palacios/src/palacios/vmm_shadow_paging.c

   1 #include <palacios/vmm_shadow_paging.h>
   2
   3
   4 #include <palacios/vmm.h>
   5 #include <palacios/vm_guest_mem.h>
   6 #include <palacios/vmm_emulate.h>
   7
   8
   9
  10 int init_shadow_page_state(struct shadow_page_state * state) {
  11   state->guest_mode = PDE32;
  12   state->shadow_mode = PDE32;
  13
  14   state->guest_cr3 = 0;
  15   state->shadow_cr3 = 0;
  16
  17   return 0;
  18 }
  19
  20 int handle_shadow_pagefault(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
  21
  22   switch (info->cpu_mode) {
  23   case PROTECTED_PG:
  24     return handle_shadow_pagefault32(info, fault_addr, error_code);
  25     break;
  26   case PROTECTED_PAE_PG:
  27   case LONG_PG:
  28     // currently not handled
  29     return -1;
  30     break;
  31   case REAL:
  32   case PROTECTED:
  33   case PROTECTED_PAE:
  34   case LONG:
  35     // If paging is not turned on we need to handle the special cases
  36     return handle_special_page_fault(info, fault_addr, error_code);
  37     break;
  38   default:
  39     return -1;
  40   }
  41 }
  42
  43
  44 int handle_shadow_pagefault32(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
  45   pde32_t * guest_pde = NULL;
  46   pde32_t * shadow_pde = (pde32_t *)CR3_TO_PDE32(info->shdw_pg_state.shadow_cr3);
  47   addr_t guest_cr3 = CR3_TO_PDE32(info->shdw_pg_state.guest_cr3);
  48   pt_access_status_t guest_pde_access;
  49   pt_access_status_t shadow_pde_access;
  50   pde32_t * guest_pde_entry = NULL;
  51   pde32_t * shadow_pde_entry = (pde32_t *)&(shadow_pde[PDE32_INDEX(fault_addr)]);
  52
  53   if (guest_pa_to_host_va(info, guest_cr3, (addr_t*)&guest_pde) == -1) {
  54     PrintDebug("Invalid Guest PDE Address: 0x%x\n", guest_cr3);
  55     return -1;
  56   }
  57
  58
  59   guest_pde_entry = (pde32_t *)&(guest_pde[PDE32_INDEX(fault_addr)]);
  60
  61   // Check the guest page permissions
  62   guest_pde_access = can_access_pde32(guest_pde, fault_addr, error_code);
  63
  64   if (guest_pde_access != PT_ACCESS_OK) {
  65     // inject page fault to the guest (Guest PDE fault)
  66
  67     info->ctrl_regs.cr2 = fault_addr;
  68     raise_exception_with_error(info, PF_EXCEPTION, *(uint_t *)&error_code);
  69
  70     return 0;
  71   }
  72
  73   shadow_pde_access = can_access_pde32(shadow_pde, fault_addr, error_code);
  74
  75
  76   if (shadow_pde_access == PT_ENTRY_NOT_PRESENT) {
  77     pte32_t * shadow_pte = NULL;
  78
  79     V3_AllocPages(shadow_pte, 1);
  80     memset(shadow_pte, 0, PAGE_SIZE);
  81
  82     shadow_pde_entry->pt_base_addr = PD32_BASE_ADDR(shadow_pte);
  83
  84
  85     shadow_pde_entry->present = 1;
  86     shadow_pde_entry->user_page = guest_pde_entry->user_page;
  87
  88     // VMM Specific options
  89     shadow_pde_entry->write_through = 0;
  90     shadow_pde_entry->cache_disable = 0;
  91     shadow_pde_entry->global_page = 0;
  92     //
  93
  94     guest_pde_entry->accessed = 1;
  95
  96     if (guest_pde_entry->large_page == 0) {
  97       shadow_pde_entry->writable = guest_pde_entry->writable;
  98     } else {
  99       /*
 100        * Check the Intel manual because we are ignoring Large Page issues here
 101        * Also be wary of hooked pages
 102        */
 103     }
 104
 105   } else if (shadow_pde_access == PT_WRITE_ERROR) {
 106
 107     //
 108     // Page Directory Entry marked read-only
 109     //
 110
 111     PrintDebug("Shadow Paging Write Error\n");
 112     return -1;
 113   } else if (shadow_pde_access == PT_USER_ERROR) {
 114
 115     //
 116     // Page Directory Entry marked non-user
 117     //
 118
 119     PrintDebug("Shadow Paging User access error\n");
 120     return -1;
 121   } else if (shadow_pde_access == PT_ACCESS_OK) {
 122     pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *)PDE32_T_ADDR((*shadow_pde_entry));
 123     pte32_t * guest_pte = NULL;
 124
 125     // Page Table Entry fault
 126
 127     if (guest_pa_to_host_va(info, PDE32_T_ADDR((*guest_pde_entry)), (addr_t*)&guest_pte) == -1) {
 128       PrintDebug("Invalid Guest PTE Address: 0x%x\n", PDE32_T_ADDR((*guest_pde_entry)));
 129       // Machine check the guest
 130
 131       raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 132
 133       return 0;
 134     }
 135
 136
 137     if (handle_shadow_pte32_fault(info, fault_addr, error_code, shadow_pte, guest_pte)  == -1) {
 138       PrintDebug("Error handling Page fault caused by PTE\n");
 139       return -1;
 140     }
 141
 142  } else {
 143     // Unknown error raise page fault in guest
 144     info->ctrl_regs.cr2 = fault_addr;
 145     raise_exception_with_error(info, PF_EXCEPTION, *(uint_t *)&error_code);
 146
 147     // For debugging we will return an error here for the time being,
 148     // this probably shouldn't ever happen
 149     PrintDebug("Unknown Error occurred\n");
 150     PrintDebug("Manual Says to inject page fault into guest\n");
 151     return -1;
 152   }
 153
 154   PrintDebugPageTables(shadow_pde);
 155
 156   return 0;
 157 }
 158
 159
 160
 161 /*
 162  * We assume the the guest pte pointer has already been translated to a host virtual address
 163  */
 164 int handle_shadow_pte32_fault(struct guest_info * info,
 165                               addr_t fault_addr,
 166                               pf_error_t error_code,
 167                               pte32_t * shadow_pte,
 168                               pte32_t * guest_pte) {
 169
 170   pt_access_status_t guest_pte_access;
 171   pt_access_status_t shadow_pte_access;
 172   pte32_t * guest_pte_entry = (pte32_t *)&(guest_pte[PTE32_INDEX(fault_addr)]);;
 173   pte32_t * shadow_pte_entry = (pte32_t *)&(shadow_pte[PTE32_INDEX(fault_addr)]);
 174
 175
 176   // Check the guest page permissions
 177   guest_pte_access = can_access_pte32(guest_pte, fault_addr, error_code);
 178
 179
 180   if (guest_pte_access != PT_ACCESS_OK) {
 181     // Inject page fault into the guest
 182
 183     info->ctrl_regs.cr2 = fault_addr;
 184     raise_exception_with_error(info, PF_EXCEPTION, *(uint_t *)&error_code);
 185
 186     return 0;
 187   }
 188
 189
 190   shadow_pte_access = can_access_pte32(shadow_pte, fault_addr, error_code);
 191
 192   if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_OK) {
 193     // Inconsistent state...
 194     // Guest Re-Entry will flush page tables and everything should now work
 195     return 0;
 196   } else if (shadow_pte_access == PT_ENTRY_NOT_PRESENT) {
 197     addr_t shadow_pa;
 198     addr_t guest_pa = PTE32_T_ADDR((*guest_pte_entry));
 199
 200     // Page Table Entry Not Present
 201
 202     host_region_type_t host_page_type = get_shadow_addr_type(info, guest_pa);
 203
 204     if (host_page_type == HOST_REGION_INVALID) {
 205       // Inject a machine check in the guest
 206
 207       raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 208
 209       PrintDebug("Invalid Guest Address in page table (0x%x)\n", guest_pa);
 210       return 0;
 211
 212     } else if (host_page_type == HOST_REGION_PHYSICAL_MEMORY) {
 213
 214       shadow_pa = get_shadow_addr(info, guest_pa);
 215
 216       shadow_pte_entry->page_base_addr = PT32_BASE_ADDR(shadow_pa);
 217
 218       shadow_pte_entry->present = guest_pte_entry->present;
 219       shadow_pte_entry->user_page = guest_pte_entry->user_page;
 220
 221       //set according to VMM policy
 222       shadow_pte_entry->write_through = 0;
 223       shadow_pte_entry->cache_disable = 0;
 224       shadow_pte_entry->global_page = 0;
 225       //
 226
 227       guest_pte_entry->accessed = 1;
 228
 229       if (guest_pte_entry->dirty == 1) {
 230         shadow_pte_entry->writable = guest_pte_entry->writable;
 231       } else if ((guest_pte_entry->dirty == 0) && (error_code.write == 1)) {
 232         shadow_pte_entry->writable = guest_pte_entry->writable;
 233         guest_pte_entry->dirty = 1;
 234       } else if ((guest_pte_entry->dirty = 0) && (error_code.write == 0)) {
 235         shadow_pte_entry->writable = 0;
 236       }
 237     } else {
 238       // Page fault handled by hook functions
 239       if (handle_special_page_fault(info, fault_addr, error_code) == -1) {
 240         PrintDebug("Special Page fault handler returned error for address: %x\n", fault_addr);
 241         return -1;
 242       }
 243     }
 244
 245   } else if ((shadow_pte_access == PT_WRITE_ERROR) &&
 246              (guest_pte_entry->dirty == 0)) {
 247     guest_pte_entry->dirty = 1;
 248     shadow_pte_entry->writable = guest_pte_entry->writable;
 249
 250     return 0;
 251   } else {
 252     // Inject page fault into the guest
 253
 254     info->ctrl_regs.cr2 = fault_addr;
 255     raise_exception_with_error(info, PF_EXCEPTION, *(uint_t *)&error_code);
 256
 257     PrintDebug("PTE Page fault fell through... Not sure if this should ever happen\n");
 258     PrintDebug("Manual Says to inject page fault into guest\n");
 259     return -1;
 260   }
 261
 262   return 0;
 263 }
 264
 265
 266
 267 addr_t create_new_shadow_pt32(struct guest_info * info) {
 268   void * host_pde = 0;
 269
 270   V3_AllocPages(host_pde, 1);
 271   memset(host_pde, 0, PAGE_SIZE);
 272
 273   return (addr_t)host_pde;
 274 }
 275
 276
 277
 278 /* Currently Does not work with Segmentation!!! */
 279 int handle_shadow_invlpg(struct guest_info * info) {
 280   if (info->cpu_mode == PROTECTED_PG) {
 281     char instr[15];
 282     int ret;
 283     int index = 0;
 284
 285     ret = read_guest_va_memory(info, get_addr_linear(info, info->rip, &(info->segments.cs)), 15, instr);
 286     if (ret != 15) {
 287       PrintDebug("Could not read instruction 0x%x (ret=%d)\n", info->rip, ret);
 288       return -1;
 289     }
 290
 291
 292     /* Can INVLPG work with Segments?? */
 293     while (is_prefix_byte(instr[index])) {
 294       index++;
 295     }
 296
 297
 298     if ((instr[index] == (uchar_t)0x0f) &&
 299         (instr[index + 1] == (uchar_t)0x01)) {
 300
 301       addr_t first_operand;
 302       addr_t second_operand;
 303       operand_type_t addr_type;
 304
 305       index += 2;
 306
 307       addr_type = decode_operands32(&(info->vm_regs), instr + index, &index, &first_operand, &second_operand, REG32);
 308
 309       if (addr_type == MEM_OPERAND) {
 310         pde32_t * shadow_pd = (pde32_t *)CR3_TO_PDE32(info->shdw_pg_state.shadow_cr3);
 311         pde32_t * shadow_pde_entry = (pde32_t *)&shadow_pd[PDE32_INDEX(first_operand)];
 312
 313         //PrintDebug("PDE Index=%d\n", PDE32_INDEX(first_operand));
 314         //PrintDebug("FirstOperand = %x\n", first_operand);
 315
 316         if (shadow_pde_entry->large_page == 1) {
 317           shadow_pde_entry->present = 0;
 318         } else {
 319           if (shadow_pde_entry->present == 1) {
 320             pte32_t * shadow_pt = (pte32_t *)PDE32_T_ADDR((*shadow_pde_entry));
 321             pte32_t * shadow_pte_entry = (pte32_t *)&shadow_pt[PTE32_INDEX(first_operand)];
 322
 323             shadow_pte_entry->present = 0;
 324           }
 325         }
 326
 327         info->rip += index;
 328
 329       } else {
 330         PrintDebug("Invalid Operand type\n");
 331         return -1;
 332       }
 333     } else {
 334       PrintDebug("invalid Instruction Opcode\n");
 335       PrintTraceMemDump(instr, 15);
 336       return -1;
 337     }
 338   }
 339
 340   return 0;
 341 }
 342
 343
 344
 345 /* Deprecated */
 346 /*
 347 addr_t setup_shadow_pt32(struct guest_info * info, addr_t virt_cr3) {
 348   addr_t cr3_guest_addr = CR3_TO_PDE32(virt_cr3);
 349   pde32_t * guest_pde;
 350   pde32_t * host_pde = NULL;
 351   int i;
 352
 353   // Setup up guest_pde to point to the PageDir in host addr
 354   if (guest_pa_to_host_va(info, cr3_guest_addr, (addr_t*)&guest_pde) == -1) {
 355     return 0;
 356   }
 357
 358   V3_AllocPages(host_pde, 1);
 359   memset(host_pde, 0, PAGE_SIZE);
 360
 361   for (i = 0; i < MAX_PDE32_ENTRIES; i++) {
 362     if (guest_pde[i].present == 1) {
 363       addr_t pt_host_addr;
 364       addr_t host_pte;
 365
 366       if (guest_pa_to_host_va(info, PDE32_T_ADDR(guest_pde[i]), &pt_host_addr) == -1) {
 367         return 0;
 368       }
 369
 370       if ((host_pte = setup_shadow_pte32(info, pt_host_addr)) == 0) {
 371         return 0;
 372       }
 373
 374       host_pde[i].present = 1;
 375       host_pde[i].pt_base_addr = PD32_BASE_ADDR(host_pte);
 376
 377       //
 378       // Set Page DIR flags
 379       //
 380     }
 381   }
 382
 383   PrintDebugPageTables(host_pde);
 384
 385   return (addr_t)host_pde;
 386 }
 387
 388
 389
 390 addr_t setup_shadow_pte32(struct guest_info * info, addr_t pt_host_addr) {
 391   pte32_t * guest_pte = (pte32_t *)pt_host_addr;
 392   pte32_t * host_pte = NULL;
 393   int i;
 394
 395   V3_AllocPages(host_pte, 1);
 396   memset(host_pte, 0, PAGE_SIZE);
 397
 398   for (i = 0; i < MAX_PTE32_ENTRIES; i++) {
 399     if (guest_pte[i].present == 1) {
 400       addr_t guest_pa = PTE32_T_ADDR(guest_pte[i]);
 401       shadow_mem_type_t page_type;
 402       addr_t host_pa = 0;
 403
 404       page_type = get_shadow_addr_type(info, guest_pa);
 405
 406       if (page_type == HOST_REGION_PHYSICAL_MEMORY) {
 407         host_pa = get_shadow_addr(info, guest_pa);
 408       } else {
 409
 410         //
 411         // Setup various memory types
 412         //
 413       }
 414
 415       host_pte[i].page_base_addr = PT32_BASE_ADDR(host_pa);
 416       host_pte[i].present = 1;
 417     }
 418   }
 419
 420   return (addr_t)host_pte;
 421 }
 422
 423 */