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 #ifndef DEBUG_SHADOW_PAGING
  30 #undef PrintDebug
  31 #define PrintDebug(fmt, args...)
  32 #endif
  33
  34
  35 /***
  36  ***  There be dragons
  37  ***/
  38
  39
  40
  41
  42
  43 DEFINE_HASHTABLE_INSERT(add_cr3_to_cache, addr_t, struct hashtable *);
  44 DEFINE_HASHTABLE_SEARCH(find_cr3_in_cache, addr_t, struct hashtable *);
  45 DEFINE_HASHTABLE_REMOVE(del_cr3_from_cache, addr_t, struct hashtable *, 0);
  46
  47
  48 DEFINE_HASHTABLE_INSERT(add_pte_map, addr_t, addr_t);
  49 DEFINE_HASHTABLE_SEARCH(find_pte_map, addr_t, addr_t);
  50 DEFINE_HASHTABLE_REMOVE(del_pte_map, addr_t, addr_t, 0);
  51
  52
  53
  54 static uint_t pte_hash_fn(addr_t key) {
  55   return hash_long(key, 32);
  56 }
  57
  58 static int pte_equals(addr_t key1, addr_t key2) {
  59   return (key1 == key2);
  60 }
  61
  62 static uint_t cr3_hash_fn(addr_t key) {
  63   return hash_long(key, 32);
  64 }
  65
  66 static int cr3_equals(addr_t key1, addr_t key2) {
  67   return (key1 == key2);
  68 }
  69
  70
  71
  72 static int activate_shadow_pt_32(struct guest_info * info);
  73 static int activate_shadow_pt_32pae(struct guest_info * info);
  74 static int activate_shadow_pt_64(struct guest_info * info);
  75
  76
  77 static int handle_shadow_pagefault_32(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code);
  78 static int handle_shadow_pagefault_32pae(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code);
  79 static int handle_shadow_pagefault_64(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code);
  80
  81 int v3_init_shadow_page_state(struct guest_info * info) {
  82   struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
  83
  84   state->guest_cr3 = 0;
  85   state->guest_cr0 = 0;
  86
  87   state->cr3_cache = create_hashtable(0, &cr3_hash_fn, &cr3_equals);
  88
  89   state->cached_cr3 = 0;
  90   state->cached_ptes = NULL;
  91
  92   return 0;
  93 }
  94
  95
  96
  97
  98 /*
  99  For now we'll do something a little more lightweight
 100 int cache_page_tables32(struct guest_info * info, addr_t pde) {
 101   struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 102   addr_t pde_host_addr;
 103   pde32_t * tmp_pde;
 104   struct hashtable * pte_cache = NULL;
 105   int i = 0;
 106
 107
 108   pte_cache = (struct hashtable *)find_cr3_in_cache(state->cr3_cache, pde);
 109   if (pte_cache != NULL) {
 110     PrintError("CR3 already present in cache\n");
 111     state->current_ptes = pte_cache;
 112     return 1;
 113   } else {
 114     PrintError("Creating new CR3 cache entry\n");
 115     pte_cache = create_hashtable(0, &pte_hash_fn, &pte_equals);
 116     state->current_ptes = pte_cache;
 117     add_cr3_to_cache(state->cr3_cache, pde, pte_cache);
 118   }
 119
 120   if (guest_pa_to_host_va(info, pde, &pde_host_addr) == -1) {
 121     PrintError("Could not lookup host address of guest PDE\n");
 122     return -1;
 123   }
 124
 125   tmp_pde = (pde32_t *)pde_host_addr;
 126
 127   add_pte_map(pte_cache, pde, pde_host_addr);
 128
 129
 130   for (i = 0; i < MAX_PDE32_ENTRIES; i++) {
 131     if ((tmp_pde[i].present) && (tmp_pde[i].large_page == 0)) {
 132       addr_t pte_host_addr;
 133
 134       if (guest_pa_to_host_va(info, (addr_t)(PDE32_T_ADDR(tmp_pde[i])), &pte_host_addr) == -1) {
 135         PrintError("Could not lookup host address of guest PDE\n");
 136         return -1;
 137       }
 138
 139       add_pte_map(pte_cache, (addr_t)(PDE32_T_ADDR(tmp_pde[i])), pte_host_addr);
 140     }
 141   }
 142
 143
 144   return 0;
 145 }
 146 */
 147
 148
 149 int v3_cache_page_tables(struct guest_info * info, addr_t cr3) {
 150   switch(v3_get_cpu_mode(info)) {
 151   case PROTECTED:
 152     return v3_cache_page_tables32(info, CR3_TO_PDE32_PA(cr3));
 153   default:
 154     return -1;
 155   }
 156 }
 157
 158 int v3_cache_page_tables32(struct guest_info * info, addr_t pde) {
 159   struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 160   addr_t pde_host_addr;
 161   pde32_t * tmp_pde;
 162   struct hashtable * pte_cache = NULL;
 163   int i = 0;
 164
 165   if (pde == state->cached_cr3) {
 166     return 1;
 167   }
 168
 169   if (state->cached_ptes != NULL) {
 170     hashtable_destroy(state->cached_ptes, 0, 0);
 171     state->cached_ptes = NULL;
 172   }
 173
 174   state->cached_cr3 = pde;
 175
 176   pte_cache = create_hashtable(0, &pte_hash_fn, &pte_equals);
 177   state->cached_ptes = pte_cache;
 178
 179   if (guest_pa_to_host_va(info, pde, &pde_host_addr) == -1) {
 180     PrintError("Could not lookup host address of guest PDE\n");
 181     return -1;
 182   }
 183
 184   tmp_pde = (pde32_t *)pde_host_addr;
 185
 186   add_pte_map(pte_cache, pde, pde_host_addr);
 187
 188
 189   for (i = 0; i < MAX_PDE32_ENTRIES; i++) {
 190     if ((tmp_pde[i].present) && (tmp_pde[i].large_page == 0)) {
 191       addr_t pte_host_addr;
 192
 193       if (guest_pa_to_host_va(info, (addr_t)(BASE_TO_PAGE_ADDR(tmp_pde[i].pt_base_addr)), &pte_host_addr) == -1) {
 194         PrintError("Could not lookup host address of guest PDE\n");
 195         return -1;
 196       }
 197
 198       add_pte_map(pte_cache, (addr_t)(BASE_TO_PAGE_ADDR(tmp_pde[i].pt_base_addr)), pte_host_addr);
 199     }
 200   }
 201
 202   return 0;
 203
 204 }
 205
 206
 207
 208 int v3_replace_shdw_page32(struct guest_info * info, addr_t location, pte32_t * new_page, pte32_t * old_page) {
 209   pde32_t * shadow_pd = (pde32_t *)CR3_TO_PDE32_VA(info->ctrl_regs.cr3);
 210   pde32_t * shadow_pde =  (pde32_t *)&(shadow_pd[PDE32_INDEX(location)]);
 211
 212   if (shadow_pde->large_page == 0) {
 213     pte32_t * shadow_pt = (pte32_t *)(addr_t)BASE_TO_PAGE_ADDR(shadow_pde->pt_base_addr);
 214     pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *)&(shadow_pt[PTE32_INDEX(location)]);
 215
 216     //if (shadow_pte->present == 1) {
 217     *(uint_t *)old_page = *(uint_t *)shadow_pte;
 218     //}
 219
 220     *(uint_t *)shadow_pte = *(uint_t *)new_page;
 221
 222   } else {
 223     // currently unhandled
 224     return -1;
 225   }
 226
 227   return 0;
 228 }
 229
 230
 231
 232
 233
 234 // We assume that shdw_pg_state.guest_cr3 is pointing to the page tables we want to activate
 235 // We also assume that the CPU mode has not changed during this page table transition
 236 static int activate_shadow_pt_32(struct guest_info * info) {
 237     struct cr3_32 * shadow_cr3 = (struct cr3_32 *)&(info->ctrl_regs.cr3);
 238     struct cr3_32 * guest_cr3 = (struct cr3_32 *)&(info->shdw_pg_state.guest_cr3);
 239     int cached = 0;
 240
 241     // Check if shadow page tables are in the cache
 242     cached = v3_cache_page_tables32(info, CR3_TO_PDE32_PA(*(addr_t *)guest_cr3));
 243
 244     if (cached == -1) {
 245       PrintError("CR3 Cache failed\n");
 246       return -1;
 247     } else if (cached == 0) {
 248       addr_t shadow_pt;
 249
 250       PrintDebug("New CR3 is different - flushing shadow page table %p\n", shadow_cr3 );
 251       delete_page_tables_32(CR3_TO_PDE32_VA(*(uint_t*)shadow_cr3));
 252
 253       shadow_pt = v3_create_new_shadow_pt();
 254
 255       shadow_cr3->pdt_base_addr = (addr_t)V3_PAddr((void *)(addr_t)PAGE_BASE_ADDR(shadow_pt));
 256       PrintDebug( "Created new shadow page table %p\n", (void *)(addr_t)shadow_cr3->pdt_base_addr );
 257     } else {
 258       PrintDebug("Reusing cached shadow Page table\n");
 259     }
 260
 261     shadow_cr3->pwt = guest_cr3->pwt;
 262     shadow_cr3->pcd = guest_cr3->pcd;
 263
 264     return 0;
 265 }
 266
 267 static int activate_shadow_pt_32pae(struct guest_info * info) {
 268   PrintError("Activating 32 bit PAE page tables not implemented\n");
 269   return -1;
 270 }
 271
 272 static int activate_shadow_pt_64(struct guest_info * info) {
 273   PrintError("Activating 64 bit page tables not implemented\n");
 274   return -1;
 275 }
 276
 277
 278 // Reads the guest CR3 register
 279 // creates new shadow page tables
 280 // updates the shadow CR3 register to point to the new pts
 281 int v3_activate_shadow_pt(struct guest_info * info) {
 282   switch (info->cpu_mode) {
 283
 284   case PROTECTED:
 285     return activate_shadow_pt_32(info);
 286   case PROTECTED_PAE:
 287     return activate_shadow_pt_32pae(info);
 288   case LONG:
 289   case LONG_32_COMPAT:
 290   case LONG_16_COMPAT:
 291     return activate_shadow_pt_64(info);
 292   default:
 293     PrintError("Invalid CPU mode: %d\n", info->cpu_mode);
 294     return -1;
 295   }
 296
 297   return 0;
 298 }
 299
 300
 301 int v3_activate_passthrough_pt(struct guest_info * info) {
 302   // For now... But we need to change this....
 303   // As soon as shadow paging becomes active the passthrough tables are hosed
 304   // So this will cause chaos if it is called at that time
 305
 306   info->ctrl_regs.cr3 = *(addr_t*)&(info->direct_map_pt);
 307   //PrintError("Activate Passthrough Page tables not implemented\n");
 308   return 0;
 309 }
 310
 311
 312
 313 int v3_handle_shadow_pagefault(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
 314
 315   if (info->mem_mode == PHYSICAL_MEM) {
 316     // If paging is not turned on we need to handle the special cases
 317
 318 #ifdef DEBUG_SHADOW_PAGING
 319     PrintPageTree(info->cpu_mode, fault_addr, info->ctrl_regs.cr3);
 320 #endif
 321
 322     return handle_special_page_fault(info, fault_addr, fault_addr, error_code);
 323   } else if (info->mem_mode == VIRTUAL_MEM) {
 324
 325     switch (info->cpu_mode) {
 326     case PROTECTED:
 327       return handle_shadow_pagefault_32(info, fault_addr, error_code);
 328       break;
 329     case PROTECTED_PAE:
 330       return handle_shadow_pagefault_32pae(info, fault_addr, error_code);
 331     case LONG:
 332       return handle_shadow_pagefault_64(info, fault_addr, error_code);
 333       break;
 334     default:
 335       PrintError("Unhandled CPU Mode\n");
 336       return -1;
 337     }
 338   } else {
 339     PrintError("Invalid Memory mode\n");
 340     return -1;
 341   }
 342 }
 343
 344 addr_t v3_create_new_shadow_pt() {
 345   void * host_pde = 0;
 346
 347   host_pde = V3_VAddr(V3_AllocPages(1));
 348   memset(host_pde, 0, PAGE_SIZE);
 349
 350   return (addr_t)host_pde;
 351 }
 352
 353
 354 static void inject_guest_pf(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
 355   info->ctrl_regs.cr2 = fault_addr;
 356   v3_raise_exception_with_error(info, PF_EXCEPTION, *(uint_t *)&error_code);
 357 }
 358
 359
 360 static int is_guest_pf(pt_access_status_t guest_access, pt_access_status_t shadow_access) {
 361   /* basically the reasoning is that there can be multiple reasons for a page fault:
 362      If there is a permissions failure for a page present in the guest _BUT_
 363      the reason for the fault was that the page is not present in the shadow,
 364      _THEN_ we have to map the shadow page in and reexecute, this will generate
 365      a permissions fault which is _THEN_ valid to send to the guest
 366      _UNLESS_ both the guest and shadow have marked the page as not present
 367
 368      whew...
 369   */
 370   if (guest_access != PT_ACCESS_OK) {
 371     // Guest Access Error
 372
 373     if ((shadow_access != PT_ACCESS_NOT_PRESENT) &&
 374         (guest_access != PT_ACCESS_NOT_PRESENT)) {
 375       // aka (guest permission error)
 376       return 1;
 377     }
 378
 379     if ((shadow_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) &&
 380         (guest_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT)) {
 381       // Page tables completely blank, handle guest first
 382       return 1;
 383     }
 384
 385     // Otherwise we'll handle the guest fault later...?
 386   }
 387
 388   return 0;
 389 }
 390
 391
 392
 393
 394 /*
 395  * *
 396  * *
 397  * * 64 bit Page table fault handlers
 398  * *
 399  * *
 400  */
 401
 402 static int handle_shadow_pagefault_64(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
 403   PrintError("64 bit shadow paging not implemented\n");
 404   return -1;
 405 }
 406
 407
 408 /*
 409  * *
 410  * *
 411  * * 32 bit PAE  Page table fault handlers
 412  * *
 413  * *
 414  */
 415
 416 static int handle_shadow_pagefault_32pae(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
 417   PrintError("32 bit PAE shadow paging not implemented\n");
 418   return -1;
 419 }
 420
 421
 422
 423
 424
 425
 426
 427 /*
 428  * *
 429  * *
 430  * * 32 bit Page table fault handlers
 431  * *
 432  * *
 433  */
 434 static int handle_large_pagefault_32(struct guest_info * info,
 435                                     addr_t fault_addr, pf_error_t error_code,
 436                                      pte32_t * shadow_pt, pde32_4MB_t * large_guest_pde);
 437
 438 static int handle_shadow_pte32_fault(struct guest_info * info,
 439                                      addr_t fault_addr,
 440                                      pf_error_t error_code,
 441                                      pte32_t * shadow_pt,
 442                                      pte32_t * guest_pt);
 443
 444
 445 static int handle_shadow_pagefault_32(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
 446   pde32_t * guest_pd = NULL;
 447   pde32_t * shadow_pd = CR3_TO_PDE32_VA(info->ctrl_regs.cr3);
 448   addr_t guest_cr3 = CR3_TO_PDE32_PA(info->shdw_pg_state.guest_cr3);
 449   pt_access_status_t guest_pde_access;
 450   pt_access_status_t shadow_pde_access;
 451   pde32_t * guest_pde = NULL;
 452   pde32_t * shadow_pde = (pde32_t *)&(shadow_pd[PDE32_INDEX(fault_addr)]);
 453
 454   PrintDebug("Shadow page fault handler: %p\n", (void*) fault_addr );
 455
 456   if (guest_pa_to_host_va(info, guest_cr3, (addr_t*)&guest_pd) == -1) {
 457     PrintError("Invalid Guest PDE Address: 0x%p\n",  (void *)guest_cr3);
 458     return -1;
 459   }
 460
 461   guest_pde = (pde32_t *)&(guest_pd[PDE32_INDEX(fault_addr)]);
 462
 463
 464   // Check the guest page permissions
 465   guest_pde_access = can_access_pde32(guest_pd, fault_addr, error_code);
 466
 467   // Check the shadow page permissions
 468   shadow_pde_access = can_access_pde32(shadow_pd, fault_addr, error_code);
 469
 470   /* Was the page fault caused by the Guest's page tables? */
 471   if (is_guest_pf(guest_pde_access, shadow_pde_access) == 1) {
 472     PrintDebug("Injecting PDE pf to guest: (guest access error=%d) (pf error code=%d)\n",
 473                *(uint_t *)&guest_pde_access, *(uint_t *)&error_code);
 474     inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code);
 475     return 0;
 476   }
 477
 478
 479   if (shadow_pde_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT)
 480     {
 481       pte32_t * shadow_pt =  (pte32_t *)v3_create_new_shadow_pt();
 482
 483       shadow_pde->present = 1;
 484       shadow_pde->user_page = guest_pde->user_page;
 485       //    shadow_pde->large_page = guest_pde->large_page;
 486       shadow_pde->large_page = 0;
 487
 488
 489       // VMM Specific options
 490       shadow_pde->write_through = 0;
 491       shadow_pde->cache_disable = 0;
 492       shadow_pde->global_page = 0;
 493       //
 494
 495       guest_pde->accessed = 1;
 496
 497       shadow_pde->pt_base_addr = PAGE_BASE_ADDR((addr_t)V3_PAddr(shadow_pt));
 498
 499       if (guest_pde->large_page == 0) {
 500         shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
 501       } else {
 502         // ??  What if guest pde is dirty a this point?
 503         ((pde32_4MB_t *)guest_pde)->dirty = 0;
 504         shadow_pde->writable = 0;
 505       }
 506     }
 507   else if (shadow_pde_access == PT_ACCESS_OK)
 508     {
 509       //
 510       // PTE fault
 511       //
 512       pte32_t * shadow_pt = (pte32_t *)V3_VAddr( (void*)(addr_t) BASE_TO_PAGE_ADDR(shadow_pde->pt_base_addr) );
 513
 514       if (guest_pde->large_page == 0) {
 515         pte32_t * guest_pt = NULL;
 516         if (guest_pa_to_host_va(info, BASE_TO_PAGE_ADDR(guest_pde->pt_base_addr), (addr_t*)&guest_pt) == -1) {
 517           // Machine check the guest
 518           PrintDebug("Invalid Guest PTE Address: 0x%p\n", (void *)BASE_TO_PAGE_ADDR(guest_pde->pt_base_addr));
 519           v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 520           return 0;
 521         }
 522
 523         if (handle_shadow_pte32_fault(info, fault_addr, error_code, shadow_pt, guest_pt)  == -1) {
 524           PrintError("Error handling Page fault caused by PTE\n");
 525           return -1;
 526         }
 527       } else if (guest_pde->large_page == 1) {
 528         if (handle_large_pagefault_32(info, fault_addr, error_code, shadow_pt, (pde32_4MB_t *)guest_pde) == -1) {
 529           PrintError("Error handling large pagefault\n");
 530           return -1;
 531         }
 532       }
 533     }
 534   else if ((shadow_pde_access == PT_ACCESS_WRITE_ERROR) &&
 535            (guest_pde->large_page == 1) &&
 536            (((pde32_4MB_t *)guest_pde)->dirty == 0))
 537     {
 538       //
 539       // Page Directory Entry marked read-only
 540       // Its a large page and we need to update the dirty bit in the guest
 541       //
 542
 543       PrintDebug("Large page write error... Setting dirty bit and returning\n");
 544       ((pde32_4MB_t *)guest_pde)->dirty = 1;
 545       shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
 546       return 0;
 547
 548     }
 549   else if (shadow_pde_access == PT_ACCESS_USER_ERROR)
 550     {
 551       //
 552       // Page Directory Entry marked non-user
 553       //
 554       PrintDebug("Shadow Paging User access error (shadow_pde_access=0x%x, guest_pde_access=0x%x)\n",
 555                  shadow_pde_access, guest_pde_access);
 556       inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code);
 557       return 0;
 558     }
 559   else
 560     {
 561       // inject page fault in guest
 562       inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code);
 563       PrintDebug("Unknown Error occurred (shadow_pde_access=%d)\n", shadow_pde_access);
 564       PrintDebug("Manual Says to inject page fault into guest\n");
 565 #ifdef DEBUG_SHADOW_PAGING
 566       PrintDebug("Guest PDE: (access=%d)\n\t", guest_pde_access);
 567       PrintPDE32(fault_addr, guest_pde);
 568       PrintDebug("Shadow PDE: (access=%d)\n\t", shadow_pde_access);
 569       PrintPDE32(fault_addr, shadow_pde);
 570 #endif
 571
 572       return 0;
 573     }
 574
 575   PrintDebug("Returning end of PDE function (rip=%p)\n", (void *)(addr_t)(info->rip));
 576   return 0;
 577 }
 578
 579
 580
 581 /* The guest status checks have already been done,
 582  * only special case shadow checks remain
 583  */
 584 static int handle_large_pagefault_32(struct guest_info * info,
 585                                     addr_t fault_addr, pf_error_t error_code,
 586                                     pte32_t * shadow_pt, pde32_4MB_t * large_guest_pde)
 587 {
 588   pt_access_status_t shadow_pte_access = can_access_pte32(shadow_pt, fault_addr, error_code);
 589   pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *)&(shadow_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);
 590
 591   if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_OK) {
 592     // Inconsistent state...
 593     // Guest Re-Entry will flush tables and everything should now workd
 594     PrintDebug("Inconsistent state... Guest re-entry should flush tlb\n");
 595     return 0;
 596   }
 597
 598
 599   if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) {
 600     // Get the guest physical address of the fault
 601     addr_t guest_fault_pa = BASE_TO_PAGE_ADDR_4MB(large_guest_pde->page_base_addr) + PAGE_OFFSET_4MB(fault_addr);
 602     host_region_type_t host_page_type = get_shadow_addr_type(info, guest_fault_pa);
 603
 604
 605     if (host_page_type == HOST_REGION_INVALID) {
 606       // Inject a machine check in the guest
 607       PrintDebug("Invalid Guest Address in page table (0x%p)\n", (void *)guest_fault_pa);
 608       v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 609       return 0;
 610     }
 611
 612     if (host_page_type == HOST_REGION_PHYSICAL_MEMORY) {
 613       struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 614       addr_t shadow_pa = get_shadow_addr(info, guest_fault_pa);
 615
 616       shadow_pte->page_base_addr = PAGE_BASE_ADDR(shadow_pa);
 617
 618       shadow_pte->present = 1;
 619
 620       /* We are assuming that the PDE entry has precedence
 621        * so the Shadow PDE will mirror the guest PDE settings,
 622        * and we don't have to worry about them here
 623        * Allow everything
 624        */
 625       shadow_pte->user_page = 1;
 626
 627       if (find_pte_map(state->cached_ptes, PAGE_ADDR(guest_fault_pa)) != NULL) {
 628         // Check if the entry is a page table...
 629         PrintDebug("Marking page as Guest Page Table (large page)\n");
 630         shadow_pte->vmm_info = PT32_GUEST_PT;
 631         shadow_pte->writable = 0;
 632       } else {
 633         shadow_pte->writable = 1;
 634       }
 635
 636
 637       //set according to VMM policy
 638       shadow_pte->write_through = 0;
 639       shadow_pte->cache_disable = 0;
 640       shadow_pte->global_page = 0;
 641       //
 642
 643     } else {
 644       // Handle hooked pages as well as other special pages
 645       if (handle_special_page_fault(info, fault_addr, guest_fault_pa, error_code) == -1) {
 646         PrintError("Special Page Fault handler returned error for address: %p\n", (void *)fault_addr);
 647         return -1;
 648       }
 649     }
 650   } else if ((shadow_pte_access == PT_ACCESS_WRITE_ERROR) &&
 651              (shadow_pte->vmm_info == PT32_GUEST_PT)) {
 652
 653     struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 654     PrintDebug("Write operation on Guest PAge Table Page (large page)\n");
 655     state->cached_cr3 = 0;
 656     shadow_pte->writable = 1;
 657
 658   } else {
 659     PrintError("Error in large page fault handler...\n");
 660     PrintError("This case should have been handled at the top level handler\n");
 661     return -1;
 662   }
 663
 664   PrintDebug("Returning from large page fault handler\n");
 665   return 0;
 666 }
 667
 668
 669
 670
 671 /*
 672  * We assume the the guest pte pointer has already been translated to a host virtual address
 673  */
 674 static int handle_shadow_pte32_fault(struct guest_info * info,
 675                                      addr_t fault_addr,
 676                                      pf_error_t error_code,
 677                                      pte32_t * shadow_pt,
 678                                      pte32_t * guest_pt) {
 679
 680   pt_access_status_t guest_pte_access;
 681   pt_access_status_t shadow_pte_access;
 682   pte32_t * guest_pte = (pte32_t *)&(guest_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);;
 683   pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *)&(shadow_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);
 684
 685
 686   // Check the guest page permissions
 687   guest_pte_access = can_access_pte32(guest_pt, fault_addr, error_code);
 688
 689   // Check the shadow page permissions
 690   shadow_pte_access = can_access_pte32(shadow_pt, fault_addr, error_code);
 691
 692 #ifdef DEBUG_SHADOW_PAGING
 693   PrintDebug("Guest PTE: (access=%d)\n\t", guest_pte_access);
 694   PrintPTE32(fault_addr, guest_pte);
 695   PrintDebug("Shadow PTE: (access=%d)\n\t", shadow_pte_access);
 696   PrintPTE32(fault_addr, shadow_pte);
 697 #endif
 698
 699   /* Was the page fault caused by the Guest's page tables? */
 700   if (is_guest_pf(guest_pte_access, shadow_pte_access) == 1) {
 701     PrintDebug("Access error injecting pf to guest (guest access error=%d) (pf error code=%d)\n",
 702                guest_pte_access, *(uint_t*)&error_code);
 703     inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code);
 704     return 0;
 705   }
 706
 707
 708   if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_OK) {
 709     // Inconsistent state...
 710     // Guest Re-Entry will flush page tables and everything should now work
 711     PrintDebug("Inconsistent state... Guest re-entry should flush tlb\n");
 712     return 0;
 713   }
 714
 715
 716   if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) {
 717
 718     addr_t guest_pa = BASE_TO_PAGE_ADDR((addr_t)(guest_pte->page_base_addr)) +  PAGE_OFFSET(fault_addr);
 719
 720     // Page Table Entry Not Present
 721     PrintDebug("guest_pa =%p\n", (void *)guest_pa);
 722
 723     host_region_type_t host_page_type = get_shadow_addr_type(info, guest_pa);
 724
 725     if (host_page_type == HOST_REGION_INVALID) {
 726       // Inject a machine check in the guest
 727       PrintDebug("Invalid Guest Address in page table (0x%p)\n", (void *)guest_pa);
 728       v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 729       return 0;
 730     }
 731
 732     // else...
 733
 734     if (host_page_type == HOST_REGION_PHYSICAL_MEMORY) {
 735       struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 736       addr_t shadow_pa = get_shadow_addr(info, guest_pa);
 737
 738       shadow_pte->page_base_addr = PAGE_BASE_ADDR(shadow_pa);
 739
 740       shadow_pte->present = guest_pte->present;
 741       shadow_pte->user_page = guest_pte->user_page;
 742
 743       //set according to VMM policy
 744       shadow_pte->write_through = 0;
 745       shadow_pte->cache_disable = 0;
 746       shadow_pte->global_page = 0;
 747       //
 748
 749       guest_pte->accessed = 1;
 750
 751       if (find_pte_map(state->cached_ptes, PAGE_ADDR(guest_pa)) != NULL) {
 752         // Check if the entry is a page table...
 753         PrintDebug("Marking page as Guest Page Table %d\n", shadow_pte->writable);
 754         shadow_pte->vmm_info = PT32_GUEST_PT;
 755       }
 756
 757       if (guest_pte->dirty == 1) {
 758         shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 759       } else if ((guest_pte->dirty == 0) && (error_code.write == 1)) {
 760         shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 761         guest_pte->dirty = 1;
 762
 763         if (shadow_pte->vmm_info == PT32_GUEST_PT) {
 764           // Well that was quick...
 765           struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 766           PrintDebug("Immediate Write operation on Guest PAge Table Page\n");
 767           state->cached_cr3 = 0;
 768         }
 769
 770       } else if ((guest_pte->dirty == 0) && (error_code.write == 0)) {  // was =
 771         shadow_pte->writable = 0;
 772       }
 773
 774
 775
 776     } else {
 777       // Page fault handled by hook functions
 778       if (handle_special_page_fault(info, fault_addr, guest_pa, error_code) == -1) {
 779         PrintError("Special Page fault handler returned error for address: %p\n",  (void *)fault_addr);
 780         return -1;
 781       }
 782     }
 783
 784   } else if ((shadow_pte_access == PT_ACCESS_WRITE_ERROR) &&
 785              (guest_pte->dirty == 0)) {
 786
 787     PrintDebug("Shadow PTE Write Error\n");
 788     guest_pte->dirty = 1;
 789     shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 790
 791     if (shadow_pte->vmm_info == PT32_GUEST_PT) {
 792       struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 793       PrintDebug("Write operation on Guest PAge Table Page\n");
 794       state->cached_cr3 = 0;
 795     }
 796
 797     return 0;
 798
 799   } else {
 800     // Inject page fault into the guest
 801     inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code);
 802     PrintError("PTE Page fault fell through... Not sure if this should ever happen\n");
 803     PrintError("Manual Says to inject page fault into guest\n");
 804     return -1;
 805   }
 806
 807   PrintDebug("Returning end of function\n");
 808   return 0;
 809 }
 810
 811
 812
 813
 814
 815
 816 /* Currently Does not work with Segmentation!!! */
 817 int v3_handle_shadow_invlpg(struct guest_info * info)
 818 {
 819   if (info->mem_mode != VIRTUAL_MEM) {
 820     // Paging must be turned on...
 821     // should handle with some sort of fault I think
 822     PrintError("ERROR: INVLPG called in non paged mode\n");
 823     return -1;
 824   }
 825
 826
 827   if (info->cpu_mode != PROTECTED) {
 828     return 0;
 829   }
 830
 831   uchar_t instr[15];
 832   int index = 0;
 833
 834   int ret = read_guest_va_memory(info, get_addr_linear(info, info->rip, &(info->segments.cs)), 15, instr);
 835   if (ret != 15) {
 836     PrintError("Could not read instruction 0x%p (ret=%d)\n",  (void *)(addr_t)(info->rip), ret);
 837     return -1;
 838   }
 839
 840
 841   /* Can INVLPG work with Segments?? */
 842   while (is_prefix_byte(instr[index])) {
 843     index++;
 844   }
 845
 846
 847   if( (instr[index + 0] != (uchar_t) 0x0f) ||
 848       (instr[index + 1] != (uchar_t) 0x01) ) {
 849     PrintError("invalid Instruction Opcode\n");
 850     PrintTraceMemDump(instr, 15);
 851     return -1;
 852   }
 853
 854   addr_t first_operand;
 855   addr_t second_operand;
 856   addr_t guest_cr3 =  CR3_TO_PDE32_PA(info->shdw_pg_state.guest_cr3);
 857
 858   pde32_t * guest_pd = NULL;
 859
 860   if (guest_pa_to_host_va(info, guest_cr3, (addr_t*)&guest_pd) == -1) {
 861     PrintError("Invalid Guest PDE Address: 0x%p\n",  (void *)guest_cr3);
 862     return -1;
 863   }
 864
 865   index += 2;
 866
 867   v3_operand_type_t addr_type = decode_operands32(&(info->vm_regs), instr + index, &index, &first_operand, &second_operand, REG32);
 868
 869   if (addr_type != MEM_OPERAND) {
 870     PrintError("Invalid Operand type\n");
 871     return -1;
 872   }
 873
 874   pde32_t * shadow_pd = (pde32_t *)CR3_TO_PDE32_VA(info->ctrl_regs.cr3);
 875   pde32_t * shadow_pde = (pde32_t *)&shadow_pd[PDE32_INDEX(first_operand)];
 876   pde32_t * guest_pde;
 877
 878   //PrintDebug("PDE Index=%d\n", PDE32_INDEX(first_operand));
 879   //PrintDebug("FirstOperand = %x\n", first_operand);
 880
 881   PrintDebug("Invalidating page for %p\n", (void *)first_operand);
 882
 883   guest_pde = (pde32_t *)&(guest_pd[PDE32_INDEX(first_operand)]);
 884
 885   if (guest_pde->large_page == 1) {
 886     shadow_pde->present = 0;
 887     PrintDebug("Invalidating Large Page\n");
 888   } else
 889     if (shadow_pde->present == 1) {
 890       pte32_t * shadow_pt = (pte32_t *)(addr_t)BASE_TO_PAGE_ADDR(shadow_pde->pt_base_addr);
 891       pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *) V3_VAddr( (void*) &shadow_pt[PTE32_INDEX(first_operand)] );
 892
 893 #ifdef DEBUG_SHADOW_PAGING
 894       PrintDebug("Setting not present\n");
 895       PrintPTE32(first_operand, shadow_pte );
 896 #endif
 897
 898       shadow_pte->present = 0;
 899     }
 900
 901   info->rip += index;
 902
 903   return 0;
 904 }
 905
 906
 907 /*
 908
 909
 910 static int create_pd32_nonaligned_4MB_page(struct guest_info * info, pte32_t * pt, addr_t guest_addr, pde32_4MB_t * large_shadow_pde) {
 911   uint_t i = 0;
 912   pte32_t * pte_cursor;
 913   addr_t guest_pa = 0;
 914
 915   for (i = 0; i < 1024; i++) {
 916     guest_pa = guest_addr + (PAGE_SIZE * i);
 917     host_region_type_t host_page_type = get_shadow_addr_type(info, guest_pa);
 918
 919     pte_cursor = &(pt[i]);
 920
 921     if (host_page_type == HOST_REGION_INVALID) {
 922       // Currently we don't support this, but in theory we could
 923       PrintError("Invalid Host Memory Type\n");
 924       return -1;
 925     } else if (host_page_type == HOST_REGION_PHYSICAL_MEMORY) {
 926       addr_t shadow_pa = get_shadow_addr(info, guest_pa);
 927
 928
 929       pte_cursor->page_base_addr = PT32_BASE_ADDR(shadow_pa);
 930       pte_cursor->present = 1;
 931       pte_cursor->writable = large_shadow_pde->writable;
 932       pte_cursor->user_page = large_shadow_pde->user_page;
 933       pte_cursor->write_through = 0;
 934       pte_cursor->cache_disable = 0;
 935       pte_cursor->global_page = 0;
 936
 937     } else {
 938       PrintError("Unsupported Host Memory Type\n");
 939       return -1;
 940     }
 941   }
 942   return 0;
 943 }
 944
 945
 946 static int handle_large_pagefault32(struct guest_info * info,
 947                                     pde32_t * guest_pde, pde32_t * shadow_pde,
 948                                     addr_t fault_addr, pf_error_t error_code ) {
 949   struct shadow_region * mem_reg;
 950   pde32_4MB_t * large_guest_pde = (pde32_4MB_t *)guest_pde;
 951   pde32_4MB_t * large_shadow_pde = (pde32_4MB_t *)shadow_pde;
 952   host_region_type_t host_page_type;
 953   addr_t guest_start_addr = PDE32_4MB_T_ADDR(*large_guest_pde);
 954   //    addr_t guest_end_addr = guest_start_addr + PAGE_SIZE_4MB; // start address + 4MB
 955
 956
 957   // Check that the Guest PDE entry points to valid memory
 958   // else Machine Check the guest
 959   PrintDebug("Large Page: Page Base Addr=%x\n", guest_start_addr);
 960
 961   host_page_type = get_shadow_addr_type(info, guest_start_addr);
 962
 963   if (host_page_type == HOST_REGION_INVALID) {
 964     PrintError("Invalid guest address in large page (0x%x)\n", guest_start_addr);
 965     v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 966     return -1;
 967   }
 968
 969   // else...
 970
 971   if (host_page_type == HOST_REGION_PHYSICAL_MEMORY) {
 972
 973     addr_t host_start_addr = 0;
 974     addr_t region_end_addr = 0;
 975
 976     // Check for a large enough region in host memory
 977     mem_reg = get_shadow_region_by_addr(&(info->mem_map), guest_start_addr);
 978     PrintDebug("Host region: host_addr=%x (guest_start=%x, end=%x)\n",
 979                mem_reg->host_addr, mem_reg->guest_start, mem_reg->guest_end);
 980     host_start_addr = mem_reg->host_addr + (guest_start_addr - mem_reg->guest_start);
 981     region_end_addr = mem_reg->host_addr + (mem_reg->guest_end - mem_reg->guest_start);
 982
 983     PrintDebug("Host Start Addr=%x; Region End Addr=%x\n", host_start_addr, region_end_addr);
 984
 985
 986     //4f
 987     if (large_guest_pde->dirty == 1) { // dirty
 988       large_shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
 989     } else if (error_code.write == 1) { // not dirty, access is write
 990       large_shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
 991       large_guest_pde->dirty = 1;
 992     } else { // not dirty, access is read
 993       large_shadow_pde->writable = 0;
 994     }
 995
 996
 997     // Check if the region is at least an additional 4MB
 998
 999
1000     //4b.
1001     if ((PD32_4MB_PAGE_OFFSET(host_start_addr) == 0) &&
1002         (region_end_addr >= host_start_addr + PAGE_SIZE_4MB)) {         // if 4MB boundary
1003       large_shadow_pde->page_base_addr = PD32_4MB_BASE_ADDR(host_start_addr);
1004     } else {      // else generate 4k pages
1005       pte32_t * shadow_pt = NULL;
1006       PrintDebug("Handling non aligned large page\n");
1007
1008       shadow_pde->large_page = 0;
1009
1010       shadow_pt = create_new_shadow_pt32();
1011
1012       if (create_pd32_nonaligned_4MB_page(info, shadow_pt, guest_start_addr, large_shadow_pde) == -1) {
1013         PrintError("Non Aligned Large Page Error\n");
1014         V3_Free(shadow_pt);
1015         return -1;
1016       }
1017
1018
1019 #ifdef DEBUG_SHADOW_PAGING
1020       PrintDebug("non-aligned Shadow PT\n");
1021       PrintPT32(PT32_PAGE_ADDR(fault_addr), shadow_pt);
1022 #endif
1023       shadow_pde->pt_base_addr = PD32_BASE_ADDR(shadow_pt);
1024     }
1025
1026   } else {
1027     // Handle hooked pages as well as other special pages
1028     if (handle_special_page_fault(info, fault_addr, guest_start_addr, error_code) == -1) {
1029       PrintError("Special Page Fault handler returned error for address: %x\n", fault_addr);
1030       return -1;
1031     }
1032   }
1033
1034   return 0;
1035 }
1036 */