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     // 2MB page alignment needed for 2MB hardware nested paging
  68     map->base_region.guest_start = 0;
  69     map->base_region.guest_end = mem_pages * PAGE_SIZE_4KB;
  70     map->base_region.host_addr = (addr_t)V3_AllocAlignedPages(mem_pages, PAGE_SIZE_2MB);
  71
  72     map->base_region.flags.read = 1;
  73     map->base_region.flags.write = 1;
  74     map->base_region.flags.exec = 1;
  75     map->base_region.flags.base = 1;
  76     map->base_region.flags.alloced = 1;
  77
  78     map->base_region.unhandled = unhandled_err;
  79
  80     if ((void *)map->base_region.host_addr == NULL) {
  81         PrintError("Could not allocate Guest memory\n");
  82         return -1;
  83     }
  84
  85     //memset(V3_VAddr((void *)map->base_region.host_addr), 0xffffffff, map->base_region.guest_end);
  86
  87     v3_register_hypercall(vm, MEM_OFFSET_HCALL, mem_offset_hypercall, NULL);
  88
  89     return 0;
  90 }
  91
  92
  93 void v3_delete_mem_map(struct v3_vm_info * vm) {
  94     struct rb_node * node = v3_rb_first(&(vm->mem_map.mem_regions));
  95     struct v3_mem_region * reg;
  96     struct rb_node * tmp_node = NULL;
  97
  98     while (node) {
  99         reg = rb_entry(node, struct v3_mem_region, tree_node);
 100         tmp_node = node;
 101         node = v3_rb_next(node);
 102
 103         v3_delete_mem_region(vm, reg);
 104     }
 105
 106     V3_FreePage((void *)(vm->mem_map.base_region.host_addr));
 107 }
 108
 109
 110 struct v3_mem_region * v3_create_mem_region(struct v3_vm_info * vm, uint16_t core_id,
 111                                                addr_t guest_addr_start, addr_t guest_addr_end) {
 112
 113     struct v3_mem_region * entry = (struct v3_mem_region *)V3_Malloc(sizeof(struct v3_mem_region));
 114     memset(entry, 0, sizeof(struct v3_mem_region));
 115
 116     entry->guest_start = guest_addr_start;
 117     entry->guest_end = guest_addr_end;
 118     entry->core_id = core_id;
 119     entry->unhandled = unhandled_err;
 120
 121     return entry;
 122 }
 123
 124
 125
 126
 127 int v3_add_shadow_mem( struct v3_vm_info * vm, uint16_t core_id,
 128                        addr_t               guest_addr_start,
 129                        addr_t               guest_addr_end,
 130                        addr_t               host_addr)
 131 {
 132     struct v3_mem_region * entry = NULL;
 133
 134     entry = v3_create_mem_region(vm, core_id,
 135                                  guest_addr_start,
 136                                  guest_addr_end);
 137
 138     entry->host_addr = host_addr;
 139
 140
 141     entry->flags.read = 1;
 142     entry->flags.write = 1;
 143     entry->flags.exec = 1;
 144     entry->flags.alloced = 1;
 145
 146     if (v3_insert_mem_region(vm, entry) == -1) {
 147         V3_Free(entry);
 148         return -1;
 149     }
 150
 151     return 0;
 152 }
 153
 154
 155
 156 static inline
 157 struct v3_mem_region * __insert_mem_region(struct v3_vm_info * vm,
 158                                                  struct v3_mem_region * region) {
 159     struct rb_node ** p = &(vm->mem_map.mem_regions.rb_node);
 160     struct rb_node * parent = NULL;
 161     struct v3_mem_region * tmp_region;
 162
 163     while (*p) {
 164         parent = *p;
 165         tmp_region = rb_entry(parent, struct v3_mem_region, tree_node);
 166
 167         if (region->guest_end <= tmp_region->guest_start) {
 168             p = &(*p)->rb_left;
 169         } else if (region->guest_start >= tmp_region->guest_end) {
 170             p = &(*p)->rb_right;
 171         } else {
 172             if ((region->guest_end != tmp_region->guest_end) ||
 173                 (region->guest_start != tmp_region->guest_start)) {
 174                 PrintError("Trying to map a partial overlapped core specific page...\n");
 175                 return tmp_region; // This is ugly...
 176             } else if (region->core_id == tmp_region->core_id) {
 177                 return tmp_region;
 178             } else if (region->core_id < tmp_region->core_id) {
 179                 p = &(*p)->rb_left;
 180             } else {
 181                 p = &(*p)->rb_right;
 182             }
 183         }
 184     }
 185
 186     rb_link_node(&(region->tree_node), parent, p);
 187
 188     return NULL;
 189 }
 190
 191
 192
 193 int v3_insert_mem_region(struct v3_vm_info * vm, struct v3_mem_region * region) {
 194     struct v3_mem_region * ret;
 195     int i = 0;
 196
 197     if ((ret = __insert_mem_region(vm, region))) {
 198         return -1;
 199     }
 200
 201     v3_rb_insert_color(&(region->tree_node), &(vm->mem_map.mem_regions));
 202
 203
 204
 205     for (i = 0; i < vm->num_cores; i++) {
 206         struct guest_info * info = &(vm->cores[i]);
 207
 208         // flush virtual page tables
 209         // 3 cases shadow, shadow passthrough, and nested
 210
 211         if (info->shdw_pg_mode == SHADOW_PAGING) {
 212             v3_mem_mode_t mem_mode = v3_get_vm_mem_mode(info);
 213
 214             if (mem_mode == PHYSICAL_MEM) {
 215                 addr_t cur_addr;
 216
 217                 for (cur_addr = region->guest_start;
 218                      cur_addr < region->guest_end;
 219                      cur_addr += PAGE_SIZE_4KB) {
 220                     v3_invalidate_passthrough_addr(info, cur_addr);
 221                 }
 222             } else {
 223                 v3_invalidate_shadow_pts(info);
 224             }
 225
 226         } else if (info->shdw_pg_mode == NESTED_PAGING) {
 227             addr_t cur_addr;
 228
 229             for (cur_addr = region->guest_start;
 230                  cur_addr < region->guest_end;
 231                  cur_addr += PAGE_SIZE_4KB) {
 232
 233                 v3_invalidate_nested_addr(info, cur_addr);
 234             }
 235         }
 236     }
 237
 238     return 0;
 239 }
 240
 241
 242
 243
 244 struct v3_mem_region * v3_get_mem_region(struct v3_vm_info * vm, uint16_t core_id, addr_t guest_addr) {
 245     struct rb_node * n = vm->mem_map.mem_regions.rb_node;
 246     struct v3_mem_region * reg = NULL;
 247
 248     while (n) {
 249
 250         reg = rb_entry(n, struct v3_mem_region, tree_node);
 251
 252         if (guest_addr < reg->guest_start) {
 253             n = n->rb_left;
 254         } else if (guest_addr >= reg->guest_end) {
 255             n = n->rb_right;
 256         } else {
 257             if (reg->core_id == V3_MEM_CORE_ANY) {
 258                 // found relevant region, it's available on all cores
 259                 return reg;
 260             } else if (core_id == reg->core_id) {
 261                 // found relevant region, it's available on the indicated core
 262                 return reg;
 263             } else if (core_id < reg->core_id) {
 264                 // go left, core too big
 265                 n = n->rb_left;
 266             } else if (core_id > reg->core_id) {
 267                 // go right, core too small
 268                 n = n->rb_right;
 269             } else {
 270                 PrintDebug("v3_get_mem_region: Impossible!\n");
 271                 return NULL;
 272             }
 273         }
 274     }
 275
 276
 277     // There is not registered region, so we check if its a valid address in the base region
 278
 279     if (guest_addr > vm->mem_map.base_region.guest_end) {
 280         PrintError("Guest Address Exceeds Base Memory Size (ga=0x%p), (limit=0x%p) (core=0x%x)\n",
 281                    (void *)guest_addr, (void *)vm->mem_map.base_region.guest_end, core_id);
 282         v3_print_mem_map(vm);
 283
 284         return NULL;
 285     }
 286
 287     return &(vm->mem_map.base_region);
 288 }
 289
 290
 291
 292 /* Search the "hooked" memory regions for a region that ends after the given address.  If the
 293  * address is invalid, return NULL. Else, return the first region found or the base region if no
 294  * region ends after the given address.
 295  */
 296 struct v3_mem_region * v3_get_next_mem_region( struct v3_vm_info * vm, uint16_t core_id, addr_t guest_addr) {
 297     struct rb_node * n = vm->mem_map.mem_regions.rb_node;
 298     struct v3_mem_region * reg = NULL;
 299
 300     // Keep going to the right in the tree while the address is greater than the current region's
 301     // end address.
 302     while (n) {
 303         reg = rb_entry(n, struct v3_mem_region, tree_node);
 304         if (guest_addr >= reg->guest_end) { // reg is [start,end)
 305             n = n->rb_right;
 306         } else {
 307             if ((core_id == reg->core_id) || (reg->core_id == V3_MEM_CORE_ANY)) {
 308                 return reg;
 309             } else {
 310                 n = n->rb_right;
 311             }
 312         }
 313     }
 314
 315     // There is no registered region, so we check if it's a valid address in the base region
 316
 317     if (guest_addr >= vm->mem_map.base_region.guest_end) {
 318         PrintError("%s: Guest Address Exceeds Base Memory Size (ga=%p), (limit=%p)\n",
 319                 __FUNCTION__, (void *)guest_addr, (void *)vm->mem_map.base_region.guest_end);
 320         v3_print_mem_map(vm);
 321         return NULL;
 322     }
 323
 324     return &(vm->mem_map.base_region);
 325 }
 326
 327
 328 /* Search the "hooked" memory regions for a region that ends after the given address.  If the
 329  * address is invalid, return NULL. Else, return the first region found or the base region if no
 330  * region ends after the given address.
 331  */
 332 struct v3_mem_region * v3_get_next_mem_region( struct v3_vm_info * vm, uint16_t core_id, addr_t guest_addr) {
 333     struct rb_node * n = vm->mem_map.mem_regions.rb_node;
 334     struct v3_mem_region * reg = NULL;
 335
 336     // Keep going to the right in the tree while the address is greater than the current region's
 337     // end address.
 338     while (n) {
 339         reg = rb_entry(n, struct v3_mem_region, tree_node);
 340         if (guest_addr >= reg->guest_end) { // reg is [start,end)
 341             n = n->rb_right;
 342         } else {
 343             // PAD this may be buggy since there is no guarantees that
 344             // the cores are in order
 345             if ((core_id == reg->core_id) || (reg->core_id == V3_MEM_CORE_ANY)) {
 346                 return reg;
 347             } else {
 348                 n = n->rb_right;
 349             }
 350         }
 351     }
 352
 353     // There is no registered region, so we check if it's a valid address in the base region
 354
 355     if (guest_addr >= vm->mem_map.base_region.guest_end) {
 356         PrintError("%s: Guest Address Exceeds Base Memory Size (ga=%p), (limit=%p)\n",
 357                    __FUNCTION__, (void *)guest_addr, (void *)vm->mem_map.base_region.guest_end);
 358         v3_print_mem_map(vm);
 359         return NULL;
 360     }
 361
 362     return &(vm->mem_map.base_region);
 363 }
 364
 365
 366
 367 void v3_delete_mem_region(struct v3_vm_info * vm, struct v3_mem_region * reg) {
 368     int i = 0;
 369
 370     if (reg == NULL) {
 371         return;
 372     }
 373
 374     for (i = 0; i < vm->num_cores; i++) {
 375         struct guest_info * info = &(vm->cores[i]);
 376
 377         // flush virtual page tables
 378         // 3 cases shadow, shadow passthrough, and nested
 379
 380         if (info->shdw_pg_mode == SHADOW_PAGING) {
 381             v3_mem_mode_t mem_mode = v3_get_vm_mem_mode(info);
 382
 383             if (mem_mode == PHYSICAL_MEM) {
 384                 addr_t cur_addr;
 385
 386                 for (cur_addr = reg->guest_start;
 387                      cur_addr < reg->guest_end;
 388                      cur_addr += PAGE_SIZE_4KB) {
 389                     v3_invalidate_passthrough_addr(info, cur_addr);
 390                 }
 391             } else {
 392                 v3_invalidate_shadow_pts(info);
 393             }
 394
 395         } else if (info->shdw_pg_mode == NESTED_PAGING) {
 396             addr_t cur_addr;
 397
 398             for (cur_addr = reg->guest_start;
 399                  cur_addr < reg->guest_end;
 400                  cur_addr += PAGE_SIZE_4KB) {
 401
 402                 v3_invalidate_nested_addr(info, cur_addr);
 403             }
 404         }
 405     }
 406
 407     v3_rb_erase(&(reg->tree_node), &(vm->mem_map.mem_regions));
 408
 409     V3_Free(reg);
 410
 411     // flush virtual page tables
 412     // 3 cases shadow, shadow passthrough, and nested
 413
 414 }
 415
 416
 417
 418 void v3_print_mem_map(struct v3_vm_info * vm) {
 419     struct rb_node * node = v3_rb_first(&(vm->mem_map.mem_regions));
 420     struct v3_mem_region * reg = &(vm->mem_map.base_region);
 421     int i = 0;
 422
 423     V3_Print("Memory Layout (all cores):\n");
 424
 425
 426     V3_Print("Base Region (all cores):  0x%p - 0x%p -> 0x%p\n",
 427                (void *)(reg->guest_start),
 428                (void *)(reg->guest_end - 1),
 429                (void *)(reg->host_addr));
 430
 431
 432     // If the memory map is empty, don't print it
 433     if (node == NULL) {
 434         return;
 435     }
 436
 437     do {
 438         reg = rb_entry(node, struct v3_mem_region, tree_node);
 439
 440         V3_Print("%d:  0x%p - 0x%p -> 0x%p\n", i,
 441                    (void *)(reg->guest_start),
 442                    (void *)(reg->guest_end - 1),
 443                    (void *)(reg->host_addr));
 444
 445         V3_Print("\t(flags=0x%x) (core=0x%x) (unhandled = 0x%p)\n",
 446                  reg->flags.value,
 447                  reg->core_id,
 448                  reg->unhandled);
 449
 450         i++;
 451     } while ((node = v3_rb_next(node)));
 452 }
 453