_map(struct v3_vm_info * vm) {
  93     struct rb_node * node = v3_rb_first(&(vm->mem_map.mem_regions));
  94     struct v3_mem_region * reg;
  95     struct rb_node * tmp_node = NULL;
  96
  97     while (node) {
  98         reg = rb_entry(node, struct v3_mem_region, tree_node);
  99         tmp_node = node;
 100         node = v3_rb_next(node);
 101
 102         v3_delete_mem_region(vm, reg);
 103     }
 104
 105     V3_FreePage((void *)(vm->mem_map.base_region.host_addr));
 106 }
 107
 108
 109 struct v3_mem_region * v3_create_mem_region(struct v3_vm_info * vm, uint16_t core_id,
 110                                                addr_t guest_addr_start, addr_t guest_addr_end) {
 111
 112     struct v3_mem_region * entry = (struct v3_mem_region *)V3_Malloc(sizeof(struct v3_mem_region));
 113     memset(entry, 0, sizeof(struct v3_mem_region));
 114
 115     entry->guest_start = guest_addr_start;
 116     entry->guest_end = guest_addr_end;
 117     entry->core_id = core_id;
 118     entry->unhandled = unhandled_err;
 119
 120     return entry;
 121 }
 122
 123
 124
 125
 126 int v3_add_shadow_mem( struct v3_vm_info * vm, uint16_t core_id,
 127                        addr_t               guest_addr_start,
 128                        addr_t               guest_addr_end,
 129                        addr_t               host_addr)
 130 {
 131     struct v3_mem_region * entry = NULL;
 132
 133     entry = v3_create_mem_region(vm, core_id,
 134                                  guest_addr_start,
 135                                  guest_addr_end);
 136
 137     entry->host_addr = host_addr;
 138
 139
 140     entry->flags.read = 1;
 141     entry->flags.write = 1;
 142     entry->flags.exec = 1;
 143     entry->flags.alloced = 1;
 144
 145     if (v3_insert_mem_region(vm, entry) == -1) {
 146         V3_Free(entry);
 147         return -1;
 148     }
 149
 150     return 0;
 151 }
 152
 153
 154
 155 static inline
 156 struct v3_mem_region * __insert_mem_region(struct v3_vm_info * vm,
 157                                                  struct v3_mem_region * region) {
 158     struct rb_node ** p = &(vm->mem_map.mem_regions.rb_node);
 159     struct rb_node * parent = NULL;
 160     struct v3_mem_region * tmp_region;
 161
 162     while (*p) {
 163         parent = *p;
 164         tmp_region = rb_entry(parent, struct v3_mem_region, tree_node);
 165
 166         if (region->guest_end <= tmp_region->guest_start) {
 167             p = &(*p)->rb_left;
 168         } else if (region->guest_start >= tmp_region->guest_end) {
 169             p = &(*p)->rb_right;
 170         } else {
 171             if ((region->guest_end != tmp_region->guest_end) ||
 172                 (region->guest_start != tmp_region->guest_start)) {
 173                 PrintError("Trying to map a partial overlapped core specific page...\n");
 174                 return tmp_region; // This is ugly...
 175             } else if (region->core_id == tmp_region->core_id) {
 176                 return tmp_region;
 177             } else if (region->core_id < tmp_region->core_id) {
 178                 p = &(*p)->rb_left;
 179             } else {
 180                 p = &(*p)->rb_right;
 181             }
 182         }
 183     }
 184
 185     rb_link_node(&(region->tree_node), parent, p);
 186
 187     return NULL;
 188 }
 189
 190
 191
 192 int v3_insert_mem_region(struct v3_vm_info * vm, struct v3_mem_region * region) {
 193     struct v3_mem_region * ret;
 194     int i = 0;
 195
 196     if ((ret = __insert_mem_region(vm, region))) {
 197         return -1;
 198     }
 199
 200     v3_rb_insert_color(&(region->tree_node), &(vm->mem_map.mem_regions));
 201
 202
 203
 204     for (i = 0; i < vm->num_cores; i++) {
 205         struct guest_info * info = &(vm->cores[i]);
 206
 207         // flush virtual page tables
 208         // 3 cases shadow, shadow passthrough, and nested
 209
 210         if (info->shdw_pg_mode == SHADOW_PAGING) {
 211             v3_mem_mode_t mem_mode = v3_get_vm_mem_mode(info);
 212
 213             if (mem_mode == PHYSICAL_MEM) {
 214                 addr_t cur_addr;
 215
 216                 for (cur_addr = region->guest_start;
 217                      cur_addr < region->guest_end;
 218                      cur_addr += PAGE_SIZE_4KB) {
 219                     v3_invalidate_passthrough_addr(info, cur_addr);
 220                 }
 221             } else {
 222                 v3_invalidate_shadow_pts(info);
 223             }
 224
 225         } else if (info->shdw_pg_mode == NESTED_PAGING) {
 226             addr_t cur_addr;
 227
 228             for (cur_addr = region->guest_start;
 229                  cur_addr < region->guest_end;
 230                  cur_addr += PAGE_SIZE_4KB) {
 231
 232                 v3_invalidate_nested_addr(info, cur_addr);
 233             }
 234         }
 235     }
 236
 237     return 0;
 238 }
 239
 240
 241
 242
 243 struct v3_mem_region * v3_get_mem_region(struct v3_vm_info * vm, uint16_t core_id, addr_t guest_addr) {
 244     struct rb_node * n = vm->mem_map.mem_regions.rb_node;
 245     struct v3_mem_region * reg = NULL;
 246
 247     while (n) {
 248
 249         reg = rb_entry(n, struct v3_mem_region, tree_node);
 250
 251         if (guest_addr < reg->guest_start) {
 252             n = n->rb_left;
 253         } else if (guest_addr >= reg->guest_end) {
 254             n = n->rb_right;
 255         } else {
 256             if (reg->core_id == V3_MEM_CORE_ANY) {
 257                 // found relevant region, it's available on all cores
 258                 return reg;
 259             } else if (core_id == reg->core_id) {
 260                 // found relevant region, it's available on the indicated core
 261                 return reg;
 262             } else if (core_id < reg->core_id) {
 263                 // go left, core too big
 264                 n = n->rb_left;
 265             } else if (core_id > reg->core_id) {
 266                 // go right, core too small
 267                 n = n->rb_right;
 268             } else {
 269                 PrintDebug("v3_get_mem_region: Impossible!\n");
 270                 return NULL;
 271             }
 272         }
 273     }
 274
 275
 276     // There is not registered region, so we check if its a valid address in the base region
 277
 278     if (guest_addr > vm->mem_map.base_region.guest_end) {
 279         PrintError("Guest Address Exceeds Base Memory Size (ga=0x%p), (limit=0x%p) (core=0x%x)\n",
 280                    (void *)guest_addr, (void *)vm->mem_map.base_region.guest_end, core_id);
 281         v3_print_mem_map(vm);
 282
 283         return NULL;
 284     }
 285
 286     return &(vm->mem_map.base_region);
 287 }
 288
 289
 290
 291 /* Search the "hooked" memory regions for a region that ends after the given address.  If the
 292  * address is invalid, return NULL. Else, return the first region found or the base region if no
 293  * region ends after the given address.
 294  */
 295 struct v3_mem_region * v3_get_next_mem_region( struct v3_vm_info * vm, uint16_t core_id, addr_t guest_addr) {
 296     struct rb_node * n = vm->mem_map.mem_regions.rb_node;
 297     struct v3_mem_region * reg = NULL;
 298
 299     // Keep going to the right in the tree while the address is greater than the current region's
 300     // end address.
 301     while (n) {
 302         reg = rb_entry(n, struct v3_mem_region, tree_node);
 303         if (guest_addr >= reg->guest_end) { // reg is [start,end)
 304             n = n->rb_right;
 305         } else {
 306             if ((core_id == reg->core_id) || (reg->core_id == V3_MEM_CORE_ANY)) {
 307                 return reg;
 308             } else {
 309                 n = n->rb_right;
 310             }
 311         }
 312     }
 313
 314     // There is no registered region, so we check if it's a valid address in the base region
 315
 316     if (guest_addr >= vm->mem_map.base_region.guest_end) {
 317         PrintError("%s: Guest Address Exceeds Base Memory Size (ga=%p), (limit=%p)\n",
 318                 __FUNCTION__, (void *)guest_addr, (void *)vm->mem_map.base_region.guest_end);
 319         v3_print_mem_map(vm);
 320         return NULL;
 321     }
 322
 323     return &(vm->mem_map.base_region);
 324 }
 325
 326
 327
 328
 329 void v3_delete_mem_region(struct v3_vm_info * vm, struct v3_mem_region * reg) {
 330     int i = 0;
 331
 332     if (reg == NULL) {
 333         return;
 334     }
 335
 336     for (i = 0; i < vm->num_cores; i++) {
 337         struct guest_info * info = &(vm->cores[i]);
 338
 339         // flush virtual page tables
 340         // 3 cases shadow, shadow passthrough, and nested
 341
 342         if (info->shdw_pg_mode == SHADOW_PAGING) {
 343             v3_mem_mode_t mem_mode = v3_get_vm_mem_mode(info);
 344
 345             if (mem_mode == PHYSICAL_MEM) {
 346                 addr_t cur_addr;
 347
 348                 for (cur_addr = reg->guest_start;
 349                      cur_addr < reg->guest_end;
 350                      cur_addr += PAGE_SIZE_4KB) {
 351                     v3_invalidate_passthrough_addr(info, cur_addr);
 352                 }
 353             } else {
 354                 v3_invalidate_shadow_pts(info);
 355             }
 356
 357         } else if (info->shdw_pg_mode == NESTED_PAGING) {
 358             addr_t cur_addr;
 359
 360             for (cur_addr = reg->guest_start;
 361                  cur_addr < reg->guest_end;
 362                  cur_addr += PAGE_SIZE_4KB) {
 363
 364                 v3_invalidate_nested_addr(info, cur_addr);
 365             }
 366         }
 367     }
 368
 369     v3_rb_erase(&(reg->tree_node), &(vm->mem_map.mem_regions));
 370
 371     V3_Free(reg);
 372
 373     // flush virtual page tables
 374     // 3 cases shadow, shadow passthrough, and nested
 375
 376 }
 377
 378
 379
 380 void v3_print_mem_map(struct v3_vm_info * vm) {
 381     struct rb_node * node = v3_rb_first(&(vm->mem_map.mem_regions));
 382     struct v3_mem_region * reg = &(vm->mem_map.base_region);
 383     int i = 0;
 384
 385     V3_Print("Memory Layout (all cores):\n");
 386
 387
 388     V3_Print("Base Region (all cores):  0x%p - 0x%p -> 0x%p\n",
 389                (void *)(reg->guest_start),
 390                (void *)(reg->guest_end - 1),
 391                (void *)(reg->host_addr));
 392
 393
 394     // If the memory map is empty, don't print it
 395     if (node == NULL) {
 396         return;
 397     }
 398
 399     do {
 400         reg = rb_entry(node, struct v3_mem_region, tree_node);
 401
 402         V3_Print("%d:  0x%p - 0x%p -> 0x%p\n", i,
 403                    (void *)(reg->guest_start),
 404                    (void *)(reg->guest_end - 1),
 405                    (void *)(reg->host_addr));
 406
 407         V3_Print("\t(flags=0x%x) (core=0x%x) (unhandled = 0x%p)\n",
 408                  reg->flags.value,
 409                  reg->core_id,
 410                  reg->unhandled);
 411
 412         i++;
 413     } while ((node = v3_rb_next(node)));
 414 }
 415