palacios/src/palacios/vmm_shadow_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
  21 #include <palacios/vmm_shadow_paging.h>
  22
  23
  24 #include <palacios/vmm.h>
  25 #include <palacios/vm_guest_mem.h>
  26 #include <palacios/vmm_decoder.h>
  27 #include <palacios/vmm_ctrl_regs.h>
  28
  29 #include <palacios/vmm_hashtable.h>
  30
  31 #include <palacios/vmm_direct_paging.h>
  32
  33 #ifndef DEBUG_SHADOW_PAGING
  34 #undef PrintDebug
  35 #define PrintDebug(fmt, args...)
  36 #endif
  37
  38
  39 /***
  40  ***  There be dragons
  41  ***/
  42
  43
  44 struct shadow_page_data {
  45     v3_reg_t cr3;
  46     addr_t page_pa;
  47
  48     struct list_head page_list_node;
  49 };
  50
  51
  52
  53 static struct shadow_page_data * create_new_shadow_pt(struct guest_info * info);
  54 static int inject_guest_pf(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code);
  55 static int is_guest_pf(pt_access_status_t guest_access, pt_access_status_t shadow_access);
  56
  57
  58 #include "vmm_shadow_paging_32.h"
  59 #include "vmm_shadow_paging_32pae.h"
  60 #include "vmm_shadow_paging_64.h"
  61
  62
  63
  64 int v3_init_shadow_page_state(struct guest_info * info) {
  65     struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
  66
  67     state->guest_cr3 = 0;
  68     state->guest_cr0 = 0;
  69
  70     INIT_LIST_HEAD(&(state->page_list));
  71
  72     return 0;
  73 }
  74
  75
  76
  77 // Reads the guest CR3 register
  78 // creates new shadow page tables
  79 // updates the shadow CR3 register to point to the new pts
  80 int v3_activate_shadow_pt(struct guest_info * info) {
  81     switch (v3_get_vm_cpu_mode(info)) {
  82
  83         case PROTECTED:
  84             return activate_shadow_pt_32(info);
  85         case PROTECTED_PAE:
  86             return activate_shadow_pt_32pae(info);
  87         case LONG:
  88         case LONG_32_COMPAT:
  89         case LONG_16_COMPAT:
  90             return activate_shadow_pt_64(info);
  91         default:
  92             PrintError("Invalid CPU mode: %s\n", v3_cpu_mode_to_str(v3_get_vm_cpu_mode(info)));
  93             return -1;
  94     }
  95
  96     return 0;
  97 }
  98
  99
 100
 101 // This must flush any caches
 102 // and reset the cr3 value to the correct value
 103 int v3_invalidate_shadow_pts(struct guest_info * info) {
 104     return v3_activate_shadow_pt(info);
 105 }
 106
 107
 108 int v3_handle_shadow_pagefault(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
 109
 110     if (v3_get_vm_mem_mode(info) == PHYSICAL_MEM) {
 111         // If paging is not turned on we need to handle the special cases
 112         return v3_handle_passthrough_pagefault(info, fault_addr, error_code);
 113     } else if (v3_get_vm_mem_mode(info) == VIRTUAL_MEM) {
 114
 115         switch (v3_get_vm_cpu_mode(info)) {
 116             case PROTECTED:
 117                 return handle_shadow_pagefault_32(info, fault_addr, error_code);
 118                 break;
 119             case PROTECTED_PAE:
 120                 return handle_shadow_pagefault_32pae(info, fault_addr, error_code);
 121             case LONG:
 122             case LONG_32_COMPAT:
 123             case LONG_16_COMPAT:
 124                 return handle_shadow_pagefault_64(info, fault_addr, error_code);
 125                 break;
 126             default:
 127                 PrintError("Unhandled CPU Mode: %s\n", v3_cpu_mode_to_str(v3_get_vm_cpu_mode(info)));
 128                 return -1;
 129         }
 130     } else {
 131         PrintError("Invalid Memory mode\n");
 132         return -1;
 133     }
 134 }
 135
 136
 137 int v3_handle_shadow_invlpg(struct guest_info * info) {
 138     uchar_t instr[15];
 139     struct x86_instr dec_instr;
 140     int ret = 0;
 141     addr_t vaddr = 0;
 142
 143     if (v3_get_vm_mem_mode(info) != VIRTUAL_MEM) {
 144         // Paging must be turned on...
 145         // should handle with some sort of fault I think
 146         PrintError("ERROR: INVLPG called in non paged mode\n");
 147         return -1;
 148     }
 149
 150     if (v3_get_vm_mem_mode(info) == PHYSICAL_MEM) {
 151         ret = read_guest_pa_memory(info, get_addr_linear(info, info->rip, &(info->segments.cs)), 15, instr);
 152     } else {
 153         ret = read_guest_va_memory(info, get_addr_linear(info, info->rip, &(info->segments.cs)), 15, instr);
 154     }
 155
 156     if (ret == -1) {
 157         PrintError("Could not read instruction into buffer\n");
 158         return -1;
 159     }
 160
 161     if (v3_decode(info, (addr_t)instr, &dec_instr) == -1) {
 162         PrintError("Decoding Error\n");
 163         return -1;
 164     }
 165
 166     if ((dec_instr.op_type != V3_OP_INVLPG) ||
 167         (dec_instr.num_operands != 1) ||
 168         (dec_instr.dst_operand.type != MEM_OPERAND)) {
 169         PrintError("Decoder Error: Not a valid INVLPG instruction...\n");
 170         return -1;
 171     }
 172
 173     vaddr = dec_instr.dst_operand.operand;
 174
 175     info->rip += dec_instr.instr_length;
 176
 177     switch (v3_get_vm_cpu_mode(info)) {
 178         case PROTECTED:
 179             return handle_shadow_invlpg_32(info, vaddr);
 180         case PROTECTED_PAE:
 181             return handle_shadow_invlpg_32pae(info, vaddr);
 182         case LONG:
 183         case LONG_32_COMPAT:
 184         case LONG_16_COMPAT:
 185             return handle_shadow_invlpg_64(info, vaddr);
 186         default:
 187             PrintError("Invalid CPU mode: %s\n", v3_cpu_mode_to_str(v3_get_vm_cpu_mode(info)));
 188             return -1;
 189     }
 190 }
 191
 192
 193
 194
 195 static struct shadow_page_data * create_new_shadow_pt(struct guest_info * info) {
 196     struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 197     v3_reg_t cur_cr3 = info->ctrl_regs.cr3;
 198     struct shadow_page_data * page_tail = NULL;
 199     addr_t shdw_page = 0;
 200
 201     if (!list_empty(&(state->page_list))) {
 202         page_tail = list_tail_entry(&(state->page_list), struct shadow_page_data, page_list_node);
 203
 204         if (page_tail->cr3 != cur_cr3) {
 205             PrintDebug("Reusing old shadow Page: %p (cur_CR3=%p)(page_cr3=%p) \n",
 206                        (void *)(addr_t)page_tail->page_pa,
 207                        (void *)(addr_t)cur_cr3,
 208                        (void *)(addr_t)(page_tail->cr3));
 209
 210             list_move(&(page_tail->page_list_node), &(state->page_list));
 211
 212             memset(V3_VAddr((void *)(page_tail->page_pa)), 0, PAGE_SIZE_4KB);
 213
 214
 215             return page_tail;
 216         }
 217     }
 218
 219     // else
 220
 221     page_tail = (struct shadow_page_data *)V3_Malloc(sizeof(struct shadow_page_data));
 222     page_tail->page_pa = (addr_t)V3_AllocPages(1);
 223
 224     PrintDebug("Allocating new shadow Page: %p (cur_cr3=%p)\n",
 225                (void *)(addr_t)page_tail->page_pa,
 226                (void *)(addr_t)cur_cr3);
 227
 228     page_tail->cr3 = cur_cr3;
 229     list_add(&(page_tail->page_list_node), &(state->page_list));
 230
 231     shdw_page = (addr_t)V3_VAddr((void *)(page_tail->page_pa));
 232     memset((void *)shdw_page, 0, PAGE_SIZE_4KB);
 233
 234     return page_tail;
 235 }
 236
 237
 238 static int inject_guest_pf(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
 239     if (info->enable_profiler) {
 240         info->profiler.guest_pf_cnt++;
 241     }
 242
 243     info->ctrl_regs.cr2 = fault_addr;
 244     return v3_raise_exception_with_error(info, PF_EXCEPTION, *(uint_t *)&error_code);
 245 }
 246
 247
 248 static int is_guest_pf(pt_access_status_t guest_access, pt_access_status_t shadow_access) {
 249     /* basically the reasoning is that there can be multiple reasons for a page fault:
 250        If there is a permissions failure for a page present in the guest _BUT_
 251        the reason for the fault was that the page is not present in the shadow,
 252        _THEN_ we have to map the shadow page in and reexecute, this will generate
 253        a permissions fault which is _THEN_ valid to send to the guest
 254        _UNLESS_ both the guest and shadow have marked the page as not present
 255
 256        whew...
 257     */
 258     if (guest_access != PT_ACCESS_OK) {
 259         // Guest Access Error
 260
 261         if ((shadow_access != PT_ACCESS_NOT_PRESENT) &&
 262             (guest_access != PT_ACCESS_NOT_PRESENT)) {
 263             // aka (guest permission error)
 264             return 1;
 265         }
 266
 267         if ((shadow_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) &&
 268             (guest_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT)) {
 269             // Page tables completely blank, handle guest first
 270             return 1;
 271         }
 272
 273         // Otherwise we'll handle the guest fault later...?
 274     }
 275
 276     return 0;
 277 }
 278
 279