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 void 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_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_cpu_mode(info)));
  93             return -1;
  94     }
  95
  96     return 0;
  97 }
  98
  99
 100
 101
 102
 103 int v3_handle_shadow_pagefault(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
 104
 105     if (v3_get_mem_mode(info) == PHYSICAL_MEM) {
 106         // If paging is not turned on we need to handle the special cases
 107         return v3_handle_passthrough_pagefault(info, fault_addr, error_code);
 108     } else if (v3_get_mem_mode(info) == VIRTUAL_MEM) {
 109
 110         switch (v3_get_cpu_mode(info)) {
 111             case PROTECTED:
 112                 return handle_shadow_pagefault_32(info, fault_addr, error_code);
 113                 break;
 114             case PROTECTED_PAE:
 115                 return handle_shadow_pagefault_32pae(info, fault_addr, error_code);
 116             case LONG:
 117             case LONG_32_COMPAT:
 118             case LONG_16_COMPAT:
 119                 return handle_shadow_pagefault_64(info, fault_addr, error_code);
 120                 break;
 121             default:
 122                 PrintError("Unhandled CPU Mode: %s\n", v3_cpu_mode_to_str(v3_get_cpu_mode(info)));
 123                 return -1;
 124         }
 125     } else {
 126         PrintError("Invalid Memory mode\n");
 127         return -1;
 128     }
 129 }
 130
 131
 132 int v3_handle_shadow_invlpg(struct guest_info * info) {
 133     uchar_t instr[15];
 134     struct x86_instr dec_instr;
 135     int ret = 0;
 136     addr_t vaddr = 0;
 137
 138     if (v3_get_mem_mode(info) != VIRTUAL_MEM) {
 139         // Paging must be turned on...
 140         // should handle with some sort of fault I think
 141         PrintError("ERROR: INVLPG called in non paged mode\n");
 142         return -1;
 143     }
 144
 145     if (v3_get_mem_mode(info) == PHYSICAL_MEM) {
 146         ret = read_guest_pa_memory(info, get_addr_linear(info, info->rip, &(info->segments.cs)), 15, instr);
 147     } else {
 148         ret = read_guest_va_memory(info, get_addr_linear(info, info->rip, &(info->segments.cs)), 15, instr);
 149     }
 150
 151     if (ret == -1) {
 152         PrintError("Could not read instruction into buffer\n");
 153         return -1;
 154     }
 155
 156     if (v3_decode(info, (addr_t)instr, &dec_instr) == -1) {
 157         PrintError("Decoding Error\n");
 158         return -1;
 159     }
 160
 161     if ((dec_instr.op_type != V3_OP_INVLPG) ||
 162         (dec_instr.num_operands != 1) ||
 163         (dec_instr.dst_operand.type != MEM_OPERAND)) {
 164         PrintError("Decoder Error: Not a valid INVLPG instruction...\n");
 165         return -1;
 166     }
 167
 168     vaddr = dec_instr.dst_operand.operand;
 169
 170     info->rip += dec_instr.instr_length;
 171
 172     switch (v3_get_cpu_mode(info)) {
 173         case PROTECTED:
 174             return handle_shadow_invlpg_32(info, vaddr);
 175         case PROTECTED_PAE:
 176             return handle_shadow_invlpg_32pae(info, vaddr);
 177         case LONG:
 178         case LONG_32_COMPAT:
 179         case LONG_16_COMPAT:
 180             return handle_shadow_invlpg_64(info, vaddr);
 181         default:
 182             PrintError("Invalid CPU mode: %s\n", v3_cpu_mode_to_str(v3_get_cpu_mode(info)));
 183             return -1;
 184     }
 185 }
 186
 187
 188
 189
 190 static struct shadow_page_data * create_new_shadow_pt(struct guest_info * info) {
 191     struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 192     v3_reg_t cur_cr3 = info->ctrl_regs.cr3;
 193     struct shadow_page_data * page_tail = NULL;
 194     addr_t shdw_page = 0;
 195
 196     if (!list_empty(&(state->page_list))) {
 197         page_tail = list_tail_entry(&(state->page_list), struct shadow_page_data, page_list_node);
 198
 199         if (page_tail->cr3 != cur_cr3) {
 200             PrintDebug("Reusing old shadow Page: %p (cur_CR3=%p)(page_cr3=%p) \n",
 201                        (void *)(addr_t)page_tail->page_pa,
 202                        (void *)(addr_t)cur_cr3,
 203                        (void *)(addr_t)(page_tail->cr3));
 204
 205             list_move(&(page_tail->page_list_node), &(state->page_list));
 206
 207             memset(V3_VAddr((void *)(page_tail->page_pa)), 0, PAGE_SIZE_4KB);
 208
 209
 210             return page_tail;
 211         }
 212     }
 213
 214     // else
 215
 216     page_tail = (struct shadow_page_data *)V3_Malloc(sizeof(struct shadow_page_data));
 217     page_tail->page_pa = (addr_t)V3_AllocPages(1);
 218
 219     PrintDebug("Allocating new shadow Page: %p (cur_cr3=%p)\n",
 220                (void *)(addr_t)page_tail->page_pa,
 221                (void *)(addr_t)cur_cr3);
 222
 223     page_tail->cr3 = cur_cr3;
 224     list_add(&(page_tail->page_list_node), &(state->page_list));
 225
 226     shdw_page = (addr_t)V3_VAddr((void *)(page_tail->page_pa));
 227     memset((void *)shdw_page, 0, PAGE_SIZE_4KB);
 228
 229     return page_tail;
 230 }
 231
 232
 233 static void inject_guest_pf(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
 234     if (info->enable_profiler) {
 235         info->profiler.guest_pf_cnt++;
 236     }
 237
 238     info->ctrl_regs.cr2 = fault_addr;
 239     v3_raise_exception_with_error(info, PF_EXCEPTION, *(uint_t *)&error_code);
 240 }
 241
 242
 243 static int is_guest_pf(pt_access_status_t guest_access, pt_access_status_t shadow_access) {
 244     /* basically the reasoning is that there can be multiple reasons for a page fault:
 245        If there is a permissions failure for a page present in the guest _BUT_
 246        the reason for the fault was that the page is not present in the shadow,
 247        _THEN_ we have to map the shadow page in and reexecute, this will generate
 248        a permissions fault which is _THEN_ valid to send to the guest
 249        _UNLESS_ both the guest and shadow have marked the page as not present
 250
 251        whew...
 252     */
 253     if (guest_access != PT_ACCESS_OK) {
 254         // Guest Access Error
 255
 256         if ((shadow_access != PT_ACCESS_NOT_PRESENT) &&
 257             (guest_access != PT_ACCESS_NOT_PRESENT)) {
 258             // aka (guest permission error)
 259             return 1;
 260         }
 261
 262         if ((shadow_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) &&
 263             (guest_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT)) {
 264             // Page tables completely blank, handle guest first
 265             return 1;
 266         }
 267
 268         // Otherwise we'll handle the guest fault later...?
 269     }
 270
 271     return 0;
 272 }
 273
 274