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 int v3_init_mem_map(struct v3_vm_info * vm) {
  54     struct v3_mem_map * map = &(vm->mem_map);
  55     addr_t mem_pages = vm->mem_size >> 12;
  56
  57     memset(&(map->base_region), 0, sizeof(struct v3_mem_region));
  58
  59     map->mem_regions.rb_node = NULL;
  60
  61     // There is an underlying region that contains all of the guest memory
  62     // PrintDebug("Mapping %d pages of memory (%u bytes)\n", (int)mem_pages, (uint_t)info->mem_size);
  63
  64     // 2MB page alignment needed for 2MB hardware nested paging
  65     map->base_region.guest_start = 0;
  66     map->base_region.guest_end = mem_pages * PAGE_SIZE_4KB;
  67
  68 #ifdef CONFIG_ALIGNED_PG_ALLOC
  69     map->base_region.host_addr = (addr_t)V3_AllocAlignedPages(mem_pages, vm->mem_align);
  70 #else
  71     map->base_region.host_addr = (addr_t)V3_AllocPages(mem_pages);
  72 #endif
  73
  74     map->base_region.flags.read = 1;
  75     map->base_region.flags.write = 1;
  76     map->base_region.flags.exec = 1;
  77     map->base_region.flags.base = 1;
  78     map->base_region.flags.alloced = 1;
  79
  80     map->base_region.unhandled = unhandled_err;
  81
  82     if ((void *)map->base_region.host_addr == NULL) {
  83         PrintError("Could not allocate Guest memory\n");
  84         return -1;
  85     }
  86
  87     //memset(V3_VAddr((void *)map->base_region.host_addr), 0xffffffff, map->base_region.guest_end);
  88
  89     v3_register_hypercall(vm, MEM_OFFSET_HCALL, mem_offset_hypercall, NULL);
  90
  91     return 0;
  92 }
  93
  94
  95 void v3_delete_mem_map(struct v3_vm_info * vm) {
  96     struct rb_node * node = v3_rb_first(&(vm->mem_map.mem_regions));
  97     struct v3_mem_region * reg;
  98     struct rb_node * tmp_node = NULL;
  99
 100     while (node) {
 101         reg = rb_entry(node, struct v3_mem_region, tree_node);
 102         tmp_node = node;
 103         node = v3_rb_next(node);
 104
 105         v3_delete_mem_region(vm, reg);
 106     }
 107
 108     V3_FreePage((void *)(vm->mem_map.base_region.host_addr));
 109 }
 110
 111
 112 struct v3_mem_region * v3_create_mem_region(struct v3_vm_info * vm, uint16_t core_id,
 113                                                addr_t guest_addr_start, addr_t guest_addr_end) {
 114
 115     struct v3_mem_region * entry = (struct v3_mem_region *)V3_Malloc(sizeof(struct v3_mem_region));
 116     memset(entry, 0, sizeof(struct v3_mem_region));
 117
 118     entry->guest_start = guest_addr_start;
 119     entry->guest_end = guest_addr_end;
 120     entry->core_id = core_id;
 121     entry->unhandled = unhandled_err;
 122
 123     return entry;
 124 }
 125
 126
 127
 128
 129 int v3_add_shadow_mem( struct v3_vm_info * vm, uint16_t core_id,
 130                        addr_t               guest_addr_start,
 131                        addr_t               guest_addr_end,
 132                        addr_t               host_addr)
 133 {
 134     struct v3_mem_region * entry = NULL;
 135
 136     entry = v3_create_mem_region(vm, core_id,
 137                                  guest_addr_start,
 138                                  guest_addr_end);
 139
 140     entry->host_addr = host_addr;
 141
 142     entry->flags.read = 1;
 143     entry->flags.write = 1;
 144     entry->flags.exec = 1;
 145     entry->flags.alloced = 1;
 146
 147     if (v3_insert_mem_region(vm, entry) == -1) {
 148         V3_Free(entry);
 149         return -1;
 150     }
 151
 152     return 0;
 153 }
 154
 155
 156
 157 static inline
 158 struct v3_mem_region * __insert_mem_region(struct v3_vm_info * vm,
 159                                            struct v3_mem_region * region) {
 160     struct rb_node ** p = &(vm->mem_map.mem_regions.rb_node);
 161     struct rb_node * parent = NULL;
 162     struct v3_mem_region * tmp_region;
 163
 164     while (*p) {
 165         parent = *p;
 166         tmp_region = rb_entry(parent, struct v3_mem_region, tree_node);
 167
 168         if (region->guest_end <= tmp_region->guest_start) {
 169             p = &(*p)->rb_left;
 170         } else if (region->guest_start >= tmp_region->guest_end) {
 171             p = &(*p)->rb_right;
 172         } else {
 173             if ((region->guest_end != tmp_region->guest_end) ||
 174                 (region->guest_start != tmp_region->guest_start)) {
 175                 PrintError("Trying to map a partial overlapped core specific page...\n");
 176                 return tmp_region; // This is ugly...
 177             } else if (region->core_id == tmp_region->core_id) {
 178                 return tmp_region;
 179             } else if (region->core_id < tmp_region->core_id) {
 180                 p = &(*p)->rb_left;
 181             } else {
 182                 p = &(*p)->rb_right;
 183             }
 184         }
 185     }
 186
 187     rb_link_node(&(region->tree_node), parent, p);
 188
 189     return NULL;
 190 }
 191
 192
 193
 194 int v3_insert_mem_region(struct v3_vm_info * vm, struct v3_mem_region * region) {
 195     struct v3_mem_region * ret;
 196     int i = 0;
 197
 198     if ((ret = __insert_mem_region(vm, region))) {
 199         return -1;
 200     }
 201
 202     v3_rb_insert_color(&(region->tree_node), &(vm->mem_map.mem_regions));
 203
 204
 205
 206     for (i = 0; i < vm->num_cores; i++) {
 207         struct guest_info * info = &(vm->cores[i]);
 208
 209         // flush virtual page tables
 210         // 3 cases shadow, shadow passthrough, and nested
 211
 212         if (info->shdw_pg_mode == SHADOW_PAGING) {
 213             v3_mem_mode_t mem_mode = v3_get_vm_mem_mode(info);
 214
 215             if (mem_mode == PHYSICAL_MEM) {
 216                 addr_t cur_addr;
 217
 218                 for (cur_addr = region->guest_start;
 219                      cur_addr < region->guest_end;
 220                      cur_addr += PAGE_SIZE_4KB) {
 221                     v3_invalidate_passthrough_addr(info, cur_addr);
 222                 }
 223             } else {
 224                 v3_invalidate_shadow_pts(info);
 225             }
 226
 227         } else if (info->shdw_pg_mode == NESTED_PAGING) {
 228             addr_t cur_addr;
 229
 230             for (cur_addr = region->guest_start;
 231                  cur_addr < region->guest_end;
 232                  cur_addr += PAGE_SIZE_4KB) {
 233
 234                 v3_invalidate_nested_addr(info, cur_addr);
 235             }
 236         }
 237     }
 238
 239     return 0;
 240 }
 241
 242
 243
 244
 245 struct v3_mem_region * v3_get_mem_region(struct v3_vm_info * vm, uint16_t core_id, addr_t guest_addr) {
 246     struct rb_node * n = vm->mem_map.mem_regions.rb_node;
 247     struct v3_mem_region * reg = NULL;
 248
 249     while (n) {
 250
 251         reg = rb_entry(n, struct v3_mem_region, tree_node);
 252
 253         if (guest_addr < reg->guest_start) {
 254             n = n->rb_left;
 255         } else if (guest_addr >= reg->guest_end) {
 256             n = n->rb_right;
 257         } else {
 258             if (reg->core_id == V3_MEM_CORE_ANY) {
 259                 // found relevant region, it's available on all cores
 260                 return reg;
 261             } else if (core_id == reg->core_id) {
 262                 // found relevant region, it's available on the indicated core
 263                 return reg;
 264             } else if (core_id < reg->core_id) {
 265                 // go left, core too big
 266                 n = n->rb_left;
 267             } else if (core_id > reg->core_id) {
 268                 // go right, core too small
 269                 n = n->rb_right;
 270             } else {
 271                 PrintDebug("v3_get_mem_region: Impossible!\n");
 272                 return NULL;
 273             }
 274         }
 275     }
 276
 277
 278     // There is not registered region, so we check if its a valid address in the base region
 279
 280     if (guest_addr > vm->mem_map.base_region.guest_end) {
 281         PrintError("Guest Address Exceeds Base Memory Size (ga=0x%p), (limit=0x%p) (core=0x%x)\n",
 282                    (void *)guest_addr, (void *)vm->mem_map.base_region.guest_end, core_id);
 283         v3_print_mem_map(vm);
 284
 285         return NULL;
 286     }
 287
 288     return &(vm->mem_map.base_region);
 289 }
 290
 291
 292
 293 /* This returns the next memory region based on a given address.
 294  * If the address falls inside a sub region, that region is returned.
 295  * If the address falls outside a sub region, the next sub region is returned
 296  * NOTE that we have to be careful about core_ids here...
 297  */
 298 static struct v3_mem_region * get_next_mem_region( struct v3_vm_info * vm, uint16_t core_id, addr_t guest_addr) {
 299     struct rb_node * n = vm->mem_map.mem_regions.rb_node;
 300     struct v3_mem_region * reg = NULL;
 301     struct v3_mem_region * parent = NULL;
 302
 303     while (n) {
 304
 305         reg = rb_entry(n, struct v3_mem_region, tree_node);
 306
 307         if (guest_addr < reg->guest_start) {
 308             n = n->rb_left;
 309         } else if (guest_addr >= reg->guest_end) {
 310             n = n->rb_right;
 311         } else {
 312             if (reg->core_id == V3_MEM_CORE_ANY) {
 313                 // found relevant region, it's available on all cores
 314                 return reg;
 315             } else if (core_id == reg->core_id) {
 316                 // found relevant region, it's available on the indicated core
 317                 return reg;
 318             } else if (core_id < reg->core_id) {
 319                 // go left, core too big
 320                 n = n->rb_left;
 321             } else if (core_id > reg->core_id) {
 322                 // go right, core too small
 323                 n = n->rb_right;
 324             } else {
 325                 PrintError("v3_get_mem_region: Impossible!\n");
 326                 return NULL;
 327             }
 328         }
 329
 330         if ((reg->core_id == core_id) || (reg->core_id == V3_MEM_CORE_ANY)) {
 331             parent = reg;
 332         }
 333     }
 334
 335
 336     if (parent->guest_start > guest_addr) {
 337         return parent;
 338     } else if (parent->guest_end < guest_addr) {
 339         struct rb_node * node = &(parent->tree_node);
 340
 341         while ((node = v3_rb_next(node)) != NULL) {
 342             struct v3_mem_region * next_reg = rb_entry(node, struct v3_mem_region, tree_node);
 343
 344             if ((next_reg->core_id == V3_MEM_CORE_ANY) ||
 345                 (next_reg->core_id == core_id)) {
 346
 347                 // This check is not strictly necessary, but it makes it clearer
 348                 if (next_reg->guest_start > guest_addr) {
 349                     return next_reg;
 350                 }
 351             }
 352         }
 353     }
 354
 355     return NULL;
 356 }
 357
 358
 359
 360
 361 /* Given an address region of memory, find if there are any regions that overlap with it.
 362  * This checks that the range lies in a single region, and returns that region if it does,
 363  * this can be either the base region or a sub region.
 364  * IF there are multiple regions in the range then it returns NULL
 365  */
 366 static struct v3_mem_region * get_overlapping_region(struct v3_vm_info * vm, uint16_t core_id,
 367                                                      addr_t start_gpa, addr_t end_gpa) {
 368     struct v3_mem_region * start_region = v3_get_mem_region(vm, core_id, start_gpa);
 369
 370     if (start_region == NULL) {
 371         PrintError("Invalid memory region\n");
 372         return NULL;
 373     }
 374
 375
 376     if (start_region->guest_end < end_gpa) {
 377         // Region ends before range
 378         return NULL;
 379     } else if (start_region->flags.base == 0) {
 380         // sub region overlaps range
 381         return start_region;
 382     } else {
 383         // Base region, now we have to scan forward for the next sub region
 384         struct v3_mem_region * next_reg = get_next_mem_region(vm, core_id, start_gpa);
 385
 386         if (next_reg == NULL) {
 387             // no sub regions after start_addr, base region is ok
 388             return start_region;
 389         } else if (next_reg->guest_start >= end_gpa) {
 390             // Next sub region begins outside range
 391             return start_region;
 392         } else {
 393             return NULL;
 394         }
 395     }
 396
 397
 398     // Should never get here
 399     return NULL;
 400 }
 401
 402
 403
 404
 405
 406 void v3_delete_mem_region(struct v3_vm_info * vm, struct v3_mem_region * reg) {
 407     int i = 0;
 408
 409     if (reg == NULL) {
 410         return;
 411     }
 412
 413     for (i = 0; i < vm->num_cores; i++) {
 414         struct guest_info * info = &(vm->cores[i]);
 415
 416         // flush virtual page tables
 417         // 3 cases shadow, shadow passthrough, and nested
 418
 419         if (info->shdw_pg_mode == SHADOW_PAGING) {
 420             v3_mem_mode_t mem_mode = v3_get_vm_mem_mode(info);
 421
 422             if (mem_mode == PHYSICAL_MEM) {
 423                 addr_t cur_addr;
 424
 425                 for (cur_addr = reg->guest_start;
 426                      cur_addr < reg->guest_end;
 427                      cur_addr += PAGE_SIZE_4KB) {
 428                     v3_invalidate_passthrough_addr(info, cur_addr);
 429                 }
 430             } else {
 431                 v3_invalidate_shadow_pts(info);
 432             }
 433
 434         } else if (info->shdw_pg_mode == NESTED_PAGING) {
 435             addr_t cur_addr;
 436
 437             for (cur_addr = reg->guest_start;
 438                  cur_addr < reg->guest_end;
 439                  cur_addr += PAGE_SIZE_4KB) {
 440
 441                 v3_invalidate_nested_addr(info, cur_addr);
 442             }
 443         }
 444     }
 445
 446     v3_rb_erase(&(reg->tree_node), &(vm->mem_map.mem_regions));
 447
 448     V3_Free(reg);
 449
 450     // flush virtual page tables
 451     // 3 cases shadow, shadow passthrough, and nested
 452
 453 }
 454
 455 // Determine if a given address can be handled by a large page of the requested size
 456 uint32_t v3_get_max_page_size(struct guest_info * core, addr_t page_addr, v3_cpu_mode_t mode) {
 457     addr_t pg_start = 0;
 458     addr_t pg_end = 0;
 459     uint32_t page_size = PAGE_SIZE_4KB;
 460     struct v3_mem_region * reg = NULL;
 461
 462
 463     PrintError("Getting max page size for addr %p\n", (void *)page_addr);
 464
 465     switch (mode) {
 466         case PROTECTED:
 467             if (core->use_large_pages == 1) {
 468                 pg_start = PAGE_ADDR_4MB(page_addr);
 469                 pg_end = (pg_start + PAGE_SIZE_4MB);
 470
 471                 reg = get_overlapping_region(core->vm_info, core->cpu_id, pg_start, pg_end);
 472
 473                 if ((reg) && ((reg->host_addr % PAGE_SIZE_4MB) == 0)) {
 474                     page_size = PAGE_SIZE_4MB;
 475                 }
 476             }
 477             break;
 478         case PROTECTED_PAE:
 479             if (core->use_large_pages == 1) {
 480                 pg_start = PAGE_ADDR_2MB(page_addr);
 481                 pg_end = (pg_start + PAGE_SIZE_2MB);
 482
 483                 reg = get_overlapping_region(core->vm_info, core->cpu_id, pg_start, pg_end);
 484
 485                 if ((reg) && ((reg->host_addr % PAGE_SIZE_2MB) == 0)) {
 486                     page_size = PAGE_SIZE_2MB;
 487                 }
 488             }
 489             break;
 490         case LONG:
 491         case LONG_32_COMPAT:
 492         case LONG_16_COMPAT:
 493             if (core->use_giant_pages == 1) {
 494                 pg_start = PAGE_ADDR_1GB(page_addr);
 495                 pg_end = (pg_start + PAGE_SIZE_1GB);
 496
 497                 reg = get_overlapping_region(core->vm_info, core->cpu_id, pg_start, pg_end);
 498
 499                 if ((reg) && ((reg->host_addr % PAGE_SIZE_1GB) == 0)) {
 500                     page_size = PAGE_SIZE_1GB;
 501                     break;
 502                 }
 503             }
 504
 505             if (core->use_large_pages == 1) {
 506                 pg_start = PAGE_ADDR_2MB(page_addr);
 507                 pg_end = (pg_start + PAGE_SIZE_2MB);
 508
 509                 reg = get_overlapping_region(core->vm_info, core->cpu_id, pg_start, pg_end);
 510
 511                 if ((reg) && ((reg->host_addr % PAGE_SIZE_2MB) == 0)) {
 512                     page_size = PAGE_SIZE_2MB;
 513                 }
 514             }
 515             break;
 516         default:
 517             PrintError("Invalid CPU mode: %s\n", v3_cpu_mode_to_str(v3_get_vm_cpu_mode(core)));
 518             return -1;
 519     }
 520
 521
 522     PrintError("Returning PAGE size = %d\n", page_size);
 523     return page_size;
 524 }
 525
 526
 527
 528 void v3_print_mem_map(struct v3_vm_info * vm) {
 529     struct rb_node * node = v3_rb_first(&(vm->mem_map.mem_regions));
 530     struct v3_mem_region * reg = &(vm->mem_map.base_region);
 531     int i = 0;
 532
 533     V3_Print("Memory Layout (all cores):\n");
 534
 535
 536     V3_Print("Base Region (all cores):  0x%p - 0x%p -> 0x%p\n",
 537                (void *)(reg->guest_start),
 538                (void *)(reg->guest_end - 1),
 539                (void *)(reg->host_addr));
 540
 541
 542     // If the memory map is empty, don't print it
 543     if (node == NULL) {
 544         return;
 545     }
 546
 547     do {
 548         reg = rb_entry(node, struct v3_mem_region, tree_node);
 549
 550         V3_Print("%d:  0x%p - 0x%p -> 0x%p\n", i,
 551                    (void *)(reg->guest_start),
 552                    (void *)(reg->guest_end - 1),
 553                    (void *)(reg->host_addr));
 554
 555         V3_Print("\t(flags=0x%x) (core=0x%x) (unhandled = 0x%p)\n",
 556                  reg->flags.value,
 557                  reg->core_id,
 558                  reg->unhandled);
 559
 560         i++;
 561     } while ((node = v3_rb_next(node)));
 562 }
 563