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
  82 static int cache_page_tables_32(struct guest_info * info, addr_t pde);
  83 static int cache_page_tables_64(struct guest_info * info, addr_t pde);
  84
  85 int v3_init_shadow_page_state(struct guest_info * info) {
  86   struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
  87
  88   state->guest_cr3 = 0;
  89   state->guest_cr0 = 0;
  90
  91   state->cr3_cache = create_hashtable(0, &cr3_hash_fn, &cr3_equals);
  92
  93   state->cached_cr3 = 0;
  94   state->cached_ptes = NULL;
  95
  96   return 0;
  97 }
  98
  99
 100
 101
 102 /*
 103  For now we'll do something a little more lightweight
 104 int cache_page_tables32(struct guest_info * info, addr_t pde) {
 105   struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 106   addr_t pde_host_addr;
 107   pde32_t * tmp_pde;
 108   struct hashtable * pte_cache = NULL;
 109   int i = 0;
 110
 111
 112   pte_cache = (struct hashtable *)find_cr3_in_cache(state->cr3_cache, pde);
 113   if (pte_cache != NULL) {
 114     PrintError("CR3 already present in cache\n");
 115     state->current_ptes = pte_cache;
 116     return 1;
 117   } else {
 118     PrintError("Creating new CR3 cache entry\n");
 119     pte_cache = create_hashtable(0, &pte_hash_fn, &pte_equals);
 120     state->current_ptes = pte_cache;
 121     add_cr3_to_cache(state->cr3_cache, pde, pte_cache);
 122   }
 123
 124   if (guest_pa_to_host_va(info, pde, &pde_host_addr) == -1) {
 125     PrintError("Could not lookup host address of guest PDE\n");
 126     return -1;
 127   }
 128
 129   tmp_pde = (pde32_t *)pde_host_addr;
 130
 131   add_pte_map(pte_cache, pde, pde_host_addr);
 132
 133
 134   for (i = 0; i < MAX_PDE32_ENTRIES; i++) {
 135     if ((tmp_pde[i].present) && (tmp_pde[i].large_page == 0)) {
 136       addr_t pte_host_addr;
 137
 138       if (guest_pa_to_host_va(info, (addr_t)(PDE32_T_ADDR(tmp_pde[i])), &pte_host_addr) == -1) {
 139         PrintError("Could not lookup host address of guest PDE\n");
 140         return -1;
 141       }
 142
 143       add_pte_map(pte_cache, (addr_t)(PDE32_T_ADDR(tmp_pde[i])), pte_host_addr);
 144     }
 145   }
 146
 147
 148   return 0;
 149 }
 150 */
 151
 152
 153 int v3_cache_page_tables(struct guest_info * info, addr_t cr3) {
 154   switch(v3_get_cpu_mode(info)) {
 155   case PROTECTED:
 156     return cache_page_tables_32(info, CR3_TO_PDE32_PA(cr3));
 157   default:
 158     return -1;
 159   }
 160 }
 161
 162 static int cache_page_tables_32(struct guest_info * info, addr_t pde) {
 163   struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 164   addr_t pde_host_addr;
 165   pde32_t * tmp_pde;
 166   struct hashtable * pte_cache = NULL;
 167   int i = 0;
 168
 169   if (pde == state->cached_cr3) {
 170     return 1;
 171   }
 172
 173   if (state->cached_ptes != NULL) {
 174     hashtable_destroy(state->cached_ptes, 0, 0);
 175     state->cached_ptes = NULL;
 176   }
 177
 178   state->cached_cr3 = pde;
 179
 180   pte_cache = create_hashtable(0, &pte_hash_fn, &pte_equals);
 181   state->cached_ptes = pte_cache;
 182
 183   if (guest_pa_to_host_va(info, pde, &pde_host_addr) == -1) {
 184     PrintError("Could not lookup host address of guest PDE\n");
 185     return -1;
 186   }
 187
 188   tmp_pde = (pde32_t *)pde_host_addr;
 189
 190   add_pte_map(pte_cache, pde, pde_host_addr);
 191
 192
 193   for (i = 0; i < MAX_PDE32_ENTRIES; i++) {
 194     if ((tmp_pde[i].present) && (tmp_pde[i].large_page == 0)) {
 195       addr_t pte_host_addr;
 196
 197       if (guest_pa_to_host_va(info, (addr_t)(BASE_TO_PAGE_ADDR(tmp_pde[i].pt_base_addr)), &pte_host_addr) == -1) {
 198         PrintError("Could not lookup host address of guest PDE\n");
 199         return -1;
 200       }
 201
 202       add_pte_map(pte_cache, (addr_t)(BASE_TO_PAGE_ADDR(tmp_pde[i].pt_base_addr)), pte_host_addr);
 203     }
 204   }
 205
 206   return 0;
 207
 208 }
 209
 210
 211 static int cache_page_tables_64(struct guest_info * info, addr_t pde) {
 212   return -1;
 213 }
 214
 215
 216 int v3_replace_shdw_page32(struct guest_info * info, addr_t location, pte32_t * new_page, pte32_t * old_page) {
 217   pde32_t * shadow_pd = (pde32_t *)CR3_TO_PDE32_VA(info->ctrl_regs.cr3);
 218   pde32_t * shadow_pde =  (pde32_t *)&(shadow_pd[PDE32_INDEX(location)]);
 219
 220   if (shadow_pde->large_page == 0) {
 221     pte32_t * shadow_pt = (pte32_t *)(addr_t)BASE_TO_PAGE_ADDR(shadow_pde->pt_base_addr);
 222     pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *)&(shadow_pt[PTE32_INDEX(location)]);
 223
 224     //if (shadow_pte->present == 1) {
 225     *(uint_t *)old_page = *(uint_t *)shadow_pte;
 226     //}
 227
 228     *(uint_t *)shadow_pte = *(uint_t *)new_page;
 229
 230   } else {
 231     // currently unhandled
 232     PrintError("Replacing large shadow pages not implemented\n");
 233     return -1;
 234   }
 235
 236   return 0;
 237 }
 238
 239
 240
 241
 242
 243 // We assume that shdw_pg_state.guest_cr3 is pointing to the page tables we want to activate
 244 // We also assume that the CPU mode has not changed during this page table transition
 245 static int activate_shadow_pt_32(struct guest_info * info) {
 246   struct cr3_32 * shadow_cr3 = (struct cr3_32 *)&(info->ctrl_regs.cr3);
 247   struct cr3_32 * guest_cr3 = (struct cr3_32 *)&(info->shdw_pg_state.guest_cr3);
 248   int cached = 0;
 249
 250   // Check if shadow page tables are in the cache
 251   cached = cache_page_tables_32(info, CR3_TO_PDE32_PA(*(addr_t *)guest_cr3));
 252
 253   if (cached == -1) {
 254     PrintError("CR3 Cache failed\n");
 255     return -1;
 256   } else if (cached == 0) {
 257     addr_t shadow_pt;
 258
 259     PrintDebug("New CR3 is different - flushing shadow page table %p\n", shadow_cr3 );
 260     delete_page_tables_32(CR3_TO_PDE32_VA(*(uint_t*)shadow_cr3));
 261
 262     shadow_pt = v3_create_new_shadow_pt();
 263
 264     shadow_cr3->pdt_base_addr = (addr_t)V3_PAddr((void *)(addr_t)PAGE_BASE_ADDR(shadow_pt));
 265     PrintDebug( "Created new shadow page table %p\n", (void *)(addr_t)shadow_cr3->pdt_base_addr );
 266   } else {
 267     PrintDebug("Reusing cached shadow Page table\n");
 268   }
 269
 270   shadow_cr3->pwt = guest_cr3->pwt;
 271   shadow_cr3->pcd = guest_cr3->pcd;
 272
 273   return 0;
 274 }
 275
 276 static int activate_shadow_pt_32pae(struct guest_info * info) {
 277   PrintError("Activating 32 bit PAE page tables not implemented\n");
 278   return -1;
 279 }
 280
 281 static void activate_shadow_pt_64_cb(page_type_t type, addr_t page_ptr, addr_t page_pa, void * private_data) {
 282   PrintDebug("CB: Page: %p, Type: %s\n", (void *)page_pa, v3_page_type_to_str(type));
 283 }
 284
 285
 286 static int activate_shadow_pt_64(struct guest_info * info) {
 287   //  struct cr3_64 * shadow_cr3 = (struct cr3_64 *)&(info->ctrl_regs.cr3);
 288   struct cr3_64 * guest_cr3 = (struct cr3_64 *)&(info->shdw_pg_state.guest_cr3);
 289   int cached = 0;
 290
 291   v3_walk_guest_pt_64(info, info->shdw_pg_state.guest_cr3, activate_shadow_pt_64_cb, NULL);
 292
 293
 294
 295   return -1;
 296
 297
 298   // Check if shadow page tables are in the cache
 299   cached = cache_page_tables_64(info, CR3_TO_PDE32_PA(*(addr_t *)guest_cr3));
 300               /*
 301   if (cached == -1) {
 302     PrintError("CR3 Cache failed\n");
 303     return -1;
 304   } else if (cached == 0) {
 305     addr_t shadow_pt;
 306
 307     PrintDebug("New CR3 is different - flushing shadow page table %p\n", shadow_cr3 );
 308     delete_page_tables_32(CR3_TO_PDE32_VA(*(uint_t*)shadow_cr3));
 309
 310     shadow_pt = v3_create_new_shadow_pt();
 311
 312     shadow_cr3->pml4t_base_addr = (addr_t)V3_PAddr((void *)(addr_t)PAGE_BASE_ADDR(shadow_pt));
 313     PrintDebug( "Created new shadow page table %p\n", (void *)(addr_t)shadow_cr3->pml4t_base_addr );
 314   } else {
 315     PrintDebug("Reusing cached shadow Page table\n");
 316   }
 317
 318   shadow_cr3->pwt = guest_cr3->pwt;
 319   shadow_cr3->pcd = guest_cr3->pcd;
 320
 321   return 0;
 322                       */
 323 }
 324
 325
 326 // Reads the guest CR3 register
 327 // creates new shadow page tables
 328 // updates the shadow CR3 register to point to the new pts
 329 int v3_activate_shadow_pt(struct guest_info * info) {
 330   switch (info->cpu_mode) {
 331
 332   case PROTECTED:
 333     return activate_shadow_pt_32(info);
 334   case PROTECTED_PAE:
 335     return activate_shadow_pt_32pae(info);
 336   case LONG:
 337   case LONG_32_COMPAT:
 338   case LONG_16_COMPAT:
 339     return activate_shadow_pt_64(info);
 340   default:
 341     PrintError("Invalid CPU mode: %d\n", info->cpu_mode);
 342     return -1;
 343   }
 344
 345   return 0;
 346 }
 347
 348
 349 int v3_activate_passthrough_pt(struct guest_info * info) {
 350   // For now... But we need to change this....
 351   // As soon as shadow paging becomes active the passthrough tables are hosed
 352   // So this will cause chaos if it is called at that time
 353
 354   info->ctrl_regs.cr3 = *(addr_t*)&(info->direct_map_pt);
 355   //PrintError("Activate Passthrough Page tables not implemented\n");
 356   return 0;
 357 }
 358
 359
 360
 361 int v3_handle_shadow_pagefault(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
 362
 363   if (info->mem_mode == PHYSICAL_MEM) {
 364     // If paging is not turned on we need to handle the special cases
 365
 366 #ifdef DEBUG_SHADOW_PAGING
 367     PrintPageTree(info->cpu_mode, fault_addr, info->ctrl_regs.cr3);
 368 #endif
 369
 370     return handle_special_page_fault(info, fault_addr, fault_addr, error_code);
 371   } else if (info->mem_mode == VIRTUAL_MEM) {
 372
 373     switch (info->cpu_mode) {
 374     case PROTECTED:
 375       return handle_shadow_pagefault_32(info, fault_addr, error_code);
 376       break;
 377     case PROTECTED_PAE:
 378       return handle_shadow_pagefault_32pae(info, fault_addr, error_code);
 379     case LONG:
 380       return handle_shadow_pagefault_64(info, fault_addr, error_code);
 381       break;
 382     default:
 383       PrintError("Unhandled CPU Mode\n");
 384       return -1;
 385     }
 386   } else {
 387     PrintError("Invalid Memory mode\n");
 388     return -1;
 389   }
 390 }
 391
 392 addr_t v3_create_new_shadow_pt() {
 393   void * host_pde = 0;
 394
 395   host_pde = V3_VAddr(V3_AllocPages(1));
 396   memset(host_pde, 0, PAGE_SIZE);
 397
 398   return (addr_t)host_pde;
 399 }
 400
 401
 402 static void inject_guest_pf(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
 403   info->ctrl_regs.cr2 = fault_addr;
 404   v3_raise_exception_with_error(info, PF_EXCEPTION, *(uint_t *)&error_code);
 405 }
 406
 407
 408 static int is_guest_pf(pt_access_status_t guest_access, pt_access_status_t shadow_access) {
 409   /* basically the reasoning is that there can be multiple reasons for a page fault:
 410      If there is a permissions failure for a page present in the guest _BUT_
 411      the reason for the fault was that the page is not present in the shadow,
 412      _THEN_ we have to map the shadow page in and reexecute, this will generate
 413      a permissions fault which is _THEN_ valid to send to the guest
 414      _UNLESS_ both the guest and shadow have marked the page as not present
 415
 416      whew...
 417   */
 418   if (guest_access != PT_ACCESS_OK) {
 419     // Guest Access Error
 420
 421     if ((shadow_access != PT_ACCESS_NOT_PRESENT) &&
 422         (guest_access != PT_ACCESS_NOT_PRESENT)) {
 423       // aka (guest permission error)
 424       return 1;
 425     }
 426
 427     if ((shadow_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) &&
 428         (guest_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT)) {
 429       // Page tables completely blank, handle guest first
 430       return 1;
 431     }
 432
 433     // Otherwise we'll handle the guest fault later...?
 434   }
 435
 436   return 0;
 437 }
 438
 439
 440
 441
 442 /*
 443  * *
 444  * *
 445  * * 64 bit Page table fault handlers
 446  * *
 447  * *
 448  */
 449
 450 static int handle_shadow_pagefault_64(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
 451   pt_access_status_t guest_access;
 452   pt_access_status_t shadow_access;
 453   int ret;
 454   PrintDebug("64 bit shadow page fault\n");
 455
 456   ret = v3_check_guest_pt_32(info, info->shdw_pg_state.guest_cr3, fault_addr, error_code, &guest_access);
 457
 458   PrintDebug("Guest Access Check: %d (access=%d)\n", ret, guest_access);
 459
 460   ret = v3_check_host_pt_32(info->ctrl_regs.cr3, fault_addr, error_code, &shadow_access);
 461
 462   PrintDebug("Shadow Access Check: %d (access=%d)\n", ret, shadow_access);
 463
 464
 465   PrintError("64 bit shadow paging not implemented\n");
 466   return -1;
 467 }
 468
 469
 470 /*
 471  * *
 472  * *
 473  * * 32 bit PAE  Page table fault handlers
 474  * *
 475  * *
 476  */
 477
 478 static int handle_shadow_pagefault_32pae(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
 479   PrintError("32 bit PAE shadow paging not implemented\n");
 480   return -1;
 481 }
 482
 483
 484
 485
 486
 487
 488
 489 /*
 490  * *
 491  * *
 492  * * 32 bit Page table fault handlers
 493  * *
 494  * *
 495  */
 496 static int handle_large_pagefault_32(struct guest_info * info,
 497                                     addr_t fault_addr, pf_error_t error_code,
 498                                      pte32_t * shadow_pt, pde32_4MB_t * large_guest_pde);
 499
 500 static int handle_shadow_pte32_fault(struct guest_info * info,
 501                                      addr_t fault_addr,
 502                                      pf_error_t error_code,
 503                                      pte32_t * shadow_pt,
 504                                      pte32_t * guest_pt);
 505
 506
 507 static int handle_shadow_pagefault_32(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
 508   pde32_t * guest_pd = NULL;
 509   pde32_t * shadow_pd = CR3_TO_PDE32_VA(info->ctrl_regs.cr3);
 510   addr_t guest_cr3 = CR3_TO_PDE32_PA(info->shdw_pg_state.guest_cr3);
 511   pt_access_status_t guest_pde_access;
 512   pt_access_status_t shadow_pde_access;
 513   pde32_t * guest_pde = NULL;
 514   pde32_t * shadow_pde = (pde32_t *)&(shadow_pd[PDE32_INDEX(fault_addr)]);
 515
 516   PrintDebug("Shadow page fault handler: %p\n", (void*) fault_addr );
 517
 518   if (guest_pa_to_host_va(info, guest_cr3, (addr_t*)&guest_pd) == -1) {
 519     PrintError("Invalid Guest PDE Address: 0x%p\n",  (void *)guest_cr3);
 520     return -1;
 521   }
 522
 523   guest_pde = (pde32_t *)&(guest_pd[PDE32_INDEX(fault_addr)]);
 524
 525
 526   // Check the guest page permissions
 527   guest_pde_access = v3_can_access_pde32(guest_pd, fault_addr, error_code);
 528
 529   // Check the shadow page permissions
 530   shadow_pde_access = v3_can_access_pde32(shadow_pd, fault_addr, error_code);
 531
 532   /* Was the page fault caused by the Guest's page tables? */
 533   if (is_guest_pf(guest_pde_access, shadow_pde_access) == 1) {
 534     PrintDebug("Injecting PDE pf to guest: (guest access error=%d) (pf error code=%d)\n",
 535                *(uint_t *)&guest_pde_access, *(uint_t *)&error_code);
 536     inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code);
 537     return 0;
 538   }
 539
 540
 541   if (shadow_pde_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT)
 542     {
 543       pte32_t * shadow_pt =  (pte32_t *)v3_create_new_shadow_pt();
 544
 545       shadow_pde->present = 1;
 546       shadow_pde->user_page = guest_pde->user_page;
 547       //    shadow_pde->large_page = guest_pde->large_page;
 548       shadow_pde->large_page = 0;
 549
 550
 551       // VMM Specific options
 552       shadow_pde->write_through = 0;
 553       shadow_pde->cache_disable = 0;
 554       shadow_pde->global_page = 0;
 555       //
 556
 557       guest_pde->accessed = 1;
 558
 559       shadow_pde->pt_base_addr = PAGE_BASE_ADDR((addr_t)V3_PAddr(shadow_pt));
 560
 561       if (guest_pde->large_page == 0) {
 562         shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
 563       } else {
 564         // ??  What if guest pde is dirty a this point?
 565         ((pde32_4MB_t *)guest_pde)->dirty = 0;
 566         shadow_pde->writable = 0;
 567       }
 568     }
 569   else if (shadow_pde_access == PT_ACCESS_OK)
 570     {
 571       //
 572       // PTE fault
 573       //
 574       pte32_t * shadow_pt = (pte32_t *)V3_VAddr( (void*)(addr_t) BASE_TO_PAGE_ADDR(shadow_pde->pt_base_addr) );
 575
 576       if (guest_pde->large_page == 0) {
 577         pte32_t * guest_pt = NULL;
 578         if (guest_pa_to_host_va(info, BASE_TO_PAGE_ADDR(guest_pde->pt_base_addr), (addr_t*)&guest_pt) == -1) {
 579           // Machine check the guest
 580           PrintDebug("Invalid Guest PTE Address: 0x%p\n", (void *)BASE_TO_PAGE_ADDR(guest_pde->pt_base_addr));
 581           v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 582           return 0;
 583         }
 584
 585         if (handle_shadow_pte32_fault(info, fault_addr, error_code, shadow_pt, guest_pt)  == -1) {
 586           PrintError("Error handling Page fault caused by PTE\n");
 587           return -1;
 588         }
 589       } else if (guest_pde->large_page == 1) {
 590         if (handle_large_pagefault_32(info, fault_addr, error_code, shadow_pt, (pde32_4MB_t *)guest_pde) == -1) {
 591           PrintError("Error handling large pagefault\n");
 592           return -1;
 593         }
 594       }
 595     }
 596   else if ((shadow_pde_access == PT_ACCESS_WRITE_ERROR) &&
 597            (guest_pde->large_page == 1) &&
 598            (((pde32_4MB_t *)guest_pde)->dirty == 0))
 599     {
 600       //
 601       // Page Directory Entry marked read-only
 602       // Its a large page and we need to update the dirty bit in the guest
 603       //
 604
 605       PrintDebug("Large page write error... Setting dirty bit and returning\n");
 606       ((pde32_4MB_t *)guest_pde)->dirty = 1;
 607       shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
 608       return 0;
 609
 610     }
 611   else if (shadow_pde_access == PT_ACCESS_USER_ERROR)
 612     {
 613       //
 614       // Page Directory Entry marked non-user
 615       //
 616       PrintDebug("Shadow Paging User access error (shadow_pde_access=0x%x, guest_pde_access=0x%x)\n",
 617                  shadow_pde_access, guest_pde_access);
 618       inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code);
 619       return 0;
 620     }
 621   else
 622     {
 623       // inject page fault in guest
 624       inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code);
 625       PrintDebug("Unknown Error occurred (shadow_pde_access=%d)\n", shadow_pde_access);
 626       PrintDebug("Manual Says to inject page fault into guest\n");
 627 #ifdef DEBUG_SHADOW_PAGING
 628       PrintDebug("Guest PDE: (access=%d)\n\t", guest_pde_access);
 629       PrintPDE32(fault_addr, guest_pde);
 630       PrintDebug("Shadow PDE: (access=%d)\n\t", shadow_pde_access);
 631       PrintPDE32(fault_addr, shadow_pde);
 632 #endif
 633
 634       return 0;
 635     }
 636
 637   PrintDebug("Returning end of PDE function (rip=%p)\n", (void *)(addr_t)(info->rip));
 638   return 0;
 639 }
 640
 641
 642
 643 /* The guest status checks have already been done,
 644  * only special case shadow checks remain
 645  */
 646 static int handle_large_pagefault_32(struct guest_info * info,
 647                                     addr_t fault_addr, pf_error_t error_code,
 648                                     pte32_t * shadow_pt, pde32_4MB_t * large_guest_pde)
 649 {
 650   pt_access_status_t shadow_pte_access = v3_can_access_pte32(shadow_pt, fault_addr, error_code);
 651   pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *)&(shadow_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);
 652
 653   if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_OK) {
 654     // Inconsistent state...
 655     // Guest Re-Entry will flush tables and everything should now workd
 656     PrintDebug("Inconsistent state... Guest re-entry should flush tlb\n");
 657     return 0;
 658   }
 659
 660
 661   if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) {
 662     // Get the guest physical address of the fault
 663     addr_t guest_fault_pa = BASE_TO_PAGE_ADDR_4MB(large_guest_pde->page_base_addr) + PAGE_OFFSET_4MB(fault_addr);
 664     host_region_type_t host_page_type = get_shadow_addr_type(info, guest_fault_pa);
 665
 666
 667     if (host_page_type == HOST_REGION_INVALID) {
 668       // Inject a machine check in the guest
 669       PrintDebug("Invalid Guest Address in page table (0x%p)\n", (void *)guest_fault_pa);
 670       v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 671       return 0;
 672     }
 673
 674     if (host_page_type == HOST_REGION_PHYSICAL_MEMORY) {
 675       struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 676       addr_t shadow_pa = get_shadow_addr(info, guest_fault_pa);
 677
 678       shadow_pte->page_base_addr = PAGE_BASE_ADDR(shadow_pa);
 679
 680       shadow_pte->present = 1;
 681
 682       /* We are assuming that the PDE entry has precedence
 683        * so the Shadow PDE will mirror the guest PDE settings,
 684        * and we don't have to worry about them here
 685        * Allow everything
 686        */
 687       shadow_pte->user_page = 1;
 688
 689       if (find_pte_map(state->cached_ptes, PAGE_ADDR(guest_fault_pa)) != NULL) {
 690         // Check if the entry is a page table...
 691         PrintDebug("Marking page as Guest Page Table (large page)\n");
 692         shadow_pte->vmm_info = PT32_GUEST_PT;
 693         shadow_pte->writable = 0;
 694       } else {
 695         shadow_pte->writable = 1;
 696       }
 697
 698
 699       //set according to VMM policy
 700       shadow_pte->write_through = 0;
 701       shadow_pte->cache_disable = 0;
 702       shadow_pte->global_page = 0;
 703       //
 704
 705     } else {
 706       // Handle hooked pages as well as other special pages
 707       if (handle_special_page_fault(info, fault_addr, guest_fault_pa, error_code) == -1) {
 708         PrintError("Special Page Fault handler returned error for address: %p\n", (void *)fault_addr);
 709         return -1;
 710       }
 711     }
 712   } else if ((shadow_pte_access == PT_ACCESS_WRITE_ERROR) &&
 713              (shadow_pte->vmm_info == PT32_GUEST_PT)) {
 714
 715     struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 716     PrintDebug("Write operation on Guest PAge Table Page (large page)\n");
 717     state->cached_cr3 = 0;
 718     shadow_pte->writable = 1;
 719
 720   } else {
 721     PrintError("Error in large page fault handler...\n");
 722     PrintError("This case should have been handled at the top level handler\n");
 723     return -1;
 724   }
 725
 726   PrintDebug("Returning from large page fault handler\n");
 727   return 0;
 728 }
 729
 730
 731
 732
 733 /*
 734  * We assume the the guest pte pointer has already been translated to a host virtual address
 735  */
 736 static int handle_shadow_pte32_fault(struct guest_info * info,
 737                                      addr_t fault_addr,
 738                                      pf_error_t error_code,
 739                                      pte32_t * shadow_pt,
 740                                      pte32_t * guest_pt) {
 741
 742   pt_access_status_t guest_pte_access;
 743   pt_access_status_t shadow_pte_access;
 744   pte32_t * guest_pte = (pte32_t *)&(guest_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);;
 745   pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *)&(shadow_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);
 746
 747
 748   // Check the guest page permissions
 749   guest_pte_access = v3_can_access_pte32(guest_pt, fault_addr, error_code);
 750
 751   // Check the shadow page permissions
 752   shadow_pte_access = v3_can_access_pte32(shadow_pt, fault_addr, error_code);
 753
 754 #ifdef DEBUG_SHADOW_PAGING
 755   PrintDebug("Guest PTE: (access=%d)\n\t", guest_pte_access);
 756   PrintPTE32(fault_addr, guest_pte);
 757   PrintDebug("Shadow PTE: (access=%d)\n\t", shadow_pte_access);
 758   PrintPTE32(fault_addr, shadow_pte);
 759 #endif
 760
 761   /* Was the page fault caused by the Guest's page tables? */
 762   if (is_guest_pf(guest_pte_access, shadow_pte_access) == 1) {
 763     PrintDebug("Access error injecting pf to guest (guest access error=%d) (pf error code=%d)\n",
 764                guest_pte_access, *(uint_t*)&error_code);
 765     inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code);
 766     return 0;
 767   }
 768
 769
 770   if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_OK) {
 771     // Inconsistent state...
 772     // Guest Re-Entry will flush page tables and everything should now work
 773     PrintDebug("Inconsistent state... Guest re-entry should flush tlb\n");
 774     return 0;
 775   }
 776
 777
 778   if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) {
 779
 780     addr_t guest_pa = BASE_TO_PAGE_ADDR((addr_t)(guest_pte->page_base_addr)) +  PAGE_OFFSET(fault_addr);
 781
 782     // Page Table Entry Not Present
 783     PrintDebug("guest_pa =%p\n", (void *)guest_pa);
 784
 785     host_region_type_t host_page_type = get_shadow_addr_type(info, guest_pa);
 786
 787     if (host_page_type == HOST_REGION_INVALID) {
 788       // Inject a machine check in the guest
 789       PrintDebug("Invalid Guest Address in page table (0x%p)\n", (void *)guest_pa);
 790       v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 791       return 0;
 792     }
 793
 794     // else...
 795
 796     if (host_page_type == HOST_REGION_PHYSICAL_MEMORY) {
 797       struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 798       addr_t shadow_pa = get_shadow_addr(info, guest_pa);
 799
 800       shadow_pte->page_base_addr = PAGE_BASE_ADDR(shadow_pa);
 801
 802       shadow_pte->present = guest_pte->present;
 803       shadow_pte->user_page = guest_pte->user_page;
 804
 805       //set according to VMM policy
 806       shadow_pte->write_through = 0;
 807       shadow_pte->cache_disable = 0;
 808       shadow_pte->global_page = 0;
 809       //
 810
 811       guest_pte->accessed = 1;
 812
 813       if (find_pte_map(state->cached_ptes, PAGE_ADDR(guest_pa)) != NULL) {
 814         // Check if the entry is a page table...
 815         PrintDebug("Marking page as Guest Page Table %d\n", shadow_pte->writable);
 816         shadow_pte->vmm_info = PT32_GUEST_PT;
 817       }
 818
 819       if (guest_pte->dirty == 1) {
 820         shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 821       } else if ((guest_pte->dirty == 0) && (error_code.write == 1)) {
 822         shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 823         guest_pte->dirty = 1;
 824
 825         if (shadow_pte->vmm_info == PT32_GUEST_PT) {
 826           // Well that was quick...
 827           struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 828           PrintDebug("Immediate Write operation on Guest PAge Table Page\n");
 829           state->cached_cr3 = 0;
 830         }
 831
 832       } else if ((guest_pte->dirty == 0) && (error_code.write == 0)) {  // was =
 833         shadow_pte->writable = 0;
 834       }
 835
 836
 837
 838     } else {
 839       // Page fault handled by hook functions
 840       if (handle_special_page_fault(info, fault_addr, guest_pa, error_code) == -1) {
 841         PrintError("Special Page fault handler returned error for address: %p\n",  (void *)fault_addr);
 842         return -1;
 843       }
 844     }
 845
 846   } else if ((shadow_pte_access == PT_ACCESS_WRITE_ERROR) &&
 847              (guest_pte->dirty == 0)) {
 848
 849     PrintDebug("Shadow PTE Write Error\n");
 850     guest_pte->dirty = 1;
 851     shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 852
 853     if (shadow_pte->vmm_info == PT32_GUEST_PT) {
 854       struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 855       PrintDebug("Write operation on Guest PAge Table Page\n");
 856       state->cached_cr3 = 0;
 857     }
 858
 859     return 0;
 860
 861   } else {
 862     // Inject page fault into the guest
 863     inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code);
 864     PrintError("PTE Page fault fell through... Not sure if this should ever happen\n");
 865     PrintError("Manual Says to inject page fault into guest\n");
 866     return -1;
 867   }
 868
 869   PrintDebug("Returning end of function\n");
 870   return 0;
 871 }
 872
 873
 874
 875
 876
 877
 878 /* Currently Does not work with Segmentation!!! */
 879 int v3_handle_shadow_invlpg(struct guest_info * info)
 880 {
 881   if (info->mem_mode != VIRTUAL_MEM) {
 882     // Paging must be turned on...
 883     // should handle with some sort of fault I think
 884     PrintError("ERROR: INVLPG called in non paged mode\n");
 885     return -1;
 886   }
 887
 888
 889   if (info->cpu_mode != PROTECTED) {
 890     PrintError("Unsupported CPU mode (mode=%s)\n", v3_cpu_mode_to_str(info->cpu_mode));
 891     return -1;
 892   }
 893
 894   uchar_t instr[15];
 895   int index = 0;
 896
 897   int ret = read_guest_va_memory(info, get_addr_linear(info, info->rip, &(info->segments.cs)), 15, instr);
 898   if (ret != 15) {
 899     PrintError("Could not read instruction 0x%p (ret=%d)\n",  (void *)(addr_t)(info->rip), ret);
 900     return -1;
 901   }
 902
 903
 904   /* Can INVLPG work with Segments?? */
 905   while (is_prefix_byte(instr[index])) {
 906     index++;
 907   }
 908
 909
 910   if( (instr[index + 0] != (uchar_t) 0x0f) ||
 911       (instr[index + 1] != (uchar_t) 0x01) ) {
 912     PrintError("invalid Instruction Opcode\n");
 913     PrintTraceMemDump(instr, 15);
 914     return -1;
 915   }
 916
 917   addr_t first_operand;
 918   addr_t second_operand;
 919   addr_t guest_cr3 =  CR3_TO_PDE32_PA(info->shdw_pg_state.guest_cr3);
 920
 921   pde32_t * guest_pd = NULL;
 922
 923   if (guest_pa_to_host_va(info, guest_cr3, (addr_t*)&guest_pd) == -1) {
 924     PrintError("Invalid Guest PDE Address: 0x%p\n",  (void *)guest_cr3);
 925     return -1;
 926   }
 927
 928   index += 2;
 929
 930   v3_operand_type_t addr_type = decode_operands32(&(info->vm_regs), instr + index, &index, &first_operand, &second_operand, REG32);
 931
 932   if (addr_type != MEM_OPERAND) {
 933     PrintError("Invalid Operand type\n");
 934     return -1;
 935   }
 936
 937   pde32_t * shadow_pd = (pde32_t *)CR3_TO_PDE32_VA(info->ctrl_regs.cr3);
 938   pde32_t * shadow_pde = (pde32_t *)&shadow_pd[PDE32_INDEX(first_operand)];
 939   pde32_t * guest_pde;
 940
 941   //PrintDebug("PDE Index=%d\n", PDE32_INDEX(first_operand));
 942   //PrintDebug("FirstOperand = %x\n", first_operand);
 943
 944   PrintDebug("Invalidating page for %p\n", (void *)first_operand);
 945
 946   guest_pde = (pde32_t *)&(guest_pd[PDE32_INDEX(first_operand)]);
 947
 948   if (guest_pde->large_page == 1) {
 949     shadow_pde->present = 0;
 950     PrintDebug("Invalidating Large Page\n");
 951   } else
 952     if (shadow_pde->present == 1) {
 953       pte32_t * shadow_pt = (pte32_t *)(addr_t)BASE_TO_PAGE_ADDR(shadow_pde->pt_base_addr);
 954       pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *) V3_VAddr( (void*) &shadow_pt[PTE32_INDEX(first_operand)] );
 955
 956 #ifdef DEBUG_SHADOW_PAGING
 957       PrintDebug("Setting not present\n");
 958       PrintPTE32(first_operand, shadow_pte );
 959 #endif
 960
 961       shadow_pte->present = 0;
 962     }
 963
 964   info->rip += index;
 965
 966   return 0;
 967 }
 968
 969
 970 /*
 971
 972
 973 static int create_pd32_nonaligned_4MB_page(struct guest_info * info, pte32_t * pt, addr_t guest_addr, pde32_4MB_t * large_shadow_pde) {
 974   uint_t i = 0;
 975   pte32_t * pte_cursor;
 976   addr_t guest_pa = 0;
 977
 978   for (i = 0; i < 1024; i++) {
 979     guest_pa = guest_addr + (PAGE_SIZE * i);
 980     host_region_type_t host_page_type = get_shadow_addr_type(info, guest_pa);
 981
 982     pte_cursor = &(pt[i]);
 983
 984     if (host_page_type == HOST_REGION_INVALID) {
 985       // Currently we don't support this, but in theory we could
 986       PrintError("Invalid Host Memory Type\n");
 987       return -1;
 988     } else if (host_page_type == HOST_REGION_PHYSICAL_MEMORY) {
 989       addr_t shadow_pa = get_shadow_addr(info, guest_pa);
 990
 991
 992       pte_cursor->page_base_addr = PT32_BASE_ADDR(shadow_pa);
 993       pte_cursor->present = 1;
 994       pte_cursor->writable = large_shadow_pde->writable;
 995       pte_cursor->user_page = large_shadow_pde->user_page;
 996       pte_cursor->write_through = 0;
 997       pte_cursor->cache_disable = 0;
 998       pte_cursor->global_page = 0;
 999
1000     } else {
1001       PrintError("Unsupported Host Memory Type\n");
1002       return -1;
1003     }
1004   }
1005   return 0;
1006 }
1007
1008
1009 static int handle_large_pagefault32(struct guest_info * info,
1010                                     pde32_t * guest_pde, pde32_t * shadow_pde,
1011                                     addr_t fault_addr, pf_error_t error_code ) {
1012   struct shadow_region * mem_reg;
1013   pde32_4MB_t * large_guest_pde = (pde32_4MB_t *)guest_pde;
1014   pde32_4MB_t * large_shadow_pde = (pde32_4MB_t *)shadow_pde;
1015   host_region_type_t host_page_type;
1016   addr_t guest_start_addr = PDE32_4MB_T_ADDR(*large_guest_pde);
1017   //    addr_t guest_end_addr = guest_start_addr + PAGE_SIZE_4MB; // start address + 4MB
1018
1019
1020   // Check that the Guest PDE entry points to valid memory
1021   // else Machine Check the guest
1022   PrintDebug("Large Page: Page Base Addr=%x\n", guest_start_addr);
1023
1024   host_page_type = get_shadow_addr_type(info, guest_start_addr);
1025
1026   if (host_page_type == HOST_REGION_INVALID) {
1027     PrintError("Invalid guest address in large page (0x%x)\n", guest_start_addr);
1028     v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
1029     return -1;
1030   }
1031
1032   // else...
1033
1034   if (host_page_type == HOST_REGION_PHYSICAL_MEMORY) {
1035
1036     addr_t host_start_addr = 0;
1037     addr_t region_end_addr = 0;
1038
1039     // Check for a large enough region in host memory
1040     mem_reg = get_shadow_region_by_addr(&(info->mem_map), guest_start_addr);
1041     PrintDebug("Host region: host_addr=%x (guest_start=%x, end=%x)\n",
1042                mem_reg->host_addr, mem_reg->guest_start, mem_reg->guest_end);
1043     host_start_addr = mem_reg->host_addr + (guest_start_addr - mem_reg->guest_start);
1044     region_end_addr = mem_reg->host_addr + (mem_reg->guest_end - mem_reg->guest_start);
1045
1046     PrintDebug("Host Start Addr=%x; Region End Addr=%x\n", host_start_addr, region_end_addr);
1047
1048
1049     //4f
1050     if (large_guest_pde->dirty == 1) { // dirty
1051       large_shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
1052     } else if (error_code.write == 1) { // not dirty, access is write
1053       large_shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
1054       large_guest_pde->dirty = 1;
1055     } else { // not dirty, access is read
1056       large_shadow_pde->writable = 0;
1057     }
1058
1059
1060     // Check if the region is at least an additional 4MB
1061
1062
1063     //4b.
1064     if ((PD32_4MB_PAGE_OFFSET(host_start_addr) == 0) &&
1065         (region_end_addr >= host_start_addr + PAGE_SIZE_4MB)) {         // if 4MB boundary
1066       large_shadow_pde->page_base_addr = PD32_4MB_BASE_ADDR(host_start_addr);
1067     } else {      // else generate 4k pages
1068       pte32_t * shadow_pt = NULL;
1069       PrintDebug("Handling non aligned large page\n");
1070
1071       shadow_pde->large_page = 0;
1072
1073       shadow_pt = create_new_shadow_pt32();
1074
1075       if (create_pd32_nonaligned_4MB_page(info, shadow_pt, guest_start_addr, large_shadow_pde) == -1) {
1076         PrintError("Non Aligned Large Page Error\n");
1077         V3_Free(shadow_pt);
1078         return -1;
1079       }
1080
1081
1082 #ifdef DEBUG_SHADOW_PAGING
1083       PrintDebug("non-aligned Shadow PT\n");
1084       PrintPT32(PT32_PAGE_ADDR(fault_addr), shadow_pt);
1085 #endif
1086       shadow_pde->pt_base_addr = PD32_BASE_ADDR(shadow_pt);
1087     }
1088
1089   } else {
1090     // Handle hooked pages as well as other special pages
1091     if (handle_special_page_fault(info, fault_addr, guest_start_addr, error_code) == -1) {
1092       PrintError("Special Page Fault handler returned error for address: %x\n", fault_addr);
1093       return -1;
1094     }
1095   }
1096
1097   return 0;
1098 }
1099 */