palacios/src/palacios/vmm_paging.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_paging.h>
  21
  22 #include <palacios/vmm.h>
  23
  24 #include <palacios/vm_guest_mem.h>
  25
  26
  27
  28
  29
  30
  31
  32 void delete_page_tables_pde32(pde32_t * pde) {
  33   int i;//, j;
  34
  35   if (pde == NULL) {
  36     return;
  37   }
  38
  39   for (i = 0; (i < MAX_PDE32_ENTRIES); i++) {
  40     if (pde[i].present) {
  41       // We double cast, first to an addr_t to handle 64 bit issues, then to the pointer
  42       PrintDebug("PTE base addr %x \n", pde[i].pt_base_addr);
  43       pte32_t * pte = (pte32_t *)((addr_t)(uint_t)(pde[i].pt_base_addr << PAGE_POWER));
  44
  45       /*
  46         for (j = 0; (j < MAX_PTE32_ENTRIES); j++) {
  47         if ((pte[j].present)) {
  48         os_hooks->free_page((void *)(pte[j].page_base_addr << PAGE_POWER));
  49         }
  50         }
  51       */
  52       PrintDebug("Deleting PTE %d (%p)\n", i, pte);
  53       V3_FreePage(pte);
  54     }
  55   }
  56
  57   PrintDebug("Deleting PDE (%p)\n", pde);
  58   V3_FreePage(V3_PAddr(pde));
  59 }
  60
  61
  62
  63
  64
  65 int pt32_lookup(pde32_t * pd, addr_t vaddr, addr_t * paddr) {
  66   addr_t pde_entry;
  67   pde32_entry_type_t pde_entry_type;
  68
  69   if (pd == 0) {
  70     return -1;
  71   }
  72
  73   pde_entry_type = pde32_lookup(pd, vaddr, &pde_entry);
  74
  75   if (pde_entry_type == PDE32_ENTRY_PTE32) {
  76     return pte32_lookup((pte32_t *)pde_entry, vaddr, paddr);
  77   } else if (pde_entry_type == PDE32_ENTRY_LARGE_PAGE) {
  78     *paddr = pde_entry;
  79     return 0;
  80   }
  81
  82   return -1;
  83 }
  84
  85
  86
  87 /* We can't do a full lookup because we don't know what context the page tables are in...
  88  * The entry addresses could be pointing to either guest physical memory or host physical memory
  89  * Instead we just return the entry address, and a flag to show if it points to a pte or a large page...
  90  */
  91 pde32_entry_type_t pde32_lookup(pde32_t * pd, addr_t addr, addr_t * entry) {
  92   pde32_t * pde_entry = &(pd[PDE32_INDEX(addr)]);
  93
  94   if (!pde_entry->present) {
  95     *entry = 0;
  96     return PDE32_ENTRY_NOT_PRESENT;
  97   } else  {
  98
  99     if (pde_entry->large_page) {
 100       pde32_4MB_t * large_pde = (pde32_4MB_t *)pde_entry;
 101
 102       *entry = PDE32_4MB_T_ADDR(*large_pde);
 103       *entry += PD32_4MB_PAGE_OFFSET(addr);
 104       return PDE32_ENTRY_LARGE_PAGE;
 105     } else {
 106       *entry = PDE32_T_ADDR(*pde_entry);
 107       return PDE32_ENTRY_PTE32;
 108     }
 109   }
 110   return PDE32_ENTRY_NOT_PRESENT;
 111 }
 112
 113
 114
 115 /* Takes a virtual addr (addr) and returns the physical addr (entry) as defined in the page table
 116  */
 117 int pte32_lookup(pte32_t * pt, addr_t addr, addr_t * entry) {
 118   pte32_t * pte_entry = &(pt[PTE32_INDEX(addr)]);
 119
 120   if (!pte_entry->present) {
 121     *entry = 0;
 122     PrintDebug("Lookup at non present page (index=%d)\n", PTE32_INDEX(addr));
 123     return -1;
 124   } else {
 125     *entry = PTE32_T_ADDR(*pte_entry) + PT32_PAGE_OFFSET(addr);
 126     return 0;
 127   }
 128
 129   return -1;
 130 }
 131
 132
 133
 134 pt_access_status_t can_access_pde32(pde32_t * pde, addr_t addr, pf_error_t access_type) {
 135   pde32_t * entry = &pde[PDE32_INDEX(addr)];
 136
 137   if (entry->present == 0) {
 138     return PT_ENTRY_NOT_PRESENT;
 139   } else if ((entry->writable == 0) && (access_type.write == 1)) {
 140     return PT_WRITE_ERROR;
 141   } else if ((entry->user_page == 0) && (access_type.user == 1)) {
 142     // Check CR0.WP?
 143     return PT_USER_ERROR;
 144   }
 145
 146   return PT_ACCESS_OK;
 147 }
 148
 149
 150 pt_access_status_t can_access_pte32(pte32_t * pte, addr_t addr, pf_error_t access_type) {
 151   pte32_t * entry = &pte[PTE32_INDEX(addr)];
 152
 153   if (entry->present == 0) {
 154     return PT_ENTRY_NOT_PRESENT;
 155   } else if ((entry->writable == 0) && (access_type.write == 1)) {
 156     return PT_WRITE_ERROR;
 157   } else if ((entry->user_page == 0) && (access_type.user == 1)) {
 158     // Check CR0.WP?
 159     return PT_USER_ERROR;
 160   }
 161
 162   return PT_ACCESS_OK;
 163 }
 164
 165
 166
 167
 168 /* We generate a page table to correspond to a given memory layout
 169  * pulling pages from the mem_list when necessary
 170  * If there are any gaps in the layout, we add them as unmapped pages
 171  */
 172 pde32_t * create_passthrough_pts_32(struct guest_info * guest_info) {
 173   addr_t current_page_addr = 0;
 174   int i, j;
 175   struct shadow_map * map = &(guest_info->mem_map);
 176
 177   pde32_t * pde = V3_VAddr(V3_AllocPages(1));
 178
 179   for (i = 0; i < MAX_PDE32_ENTRIES; i++) {
 180     int pte_present = 0;
 181     pte32_t * pte = V3_VAddr(V3_AllocPages(1));
 182
 183
 184     for (j = 0; j < MAX_PTE32_ENTRIES; j++) {
 185       struct shadow_region * region = get_shadow_region_by_addr(map, current_page_addr);
 186
 187       if (!region ||
 188           (region->host_type == HOST_REGION_HOOK) ||
 189           (region->host_type == HOST_REGION_UNALLOCATED) ||
 190           (region->host_type == HOST_REGION_MEMORY_MAPPED_DEVICE) ||
 191           (region->host_type == HOST_REGION_REMOTE) ||
 192           (region->host_type == HOST_REGION_SWAPPED)) {
 193         pte[j].present = 0;
 194         pte[j].writable = 0;
 195         pte[j].user_page = 0;
 196         pte[j].write_through = 0;
 197         pte[j].cache_disable = 0;
 198         pte[j].accessed = 0;
 199         pte[j].dirty = 0;
 200         pte[j].pte_attr = 0;
 201         pte[j].global_page = 0;
 202         pte[j].vmm_info = 0;
 203         pte[j].page_base_addr = 0;
 204       } else {
 205         addr_t host_addr;
 206         pte[j].present = 1;
 207         pte[j].writable = 1;
 208         pte[j].user_page = 1;
 209         pte[j].write_through = 0;
 210         pte[j].cache_disable = 0;
 211         pte[j].accessed = 0;
 212         pte[j].dirty = 0;
 213         pte[j].pte_attr = 0;
 214         pte[j].global_page = 0;
 215         pte[j].vmm_info = 0;
 216
 217         if (guest_pa_to_host_pa(guest_info, current_page_addr, &host_addr) == -1) {
 218           // BIG ERROR
 219           // PANIC
 220           return NULL;
 221         }
 222
 223         pte[j].page_base_addr = host_addr >> 12;
 224
 225         pte_present = 1;
 226       }
 227
 228       current_page_addr += PAGE_SIZE;
 229     }
 230
 231     if (pte_present == 0) {
 232       V3_FreePage(V3_PAddr(pte));
 233
 234       pde[i].present = 0;
 235       pde[i].writable = 0;
 236       pde[i].user_page = 0;
 237       pde[i].write_through = 0;
 238       pde[i].cache_disable = 0;
 239       pde[i].accessed = 0;
 240       pde[i].reserved = 0;
 241       pde[i].large_page = 0;
 242       pde[i].global_page = 0;
 243       pde[i].vmm_info = 0;
 244       pde[i].pt_base_addr = 0;
 245     } else {
 246       pde[i].present = 1;
 247       pde[i].writable = 1;
 248       pde[i].user_page = 1;
 249       pde[i].write_through = 0;
 250       pde[i].cache_disable = 0;
 251       pde[i].accessed = 0;
 252       pde[i].reserved = 0;
 253       pde[i].large_page = 0;
 254       pde[i].global_page = 0;
 255       pde[i].vmm_info = 0;
 256       pde[i].pt_base_addr = PAGE_ALIGNED_ADDR((addr_t)V3_PAddr(pte));
 257     }
 258
 259   }
 260
 261   return pde;
 262 }
 263
 264
 265
 266
 267 pml4e64_t * create_passthrough_pts_64(struct guest_info * info) {
 268   addr_t current_page_addr = 0;
 269   int i, j, k, m;
 270   struct shadow_map * map = &(info->mem_map);
 271
 272   pml4e64_t * pml = V3_VAddr(V3_AllocPages(1));
 273
 274   for (i = 0; i < 1; i++) {
 275     int pdpe_present = 0;
 276     pdpe64_t * pdpe = V3_VAddr(V3_AllocPages(1));
 277
 278     for (j = 0; j < 1; j++) {
 279       int pde_present = 0;
 280       pde64_t * pde = V3_VAddr(V3_AllocPages(1));
 281
 282       for (k = 0; k < MAX_PDE64_ENTRIES; k++) {
 283         int pte_present = 0;
 284         pte64_t * pte = V3_VAddr(V3_AllocPages(1));
 285
 286
 287         for (m = 0; m < MAX_PTE64_ENTRIES; m++) {
 288           struct shadow_region * region = get_shadow_region_by_addr(map, current_page_addr);
 289
 290
 291
 292           if (!region ||
 293               (region->host_type == HOST_REGION_HOOK) ||
 294               (region->host_type == HOST_REGION_UNALLOCATED) ||
 295               (region->host_type == HOST_REGION_MEMORY_MAPPED_DEVICE) ||
 296               (region->host_type == HOST_REGION_REMOTE) ||
 297               (region->host_type == HOST_REGION_SWAPPED)) {
 298             pte[m].present = 0;
 299             pte[m].writable = 0;
 300             pte[m].user_page = 0;
 301             pte[m].write_through = 0;
 302             pte[m].cache_disable = 0;
 303             pte[m].accessed = 0;
 304             pte[m].dirty = 0;
 305             pte[m].pte_attr = 0;
 306             pte[m].global_page = 0;
 307             pte[m].vmm_info = 0;
 308             pte[m].page_base_addr = 0;
 309           } else {
 310             addr_t host_addr;
 311             pte[m].present = 1;
 312             pte[m].writable = 1;
 313             pte[m].user_page = 1;
 314             pte[m].write_through = 0;
 315             pte[m].cache_disable = 0;
 316             pte[m].accessed = 0;
 317             pte[m].dirty = 0;
 318             pte[m].pte_attr = 0;
 319             pte[m].global_page = 0;
 320             pte[m].vmm_info = 0;
 321
 322             if (guest_pa_to_host_pa(info, current_page_addr, &host_addr) == -1) {
 323               // BIG ERROR
 324               // PANIC
 325               return NULL;
 326             }
 327
 328             pte[m].page_base_addr = PTE64_BASE_ADDR(host_addr);
 329
 330             //PrintPTE64(current_page_addr, &(pte[m]));
 331
 332             pte_present = 1;
 333           }
 334
 335
 336
 337
 338           current_page_addr += PAGE_SIZE;
 339         }
 340
 341         if (pte_present == 0) {
 342           V3_FreePage(V3_PAddr(pte));
 343
 344           pde[k].present = 0;
 345           pde[k].writable = 0;
 346           pde[k].user_page = 0;
 347           pde[k].write_through = 0;
 348           pde[k].cache_disable = 0;
 349           pde[k].accessed = 0;
 350           pde[k].reserved = 0;
 351           pde[k].large_page = 0;
 352           //pde[k].global_page = 0;
 353           pde[k].vmm_info = 0;
 354           pde[k].pt_base_addr = 0;
 355         } else {
 356           pde[k].present = 1;
 357           pde[k].writable = 1;
 358           pde[k].user_page = 1;
 359           pde[k].write_through = 0;
 360           pde[k].cache_disable = 0;
 361           pde[k].accessed = 0;
 362           pde[k].reserved = 0;
 363           pde[k].large_page = 0;
 364           //pde[k].global_page = 0;
 365           pde[k].vmm_info = 0;
 366           pde[k].pt_base_addr = PAGE_ALIGNED_ADDR((addr_t)V3_PAddr(pte));
 367
 368           pde_present = 1;
 369         }
 370       }
 371
 372       if (pde_present == 0) {
 373         V3_FreePage(V3_PAddr(pde));
 374
 375         pdpe[j].present = 0;
 376         pdpe[j].writable = 0;
 377         pdpe[j].user_page = 0;
 378         pdpe[j].write_through = 0;
 379         pdpe[j].cache_disable = 0;
 380         pdpe[j].accessed = 0;
 381         pdpe[j].reserved = 0;
 382         pdpe[j].large_page = 0;
 383         //pdpe[j].global_page = 0;
 384         pdpe[j].vmm_info = 0;
 385         pdpe[j].pd_base_addr = 0;
 386       } else {
 387         pdpe[j].present = 1;
 388         pdpe[j].writable = 1;
 389         pdpe[j].user_page = 1;
 390         pdpe[j].write_through = 0;
 391         pdpe[j].cache_disable = 0;
 392         pdpe[j].accessed = 0;
 393         pdpe[j].reserved = 0;
 394         pdpe[j].large_page = 0;
 395         //pdpe[j].global_page = 0;
 396         pdpe[j].vmm_info = 0;
 397         pdpe[j].pd_base_addr = PAGE_ALIGNED_ADDR((addr_t)V3_PAddr(pde));
 398
 399
 400         pdpe_present = 1;
 401       }
 402
 403     }
 404
 405     PrintDebug("PML index=%d\n", i);
 406
 407     if (pdpe_present == 0) {
 408       V3_FreePage(V3_PAddr(pdpe));
 409
 410       pml[i].present = 0;
 411       pml[i].writable = 0;
 412       pml[i].user_page = 0;
 413       pml[i].write_through = 0;
 414       pml[i].cache_disable = 0;
 415       pml[i].accessed = 0;
 416       pml[i].reserved = 0;
 417       //pml[i].large_page = 0;
 418       //pml[i].global_page = 0;
 419       pml[i].vmm_info = 0;
 420       pml[i].pdp_base_addr = 0;
 421     } else {
 422       pml[i].present = 1;
 423       pml[i].writable = 1;
 424       pml[i].user_page = 1;
 425       pml[i].write_through = 0;
 426       pml[i].cache_disable = 0;
 427       pml[i].accessed = 0;
 428       pml[i].reserved = 0;
 429       //pml[i].large_page = 0;
 430       //pml[i].global_page = 0;
 431       pml[i].vmm_info = 0;
 432       pml[i].pdp_base_addr = PAGE_ALIGNED_ADDR((addr_t)V3_PAddr(pdpe));
 433     }
 434   }
 435
 436   return pml;
 437 }
 438
 439
 440
 441
 442
 443 void PrintPDE32(addr_t virtual_address, pde32_t * pde)
 444 {
 445   PrintDebug("PDE %p -> %p : present=%x, writable=%x, user=%x, wt=%x, cd=%x, accessed=%x, reserved=%x, largePages=%x, globalPage=%x, kernelInfo=%x\n",
 446              (void *)virtual_address,
 447              (void *)(addr_t) (pde->pt_base_addr << PAGE_POWER),
 448              pde->present,
 449              pde->writable,
 450              pde->user_page,
 451              pde->write_through,
 452              pde->cache_disable,
 453              pde->accessed,
 454              pde->reserved,
 455              pde->large_page,
 456              pde->global_page,
 457              pde->vmm_info);
 458 }
 459
 460
 461 void PrintPTE32(addr_t virtual_address, pte32_t * pte)
 462 {
 463   PrintDebug("PTE %p -> %p : present=%x, writable=%x, user=%x, wt=%x, cd=%x, accessed=%x, dirty=%x, pteAttribute=%x, globalPage=%x, vmm_info=%x\n",
 464              (void *)virtual_address,
 465              (void*)(addr_t)(pte->page_base_addr << PAGE_POWER),
 466              pte->present,
 467              pte->writable,
 468              pte->user_page,
 469              pte->write_through,
 470              pte->cache_disable,
 471              pte->accessed,
 472              pte->dirty,
 473              pte->pte_attr,
 474              pte->global_page,
 475              pte->vmm_info);
 476 }
 477
 478
 479 void PrintPDE64(addr_t virtual_address, pde64_t * pde)
 480 {
 481   PrintDebug("PDE64 %p -> %p : present=%x, writable=%x, user=%x, wt=%x, cd=%x, accessed=%x, reserved=%x, largePages=%x, globalPage=%x, kernelInfo=%x\n",
 482              (void *)virtual_address,
 483              (void *)(addr_t) (pde->pt_base_addr << PAGE_POWER),
 484              pde->present,
 485              pde->writable,
 486              pde->user_page,
 487              pde->write_through,
 488              pde->cache_disable,
 489              pde->accessed,
 490              pde->reserved,
 491              pde->large_page,
 492              0,//pde->global_page,
 493              pde->vmm_info);
 494 }
 495
 496
 497 void PrintPTE64(addr_t virtual_address, pte64_t * pte)
 498 {
 499   PrintDebug("PTE64 %p -> %p : present=%x, writable=%x, user=%x, wt=%x, cd=%x, accessed=%x, dirty=%x, pteAttribute=%x, globalPage=%x, vmm_info=%x\n",
 500              (void *)virtual_address,
 501              (void*)(addr_t)(pte->page_base_addr << PAGE_POWER),
 502              pte->present,
 503              pte->writable,
 504              pte->user_page,
 505              pte->write_through,
 506              pte->cache_disable,
 507              pte->accessed,
 508              pte->dirty,
 509              pte->pte_attr,
 510              pte->global_page,
 511              pte->vmm_info);
 512 }
 513
 514
 515
 516
 517
 518
 519 void PrintPD32(pde32_t * pde)
 520 {
 521   int i;
 522
 523   PrintDebug("Page Directory at %p:\n", pde);
 524   for (i = 0; (i < MAX_PDE32_ENTRIES); i++) {
 525     if ( pde[i].present) {
 526       PrintPDE32((addr_t)(PAGE_SIZE * MAX_PTE32_ENTRIES * i), &(pde[i]));
 527     }
 528   }
 529 }
 530
 531 void PrintPT32(addr_t starting_address, pte32_t * pte)
 532 {
 533   int i;
 534
 535   PrintDebug("Page Table at %p:\n", pte);
 536   for (i = 0; (i < MAX_PTE32_ENTRIES) ; i++) {
 537     if (pte[i].present) {
 538       PrintPTE32(starting_address + (PAGE_SIZE * i), &(pte[i]));
 539     }
 540   }
 541 }
 542
 543
 544
 545
 546
 547 void PrintDebugPageTables(pde32_t * pde)
 548 {
 549   int i;
 550
 551   PrintDebug("Dumping the pages starting with the pde page at %p\n", pde);
 552
 553   for (i = 0; (i < MAX_PDE32_ENTRIES); i++) {
 554     if (pde[i].present) {
 555       PrintPDE32((addr_t)(PAGE_SIZE * MAX_PTE32_ENTRIES * i), &(pde[i]));
 556       PrintPT32((addr_t)(PAGE_SIZE * MAX_PTE32_ENTRIES * i), (pte32_t *)V3_VAddr((void *)(addr_t)(pde[i].pt_base_addr << PAGE_POWER)));
 557     }
 558   }
 559 }
 560