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     map->base_region.guest_start = 0;
  65     map->base_region.guest_end = mem_pages * PAGE_SIZE_4KB;
  66
  67 #ifdef CONFIG_ALIGNED_PG_ALLOC
  68     map->base_region.host_addr = (addr_t)V3_AllocAlignedPages(mem_pages, vm->mem_align);
  69 #else
  70     map->base_region.host_addr = (addr_t)V3_AllocPages(mem_pages);
  71 #endif
  72
  73     map->base_region.flags.read = 1;
  74     map->base_region.flags.write = 1;
  75     map->base_region.flags.exec = 1;
  76     map->base_region.flags.base = 1;
  77     map->base_region.flags.alloced = 1;
  78
  79     map->base_region.unhandled = unhandled_err;
  80
  81     if ((void *)map->base_region.host_addr == NULL) {
  82         PrintError("Could not allocate Guest memory\n");
  83         return -1;
  84     }
  85
  86     //memset(V3_VAddr((void *)map->base_region.host_addr), 0xffffffff, map->base_region.guest_end);
  87
  88     v3_register_hypercall(vm, MEM_OFFSET_HCALL, mem_offset_hypercall, NULL);
  89
  90     return 0;
  91 }
  92
  93
  94 void v3_delete_mem_map(struct v3_vm_info * vm) {
  95     struct rb_node * node = v3_rb_first(&(vm->mem_map.mem_regions));
  96     struct v3_mem_region * reg;
  97     struct rb_node * tmp_node = NULL;
  98
  99     while (node) {
 100         reg = rb_entry(node, struct v3_mem_region, tree_node);
 101         tmp_node = node;
 102         node = v3_rb_next(node);
 103
 104         v3_delete_mem_region(vm, reg);
 105     }
 106
 107     V3_FreePage((void *)(vm->mem_map.base_region.host_addr));
 108 }
 109
 110
 111 struct v3_mem_region * v3_create_mem_region(struct v3_vm_info * vm, uint16_t core_id,
 112                                                addr_t guest_addr_start, addr_t guest_addr_end) {
 113
 114     struct v3_mem_region * entry = (struct v3_mem_region *)V3_Malloc(sizeof(struct v3_mem_region));
 115     memset(entry, 0, sizeof(struct v3_mem_region));
 116
 117     entry->guest_start = guest_addr_start;
 118     entry->guest_end = guest_addr_end;
 119     entry->core_id = core_id;
 120     entry->unhandled = unhandled_err;
 121
 122     return entry;
 123 }
 124
 125
 126
 127
 128 int v3_add_shadow_mem( struct v3_vm_info * vm, uint16_t core_id,
 129                        addr_t               guest_addr_start,
 130                        addr_t               guest_addr_end,
 131                        addr_t               host_addr)
 132 {
 133     struct v3_mem_region * entry = NULL;
 134
 135     entry = v3_create_mem_region(vm, core_id,
 136                                  guest_addr_start,
 137                                  guest_addr_end);
 138
 139     entry->host_addr = host_addr;
 140
 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 /* Search the "hooked" memory regions for a region that ends after the given address.  If the
 294  * address is invalid, return NULL. Else, return the first region found or the base region if no
 295  * region ends after the given address.
 296  */
 297 struct v3_mem_region * v3_get_next_mem_region( struct v3_vm_info * vm, uint16_t core_id, addr_t guest_addr) {
 298     struct rb_node * n = vm->mem_map.mem_regions.rb_node;
 299     struct v3_mem_region * reg = NULL;
 300
 301     // Keep going to the right in the tree while the address is greater than the current region's
 302     // end address.
 303     while (n) {
 304         reg = rb_entry(n, struct v3_mem_region, tree_node);
 305         if (guest_addr >= reg->guest_end) { // reg is [start,end)
 306             n = n->rb_right;
 307         } else {
 308             if ((core_id == reg->core_id) || (reg->core_id == V3_MEM_CORE_ANY)) {
 309                 return reg;
 310             } else {
 311                 n = n->rb_right;
 312             }
 313         }
 314     }
 315
 316     // There is no registered region, so we check if it's a valid address in the base region
 317
 318     if (guest_addr >= vm->mem_map.base_region.guest_end) {
 319         PrintError("%s: Guest Address Exceeds Base Memory Size (ga=%p), (limit=%p)\n",
 320                 __FUNCTION__, (void *)guest_addr, (void *)vm->mem_map.base_region.guest_end);
 321         v3_print_mem_map(vm);
 322         return NULL;
 323     }
 324
 325     return &(vm->mem_map.base_region);
 326 }
 327
 328
 329
 330
 331 void v3_delete_mem_region(struct v3_vm_info * vm, struct v3_mem_region * reg) {
 332     int i = 0;
 333
 334     if (reg == NULL) {
 335         return;
 336     }
 337
 338     for (i = 0; i < vm->num_cores; i++) {
 339         struct guest_info * info = &(vm->cores[i]);
 340
 341         // flush virtual page tables
 342         // 3 cases shadow, shadow passthrough, and nested
 343
 344         if (info->shdw_pg_mode == SHADOW_PAGING) {
 345             v3_mem_mode_t mem_mode = v3_get_vm_mem_mode(info);
 346
 347             if (mem_mode == PHYSICAL_MEM) {
 348                 addr_t cur_addr;
 349
 350                 for (cur_addr = reg->guest_start;
 351                      cur_addr < reg->guest_end;
 352                      cur_addr += PAGE_SIZE_4KB) {
 353                     v3_invalidate_passthrough_addr(info, cur_addr);
 354                 }
 355             } else {
 356                 v3_invalidate_shadow_pts(info);
 357             }
 358
 359         } else if (info->shdw_pg_mode == NESTED_PAGING) {
 360             addr_t cur_addr;
 361
 362             for (cur_addr = reg->guest_start;
 363                  cur_addr < reg->guest_end;
 364                  cur_addr += PAGE_SIZE_4KB) {
 365
 366                 v3_invalidate_nested_addr(info, cur_addr);
 367             }
 368         }
 369     }
 370
 371     v3_rb_erase(&(reg->tree_node), &(vm->mem_map.mem_regions));
 372
 373     V3_Free(reg);
 374
 375     // flush virtual page tables
 376     // 3 cases shadow, shadow passthrough, and nested
 377
 378 }
 379
 380
 381
 382 void v3_print_mem_map(struct v3_vm_info * vm) {
 383     struct rb_node * node = v3_rb_first(&(vm->mem_map.mem_regions));
 384     struct v3_mem_region * reg = &(vm->mem_map.base_region);
 385     int i = 0;
 386
 387     V3_Print("Memory Layout (all cores):\n");
 388
 389
 390     V3_Print("Base Region (all cores):  0x%p - 0x%p -> 0x%p\n",
 391                (void *)(reg->guest_start),
 392                (void *)(reg->guest_end - 1),
 393                (void *)(reg->host_addr));
 394
 395
 396     // If the memory map is empty, don't print it
 397     if (node == NULL) {
 398         return;
 399     }
 400
 401     do {
 402         reg = rb_entry(node, struct v3_mem_region, tree_node);
 403
 404         V3_Print("%d:  0x%p - 0x%p -> 0x%p\n", i,
 405                    (void *)(reg->guest_start),
 406                    (void *)(reg->guest_end - 1),
 407                    (void *)(reg->host_addr));
 408
 409         V3_Print("\t(flags=0x%x) (core=0x%x) (unhandled = 0x%p)\n",
 410                  reg->flags.value,
 411                  reg->core_id,
 412                  reg->unhandled);
 413
 414         i++;
 415     } while ((node = v3_rb_next(node)));
 416 }
 417