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, (addr_t)V3_PAddr((void *)CR3_TO_PDE32(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(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, (addr_t)V3_PAddr((void *)(addr_t)CR3_TO_PDE32((void *)*(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((pde32_t *)CR3_TO_PDE32(*(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       //PrintDebugPageTables( (pde32_t *)CR3_TO_PDE32(*(uint_t*)shadow_cr3) );
 260     } else {
 261       PrintDebug("Reusing cached shadow Page table\n");
 262     }
 263
 264     shadow_cr3->pwt = guest_cr3->pwt;
 265     shadow_cr3->pcd = guest_cr3->pcd;
 266
 267     return 0;
 268 }
 269
 270 static int activate_shadow_pt_32pae(struct guest_info * info) {
 271   PrintError("Activating 32 bit PAE page tables not implemented\n");
 272   return -1;
 273 }
 274
 275 static int activate_shadow_pt_64(struct guest_info * info) {
 276   PrintError("Activating 64 bit page tables not implemented\n");
 277   return -1;
 278 }
 279
 280
 281 // Reads the guest CR3 register
 282 // creates new shadow page tables
 283 // updates the shadow CR3 register to point to the new pts
 284 int v3_activate_shadow_pt(struct guest_info * info) {
 285   switch (info->cpu_mode) {
 286
 287   case PROTECTED:
 288     return activate_shadow_pt_32(info);
 289   case PROTECTED_PAE:
 290     return activate_shadow_pt_32pae(info);
 291   case LONG:
 292   case LONG_32_COMPAT:
 293   case LONG_16_COMPAT:
 294     return activate_shadow_pt_64(info);
 295   default:
 296     PrintError("Invalid CPU mode: %d\n", info->cpu_mode);
 297     return -1;
 298   }
 299
 300   return 0;
 301 }
 302
 303
 304 int v3_handle_shadow_pagefault(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
 305
 306   if (info->mem_mode == PHYSICAL_MEM) {
 307     // If paging is not turned on we need to handle the special cases
 308
 309 #ifdef DEBUG_SHADOW_PAGING
 310     PrintPageTree(info->cpu_mode, fault_addr, info->ctrl_regs.cr3);
 311 #endif
 312
 313     return handle_special_page_fault(info, fault_addr, fault_addr, error_code);
 314   } else if (info->mem_mode == VIRTUAL_MEM) {
 315
 316     switch (info->cpu_mode) {
 317     case PROTECTED:
 318       return handle_shadow_pagefault32(info, fault_addr, error_code);
 319       break;
 320     case PROTECTED_PAE:
 321     case LONG:
 322     default:
 323       PrintError("Unhandled CPU Mode\n");
 324       return -1;
 325     }
 326   } else {
 327     PrintError("Invalid Memory mode\n");
 328     return -1;
 329   }
 330 }
 331
 332 addr_t v3_create_new_shadow_pt() {
 333   void * host_pde = 0;
 334
 335   host_pde = V3_VAddr(V3_AllocPages(1));
 336   memset(host_pde, 0, PAGE_SIZE);
 337
 338   return (addr_t)host_pde;
 339 }
 340
 341
 342 static void inject_guest_pf(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
 343   info->ctrl_regs.cr2 = fault_addr;
 344   v3_raise_exception_with_error(info, PF_EXCEPTION, *(uint_t *)&error_code);
 345 }
 346
 347
 348 static int is_guest_pf(pt_access_status_t guest_access, pt_access_status_t shadow_access) {
 349   /* basically the reasoning is that there can be multiple reasons for a page fault:
 350      If there is a permissions failure for a page present in the guest _BUT_
 351      the reason for the fault was that the page is not present in the shadow,
 352      _THEN_ we have to map the shadow page in and reexecute, this will generate
 353      a permissions fault which is _THEN_ valid to send to the guest
 354      _UNLESS_ both the guest and shadow have marked the page as not present
 355
 356      whew...
 357   */
 358   if (guest_access != PT_ACCESS_OK) {
 359     // Guest Access Error
 360
 361     if ((shadow_access != PT_ENTRY_NOT_PRESENT) &&
 362         (guest_access != PT_ENTRY_NOT_PRESENT)) {
 363       // aka (guest permission error)
 364       return 1;
 365     }
 366
 367     if ((shadow_access == PT_ENTRY_NOT_PRESENT) &&
 368         (guest_access == PT_ENTRY_NOT_PRESENT)) {
 369       // Page tables completely blank, handle guest first
 370       return 1;
 371     }
 372
 373     // Otherwise we'll handle the guest fault later...?
 374   }
 375
 376   return 0;
 377 }
 378
 379
 380
 381
 382 /* The guest status checks have already been done,
 383  * only special case shadow checks remain
 384  */
 385 static int handle_large_pagefault32(struct guest_info * info,
 386                                     addr_t fault_addr, pf_error_t error_code,
 387                                     pte32_t * shadow_pt, pde32_4MB_t * large_guest_pde)
 388 {
 389   pt_access_status_t shadow_pte_access = can_access_pte32(shadow_pt, fault_addr, error_code);
 390   pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *)&(shadow_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);
 391
 392   if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_OK) {
 393     // Inconsistent state...
 394     // Guest Re-Entry will flush tables and everything should now workd
 395     PrintDebug("Inconsistent state... Guest re-entry should flush tlb\n");
 396     return 0;
 397   }
 398
 399
 400   if (shadow_pte_access == PT_ENTRY_NOT_PRESENT) {
 401     // Get the guest physical address of the fault
 402     addr_t guest_fault_pa = PDE32_4MB_T_ADDR(*large_guest_pde) + PD32_4MB_PAGE_OFFSET(fault_addr);
 403     host_region_type_t host_page_type = get_shadow_addr_type(info, guest_fault_pa);
 404
 405
 406     if (host_page_type == HOST_REGION_INVALID) {
 407       // Inject a machine check in the guest
 408       PrintDebug("Invalid Guest Address in page table (0x%p)\n", (void *)guest_fault_pa);
 409       v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 410       return 0;
 411     }
 412
 413     if (host_page_type == HOST_REGION_PHYSICAL_MEMORY) {
 414       struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 415       addr_t shadow_pa = get_shadow_addr(info, guest_fault_pa);
 416
 417       shadow_pte->page_base_addr = PT32_BASE_ADDR(shadow_pa);
 418
 419       shadow_pte->present = 1;
 420
 421       /* We are assuming that the PDE entry has precedence
 422        * so the Shadow PDE will mirror the guest PDE settings,
 423        * and we don't have to worry about them here
 424        * Allow everything
 425        */
 426       shadow_pte->user_page = 1;
 427
 428       if (find_pte_map(state->cached_ptes, PT32_PAGE_ADDR(guest_fault_pa)) != NULL) {
 429         // Check if the entry is a page table...
 430         PrintDebug("Marking page as Guest Page Table (large page)\n");
 431         shadow_pte->vmm_info = PT32_GUEST_PT;
 432         shadow_pte->writable = 0;
 433       } else {
 434         shadow_pte->writable = 1;
 435       }
 436
 437
 438       //set according to VMM policy
 439       shadow_pte->write_through = 0;
 440       shadow_pte->cache_disable = 0;
 441       shadow_pte->global_page = 0;
 442       //
 443
 444     } else {
 445       // Handle hooked pages as well as other special pages
 446       if (handle_special_page_fault(info, fault_addr, guest_fault_pa, error_code) == -1) {
 447         PrintError("Special Page Fault handler returned error for address: %p\n", (void *)fault_addr);
 448         return -1;
 449       }
 450     }
 451   } else if ((shadow_pte_access == PT_WRITE_ERROR) &&
 452              (shadow_pte->vmm_info == PT32_GUEST_PT)) {
 453
 454     struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 455     PrintDebug("Write operation on Guest PAge Table Page (large page)\n");
 456     state->cached_cr3 = 0;
 457     shadow_pte->writable = 1;
 458
 459   } else {
 460     PrintError("Error in large page fault handler...\n");
 461     PrintError("This case should have been handled at the top level handler\n");
 462     return -1;
 463   }
 464
 465   PrintDebug("Returning from large page fault handler\n");
 466   return 0;
 467 }
 468
 469
 470 static int handle_shadow_pagefault32(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
 471   pde32_t * guest_pd = NULL;
 472   pde32_t * shadow_pd = (pde32_t *)CR3_TO_PDE32(info->ctrl_regs.cr3);
 473   addr_t guest_cr3 = (addr_t) V3_PAddr(CR3_TO_PDE32(info->shdw_pg_state.guest_cr3) );
 474   pt_access_status_t guest_pde_access;
 475   pt_access_status_t shadow_pde_access;
 476   pde32_t * guest_pde = NULL;
 477   pde32_t * shadow_pde = (pde32_t *)&(shadow_pd[PDE32_INDEX(fault_addr)]);
 478
 479   PrintDebug("Shadow page fault handler: %p\n", (void*) fault_addr );
 480
 481   if (guest_pa_to_host_va(info, guest_cr3, (addr_t*)&guest_pd) == -1) {
 482     PrintError("Invalid Guest PDE Address: 0x%p\n",  (void *)guest_cr3);
 483     return -1;
 484   }
 485
 486   guest_pde = (pde32_t *)&(guest_pd[PDE32_INDEX(fault_addr)]);
 487
 488
 489   // Check the guest page permissions
 490   guest_pde_access = can_access_pde32(guest_pd, fault_addr, error_code);
 491
 492   // Check the shadow page permissions
 493   shadow_pde_access = can_access_pde32(shadow_pd, fault_addr, error_code);
 494
 495   /* Was the page fault caused by the Guest's page tables? */
 496   if (is_guest_pf(guest_pde_access, shadow_pde_access) == 1) {
 497     PrintDebug("Injecting PDE pf to guest: (guest access error=%d) (pf error code=%d)\n",
 498                *(uint_t *)&guest_pde_access, *(uint_t *)&error_code);
 499     inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code);
 500     return 0;
 501   }
 502
 503
 504   if (shadow_pde_access == PT_ENTRY_NOT_PRESENT)
 505     {
 506       pte32_t * shadow_pt =  (pte32_t *)v3_create_new_shadow_pt();
 507
 508       shadow_pde->present = 1;
 509       shadow_pde->user_page = guest_pde->user_page;
 510       //    shadow_pde->large_page = guest_pde->large_page;
 511       shadow_pde->large_page = 0;
 512
 513
 514       // VMM Specific options
 515       shadow_pde->write_through = 0;
 516       shadow_pde->cache_disable = 0;
 517       shadow_pde->global_page = 0;
 518       //
 519
 520       guest_pde->accessed = 1;
 521
 522       shadow_pde->pt_base_addr = PD32_BASE_ADDR((addr_t)V3_PAddr(shadow_pt));
 523
 524       if (guest_pde->large_page == 0) {
 525         shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
 526       } else {
 527         // ??  What if guest pde is dirty a this point?
 528         ((pde32_4MB_t *)guest_pde)->dirty = 0;
 529         shadow_pde->writable = 0;
 530       }
 531     }
 532   else if (shadow_pde_access == PT_ACCESS_OK)
 533     {
 534       //
 535       // PTE fault
 536       //
 537       pte32_t * shadow_pt = (pte32_t *)V3_VAddr( (void*)(addr_t) PDE32_T_ADDR(*shadow_pde) );
 538
 539       if (guest_pde->large_page == 0) {
 540         pte32_t * guest_pt = NULL;
 541         if (guest_pa_to_host_va(info, PDE32_T_ADDR((*guest_pde)), (addr_t*)&guest_pt) == -1) {
 542           // Machine check the guest
 543           PrintDebug("Invalid Guest PTE Address: 0x%x\n", PDE32_T_ADDR((*guest_pde)));
 544           v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 545           return 0;
 546         }
 547
 548         if (handle_shadow_pte32_fault(info, fault_addr, error_code, shadow_pt, guest_pt)  == -1) {
 549           PrintError("Error handling Page fault caused by PTE\n");
 550           return -1;
 551         }
 552       } else if (guest_pde->large_page == 1) {
 553         if (handle_large_pagefault32(info, fault_addr, error_code, shadow_pt, (pde32_4MB_t *)guest_pde) == -1) {
 554           PrintError("Error handling large pagefault\n");
 555           return -1;
 556         }
 557       }
 558     }
 559   else if ((shadow_pde_access == PT_WRITE_ERROR) &&
 560            (guest_pde->large_page == 1) &&
 561            (((pde32_4MB_t *)guest_pde)->dirty == 0))
 562     {
 563       //
 564       // Page Directory Entry marked read-only
 565       // Its a large page and we need to update the dirty bit in the guest
 566       //
 567
 568       PrintDebug("Large page write error... Setting dirty bit and returning\n");
 569       ((pde32_4MB_t *)guest_pde)->dirty = 1;
 570       shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
 571       return 0;
 572
 573     }
 574   else if (shadow_pde_access == PT_USER_ERROR)
 575     {
 576       //
 577       // Page Directory Entry marked non-user
 578       //
 579       PrintDebug("Shadow Paging User access error (shadow_pde_access=0x%x, guest_pde_access=0x%x)\n",
 580                  shadow_pde_access, guest_pde_access);
 581       inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code);
 582       return 0;
 583     }
 584   else
 585     {
 586       // inject page fault in guest
 587       inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code);
 588       PrintDebug("Unknown Error occurred (shadow_pde_access=%d)\n", shadow_pde_access);
 589       PrintDebug("Manual Says to inject page fault into guest\n");
 590 #ifdef DEBUG_SHADOW_PAGING
 591       PrintDebug("Guest PDE: (access=%d)\n\t", guest_pde_access);
 592       PrintPDE32(fault_addr, guest_pde);
 593       PrintDebug("Shadow PDE: (access=%d)\n\t", shadow_pde_access);
 594       PrintPDE32(fault_addr, shadow_pde);
 595 #endif
 596
 597       return 0;
 598     }
 599
 600   PrintDebug("Returning end of PDE function (rip=%p)\n", (void *)(addr_t)(info->rip));
 601   return 0;
 602 }
 603
 604
 605
 606 /*
 607  * We assume the the guest pte pointer has already been translated to a host virtual address
 608  */
 609 static int handle_shadow_pte32_fault(struct guest_info * info,
 610                                      addr_t fault_addr,
 611                                      pf_error_t error_code,
 612                                      pte32_t * shadow_pt,
 613                                      pte32_t * guest_pt) {
 614
 615   pt_access_status_t guest_pte_access;
 616   pt_access_status_t shadow_pte_access;
 617   pte32_t * guest_pte = (pte32_t *)&(guest_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);;
 618   pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *)&(shadow_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);
 619
 620
 621   // Check the guest page permissions
 622   guest_pte_access = can_access_pte32(guest_pt, fault_addr, error_code);
 623
 624   // Check the shadow page permissions
 625   shadow_pte_access = can_access_pte32(shadow_pt, fault_addr, error_code);
 626
 627 #ifdef DEBUG_SHADOW_PAGING
 628   PrintDebug("Guest PTE: (access=%d)\n\t", guest_pte_access);
 629   PrintPTE32(fault_addr, guest_pte);
 630   PrintDebug("Shadow PTE: (access=%d)\n\t", shadow_pte_access);
 631   PrintPTE32(fault_addr, shadow_pte);
 632 #endif
 633
 634   /* Was the page fault caused by the Guest's page tables? */
 635   if (is_guest_pf(guest_pte_access, shadow_pte_access) == 1) {
 636     PrintDebug("Access error injecting pf to guest (guest access error=%d) (pf error code=%d)\n",
 637                guest_pte_access, *(uint_t*)&error_code);
 638     inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code);
 639     return 0;
 640   }
 641
 642
 643   if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_OK) {
 644     // Inconsistent state...
 645     // Guest Re-Entry will flush page tables and everything should now work
 646     PrintDebug("Inconsistent state... Guest re-entry should flush tlb\n");
 647     return 0;
 648   }
 649
 650
 651   if (shadow_pte_access == PT_ENTRY_NOT_PRESENT) {
 652
 653     addr_t guest_pa = PTE32_T_ADDR((*guest_pte)) +  PT32_PAGE_OFFSET(fault_addr);
 654
 655     // Page Table Entry Not Present
 656
 657     host_region_type_t host_page_type = get_shadow_addr_type(info, guest_pa);
 658
 659     if (host_page_type == HOST_REGION_INVALID) {
 660       // Inject a machine check in the guest
 661       PrintDebug("Invalid Guest Address in page table (0x%p)\n", (void *)guest_pa);
 662       v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 663       return 0;
 664     }
 665
 666     // else...
 667
 668     if (host_page_type == HOST_REGION_PHYSICAL_MEMORY) {
 669       struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 670       addr_t shadow_pa = get_shadow_addr(info, guest_pa);
 671
 672       shadow_pte->page_base_addr = PT32_BASE_ADDR(shadow_pa);
 673
 674       shadow_pte->present = guest_pte->present;
 675       shadow_pte->user_page = guest_pte->user_page;
 676
 677       //set according to VMM policy
 678       shadow_pte->write_through = 0;
 679       shadow_pte->cache_disable = 0;
 680       shadow_pte->global_page = 0;
 681       //
 682
 683       guest_pte->accessed = 1;
 684
 685       if (find_pte_map(state->cached_ptes, PT32_PAGE_ADDR(guest_pa)) != NULL) {
 686         // Check if the entry is a page table...
 687         PrintDebug("Marking page as Guest Page Table %d\n", shadow_pte->writable);
 688         shadow_pte->vmm_info = PT32_GUEST_PT;
 689       }
 690
 691       if (guest_pte->dirty == 1) {
 692         shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 693       } else if ((guest_pte->dirty == 0) && (error_code.write == 1)) {
 694         shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 695         guest_pte->dirty = 1;
 696
 697         if (shadow_pte->vmm_info == PT32_GUEST_PT) {
 698           // Well that was quick...
 699           struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 700           PrintDebug("Immediate Write operation on Guest PAge Table Page\n");
 701           state->cached_cr3 = 0;
 702         }
 703
 704       } else if ((guest_pte->dirty == 0) && (error_code.write == 0)) {  // was =
 705         shadow_pte->writable = 0;
 706       }
 707
 708
 709
 710     } else {
 711       // Page fault handled by hook functions
 712       if (handle_special_page_fault(info, fault_addr, guest_pa, error_code) == -1) {
 713         PrintError("Special Page fault handler returned error for address: %p\n",  (void *)fault_addr);
 714         return -1;
 715       }
 716     }
 717
 718   } else if ((shadow_pte_access == PT_WRITE_ERROR) &&
 719              (guest_pte->dirty == 0)) {
 720
 721     PrintDebug("Shadow PTE Write Error\n");
 722     guest_pte->dirty = 1;
 723     shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 724
 725     if (shadow_pte->vmm_info == PT32_GUEST_PT) {
 726       struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 727       PrintDebug("Write operation on Guest PAge Table Page\n");
 728       state->cached_cr3 = 0;
 729     }
 730
 731     return 0;
 732
 733   } else {
 734     // Inject page fault into the guest
 735     inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code);
 736     PrintError("PTE Page fault fell through... Not sure if this should ever happen\n");
 737     PrintError("Manual Says to inject page fault into guest\n");
 738     return -1;
 739   }
 740
 741   PrintDebug("Returning end of function\n");
 742   return 0;
 743 }
 744
 745
 746
 747
 748
 749
 750 /* Currently Does not work with Segmentation!!! */
 751 int v3_handle_shadow_invlpg(struct guest_info * info)
 752 {
 753   if (info->mem_mode != VIRTUAL_MEM) {
 754     // Paging must be turned on...
 755     // should handle with some sort of fault I think
 756     PrintError("ERROR: INVLPG called in non paged mode\n");
 757     return -1;
 758   }
 759
 760
 761   if (info->cpu_mode != PROTECTED) {
 762     return 0;
 763   }
 764
 765   uchar_t instr[15];
 766   int index = 0;
 767
 768   int ret = read_guest_va_memory(info, get_addr_linear(info, info->rip, &(info->segments.cs)), 15, instr);
 769   if (ret != 15) {
 770     PrintError("Could not read instruction 0x%p (ret=%d)\n",  (void *)(addr_t)(info->rip), ret);
 771     return -1;
 772   }
 773
 774
 775   /* Can INVLPG work with Segments?? */
 776   while (is_prefix_byte(instr[index])) {
 777     index++;
 778   }
 779
 780
 781   if( (instr[index + 0] != (uchar_t) 0x0f) ||
 782       (instr[index + 1] != (uchar_t) 0x01) ) {
 783     PrintError("invalid Instruction Opcode\n");
 784     PrintTraceMemDump(instr, 15);
 785     return -1;
 786   }
 787
 788   addr_t first_operand;
 789   addr_t second_operand;
 790   addr_t guest_cr3 = (addr_t)V3_PAddr( (void*)(addr_t) CR3_TO_PDE32(info->shdw_pg_state.guest_cr3) );
 791
 792   pde32_t * guest_pd = NULL;
 793
 794   if (guest_pa_to_host_va(info, guest_cr3, (addr_t*)&guest_pd) == -1) {
 795     PrintError("Invalid Guest PDE Address: 0x%p\n",  (void *)guest_cr3);
 796     return -1;
 797   }
 798
 799   index += 2;
 800
 801   v3_operand_type_t addr_type = decode_operands32(&(info->vm_regs), instr + index, &index, &first_operand, &second_operand, REG32);
 802
 803   if (addr_type != MEM_OPERAND) {
 804     PrintError("Invalid Operand type\n");
 805     return -1;
 806   }
 807
 808   pde32_t * shadow_pd = (pde32_t *)CR3_TO_PDE32(info->ctrl_regs.cr3);
 809   pde32_t * shadow_pde = (pde32_t *)&shadow_pd[PDE32_INDEX(first_operand)];
 810   pde32_t * guest_pde;
 811
 812   //PrintDebug("PDE Index=%d\n", PDE32_INDEX(first_operand));
 813   //PrintDebug("FirstOperand = %x\n", first_operand);
 814
 815   PrintDebug("Invalidating page for %p\n", (void *)first_operand);
 816
 817   guest_pde = (pde32_t *)&(guest_pd[PDE32_INDEX(first_operand)]);
 818
 819   if (guest_pde->large_page == 1) {
 820     shadow_pde->present = 0;
 821     PrintDebug("Invalidating Large Page\n");
 822   } else
 823     if (shadow_pde->present == 1) {
 824       pte32_t * shadow_pt = (pte32_t *)(addr_t)PDE32_T_ADDR((*shadow_pde));
 825       pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *) V3_VAddr( (void*) &shadow_pt[PTE32_INDEX(first_operand)] );
 826
 827 #ifdef DEBUG_SHADOW_PAGING
 828       PrintDebug("Setting not present\n");
 829       PrintPTE32(first_operand, shadow_pte );
 830 #endif
 831
 832       shadow_pte->present = 0;
 833     }
 834
 835   info->rip += index;
 836
 837   return 0;
 838 }
 839
 840
 841 /*
 842
 843
 844 static int create_pd32_nonaligned_4MB_page(struct guest_info * info, pte32_t * pt, addr_t guest_addr, pde32_4MB_t * large_shadow_pde) {
 845   uint_t i = 0;
 846   pte32_t * pte_cursor;
 847   addr_t guest_pa = 0;
 848
 849   for (i = 0; i < 1024; i++) {
 850     guest_pa = guest_addr + (PAGE_SIZE * i);
 851     host_region_type_t host_page_type = get_shadow_addr_type(info, guest_pa);
 852
 853     pte_cursor = &(pt[i]);
 854
 855     if (host_page_type == HOST_REGION_INVALID) {
 856       // Currently we don't support this, but in theory we could
 857       PrintError("Invalid Host Memory Type\n");
 858       return -1;
 859     } else if (host_page_type == HOST_REGION_PHYSICAL_MEMORY) {
 860       addr_t shadow_pa = get_shadow_addr(info, guest_pa);
 861
 862
 863       pte_cursor->page_base_addr = PT32_BASE_ADDR(shadow_pa);
 864       pte_cursor->present = 1;
 865       pte_cursor->writable = large_shadow_pde->writable;
 866       pte_cursor->user_page = large_shadow_pde->user_page;
 867       pte_cursor->write_through = 0;
 868       pte_cursor->cache_disable = 0;
 869       pte_cursor->global_page = 0;
 870
 871     } else {
 872       PrintError("Unsupported Host Memory Type\n");
 873       return -1;
 874     }
 875   }
 876   return 0;
 877 }
 878
 879
 880 static int handle_large_pagefault32(struct guest_info * info,
 881                                     pde32_t * guest_pde, pde32_t * shadow_pde,
 882                                     addr_t fault_addr, pf_error_t error_code ) {
 883   struct shadow_region * mem_reg;
 884   pde32_4MB_t * large_guest_pde = (pde32_4MB_t *)guest_pde;
 885   pde32_4MB_t * large_shadow_pde = (pde32_4MB_t *)shadow_pde;
 886   host_region_type_t host_page_type;
 887   addr_t guest_start_addr = PDE32_4MB_T_ADDR(*large_guest_pde);
 888   //    addr_t guest_end_addr = guest_start_addr + PAGE_SIZE_4MB; // start address + 4MB
 889
 890
 891   // Check that the Guest PDE entry points to valid memory
 892   // else Machine Check the guest
 893   PrintDebug("Large Page: Page Base Addr=%x\n", guest_start_addr);
 894
 895   host_page_type = get_shadow_addr_type(info, guest_start_addr);
 896
 897   if (host_page_type == HOST_REGION_INVALID) {
 898     PrintError("Invalid guest address in large page (0x%x)\n", guest_start_addr);
 899     v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 900     return -1;
 901   }
 902
 903   // else...
 904
 905   if (host_page_type == HOST_REGION_PHYSICAL_MEMORY) {
 906
 907     addr_t host_start_addr = 0;
 908     addr_t region_end_addr = 0;
 909
 910     // Check for a large enough region in host memory
 911     mem_reg = get_shadow_region_by_addr(&(info->mem_map), guest_start_addr);
 912     PrintDebug("Host region: host_addr=%x (guest_start=%x, end=%x)\n",
 913                mem_reg->host_addr, mem_reg->guest_start, mem_reg->guest_end);
 914     host_start_addr = mem_reg->host_addr + (guest_start_addr - mem_reg->guest_start);
 915     region_end_addr = mem_reg->host_addr + (mem_reg->guest_end - mem_reg->guest_start);
 916
 917     PrintDebug("Host Start Addr=%x; Region End Addr=%x\n", host_start_addr, region_end_addr);
 918
 919
 920     //4f
 921     if (large_guest_pde->dirty == 1) { // dirty
 922       large_shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
 923     } else if (error_code.write == 1) { // not dirty, access is write
 924       large_shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
 925       large_guest_pde->dirty = 1;
 926     } else { // not dirty, access is read
 927       large_shadow_pde->writable = 0;
 928     }
 929
 930
 931     // Check if the region is at least an additional 4MB
 932
 933
 934     //4b.
 935     if ((PD32_4MB_PAGE_OFFSET(host_start_addr) == 0) &&
 936         (region_end_addr >= host_start_addr + PAGE_SIZE_4MB)) {         // if 4MB boundary
 937       large_shadow_pde->page_base_addr = PD32_4MB_BASE_ADDR(host_start_addr);
 938     } else {      // else generate 4k pages
 939       pte32_t * shadow_pt = NULL;
 940       PrintDebug("Handling non aligned large page\n");
 941
 942       shadow_pde->large_page = 0;
 943
 944       shadow_pt = create_new_shadow_pt32();
 945
 946       if (create_pd32_nonaligned_4MB_page(info, shadow_pt, guest_start_addr, large_shadow_pde) == -1) {
 947         PrintError("Non Aligned Large Page Error\n");
 948         V3_Free(shadow_pt);
 949         return -1;
 950       }
 951
 952
 953 #ifdef DEBUG_SHADOW_PAGING
 954       PrintDebug("non-aligned Shadow PT\n");
 955       PrintPT32(PT32_PAGE_ADDR(fault_addr), shadow_pt);
 956 #endif
 957       shadow_pde->pt_base_addr = PD32_BASE_ADDR(shadow_pt);
 958     }
 959
 960   } else {
 961     // Handle hooked pages as well as other special pages
 962     if (handle_special_page_fault(info, fault_addr, guest_start_addr, error_code) == -1) {
 963       PrintError("Special Page Fault handler returned error for address: %x\n", fault_addr);
 964       return -1;
 965     }
 966   }
 967
 968   return 0;
 969 }
 970 */