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_pte32_fault(struct guest_info* info,
  78                                      addr_t fault_addr,
  79                                      pf_error_t error_code,
  80                                      pte32_t * shadow_pte,
  81                                      pte32_t * guest_pte);
  82
  83 static int handle_shadow_pagefault32(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code);
  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 v3_cache_page_tables32(info, CR3_TO_PDE32_PA(cr3));
 157   default:
 158     return -1;
 159   }
 160 }
 161
 162 int v3_cache_page_tables32(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)(PDE32_T_ADDR(tmp_pde[i])), &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)(PDE32_T_ADDR(tmp_pde[i])), pte_host_addr);
 203     }
 204   }
 205
 206   return 0;
 207
 208 }
 209
 210
 211
 212 int v3_replace_shdw_page32(struct guest_info * info, addr_t location, pte32_t * new_page, pte32_t * old_page) {
 213   pde32_t * shadow_pd = (pde32_t *)CR3_TO_PDE32_VA(info->ctrl_regs.cr3);
 214   pde32_t * shadow_pde =  (pde32_t *)&(shadow_pd[PDE32_INDEX(location)]);
 215
 216   if (shadow_pde->large_page == 0) {
 217     pte32_t * shadow_pt = (pte32_t *)(addr_t)PDE32_T_ADDR((*shadow_pde));
 218     pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *)&(shadow_pt[PTE32_INDEX(location)]);
 219
 220     //if (shadow_pte->present == 1) {
 221     *(uint_t *)old_page = *(uint_t *)shadow_pte;
 222     //}
 223
 224     *(uint_t *)shadow_pte = *(uint_t *)new_page;
 225
 226   } else {
 227     // currently unhandled
 228     return -1;
 229   }
 230
 231   return 0;
 232 }
 233
 234
 235
 236
 237
 238 static int activate_shadow_pt_32(struct guest_info * info) {
 239     struct cr3_32 * shadow_cr3 = (struct cr3_32 *)&(info->ctrl_regs.cr3);
 240     struct cr3_32 * guest_cr3 = (struct cr3_32 *)&(info->shdw_pg_state.guest_cr3);
 241     int cached = 0;
 242
 243     // Check if shadow page tables are in the cache
 244     cached = v3_cache_page_tables32(info, CR3_TO_PDE32_PA(*(addr_t *)guest_cr3));
 245
 246     if (cached == -1) {
 247       PrintError("CR3 Cache failed\n");
 248       return -1;
 249     } else if (cached == 0) {
 250       addr_t shadow_pt;
 251
 252       PrintDebug("New CR3 is different - flushing shadow page table %p\n", shadow_cr3 );
 253       delete_page_tables_32(CR3_TO_PDE32_VA(*(uint_t*)shadow_cr3));
 254
 255       shadow_pt = v3_create_new_shadow_pt();
 256
 257       shadow_cr3->pdt_base_addr = (addr_t)V3_PAddr((void *)(addr_t)PD32_BASE_ADDR(shadow_pt));
 258       PrintDebug( "Created new shadow page table %p\n", (void *)(addr_t)shadow_cr3->pdt_base_addr );
 259     } else {
 260       PrintDebug("Reusing cached shadow Page table\n");
 261     }
 262
 263     shadow_cr3->pwt = guest_cr3->pwt;
 264     shadow_cr3->pcd = guest_cr3->pcd;
 265
 266     return 0;
 267 }
 268
 269 static int activate_shadow_pt_32pae(struct guest_info * info) {
 270   PrintError("Activating 32 bit PAE page tables not implemented\n");
 271   return -1;
 272 }
 273
 274 static int activate_shadow_pt_64(struct guest_info * info) {
 275   PrintError("Activating 64 bit page tables not implemented\n");
 276   return -1;
 277 }
 278
 279
 280 // Reads the guest CR3 register
 281 // creates new shadow page tables
 282 // updates the shadow CR3 register to point to the new pts
 283 int v3_activate_shadow_pt(struct guest_info * info) {
 284   switch (info->cpu_mode) {
 285
 286   case PROTECTED:
 287     return activate_shadow_pt_32(info);
 288   case PROTECTED_PAE:
 289     return activate_shadow_pt_32pae(info);
 290   case LONG:
 291   case LONG_32_COMPAT:
 292   case LONG_16_COMPAT:
 293     return activate_shadow_pt_64(info);
 294   default:
 295     PrintError("Invalid CPU mode: %d\n", info->cpu_mode);
 296     return -1;
 297   }
 298
 299   return 0;
 300 }
 301
 302
 303 int v3_handle_shadow_pagefault(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
 304
 305   if (info->mem_mode == PHYSICAL_MEM) {
 306     // If paging is not turned on we need to handle the special cases
 307
 308 #ifdef DEBUG_SHADOW_PAGING
 309     PrintPageTree(info->cpu_mode, fault_addr, info->ctrl_regs.cr3);
 310 #endif
 311
 312     return handle_special_page_fault(info, fault_addr, fault_addr, error_code);
 313   } else if (info->mem_mode == VIRTUAL_MEM) {
 314
 315     switch (info->cpu_mode) {
 316     case PROTECTED:
 317       return handle_shadow_pagefault32(info, fault_addr, error_code);
 318       break;
 319     case PROTECTED_PAE:
 320     case LONG:
 321     default:
 322       PrintError("Unhandled CPU Mode\n");
 323       return -1;
 324     }
 325   } else {
 326     PrintError("Invalid Memory mode\n");
 327     return -1;
 328   }
 329 }
 330
 331 addr_t v3_create_new_shadow_pt() {
 332   void * host_pde = 0;
 333
 334   host_pde = V3_VAddr(V3_AllocPages(1));
 335   memset(host_pde, 0, PAGE_SIZE);
 336
 337   return (addr_t)host_pde;
 338 }
 339
 340
 341 static void inject_guest_pf(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
 342   info->ctrl_regs.cr2 = fault_addr;
 343   v3_raise_exception_with_error(info, PF_EXCEPTION, *(uint_t *)&error_code);
 344 }
 345
 346
 347 static int is_guest_pf(pt_access_status_t guest_access, pt_access_status_t shadow_access) {
 348   /* basically the reasoning is that there can be multiple reasons for a page fault:
 349      If there is a permissions failure for a page present in the guest _BUT_
 350      the reason for the fault was that the page is not present in the shadow,
 351      _THEN_ we have to map the shadow page in and reexecute, this will generate
 352      a permissions fault which is _THEN_ valid to send to the guest
 353      _UNLESS_ both the guest and shadow have marked the page as not present
 354
 355      whew...
 356   */
 357   if (guest_access != PT_ACCESS_OK) {
 358     // Guest Access Error
 359
 360     if ((shadow_access != PT_ENTRY_NOT_PRESENT) &&
 361         (guest_access != PT_ENTRY_NOT_PRESENT)) {
 362       // aka (guest permission error)
 363       return 1;
 364     }
 365
 366     if ((shadow_access == PT_ENTRY_NOT_PRESENT) &&
 367         (guest_access == PT_ENTRY_NOT_PRESENT)) {
 368       // Page tables completely blank, handle guest first
 369       return 1;
 370     }
 371
 372     // Otherwise we'll handle the guest fault later...?
 373   }
 374
 375   return 0;
 376 }
 377
 378
 379
 380
 381 /* The guest status checks have already been done,
 382  * only special case shadow checks remain
 383  */
 384 static int handle_large_pagefault32(struct guest_info * info,
 385                                     addr_t fault_addr, pf_error_t error_code,
 386                                     pte32_t * shadow_pt, pde32_4MB_t * large_guest_pde)
 387 {
 388   pt_access_status_t shadow_pte_access = can_access_pte32(shadow_pt, fault_addr, error_code);
 389   pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *)&(shadow_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);
 390
 391   if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_OK) {
 392     // Inconsistent state...
 393     // Guest Re-Entry will flush tables and everything should now workd
 394     PrintDebug("Inconsistent state... Guest re-entry should flush tlb\n");
 395     return 0;
 396   }
 397
 398
 399   if (shadow_pte_access == PT_ENTRY_NOT_PRESENT) {
 400     // Get the guest physical address of the fault
 401     addr_t guest_fault_pa = PDE32_4MB_T_ADDR(*large_guest_pde) + PD32_4MB_PAGE_OFFSET(fault_addr);
 402     host_region_type_t host_page_type = get_shadow_addr_type(info, guest_fault_pa);
 403
 404
 405     if (host_page_type == HOST_REGION_INVALID) {
 406       // Inject a machine check in the guest
 407       PrintDebug("Invalid Guest Address in page table (0x%p)\n", (void *)guest_fault_pa);
 408       v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 409       return 0;
 410     }
 411
 412     if (host_page_type == HOST_REGION_PHYSICAL_MEMORY) {
 413       struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 414       addr_t shadow_pa = get_shadow_addr(info, guest_fault_pa);
 415
 416       shadow_pte->page_base_addr = PT32_BASE_ADDR(shadow_pa);
 417
 418       shadow_pte->present = 1;
 419
 420       /* We are assuming that the PDE entry has precedence
 421        * so the Shadow PDE will mirror the guest PDE settings,
 422        * and we don't have to worry about them here
 423        * Allow everything
 424        */
 425       shadow_pte->user_page = 1;
 426
 427       if (find_pte_map(state->cached_ptes, PT32_PAGE_ADDR(guest_fault_pa)) != NULL) {
 428         // Check if the entry is a page table...
 429         PrintDebug("Marking page as Guest Page Table (large page)\n");
 430         shadow_pte->vmm_info = PT32_GUEST_PT;
 431         shadow_pte->writable = 0;
 432       } else {
 433         shadow_pte->writable = 1;
 434       }
 435
 436
 437       //set according to VMM policy
 438       shadow_pte->write_through = 0;
 439       shadow_pte->cache_disable = 0;
 440       shadow_pte->global_page = 0;
 441       //
 442
 443     } else {
 444       // Handle hooked pages as well as other special pages
 445       if (handle_special_page_fault(info, fault_addr, guest_fault_pa, error_code) == -1) {
 446         PrintError("Special Page Fault handler returned error for address: %p\n", (void *)fault_addr);
 447         return -1;
 448       }
 449     }
 450   } else if ((shadow_pte_access == PT_WRITE_ERROR) &&
 451              (shadow_pte->vmm_info == PT32_GUEST_PT)) {
 452
 453     struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 454     PrintDebug("Write operation on Guest PAge Table Page (large page)\n");
 455     state->cached_cr3 = 0;
 456     shadow_pte->writable = 1;
 457
 458   } else {
 459     PrintError("Error in large page fault handler...\n");
 460     PrintError("This case should have been handled at the top level handler\n");
 461     return -1;
 462   }
 463
 464   PrintDebug("Returning from large page fault handler\n");
 465   return 0;
 466 }
 467
 468
 469 static int handle_shadow_pagefault32(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
 470   pde32_t * guest_pd = NULL;
 471   pde32_t * shadow_pd = CR3_TO_PDE32_VA(info->ctrl_regs.cr3);
 472   addr_t guest_cr3 = CR3_TO_PDE32_PA(info->shdw_pg_state.guest_cr3);
 473   pt_access_status_t guest_pde_access;
 474   pt_access_status_t shadow_pde_access;
 475   pde32_t * guest_pde = NULL;
 476   pde32_t * shadow_pde = (pde32_t *)&(shadow_pd[PDE32_INDEX(fault_addr)]);
 477
 478   PrintDebug("Shadow page fault handler: %p\n", (void*) fault_addr );
 479
 480   if (guest_pa_to_host_va(info, guest_cr3, (addr_t*)&guest_pd) == -1) {
 481     PrintError("Invalid Guest PDE Address: 0x%p\n",  (void *)guest_cr3);
 482     return -1;
 483   }
 484
 485   guest_pde = (pde32_t *)&(guest_pd[PDE32_INDEX(fault_addr)]);
 486
 487
 488   // Check the guest page permissions
 489   guest_pde_access = can_access_pde32(guest_pd, fault_addr, error_code);
 490
 491   // Check the shadow page permissions
 492   shadow_pde_access = can_access_pde32(shadow_pd, fault_addr, error_code);
 493
 494   /* Was the page fault caused by the Guest's page tables? */
 495   if (is_guest_pf(guest_pde_access, shadow_pde_access) == 1) {
 496     PrintDebug("Injecting PDE pf to guest: (guest access error=%d) (pf error code=%d)\n",
 497                *(uint_t *)&guest_pde_access, *(uint_t *)&error_code);
 498     inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code);
 499     return 0;
 500   }
 501
 502
 503   if (shadow_pde_access == PT_ENTRY_NOT_PRESENT)
 504     {
 505       pte32_t * shadow_pt =  (pte32_t *)v3_create_new_shadow_pt();
 506
 507       shadow_pde->present = 1;
 508       shadow_pde->user_page = guest_pde->user_page;
 509       //    shadow_pde->large_page = guest_pde->large_page;
 510       shadow_pde->large_page = 0;
 511
 512
 513       // VMM Specific options
 514       shadow_pde->write_through = 0;
 515       shadow_pde->cache_disable = 0;
 516       shadow_pde->global_page = 0;
 517       //
 518
 519       guest_pde->accessed = 1;
 520
 521       shadow_pde->pt_base_addr = PD32_BASE_ADDR((addr_t)V3_PAddr(shadow_pt));
 522
 523       if (guest_pde->large_page == 0) {
 524         shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
 525       } else {
 526         // ??  What if guest pde is dirty a this point?
 527         ((pde32_4MB_t *)guest_pde)->dirty = 0;
 528         shadow_pde->writable = 0;
 529       }
 530     }
 531   else if (shadow_pde_access == PT_ACCESS_OK)
 532     {
 533       //
 534       // PTE fault
 535       //
 536       pte32_t * shadow_pt = (pte32_t *)V3_VAddr( (void*)(addr_t) PDE32_T_ADDR(*shadow_pde) );
 537
 538       if (guest_pde->large_page == 0) {
 539         pte32_t * guest_pt = NULL;
 540         if (guest_pa_to_host_va(info, PDE32_T_ADDR((*guest_pde)), (addr_t*)&guest_pt) == -1) {
 541           // Machine check the guest
 542           PrintDebug("Invalid Guest PTE Address: 0x%x\n", PDE32_T_ADDR((*guest_pde)));
 543           v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 544           return 0;
 545         }
 546
 547         if (handle_shadow_pte32_fault(info, fault_addr, error_code, shadow_pt, guest_pt)  == -1) {
 548           PrintError("Error handling Page fault caused by PTE\n");
 549           return -1;
 550         }
 551       } else if (guest_pde->large_page == 1) {
 552         if (handle_large_pagefault32(info, fault_addr, error_code, shadow_pt, (pde32_4MB_t *)guest_pde) == -1) {
 553           PrintError("Error handling large pagefault\n");
 554           return -1;
 555         }
 556       }
 557     }
 558   else if ((shadow_pde_access == PT_WRITE_ERROR) &&
 559            (guest_pde->large_page == 1) &&
 560            (((pde32_4MB_t *)guest_pde)->dirty == 0))
 561     {
 562       //
 563       // Page Directory Entry marked read-only
 564       // Its a large page and we need to update the dirty bit in the guest
 565       //
 566
 567       PrintDebug("Large page write error... Setting dirty bit and returning\n");
 568       ((pde32_4MB_t *)guest_pde)->dirty = 1;
 569       shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
 570       return 0;
 571
 572     }
 573   else if (shadow_pde_access == PT_USER_ERROR)
 574     {
 575       //
 576       // Page Directory Entry marked non-user
 577       //
 578       PrintDebug("Shadow Paging User access error (shadow_pde_access=0x%x, guest_pde_access=0x%x)\n",
 579                  shadow_pde_access, guest_pde_access);
 580       inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code);
 581       return 0;
 582     }
 583   else
 584     {
 585       // inject page fault in guest
 586       inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code);
 587       PrintDebug("Unknown Error occurred (shadow_pde_access=%d)\n", shadow_pde_access);
 588       PrintDebug("Manual Says to inject page fault into guest\n");
 589 #ifdef DEBUG_SHADOW_PAGING
 590       PrintDebug("Guest PDE: (access=%d)\n\t", guest_pde_access);
 591       PrintPDE32(fault_addr, guest_pde);
 592       PrintDebug("Shadow PDE: (access=%d)\n\t", shadow_pde_access);
 593       PrintPDE32(fault_addr, shadow_pde);
 594 #endif
 595
 596       return 0;
 597     }
 598
 599   PrintDebug("Returning end of PDE function (rip=%p)\n", (void *)(addr_t)(info->rip));
 600   return 0;
 601 }
 602
 603
 604
 605 /*
 606  * We assume the the guest pte pointer has already been translated to a host virtual address
 607  */
 608 static int handle_shadow_pte32_fault(struct guest_info * info,
 609                                      addr_t fault_addr,
 610                                      pf_error_t error_code,
 611                                      pte32_t * shadow_pt,
 612                                      pte32_t * guest_pt) {
 613
 614   pt_access_status_t guest_pte_access;
 615   pt_access_status_t shadow_pte_access;
 616   pte32_t * guest_pte = (pte32_t *)&(guest_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);;
 617   pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *)&(shadow_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);
 618
 619
 620   // Check the guest page permissions
 621   guest_pte_access = can_access_pte32(guest_pt, fault_addr, error_code);
 622
 623   // Check the shadow page permissions
 624   shadow_pte_access = can_access_pte32(shadow_pt, fault_addr, error_code);
 625
 626 #ifdef DEBUG_SHADOW_PAGING
 627   PrintDebug("Guest PTE: (access=%d)\n\t", guest_pte_access);
 628   PrintPTE32(fault_addr, guest_pte);
 629   PrintDebug("Shadow PTE: (access=%d)\n\t", shadow_pte_access);
 630   PrintPTE32(fault_addr, shadow_pte);
 631 #endif
 632
 633   /* Was the page fault caused by the Guest's page tables? */
 634   if (is_guest_pf(guest_pte_access, shadow_pte_access) == 1) {
 635     PrintDebug("Access error injecting pf to guest (guest access error=%d) (pf error code=%d)\n",
 636                guest_pte_access, *(uint_t*)&error_code);
 637     inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code);
 638     return 0;
 639   }
 640
 641
 642   if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_OK) {
 643     // Inconsistent state...
 644     // Guest Re-Entry will flush page tables and everything should now work
 645     PrintDebug("Inconsistent state... Guest re-entry should flush tlb\n");
 646     return 0;
 647   }
 648
 649
 650   if (shadow_pte_access == PT_ENTRY_NOT_PRESENT) {
 651
 652     addr_t guest_pa = PTE32_T_ADDR((*guest_pte)) +  PT32_PAGE_OFFSET(fault_addr);
 653
 654     // Page Table Entry Not Present
 655
 656     host_region_type_t host_page_type = get_shadow_addr_type(info, guest_pa);
 657
 658     if (host_page_type == HOST_REGION_INVALID) {
 659       // Inject a machine check in the guest
 660       PrintDebug("Invalid Guest Address in page table (0x%p)\n", (void *)guest_pa);
 661       v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 662       return 0;
 663     }
 664
 665     // else...
 666
 667     if (host_page_type == HOST_REGION_PHYSICAL_MEMORY) {
 668       struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 669       addr_t shadow_pa = get_shadow_addr(info, guest_pa);
 670
 671       shadow_pte->page_base_addr = PT32_BASE_ADDR(shadow_pa);
 672
 673       shadow_pte->present = guest_pte->present;
 674       shadow_pte->user_page = guest_pte->user_page;
 675
 676       //set according to VMM policy
 677       shadow_pte->write_through = 0;
 678       shadow_pte->cache_disable = 0;
 679       shadow_pte->global_page = 0;
 680       //
 681
 682       guest_pte->accessed = 1;
 683
 684       if (find_pte_map(state->cached_ptes, PT32_PAGE_ADDR(guest_pa)) != NULL) {
 685         // Check if the entry is a page table...
 686         PrintDebug("Marking page as Guest Page Table %d\n", shadow_pte->writable);
 687         shadow_pte->vmm_info = PT32_GUEST_PT;
 688       }
 689
 690       if (guest_pte->dirty == 1) {
 691         shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 692       } else if ((guest_pte->dirty == 0) && (error_code.write == 1)) {
 693         shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 694         guest_pte->dirty = 1;
 695
 696         if (shadow_pte->vmm_info == PT32_GUEST_PT) {
 697           // Well that was quick...
 698           struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 699           PrintDebug("Immediate Write operation on Guest PAge Table Page\n");
 700           state->cached_cr3 = 0;
 701         }
 702
 703       } else if ((guest_pte->dirty == 0) && (error_code.write == 0)) {  // was =
 704         shadow_pte->writable = 0;
 705       }
 706
 707
 708
 709     } else {
 710       // Page fault handled by hook functions
 711       if (handle_special_page_fault(info, fault_addr, guest_pa, error_code) == -1) {
 712         PrintError("Special Page fault handler returned error for address: %p\n",  (void *)fault_addr);
 713         return -1;
 714       }
 715     }
 716
 717   } else if ((shadow_pte_access == PT_WRITE_ERROR) &&
 718              (guest_pte->dirty == 0)) {
 719
 720     PrintDebug("Shadow PTE Write Error\n");
 721     guest_pte->dirty = 1;
 722     shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 723
 724     if (shadow_pte->vmm_info == PT32_GUEST_PT) {
 725       struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 726       PrintDebug("Write operation on Guest PAge Table Page\n");
 727       state->cached_cr3 = 0;
 728     }
 729
 730     return 0;
 731
 732   } else {
 733     // Inject page fault into the guest
 734     inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code);
 735     PrintError("PTE Page fault fell through... Not sure if this should ever happen\n");
 736     PrintError("Manual Says to inject page fault into guest\n");
 737     return -1;
 738   }
 739
 740   PrintDebug("Returning end of function\n");
 741   return 0;
 742 }
 743
 744
 745
 746
 747
 748
 749 /* Currently Does not work with Segmentation!!! */
 750 int v3_handle_shadow_invlpg(struct guest_info * info)
 751 {
 752   if (info->mem_mode != VIRTUAL_MEM) {
 753     // Paging must be turned on...
 754     // should handle with some sort of fault I think
 755     PrintError("ERROR: INVLPG called in non paged mode\n");
 756     return -1;
 757   }
 758
 759
 760   if (info->cpu_mode != PROTECTED) {
 761     return 0;
 762   }
 763
 764   uchar_t instr[15];
 765   int index = 0;
 766
 767   int ret = read_guest_va_memory(info, get_addr_linear(info, info->rip, &(info->segments.cs)), 15, instr);
 768   if (ret != 15) {
 769     PrintError("Could not read instruction 0x%p (ret=%d)\n",  (void *)(addr_t)(info->rip), ret);
 770     return -1;
 771   }
 772
 773
 774   /* Can INVLPG work with Segments?? */
 775   while (is_prefix_byte(instr[index])) {
 776     index++;
 777   }
 778
 779
 780   if( (instr[index + 0] != (uchar_t) 0x0f) ||
 781       (instr[index + 1] != (uchar_t) 0x01) ) {
 782     PrintError("invalid Instruction Opcode\n");
 783     PrintTraceMemDump(instr, 15);
 784     return -1;
 785   }
 786
 787   addr_t first_operand;
 788   addr_t second_operand;
 789   addr_t guest_cr3 =  CR3_TO_PDE32_PA(info->shdw_pg_state.guest_cr3);
 790
 791   pde32_t * guest_pd = NULL;
 792
 793   if (guest_pa_to_host_va(info, guest_cr3, (addr_t*)&guest_pd) == -1) {
 794     PrintError("Invalid Guest PDE Address: 0x%p\n",  (void *)guest_cr3);
 795     return -1;
 796   }
 797
 798   index += 2;
 799
 800   v3_operand_type_t addr_type = decode_operands32(&(info->vm_regs), instr + index, &index, &first_operand, &second_operand, REG32);
 801
 802   if (addr_type != MEM_OPERAND) {
 803     PrintError("Invalid Operand type\n");
 804     return -1;
 805   }
 806
 807   pde32_t * shadow_pd = (pde32_t *)CR3_TO_PDE32_VA(info->ctrl_regs.cr3);
 808   pde32_t * shadow_pde = (pde32_t *)&shadow_pd[PDE32_INDEX(first_operand)];
 809   pde32_t * guest_pde;
 810
 811   //PrintDebug("PDE Index=%d\n", PDE32_INDEX(first_operand));
 812   //PrintDebug("FirstOperand = %x\n", first_operand);
 813
 814   PrintDebug("Invalidating page for %p\n", (void *)first_operand);
 815
 816   guest_pde = (pde32_t *)&(guest_pd[PDE32_INDEX(first_operand)]);
 817
 818   if (guest_pde->large_page == 1) {
 819     shadow_pde->present = 0;
 820     PrintDebug("Invalidating Large Page\n");
 821   } else
 822     if (shadow_pde->present == 1) {
 823       pte32_t * shadow_pt = (pte32_t *)(addr_t)PDE32_T_ADDR((*shadow_pde));
 824       pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *) V3_VAddr( (void*) &shadow_pt[PTE32_INDEX(first_operand)] );
 825
 826 #ifdef DEBUG_SHADOW_PAGING
 827       PrintDebug("Setting not present\n");
 828       PrintPTE32(first_operand, shadow_pte );
 829 #endif
 830
 831       shadow_pte->present = 0;
 832     }
 833
 834   info->rip += index;
 835
 836   return 0;
 837 }
 838
 839
 840 /*
 841
 842
 843 static int create_pd32_nonaligned_4MB_page(struct guest_info * info, pte32_t * pt, addr_t guest_addr, pde32_4MB_t * large_shadow_pde) {
 844   uint_t i = 0;
 845   pte32_t * pte_cursor;
 846   addr_t guest_pa = 0;
 847
 848   for (i = 0; i < 1024; i++) {
 849     guest_pa = guest_addr + (PAGE_SIZE * i);
 850     host_region_type_t host_page_type = get_shadow_addr_type(info, guest_pa);
 851
 852     pte_cursor = &(pt[i]);
 853
 854     if (host_page_type == HOST_REGION_INVALID) {
 855       // Currently we don't support this, but in theory we could
 856       PrintError("Invalid Host Memory Type\n");
 857       return -1;
 858     } else if (host_page_type == HOST_REGION_PHYSICAL_MEMORY) {
 859       addr_t shadow_pa = get_shadow_addr(info, guest_pa);
 860
 861
 862       pte_cursor->page_base_addr = PT32_BASE_ADDR(shadow_pa);
 863       pte_cursor->present = 1;
 864       pte_cursor->writable = large_shadow_pde->writable;
 865       pte_cursor->user_page = large_shadow_pde->user_page;
 866       pte_cursor->write_through = 0;
 867       pte_cursor->cache_disable = 0;
 868       pte_cursor->global_page = 0;
 869
 870     } else {
 871       PrintError("Unsupported Host Memory Type\n");
 872       return -1;
 873     }
 874   }
 875   return 0;
 876 }
 877
 878
 879 static int handle_large_pagefault32(struct guest_info * info,
 880                                     pde32_t * guest_pde, pde32_t * shadow_pde,
 881                                     addr_t fault_addr, pf_error_t error_code ) {
 882   struct shadow_region * mem_reg;
 883   pde32_4MB_t * large_guest_pde = (pde32_4MB_t *)guest_pde;
 884   pde32_4MB_t * large_shadow_pde = (pde32_4MB_t *)shadow_pde;
 885   host_region_type_t host_page_type;
 886   addr_t guest_start_addr = PDE32_4MB_T_ADDR(*large_guest_pde);
 887   //    addr_t guest_end_addr = guest_start_addr + PAGE_SIZE_4MB; // start address + 4MB
 888
 889
 890   // Check that the Guest PDE entry points to valid memory
 891   // else Machine Check the guest
 892   PrintDebug("Large Page: Page Base Addr=%x\n", guest_start_addr);
 893
 894   host_page_type = get_shadow_addr_type(info, guest_start_addr);
 895
 896   if (host_page_type == HOST_REGION_INVALID) {
 897     PrintError("Invalid guest address in large page (0x%x)\n", guest_start_addr);
 898     v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 899     return -1;
 900   }
 901
 902   // else...
 903
 904   if (host_page_type == HOST_REGION_PHYSICAL_MEMORY) {
 905
 906     addr_t host_start_addr = 0;
 907     addr_t region_end_addr = 0;
 908
 909     // Check for a large enough region in host memory
 910     mem_reg = get_shadow_region_by_addr(&(info->mem_map), guest_start_addr);
 911     PrintDebug("Host region: host_addr=%x (guest_start=%x, end=%x)\n",
 912                mem_reg->host_addr, mem_reg->guest_start, mem_reg->guest_end);
 913     host_start_addr = mem_reg->host_addr + (guest_start_addr - mem_reg->guest_start);
 914     region_end_addr = mem_reg->host_addr + (mem_reg->guest_end - mem_reg->guest_start);
 915
 916     PrintDebug("Host Start Addr=%x; Region End Addr=%x\n", host_start_addr, region_end_addr);
 917
 918
 919     //4f
 920     if (large_guest_pde->dirty == 1) { // dirty
 921       large_shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
 922     } else if (error_code.write == 1) { // not dirty, access is write
 923       large_shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
 924       large_guest_pde->dirty = 1;
 925     } else { // not dirty, access is read
 926       large_shadow_pde->writable = 0;
 927     }
 928
 929
 930     // Check if the region is at least an additional 4MB
 931
 932
 933     //4b.
 934     if ((PD32_4MB_PAGE_OFFSET(host_start_addr) == 0) &&
 935         (region_end_addr >= host_start_addr + PAGE_SIZE_4MB)) {         // if 4MB boundary
 936       large_shadow_pde->page_base_addr = PD32_4MB_BASE_ADDR(host_start_addr);
 937     } else {      // else generate 4k pages
 938       pte32_t * shadow_pt = NULL;
 939       PrintDebug("Handling non aligned large page\n");
 940
 941       shadow_pde->large_page = 0;
 942
 943       shadow_pt = create_new_shadow_pt32();
 944
 945       if (create_pd32_nonaligned_4MB_page(info, shadow_pt, guest_start_addr, large_shadow_pde) == -1) {
 946         PrintError("Non Aligned Large Page Error\n");
 947         V3_Free(shadow_pt);
 948         return -1;
 949       }
 950
 951
 952 #ifdef DEBUG_SHADOW_PAGING
 953       PrintDebug("non-aligned Shadow PT\n");
 954       PrintPT32(PT32_PAGE_ADDR(fault_addr), shadow_pt);
 955 #endif
 956       shadow_pde->pt_base_addr = PD32_BASE_ADDR(shadow_pt);
 957     }
 958
 959   } else {
 960     // Handle hooked pages as well as other special pages
 961     if (handle_special_page_fault(info, fault_addr, guest_start_addr, error_code) == -1) {
 962       PrintError("Special Page Fault handler returned error for address: %x\n", fault_addr);
 963       return -1;
 964     }
 965   }
 966
 967   return 0;
 968 }
 969 */