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 shadow_page_data {
  43   v3_reg_t cr3;
  44   addr_t page_pa;
  45
  46   struct list_head page_list_node;
  47 };
  48
  49
  50 DEFINE_HASHTABLE_INSERT(add_pte_map, addr_t, addr_t);
  51 DEFINE_HASHTABLE_SEARCH(find_pte_map, addr_t, addr_t);
  52 //DEFINE_HASHTABLE_REMOVE(del_pte_map, addr_t, addr_t, 0);
  53
  54
  55
  56 static uint_t pte_hash_fn(addr_t key) {
  57   return hash_long(key, 32);
  58 }
  59
  60 static int pte_equals(addr_t key1, addr_t key2) {
  61   return (key1 == key2);
  62 }
  63
  64 static struct shadow_page_data * create_new_shadow_pt(struct guest_info * info);
  65 static void inject_guest_pf(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code);
  66 static int is_guest_pf(pt_access_status_t guest_access, pt_access_status_t shadow_access);
  67
  68
  69 #include "vmm_shadow_paging_32.h"
  70 #include "vmm_shadow_paging_32pae.h"
  71 #include "vmm_shadow_paging_64.h"
  72
  73
  74
  75 int v3_init_shadow_page_state(struct guest_info * info) {
  76   struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
  77
  78   state->guest_cr3 = 0;
  79   state->guest_cr0 = 0;
  80
  81   INIT_LIST_HEAD(&(state->page_list));
  82
  83   state->cached_ptes = NULL;
  84   state->cached_cr3 = 0;
  85
  86   return 0;
  87 }
  88
  89
  90
  91 // Reads the guest CR3 register
  92 // creates new shadow page tables
  93 // updates the shadow CR3 register to point to the new pts
  94 int v3_activate_shadow_pt(struct guest_info * info) {
  95   switch (info->cpu_mode) {
  96
  97   case PROTECTED:
  98     return activate_shadow_pt_32(info);
  99   case PROTECTED_PAE:
 100     return activate_shadow_pt_32pae(info);
 101   case LONG:
 102   case LONG_32_COMPAT:
 103   case LONG_16_COMPAT:
 104     return activate_shadow_pt_64(info);
 105   default:
 106     PrintError("Invalid CPU mode: %s\n", v3_cpu_mode_to_str(info->cpu_mode));
 107     return -1;
 108   }
 109
 110   return 0;
 111 }
 112
 113
 114 int v3_activate_passthrough_pt(struct guest_info * info) {
 115   // For now... But we need to change this....
 116   // As soon as shadow paging becomes active the passthrough tables are hosed
 117   // So this will cause chaos if it is called at that time
 118
 119   info->ctrl_regs.cr3 = *(addr_t*)&(info->direct_map_pt);
 120   //PrintError("Activate Passthrough Page tables not implemented\n");
 121   return 0;
 122 }
 123
 124
 125
 126 int v3_handle_shadow_pagefault(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
 127
 128   if (info->mem_mode == PHYSICAL_MEM) {
 129     // If paging is not turned on we need to handle the special cases
 130     return handle_special_page_fault(info, fault_addr, fault_addr, error_code);
 131   } else if (info->mem_mode == VIRTUAL_MEM) {
 132
 133     switch (info->cpu_mode) {
 134     case PROTECTED:
 135       return handle_shadow_pagefault_32(info, fault_addr, error_code);
 136       break;
 137     case PROTECTED_PAE:
 138       return handle_shadow_pagefault_32pae(info, fault_addr, error_code);
 139     case LONG:
 140     case LONG_32_COMPAT:
 141     case LONG_16_COMPAT:
 142       return handle_shadow_pagefault_64(info, fault_addr, error_code);
 143       break;
 144     default:
 145       PrintError("Unhandled CPU Mode: %s\n", v3_cpu_mode_to_str(info->cpu_mode));
 146       return -1;
 147     }
 148   } else {
 149     PrintError("Invalid Memory mode\n");
 150     return -1;
 151   }
 152 }
 153
 154
 155 int v3_handle_shadow_invlpg(struct guest_info * info) {
 156   uchar_t instr[15];
 157   struct x86_instr dec_instr;
 158   int ret = 0;
 159   addr_t vaddr = 0;
 160
 161   if (info->mem_mode != VIRTUAL_MEM) {
 162     // Paging must be turned on...
 163     // should handle with some sort of fault I think
 164     PrintError("ERROR: INVLPG called in non paged mode\n");
 165     return -1;
 166   }
 167
 168   if (info->mem_mode == PHYSICAL_MEM) {
 169     ret = read_guest_pa_memory(info, get_addr_linear(info, info->rip, &(info->segments.cs)), 15, instr);
 170   } else {
 171     ret = read_guest_va_memory(info, get_addr_linear(info, info->rip, &(info->segments.cs)), 15, instr);
 172   }
 173
 174   if (ret == -1) {
 175     PrintError("Could not read instruction into buffer\n");
 176     return -1;
 177   }
 178
 179   if (v3_decode(info, (addr_t)instr, &dec_instr) == -1) {
 180     PrintError("Decoding Error\n");
 181     return -1;
 182   }
 183
 184   if ((dec_instr.op_type != V3_OP_INVLPG) ||
 185       (dec_instr.num_operands != 1) ||
 186       (dec_instr.dst_operand.type != MEM_OPERAND)) {
 187     PrintError("Decoder Error: Not a valid INVLPG instruction...\n");
 188     return -1;
 189   }
 190
 191   vaddr = dec_instr.dst_operand.operand;
 192
 193   info->rip += dec_instr.instr_length;
 194
 195   switch (info->cpu_mode) {
 196   case PROTECTED:
 197     return handle_shadow_invlpg_32(info, vaddr);
 198   case PROTECTED_PAE:
 199     return handle_shadow_invlpg_32pae(info, vaddr);
 200   case LONG:
 201   case LONG_32_COMPAT:
 202   case LONG_16_COMPAT:
 203     return handle_shadow_invlpg_64(info, vaddr);
 204   default:
 205     PrintError("Invalid CPU mode: %s\n", v3_cpu_mode_to_str(info->cpu_mode));
 206     return -1;
 207   }
 208 }
 209
 210
 211
 212
 213 static struct shadow_page_data * create_new_shadow_pt(struct guest_info * info) {
 214   struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 215   v3_reg_t cur_cr3 = info->ctrl_regs.cr3;
 216   struct shadow_page_data * page_tail = NULL;
 217   addr_t shdw_page = 0;
 218
 219   if (!list_empty(&(state->page_list))) {
 220     page_tail = list_tail_entry(&(state->page_list), struct shadow_page_data, page_list_node);
 221
 222     if (page_tail->cr3 != cur_cr3) {
 223       PrintDebug("Reusing old shadow Page: %p (cur_CR3=%p)(page_cr3=%p) \n",
 224                  (void *) page_tail->page_pa, (void *)cur_cr3, (void *)(page_tail->cr3));
 225
 226       list_move(&(page_tail->page_list_node), &(state->page_list));
 227
 228       memset(V3_VAddr((void *)(page_tail->page_pa)), 0, PAGE_SIZE_4KB);
 229
 230
 231       return page_tail;
 232     }
 233   }
 234
 235   // else
 236
 237   page_tail = (struct shadow_page_data *)V3_Malloc(sizeof(struct shadow_page_data));
 238   page_tail->page_pa = (addr_t)V3_AllocPages(1);
 239
 240   PrintDebug("Allocating new shadow Page: %p (cur_cr3=%p)\n", (void *)page_tail->page_pa, (void *)cur_cr3);
 241
 242   page_tail->cr3 = cur_cr3;
 243   list_add(&(page_tail->page_list_node), &(state->page_list));
 244
 245   shdw_page = (addr_t)V3_VAddr((void *)(page_tail->page_pa));
 246   memset((void *)shdw_page, 0, PAGE_SIZE_4KB);
 247
 248   return page_tail;
 249 }
 250
 251
 252 static void inject_guest_pf(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
 253   if (info->enable_profiler) {
 254     info->profiler.guest_pf_cnt++;
 255   }
 256
 257   info->ctrl_regs.cr2 = fault_addr;
 258   v3_raise_exception_with_error(info, PF_EXCEPTION, *(uint_t *)&error_code);
 259 }
 260
 261
 262 static int is_guest_pf(pt_access_status_t guest_access, pt_access_status_t shadow_access) {
 263   /* basically the reasoning is that there can be multiple reasons for a page fault:
 264      If there is a permissions failure for a page present in the guest _BUT_
 265      the reason for the fault was that the page is not present in the shadow,
 266      _THEN_ we have to map the shadow page in and reexecute, this will generate
 267      a permissions fault which is _THEN_ valid to send to the guest
 268      _UNLESS_ both the guest and shadow have marked the page as not present
 269
 270      whew...
 271   */
 272   if (guest_access != PT_ACCESS_OK) {
 273     // Guest Access Error
 274
 275     if ((shadow_access != PT_ACCESS_NOT_PRESENT) &&
 276         (guest_access != PT_ACCESS_NOT_PRESENT)) {
 277       // aka (guest permission error)
 278       return 1;
 279     }
 280
 281     if ((shadow_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) &&
 282         (guest_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT)) {
 283       // Page tables completely blank, handle guest first
 284       return 1;
 285     }
 286
 287     // Otherwise we'll handle the guest fault later...?
 288   }
 289
 290   return 0;
 291 }
 292
 293