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 DEFINE_HASHTABLE_INSERT(add_pte_map, addr_t, addr_t);
  53 DEFINE_HASHTABLE_SEARCH(find_pte_map, addr_t, addr_t);
  54 //DEFINE_HASHTABLE_REMOVE(del_pte_map, addr_t, addr_t, 0);
  55
  56
  57
  58 static uint_t pte_hash_fn(addr_t key) {
  59     return hash_long(key, 32);
  60 }
  61
  62 static int pte_equals(addr_t key1, addr_t key2) {
  63     return (key1 == key2);
  64 }
  65
  66 static struct shadow_page_data * create_new_shadow_pt(struct guest_info * info);
  67 static void inject_guest_pf(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code);
  68 static int is_guest_pf(pt_access_status_t guest_access, pt_access_status_t shadow_access);
  69
  70
  71 #include "vmm_shadow_paging_32.h"
  72 #include "vmm_shadow_paging_32pae.h"
  73 #include "vmm_shadow_paging_64.h"
  74
  75
  76
  77 int v3_init_shadow_page_state(struct guest_info * info) {
  78     struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
  79
  80     state->guest_cr3 = 0;
  81     state->guest_cr0 = 0;
  82
  83     INIT_LIST_HEAD(&(state->page_list));
  84
  85     state->cached_ptes = NULL;
  86     state->cached_cr3 = 0;
  87
  88     return 0;
  89 }
  90
  91
  92
  93 // Reads the guest CR3 register
  94 // creates new shadow page tables
  95 // updates the shadow CR3 register to point to the new pts
  96 int v3_activate_shadow_pt(struct guest_info * info) {
  97     switch (v3_get_cpu_mode(info)) {
  98
  99         case PROTECTED:
 100             return activate_shadow_pt_32(info);
 101         case PROTECTED_PAE:
 102             return activate_shadow_pt_32pae(info);
 103         case LONG:
 104         case LONG_32_COMPAT:
 105         case LONG_16_COMPAT:
 106             return activate_shadow_pt_64(info);
 107         default:
 108             PrintError("Invalid CPU mode: %s\n", v3_cpu_mode_to_str(v3_get_cpu_mode(info)));
 109             return -1;
 110     }
 111
 112     return 0;
 113 }
 114
 115
 116 int v3_activate_passthrough_pt(struct guest_info * info) {
 117     // For now... But we need to change this....
 118     // As soon as shadow paging becomes active the passthrough tables are hosed
 119     // So this will cause chaos if it is called at that time
 120
 121     info->ctrl_regs.cr3 = *(addr_t*)&(info->direct_map_pt);
 122     //PrintError("Activate Passthrough Page tables not implemented\n");
 123     return 0;
 124 }
 125
 126
 127
 128 int v3_handle_shadow_pagefault(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
 129
 130     if (v3_get_mem_mode(info) == PHYSICAL_MEM) {
 131         // If paging is not turned on we need to handle the special cases
 132         return v3_handle_passthrough_pagefault(info, fault_addr, error_code);
 133     } else if (v3_get_mem_mode(info) == VIRTUAL_MEM) {
 134
 135         switch (v3_get_cpu_mode(info)) {
 136             case PROTECTED:
 137                 return handle_shadow_pagefault_32(info, fault_addr, error_code);
 138                 break;
 139             case PROTECTED_PAE:
 140                 return handle_shadow_pagefault_32pae(info, fault_addr, error_code);
 141             case LONG:
 142             case LONG_32_COMPAT:
 143             case LONG_16_COMPAT:
 144                 return handle_shadow_pagefault_64(info, fault_addr, error_code);
 145                 break;
 146             default:
 147                 PrintError("Unhandled CPU Mode: %s\n", v3_cpu_mode_to_str(v3_get_cpu_mode(info)));
 148                 return -1;
 149         }
 150     } else {
 151         PrintError("Invalid Memory mode\n");
 152         return -1;
 153     }
 154 }
 155
 156
 157 int v3_handle_shadow_invlpg(struct guest_info * info) {
 158     uchar_t instr[15];
 159     struct x86_instr dec_instr;
 160     int ret = 0;
 161     addr_t vaddr = 0;
 162
 163     if (v3_get_mem_mode(info) != VIRTUAL_MEM) {
 164         // Paging must be turned on...
 165         // should handle with some sort of fault I think
 166         PrintError("ERROR: INVLPG called in non paged mode\n");
 167         return -1;
 168     }
 169
 170     if (v3_get_mem_mode(info) == PHYSICAL_MEM) {
 171         ret = read_guest_pa_memory(info, get_addr_linear(info, info->rip, &(info->segments.cs)), 15, instr);
 172     } else {
 173         ret = read_guest_va_memory(info, get_addr_linear(info, info->rip, &(info->segments.cs)), 15, instr);
 174     }
 175
 176     if (ret == -1) {
 177         PrintError("Could not read instruction into buffer\n");
 178         return -1;
 179     }
 180
 181     if (v3_decode(info, (addr_t)instr, &dec_instr) == -1) {
 182         PrintError("Decoding Error\n");
 183         return -1;
 184     }
 185
 186     if ((dec_instr.op_type != V3_OP_INVLPG) ||
 187         (dec_instr.num_operands != 1) ||
 188         (dec_instr.dst_operand.type != MEM_OPERAND)) {
 189         PrintError("Decoder Error: Not a valid INVLPG instruction...\n");
 190         return -1;
 191     }
 192
 193     vaddr = dec_instr.dst_operand.operand;
 194
 195     info->rip += dec_instr.instr_length;
 196
 197     switch (v3_get_cpu_mode(info)) {
 198         case PROTECTED:
 199             return handle_shadow_invlpg_32(info, vaddr);
 200         case PROTECTED_PAE:
 201             return handle_shadow_invlpg_32pae(info, vaddr);
 202         case LONG:
 203         case LONG_32_COMPAT:
 204         case LONG_16_COMPAT:
 205             return handle_shadow_invlpg_64(info, vaddr);
 206         default:
 207             PrintError("Invalid CPU mode: %s\n", v3_cpu_mode_to_str(v3_get_cpu_mode(info)));
 208             return -1;
 209     }
 210 }
 211
 212
 213
 214
 215 static struct shadow_page_data * create_new_shadow_pt(struct guest_info * info) {
 216     struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 217     v3_reg_t cur_cr3 = info->ctrl_regs.cr3;
 218     struct shadow_page_data * page_tail = NULL;
 219     addr_t shdw_page = 0;
 220
 221     if (!list_empty(&(state->page_list))) {
 222         page_tail = list_tail_entry(&(state->page_list), struct shadow_page_data, page_list_node);
 223
 224         if (page_tail->cr3 != cur_cr3) {
 225             PrintDebug("Reusing old shadow Page: %p (cur_CR3=%p)(page_cr3=%p) \n",
 226                        (void *)(addr_t)page_tail->page_pa,
 227                        (void *)(addr_t)cur_cr3,
 228                        (void *)(addr_t)(page_tail->cr3));
 229
 230             list_move(&(page_tail->page_list_node), &(state->page_list));
 231
 232             memset(V3_VAddr((void *)(page_tail->page_pa)), 0, PAGE_SIZE_4KB);
 233
 234
 235             return page_tail;
 236         }
 237     }
 238
 239     // else
 240
 241     page_tail = (struct shadow_page_data *)V3_Malloc(sizeof(struct shadow_page_data));
 242     page_tail->page_pa = (addr_t)V3_AllocPages(1);
 243
 244     PrintDebug("Allocating new shadow Page: %p (cur_cr3=%p)\n",
 245                (void *)(addr_t)page_tail->page_pa,
 246                (void *)(addr_t)cur_cr3);
 247
 248     page_tail->cr3 = cur_cr3;
 249     list_add(&(page_tail->page_list_node), &(state->page_list));
 250
 251     shdw_page = (addr_t)V3_VAddr((void *)(page_tail->page_pa));
 252     memset((void *)shdw_page, 0, PAGE_SIZE_4KB);
 253
 254     return page_tail;
 255 }
 256
 257
 258 static void inject_guest_pf(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
 259     if (info->enable_profiler) {
 260         info->profiler.guest_pf_cnt++;
 261     }
 262
 263     info->ctrl_regs.cr2 = fault_addr;
 264     v3_raise_exception_with_error(info, PF_EXCEPTION, *(uint_t *)&error_code);
 265 }
 266
 267
 268 static int is_guest_pf(pt_access_status_t guest_access, pt_access_status_t shadow_access) {
 269     /* basically the reasoning is that there can be multiple reasons for a page fault:
 270        If there is a permissions failure for a page present in the guest _BUT_
 271        the reason for the fault was that the page is not present in the shadow,
 272        _THEN_ we have to map the shadow page in and reexecute, this will generate
 273        a permissions fault which is _THEN_ valid to send to the guest
 274        _UNLESS_ both the guest and shadow have marked the page as not present
 275
 276        whew...
 277     */
 278     if (guest_access != PT_ACCESS_OK) {
 279         // Guest Access Error
 280
 281         if ((shadow_access != PT_ACCESS_NOT_PRESENT) &&
 282             (guest_access != PT_ACCESS_NOT_PRESENT)) {
 283             // aka (guest permission error)
 284             return 1;
 285         }
 286
 287         if ((shadow_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) &&
 288             (guest_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT)) {
 289             // Page tables completely blank, handle guest first
 290             return 1;
 291         }
 292
 293         // Otherwise we'll handle the guest fault later...?
 294     }
 295
 296     return 0;
 297 }
 298
 299