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 CONFIG_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     state->guest_efer.value = 0x0LL;
  70
  71     INIT_LIST_HEAD(&(state->page_list));
  72
  73     return 0;
  74 }
  75
  76
  77
  78 // Reads the guest CR3 register
  79 // creates new shadow page tables
  80 // updates the shadow CR3 register to point to the new pts
  81 int v3_activate_shadow_pt(struct guest_info * info) {
  82     switch (v3_get_vm_cpu_mode(info)) {
  83
  84         case PROTECTED:
  85             return activate_shadow_pt_32(info);
  86         case PROTECTED_PAE:
  87             return activate_shadow_pt_32pae(info);
  88         case LONG:
  89         case LONG_32_COMPAT:
  90         case LONG_16_COMPAT:
  91             return activate_shadow_pt_64(info);
  92         default:
  93             PrintError("Invalid CPU mode: %s\n", v3_cpu_mode_to_str(v3_get_vm_cpu_mode(info)));
  94             return -1;
  95     }
  96
  97     return 0;
  98 }
  99
 100
 101
 102 // This must flush any caches
 103 // and reset the cr3 value to the correct value
 104 int v3_invalidate_shadow_pts(struct guest_info * info) {
 105     return v3_activate_shadow_pt(info);
 106 }
 107
 108
 109 int v3_handle_shadow_pagefault(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
 110
 111     if (v3_get_vm_mem_mode(info) == PHYSICAL_MEM) {
 112         // If paging is not turned on we need to handle the special cases
 113         return v3_handle_passthrough_pagefault(info, fault_addr, error_code);
 114     } else if (v3_get_vm_mem_mode(info) == VIRTUAL_MEM) {
 115
 116         switch (v3_get_vm_cpu_mode(info)) {
 117             case PROTECTED:
 118                 return handle_shadow_pagefault_32(info, fault_addr, error_code);
 119                 break;
 120             case PROTECTED_PAE:
 121                 return handle_shadow_pagefault_32pae(info, fault_addr, error_code);
 122             case LONG:
 123             case LONG_32_COMPAT:
 124             case LONG_16_COMPAT:
 125                 return handle_shadow_pagefault_64(info, fault_addr, error_code);
 126                 break;
 127             default:
 128                 PrintError("Unhandled CPU Mode: %s\n", v3_cpu_mode_to_str(v3_get_vm_cpu_mode(info)));
 129                 return -1;
 130         }
 131     } else {
 132         PrintError("Invalid Memory mode\n");
 133         return -1;
 134     }
 135 }
 136
 137
 138 int v3_handle_shadow_invlpg(struct guest_info * info) {
 139     uchar_t instr[15];
 140     struct x86_instr dec_instr;
 141     int ret = 0;
 142     addr_t vaddr = 0;
 143
 144     if (v3_get_vm_mem_mode(info) != VIRTUAL_MEM) {
 145         // Paging must be turned on...
 146         // should handle with some sort of fault I think
 147         PrintError("ERROR: INVLPG called in non paged mode\n");
 148         return -1;
 149     }
 150
 151     if (v3_get_vm_mem_mode(info) == PHYSICAL_MEM) {
 152         ret = read_guest_pa_memory(info, get_addr_linear(info, info->rip, &(info->segments.cs)), 15, instr);
 153     } else {
 154         ret = read_guest_va_memory(info, get_addr_linear(info, info->rip, &(info->segments.cs)), 15, instr);
 155     }
 156
 157     if (ret == -1) {
 158         PrintError("Could not read instruction into buffer\n");
 159         return -1;
 160     }
 161
 162     if (v3_decode(info, (addr_t)instr, &dec_instr) == -1) {
 163         PrintError("Decoding Error\n");
 164         return -1;
 165     }
 166
 167     if ((dec_instr.op_type != V3_OP_INVLPG) ||
 168         (dec_instr.num_operands != 1) ||
 169         (dec_instr.dst_operand.type != MEM_OPERAND)) {
 170         PrintError("Decoder Error: Not a valid INVLPG instruction...\n");
 171         return -1;
 172     }
 173
 174     vaddr = dec_instr.dst_operand.operand;
 175
 176     info->rip += dec_instr.instr_length;
 177
 178     switch (v3_get_vm_cpu_mode(info)) {
 179         case PROTECTED:
 180             return handle_shadow_invlpg_32(info, vaddr);
 181         case PROTECTED_PAE:
 182             return handle_shadow_invlpg_32pae(info, vaddr);
 183         case LONG:
 184         case LONG_32_COMPAT:
 185         case LONG_16_COMPAT:
 186             return handle_shadow_invlpg_64(info, vaddr);
 187         default:
 188             PrintError("Invalid CPU mode: %s\n", v3_cpu_mode_to_str(v3_get_vm_cpu_mode(info)));
 189             return -1;
 190     }
 191 }
 192
 193
 194
 195
 196 static struct shadow_page_data * create_new_shadow_pt(struct guest_info * info) {
 197     struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 198     v3_reg_t cur_cr3 = info->ctrl_regs.cr3;
 199     struct shadow_page_data * page_tail = NULL;
 200     addr_t shdw_page = 0;
 201
 202     if (!list_empty(&(state->page_list))) {
 203         page_tail = list_tail_entry(&(state->page_list), struct shadow_page_data, page_list_node);
 204
 205         if (page_tail->cr3 != cur_cr3) {
 206             PrintDebug("Reusing old shadow Page: %p (cur_CR3=%p)(page_cr3=%p) \n",
 207                        (void *)(addr_t)page_tail->page_pa,
 208                        (void *)(addr_t)cur_cr3,
 209                        (void *)(addr_t)(page_tail->cr3));
 210
 211             list_move(&(page_tail->page_list_node), &(state->page_list));
 212
 213             memset(V3_VAddr((void *)(page_tail->page_pa)), 0, PAGE_SIZE_4KB);
 214
 215
 216             return page_tail;
 217         }
 218     }
 219
 220     // else
 221
 222     page_tail = (struct shadow_page_data *)V3_Malloc(sizeof(struct shadow_page_data));
 223     page_tail->page_pa = (addr_t)V3_AllocPages(1);
 224
 225     PrintDebug("Allocating new shadow Page: %p (cur_cr3=%p)\n",
 226                (void *)(addr_t)page_tail->page_pa,
 227                (void *)(addr_t)cur_cr3);
 228
 229     page_tail->cr3 = cur_cr3;
 230     list_add(&(page_tail->page_list_node), &(state->page_list));
 231
 232     shdw_page = (addr_t)V3_VAddr((void *)(page_tail->page_pa));
 233     memset((void *)shdw_page, 0, PAGE_SIZE_4KB);
 234
 235     return page_tail;
 236 }
 237
 238
 239 static int inject_guest_pf(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
 240
 241 #ifdef CONFIG_PROFILE_VMM
 242     if (info->enable_profiler) {
 243         info->profiler.guest_pf_cnt++;
 244     }
 245 #endif
 246
 247     info->ctrl_regs.cr2 = fault_addr;
 248
 249     return v3_raise_exception_with_error(info, PF_EXCEPTION, *(uint_t *)&error_code);
 250 }
 251
 252
 253 static int is_guest_pf(pt_access_status_t guest_access, pt_access_status_t shadow_access) {
 254     /* basically the reasoning is that there can be multiple reasons for a page fault:
 255        If there is a permissions failure for a page present in the guest _BUT_
 256        the reason for the fault was that the page is not present in the shadow,
 257        _THEN_ we have to map the shadow page in and reexecute, this will generate
 258        a permissions fault which is _THEN_ valid to send to the guest
 259        _UNLESS_ both the guest and shadow have marked the page as not present
 260
 261        whew...
 262     */
 263     if (guest_access != PT_ACCESS_OK) {
 264         // Guest Access Error
 265
 266         if ((shadow_access != PT_ACCESS_NOT_PRESENT) &&
 267             (guest_access != PT_ACCESS_NOT_PRESENT)) {
 268             // aka (guest permission error)
 269             return 1;
 270         }
 271
 272         if ((shadow_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) &&
 273             (guest_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT)) {
 274             // Page tables completely blank, handle guest first
 275             return 1;
 276         }
 277
 278         // Otherwise we'll handle the guest fault later...?
 279     }
 280
 281     return 0;
 282 }
 283
 284