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 #ifndef DEBUG_SHADOW_PAGING
  32 #undef PrintDebug
  33 #define PrintDebug(fmt, args...)
  34 #endif
  35
  36
  37 /***
  38  ***  There be dragons
  39  ***/
  40
  41
  42 struct guest_table {
  43   addr_t cr3;
  44   struct list_head link;
  45 };
  46
  47
  48 struct backptr {
  49   addr_t ptr;
  50   struct list_head link;
  51 };
  52
  53
  54 struct shadow_page_data {
  55   addr_t ptr;
  56   addr_t guest_addr;
  57
  58   struct list_head backptrs;
  59   struct list_head guest_tables;
  60 };
  61
  62
  63
  64
  65 //DEFINE_HASHTABLE_INSERT(add_cr3_to_cache, addr_t, struct hashtable *);
  66 //DEFINE_HASHTABLE_SEARCH(find_cr3_in_cache, addr_t, struct hashtable *);
  67 //DEFINE_HASHTABLE_REMOVE(del_cr3_from_cache, addr_t, struct hashtable *, 0);
  68
  69
  70 DEFINE_HASHTABLE_INSERT(add_pte_map, addr_t, addr_t);
  71 DEFINE_HASHTABLE_SEARCH(find_pte_map, addr_t, addr_t);
  72 //DEFINE_HASHTABLE_REMOVE(del_pte_map, addr_t, addr_t, 0);
  73
  74
  75
  76 static uint_t pte_hash_fn(addr_t key) {
  77   return hash_long(key, 32);
  78 }
  79
  80 static int pte_equals(addr_t key1, addr_t key2) {
  81   return (key1 == key2);
  82 }
  83
  84 static addr_t create_new_shadow_pt();
  85 static void inject_guest_pf(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code);
  86 static int is_guest_pf(pt_access_status_t guest_access, pt_access_status_t shadow_access);
  87
  88
  89 #include "vmm_shadow_paging_32.h"
  90 #include "vmm_shadow_paging_32pae.h"
  91 #include "vmm_shadow_paging_64.h"
  92
  93
  94
  95 int v3_init_shadow_page_state(struct guest_info * info) {
  96   struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
  97
  98   state->guest_cr3 = 0;
  99   state->guest_cr0 = 0;
 100
 101   state->cached_ptes = NULL;
 102   state->cached_cr3 = 0;
 103
 104   return 0;
 105 }
 106
 107
 108
 109 // Reads the guest CR3 register
 110 // creates new shadow page tables
 111 // updates the shadow CR3 register to point to the new pts
 112 int v3_activate_shadow_pt(struct guest_info * info) {
 113   switch (info->cpu_mode) {
 114
 115   case PROTECTED:
 116     return activate_shadow_pt_32(info);
 117   case PROTECTED_PAE:
 118     return activate_shadow_pt_32pae(info);
 119   case LONG:
 120   case LONG_32_COMPAT:
 121   case LONG_16_COMPAT:
 122     return activate_shadow_pt_64(info);
 123   default:
 124     PrintError("Invalid CPU mode: %d\n", info->cpu_mode);
 125     return -1;
 126   }
 127
 128   return 0;
 129 }
 130
 131
 132 int v3_activate_passthrough_pt(struct guest_info * info) {
 133   // For now... But we need to change this....
 134   // As soon as shadow paging becomes active the passthrough tables are hosed
 135   // So this will cause chaos if it is called at that time
 136
 137   info->ctrl_regs.cr3 = *(addr_t*)&(info->direct_map_pt);
 138   //PrintError("Activate Passthrough Page tables not implemented\n");
 139   return 0;
 140 }
 141
 142
 143
 144 int v3_handle_shadow_pagefault(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
 145
 146   if (info->mem_mode == PHYSICAL_MEM) {
 147     // If paging is not turned on we need to handle the special cases
 148     return handle_special_page_fault(info, fault_addr, fault_addr, error_code);
 149   } else if (info->mem_mode == VIRTUAL_MEM) {
 150
 151     switch (info->cpu_mode) {
 152     case PROTECTED:
 153       return handle_shadow_pagefault_32(info, fault_addr, error_code);
 154       break;
 155     case PROTECTED_PAE:
 156       return handle_shadow_pagefault_32pae(info, fault_addr, error_code);
 157     case LONG:
 158       return handle_shadow_pagefault_64(info, fault_addr, error_code);
 159       break;
 160     default:
 161       PrintError("Unhandled CPU Mode\n");
 162       return -1;
 163     }
 164   } else {
 165     PrintError("Invalid Memory mode\n");
 166     return -1;
 167   }
 168 }
 169
 170
 171 int v3_handle_shadow_invlpg(struct guest_info * info) {
 172   uchar_t instr[15];
 173   struct x86_instr dec_instr;
 174   int ret = 0;
 175   addr_t vaddr = 0;
 176
 177   if (info->mem_mode != VIRTUAL_MEM) {
 178     // Paging must be turned on...
 179     // should handle with some sort of fault I think
 180     PrintError("ERROR: INVLPG called in non paged mode\n");
 181     return -1;
 182   }
 183
 184   if (info->mem_mode == PHYSICAL_MEM) {
 185     ret = read_guest_pa_memory(info, get_addr_linear(info, info->rip, &(info->segments.cs)), 15, instr);
 186   } else {
 187     ret = read_guest_va_memory(info, get_addr_linear(info, info->rip, &(info->segments.cs)), 15, instr);
 188   }
 189
 190   if (ret == -1) {
 191     PrintError("Could not read instruction into buffer\n");
 192     return -1;
 193   }
 194
 195   if (v3_decode(info, (addr_t)instr, &dec_instr) == -1) {
 196     PrintError("Decoding Error\n");
 197     return -1;
 198   }
 199
 200   if ((dec_instr.op_type != V3_OP_INVLPG) ||
 201       (dec_instr.num_operands != 1) ||
 202       (dec_instr.dst_operand.type != MEM_OPERAND)) {
 203     PrintError("Decoder Error: Not a valid INVLPG instruction...\n");
 204     return -1;
 205   }
 206
 207   vaddr = dec_instr.dst_operand.operand;
 208
 209   info->rip += dec_instr.instr_length;
 210
 211   switch (info->cpu_mode) {
 212   case PROTECTED:
 213     return handle_shadow_invlpg_32(info, vaddr);
 214   case PROTECTED_PAE:
 215     return handle_shadow_invlpg_32pae(info, vaddr);
 216   case LONG:
 217   case LONG_32_COMPAT:
 218   case LONG_16_COMPAT:
 219     return handle_shadow_invlpg_64(info, vaddr);
 220   default:
 221     PrintError("Invalid CPU mode: %d\n", info->cpu_mode);
 222     return -1;
 223   }
 224 }
 225
 226
 227
 228
 229 static addr_t create_new_shadow_pt() {
 230   void * host_pde = 0;
 231
 232   host_pde = V3_VAddr(V3_AllocPages(1));
 233   memset(host_pde, 0, PAGE_SIZE);
 234
 235   return (addr_t)host_pde;
 236 }
 237
 238
 239 static void inject_guest_pf(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
 240   if (info->enable_profiler) {
 241     info->profiler.guest_pf_cnt++;
 242   }
 243
 244   info->ctrl_regs.cr2 = fault_addr;
 245   v3_raise_exception_with_error(info, PF_EXCEPTION, *(uint_t *)&error_code);
 246 }
 247
 248
 249 static int is_guest_pf(pt_access_status_t guest_access, pt_access_status_t shadow_access) {
 250   /* basically the reasoning is that there can be multiple reasons for a page fault:
 251      If there is a permissions failure for a page present in the guest _BUT_
 252      the reason for the fault was that the page is not present in the shadow,
 253      _THEN_ we have to map the shadow page in and reexecute, this will generate
 254      a permissions fault which is _THEN_ valid to send to the guest
 255      _UNLESS_ both the guest and shadow have marked the page as not present
 256
 257      whew...
 258   */
 259   if (guest_access != PT_ACCESS_OK) {
 260     // Guest Access Error
 261
 262     if ((shadow_access != PT_ACCESS_NOT_PRESENT) &&
 263         (guest_access != PT_ACCESS_NOT_PRESENT)) {
 264       // aka (guest permission error)
 265       return 1;
 266     }
 267
 268     if ((shadow_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) &&
 269         (guest_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT)) {
 270       // Page tables completely blank, handle guest first
 271       return 1;
 272     }
 273
 274     // Otherwise we'll handle the guest fault later...?
 275   }
 276
 277   return 0;
 278 }
 279
 280