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_pagefault_32(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code);
  78 static int handle_shadow_pagefault_32pae(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code);
  79 static int handle_shadow_pagefault_64(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code);
  80
  81
  82 static int cache_page_tables_32(struct guest_info * info, addr_t pde);
  83
  84 int v3_init_shadow_page_state(struct guest_info * info) {
  85   struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
  86
  87   state->guest_cr3 = 0;
  88   state->guest_cr0 = 0;
  89
  90   state->cr3_cache = create_hashtable(0, &cr3_hash_fn, &cr3_equals);
  91
  92   state->cached_cr3 = 0;
  93   state->cached_ptes = NULL;
  94
  95   return 0;
  96 }
  97
  98
  99
 100
 101 /*
 102  For now we'll do something a little more lightweight
 103 int cache_page_tables32(struct guest_info * info, addr_t pde) {
 104   struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 105   addr_t pde_host_addr;
 106   pde32_t * tmp_pde;
 107   struct hashtable * pte_cache = NULL;
 108   int i = 0;
 109
 110
 111   pte_cache = (struct hashtable *)find_cr3_in_cache(state->cr3_cache, pde);
 112   if (pte_cache != NULL) {
 113     PrintError("CR3 already present in cache\n");
 114     state->current_ptes = pte_cache;
 115     return 1;
 116   } else {
 117     PrintError("Creating new CR3 cache entry\n");
 118     pte_cache = create_hashtable(0, &pte_hash_fn, &pte_equals);
 119     state->current_ptes = pte_cache;
 120     add_cr3_to_cache(state->cr3_cache, pde, pte_cache);
 121   }
 122
 123   if (guest_pa_to_host_va(info, pde, &pde_host_addr) == -1) {
 124     PrintError("Could not lookup host address of guest PDE\n");
 125     return -1;
 126   }
 127
 128   tmp_pde = (pde32_t *)pde_host_addr;
 129
 130   add_pte_map(pte_cache, pde, pde_host_addr);
 131
 132
 133   for (i = 0; i < MAX_PDE32_ENTRIES; i++) {
 134     if ((tmp_pde[i].present) && (tmp_pde[i].large_page == 0)) {
 135       addr_t pte_host_addr;
 136
 137       if (guest_pa_to_host_va(info, (addr_t)(PDE32_T_ADDR(tmp_pde[i])), &pte_host_addr) == -1) {
 138         PrintError("Could not lookup host address of guest PDE\n");
 139         return -1;
 140       }
 141
 142       add_pte_map(pte_cache, (addr_t)(PDE32_T_ADDR(tmp_pde[i])), pte_host_addr);
 143     }
 144   }
 145
 146
 147   return 0;
 148 }
 149 */
 150
 151
 152 int v3_cache_page_tables(struct guest_info * info, addr_t cr3) {
 153   switch(v3_get_cpu_mode(info)) {
 154   case PROTECTED:
 155     return cache_page_tables_32(info, CR3_TO_PDE32_PA(cr3));
 156   default:
 157     return -1;
 158   }
 159 }
 160
 161 static int cache_page_tables_32(struct guest_info * info, addr_t pde) {
 162   struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 163   addr_t pde_host_addr;
 164   pde32_t * tmp_pde;
 165   struct hashtable * pte_cache = NULL;
 166   int i = 0;
 167
 168   if (pde == state->cached_cr3) {
 169     return 1;
 170   }
 171
 172   if (state->cached_ptes != NULL) {
 173     hashtable_destroy(state->cached_ptes, 0, 0);
 174     state->cached_ptes = NULL;
 175   }
 176
 177   state->cached_cr3 = pde;
 178
 179   pte_cache = create_hashtable(0, &pte_hash_fn, &pte_equals);
 180   state->cached_ptes = pte_cache;
 181
 182   if (guest_pa_to_host_va(info, pde, &pde_host_addr) == -1) {
 183     PrintError("Could not lookup host address of guest PDE\n");
 184     return -1;
 185   }
 186
 187   tmp_pde = (pde32_t *)pde_host_addr;
 188
 189   add_pte_map(pte_cache, pde, pde_host_addr);
 190
 191
 192   for (i = 0; i < MAX_PDE32_ENTRIES; i++) {
 193     if ((tmp_pde[i].present) && (tmp_pde[i].large_page == 0)) {
 194       addr_t pte_host_addr;
 195
 196       if (guest_pa_to_host_va(info, (addr_t)(BASE_TO_PAGE_ADDR(tmp_pde[i].pt_base_addr)), &pte_host_addr) == -1) {
 197         PrintError("Could not lookup host address of guest PDE\n");
 198         return -1;
 199       }
 200
 201       add_pte_map(pte_cache, (addr_t)(BASE_TO_PAGE_ADDR(tmp_pde[i].pt_base_addr)), pte_host_addr);
 202     }
 203   }
 204
 205   return 0;
 206
 207 }
 208
 209
 210
 211 int v3_replace_shdw_page32(struct guest_info * info, addr_t location, pte32_t * new_page, pte32_t * old_page) {
 212   pde32_t * shadow_pd = (pde32_t *)CR3_TO_PDE32_VA(info->ctrl_regs.cr3);
 213   pde32_t * shadow_pde =  (pde32_t *)&(shadow_pd[PDE32_INDEX(location)]);
 214
 215   if (shadow_pde->large_page == 0) {
 216     pte32_t * shadow_pt = (pte32_t *)(addr_t)BASE_TO_PAGE_ADDR(shadow_pde->pt_base_addr);
 217     pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *)&(shadow_pt[PTE32_INDEX(location)]);
 218
 219     //if (shadow_pte->present == 1) {
 220     *(uint_t *)old_page = *(uint_t *)shadow_pte;
 221     //}
 222
 223     *(uint_t *)shadow_pte = *(uint_t *)new_page;
 224
 225   } else {
 226     // currently unhandled
 227     PrintError("Replacing large shadow pages not implemented\n");
 228     return -1;
 229   }
 230
 231   return 0;
 232 }
 233
 234
 235
 236
 237
 238 // We assume that shdw_pg_state.guest_cr3 is pointing to the page tables we want to activate
 239 // We also assume that the CPU mode has not changed during this page table transition
 240 static int activate_shadow_pt_32(struct guest_info * info) {
 241   struct cr3_32 * shadow_cr3 = (struct cr3_32 *)&(info->ctrl_regs.cr3);
 242   struct cr3_32 * guest_cr3 = (struct cr3_32 *)&(info->shdw_pg_state.guest_cr3);
 243   int cached = 0;
 244
 245   // Check if shadow page tables are in the cache
 246   cached = cache_page_tables_32(info, CR3_TO_PDE32_PA(*(addr_t *)guest_cr3));
 247
 248   if (cached == -1) {
 249     PrintError("CR3 Cache failed\n");
 250     return -1;
 251   } else if (cached == 0) {
 252     addr_t shadow_pt;
 253
 254     PrintDebug("New CR3 is different - flushing shadow page table %p\n", shadow_cr3 );
 255     delete_page_tables_32(CR3_TO_PDE32_VA(*(uint_t*)shadow_cr3));
 256
 257     shadow_pt = v3_create_new_shadow_pt();
 258
 259     shadow_cr3->pdt_base_addr = (addr_t)V3_PAddr((void *)(addr_t)PAGE_BASE_ADDR(shadow_pt));
 260     PrintDebug( "Created new shadow page table %p\n", (void *)(addr_t)shadow_cr3->pdt_base_addr );
 261   } else {
 262     PrintDebug("Reusing cached shadow Page table\n");
 263   }
 264
 265   shadow_cr3->pwt = guest_cr3->pwt;
 266   shadow_cr3->pcd = guest_cr3->pcd;
 267
 268   return 0;
 269 }
 270
 271 static int activate_shadow_pt_32pae(struct guest_info * info) {
 272   PrintError("Activating 32 bit PAE page tables not implemented\n");
 273   return -1;
 274 }
 275
 276 static int activate_shadow_pt_64(struct guest_info * info) {
 277   struct cr3_64 * shadow_cr3 = (struct cr3_64 *)&(info->ctrl_regs.cr3);
 278   struct cr3_64 * guest_cr3 = (struct cr3_64 *)&(info->shdw_pg_state.guest_cr3);
 279   int cached = 0;
 280
 281   return -1;
 282   // Check if shadow page tables are in the cache
 283   cached = cache_page_tables_64(info, CR3_TO_PDE32_PA(*(addr_t *)guest_cr3));
 284
 285   if (cached == -1) {
 286     PrintError("CR3 Cache failed\n");
 287     return -1;
 288   } else if (cached == 0) {
 289     addr_t shadow_pt;
 290
 291     PrintDebug("New CR3 is different - flushing shadow page table %p\n", shadow_cr3 );
 292     delete_page_tables_32(CR3_TO_PDE32_VA(*(uint_t*)shadow_cr3));
 293
 294     shadow_pt = v3_create_new_shadow_pt();
 295
 296     shadow_cr3->pdt_base_addr = (addr_t)V3_PAddr((void *)(addr_t)PAGE_BASE_ADDR(shadow_pt));
 297     PrintDebug( "Created new shadow page table %p\n", (void *)(addr_t)shadow_cr3->pdt_base_addr );
 298   } else {
 299     PrintDebug("Reusing cached shadow Page table\n");
 300   }
 301
 302   shadow_cr3->pwt = guest_cr3->pwt;
 303   shadow_cr3->pcd = guest_cr3->pcd;
 304
 305   return 0;
 306 }
 307
 308
 309 // Reads the guest CR3 register
 310 // creates new shadow page tables
 311 // updates the shadow CR3 register to point to the new pts
 312 int v3_activate_shadow_pt(struct guest_info * info) {
 313   switch (info->cpu_mode) {
 314
 315   case PROTECTED:
 316     return activate_shadow_pt_32(info);
 317   case PROTECTED_PAE:
 318     return activate_shadow_pt_32pae(info);
 319   case LONG:
 320   case LONG_32_COMPAT:
 321   case LONG_16_COMPAT:
 322     return activate_shadow_pt_64(info);
 323   default:
 324     PrintError("Invalid CPU mode: %d\n", info->cpu_mode);
 325     return -1;
 326   }
 327
 328   return 0;
 329 }
 330
 331
 332 int v3_activate_passthrough_pt(struct guest_info * info) {
 333   // For now... But we need to change this....
 334   // As soon as shadow paging becomes active the passthrough tables are hosed
 335   // So this will cause chaos if it is called at that time
 336
 337   info->ctrl_regs.cr3 = *(addr_t*)&(info->direct_map_pt);
 338   //PrintError("Activate Passthrough Page tables not implemented\n");
 339   return 0;
 340 }
 341
 342
 343
 344 int v3_handle_shadow_pagefault(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
 345
 346   if (info->mem_mode == PHYSICAL_MEM) {
 347     // If paging is not turned on we need to handle the special cases
 348
 349 #ifdef DEBUG_SHADOW_PAGING
 350     PrintPageTree(info->cpu_mode, fault_addr, info->ctrl_regs.cr3);
 351 #endif
 352
 353     return handle_special_page_fault(info, fault_addr, fault_addr, error_code);
 354   } else if (info->mem_mode == VIRTUAL_MEM) {
 355
 356     switch (info->cpu_mode) {
 357     case PROTECTED:
 358       return handle_shadow_pagefault_32(info, fault_addr, error_code);
 359       break;
 360     case PROTECTED_PAE:
 361       return handle_shadow_pagefault_32pae(info, fault_addr, error_code);
 362     case LONG:
 363       return handle_shadow_pagefault_64(info, fault_addr, error_code);
 364       break;
 365     default:
 366       PrintError("Unhandled CPU Mode\n");
 367       return -1;
 368     }
 369   } else {
 370     PrintError("Invalid Memory mode\n");
 371     return -1;
 372   }
 373 }
 374
 375 addr_t v3_create_new_shadow_pt() {
 376   void * host_pde = 0;
 377
 378   host_pde = V3_VAddr(V3_AllocPages(1));
 379   memset(host_pde, 0, PAGE_SIZE);
 380
 381   return (addr_t)host_pde;
 382 }
 383
 384
 385 static void inject_guest_pf(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
 386   info->ctrl_regs.cr2 = fault_addr;
 387   v3_raise_exception_with_error(info, PF_EXCEPTION, *(uint_t *)&error_code);
 388 }
 389
 390
 391 static int is_guest_pf(pt_access_status_t guest_access, pt_access_status_t shadow_access) {
 392   /* basically the reasoning is that there can be multiple reasons for a page fault:
 393      If there is a permissions failure for a page present in the guest _BUT_
 394      the reason for the fault was that the page is not present in the shadow,
 395      _THEN_ we have to map the shadow page in and reexecute, this will generate
 396      a permissions fault which is _THEN_ valid to send to the guest
 397      _UNLESS_ both the guest and shadow have marked the page as not present
 398
 399      whew...
 400   */
 401   if (guest_access != PT_ACCESS_OK) {
 402     // Guest Access Error
 403
 404     if ((shadow_access != PT_ACCESS_NOT_PRESENT) &&
 405         (guest_access != PT_ACCESS_NOT_PRESENT)) {
 406       // aka (guest permission error)
 407       return 1;
 408     }
 409
 410     if ((shadow_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) &&
 411         (guest_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT)) {
 412       // Page tables completely blank, handle guest first
 413       return 1;
 414     }
 415
 416     // Otherwise we'll handle the guest fault later...?
 417   }
 418
 419   return 0;
 420 }
 421
 422
 423
 424
 425 /*
 426  * *
 427  * *
 428  * * 64 bit Page table fault handlers
 429  * *
 430  * *
 431  */
 432
 433 static int handle_shadow_pagefault_64(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
 434   pt_access_status_t guest_access;
 435   pt_access_status_t shadow_access;
 436   int ret;
 437   PrintDebug("64 bit shadow page fault\n");
 438
 439   ret = v3_check_guest_pt_32(info, info->shdw_pg_state.guest_cr3, fault_addr, error_code, &guest_access);
 440
 441   PrintDebug("Guest Access Check: %d (access=%d)\n", ret, guest_access);
 442
 443   ret = v3_check_host_pt_32(info->ctrl_regs.cr3, fault_addr, error_code, &shadow_access);
 444
 445   PrintDebug("Shadow Access Check: %d (access=%d)\n", ret, shadow_access);
 446
 447
 448   PrintError("64 bit shadow paging not implemented\n");
 449   return -1;
 450 }
 451
 452
 453 /*
 454  * *
 455  * *
 456  * * 32 bit PAE  Page table fault handlers
 457  * *
 458  * *
 459  */
 460
 461 static int handle_shadow_pagefault_32pae(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
 462   PrintError("32 bit PAE shadow paging not implemented\n");
 463   return -1;
 464 }
 465
 466
 467
 468
 469
 470
 471
 472 /*
 473  * *
 474  * *
 475  * * 32 bit Page table fault handlers
 476  * *
 477  * *
 478  */
 479 static int handle_large_pagefault_32(struct guest_info * info,
 480                                     addr_t fault_addr, pf_error_t error_code,
 481                                      pte32_t * shadow_pt, pde32_4MB_t * large_guest_pde);
 482
 483 static int handle_shadow_pte32_fault(struct guest_info * info,
 484                                      addr_t fault_addr,
 485                                      pf_error_t error_code,
 486                                      pte32_t * shadow_pt,
 487                                      pte32_t * guest_pt);
 488
 489
 490 static int handle_shadow_pagefault_32(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
 491   pde32_t * guest_pd = NULL;
 492   pde32_t * shadow_pd = CR3_TO_PDE32_VA(info->ctrl_regs.cr3);
 493   addr_t guest_cr3 = CR3_TO_PDE32_PA(info->shdw_pg_state.guest_cr3);
 494   pt_access_status_t guest_pde_access;
 495   pt_access_status_t shadow_pde_access;
 496   pde32_t * guest_pde = NULL;
 497   pde32_t * shadow_pde = (pde32_t *)&(shadow_pd[PDE32_INDEX(fault_addr)]);
 498
 499   PrintDebug("Shadow page fault handler: %p\n", (void*) fault_addr );
 500
 501   if (guest_pa_to_host_va(info, guest_cr3, (addr_t*)&guest_pd) == -1) {
 502     PrintError("Invalid Guest PDE Address: 0x%p\n",  (void *)guest_cr3);
 503     return -1;
 504   }
 505
 506   guest_pde = (pde32_t *)&(guest_pd[PDE32_INDEX(fault_addr)]);
 507
 508
 509   // Check the guest page permissions
 510   guest_pde_access = v3_can_access_pde32(guest_pd, fault_addr, error_code);
 511
 512   // Check the shadow page permissions
 513   shadow_pde_access = v3_can_access_pde32(shadow_pd, fault_addr, error_code);
 514
 515   /* Was the page fault caused by the Guest's page tables? */
 516   if (is_guest_pf(guest_pde_access, shadow_pde_access) == 1) {
 517     PrintDebug("Injecting PDE pf to guest: (guest access error=%d) (pf error code=%d)\n",
 518                *(uint_t *)&guest_pde_access, *(uint_t *)&error_code);
 519     inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code);
 520     return 0;
 521   }
 522
 523
 524   if (shadow_pde_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT)
 525     {
 526       pte32_t * shadow_pt =  (pte32_t *)v3_create_new_shadow_pt();
 527
 528       shadow_pde->present = 1;
 529       shadow_pde->user_page = guest_pde->user_page;
 530       //    shadow_pde->large_page = guest_pde->large_page;
 531       shadow_pde->large_page = 0;
 532
 533
 534       // VMM Specific options
 535       shadow_pde->write_through = 0;
 536       shadow_pde->cache_disable = 0;
 537       shadow_pde->global_page = 0;
 538       //
 539
 540       guest_pde->accessed = 1;
 541
 542       shadow_pde->pt_base_addr = PAGE_BASE_ADDR((addr_t)V3_PAddr(shadow_pt));
 543
 544       if (guest_pde->large_page == 0) {
 545         shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
 546       } else {
 547         // ??  What if guest pde is dirty a this point?
 548         ((pde32_4MB_t *)guest_pde)->dirty = 0;
 549         shadow_pde->writable = 0;
 550       }
 551     }
 552   else if (shadow_pde_access == PT_ACCESS_OK)
 553     {
 554       //
 555       // PTE fault
 556       //
 557       pte32_t * shadow_pt = (pte32_t *)V3_VAddr( (void*)(addr_t) BASE_TO_PAGE_ADDR(shadow_pde->pt_base_addr) );
 558
 559       if (guest_pde->large_page == 0) {
 560         pte32_t * guest_pt = NULL;
 561         if (guest_pa_to_host_va(info, BASE_TO_PAGE_ADDR(guest_pde->pt_base_addr), (addr_t*)&guest_pt) == -1) {
 562           // Machine check the guest
 563           PrintDebug("Invalid Guest PTE Address: 0x%p\n", (void *)BASE_TO_PAGE_ADDR(guest_pde->pt_base_addr));
 564           v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 565           return 0;
 566         }
 567
 568         if (handle_shadow_pte32_fault(info, fault_addr, error_code, shadow_pt, guest_pt)  == -1) {
 569           PrintError("Error handling Page fault caused by PTE\n");
 570           return -1;
 571         }
 572       } else if (guest_pde->large_page == 1) {
 573         if (handle_large_pagefault_32(info, fault_addr, error_code, shadow_pt, (pde32_4MB_t *)guest_pde) == -1) {
 574           PrintError("Error handling large pagefault\n");
 575           return -1;
 576         }
 577       }
 578     }
 579   else if ((shadow_pde_access == PT_ACCESS_WRITE_ERROR) &&
 580            (guest_pde->large_page == 1) &&
 581            (((pde32_4MB_t *)guest_pde)->dirty == 0))
 582     {
 583       //
 584       // Page Directory Entry marked read-only
 585       // Its a large page and we need to update the dirty bit in the guest
 586       //
 587
 588       PrintDebug("Large page write error... Setting dirty bit and returning\n");
 589       ((pde32_4MB_t *)guest_pde)->dirty = 1;
 590       shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
 591       return 0;
 592
 593     }
 594   else if (shadow_pde_access == PT_ACCESS_USER_ERROR)
 595     {
 596       //
 597       // Page Directory Entry marked non-user
 598       //
 599       PrintDebug("Shadow Paging User access error (shadow_pde_access=0x%x, guest_pde_access=0x%x)\n",
 600                  shadow_pde_access, guest_pde_access);
 601       inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code);
 602       return 0;
 603     }
 604   else
 605     {
 606       // inject page fault in guest
 607       inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code);
 608       PrintDebug("Unknown Error occurred (shadow_pde_access=%d)\n", shadow_pde_access);
 609       PrintDebug("Manual Says to inject page fault into guest\n");
 610 #ifdef DEBUG_SHADOW_PAGING
 611       PrintDebug("Guest PDE: (access=%d)\n\t", guest_pde_access);
 612       PrintPDE32(fault_addr, guest_pde);
 613       PrintDebug("Shadow PDE: (access=%d)\n\t", shadow_pde_access);
 614       PrintPDE32(fault_addr, shadow_pde);
 615 #endif
 616
 617       return 0;
 618     }
 619
 620   PrintDebug("Returning end of PDE function (rip=%p)\n", (void *)(addr_t)(info->rip));
 621   return 0;
 622 }
 623
 624
 625
 626 /* The guest status checks have already been done,
 627  * only special case shadow checks remain
 628  */
 629 static int handle_large_pagefault_32(struct guest_info * info,
 630                                     addr_t fault_addr, pf_error_t error_code,
 631                                     pte32_t * shadow_pt, pde32_4MB_t * large_guest_pde)
 632 {
 633   pt_access_status_t shadow_pte_access = v3_can_access_pte32(shadow_pt, fault_addr, error_code);
 634   pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *)&(shadow_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);
 635
 636   if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_OK) {
 637     // Inconsistent state...
 638     // Guest Re-Entry will flush tables and everything should now workd
 639     PrintDebug("Inconsistent state... Guest re-entry should flush tlb\n");
 640     return 0;
 641   }
 642
 643
 644   if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) {
 645     // Get the guest physical address of the fault
 646     addr_t guest_fault_pa = BASE_TO_PAGE_ADDR_4MB(large_guest_pde->page_base_addr) + PAGE_OFFSET_4MB(fault_addr);
 647     host_region_type_t host_page_type = get_shadow_addr_type(info, guest_fault_pa);
 648
 649
 650     if (host_page_type == HOST_REGION_INVALID) {
 651       // Inject a machine check in the guest
 652       PrintDebug("Invalid Guest Address in page table (0x%p)\n", (void *)guest_fault_pa);
 653       v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 654       return 0;
 655     }
 656
 657     if (host_page_type == HOST_REGION_PHYSICAL_MEMORY) {
 658       struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 659       addr_t shadow_pa = get_shadow_addr(info, guest_fault_pa);
 660
 661       shadow_pte->page_base_addr = PAGE_BASE_ADDR(shadow_pa);
 662
 663       shadow_pte->present = 1;
 664
 665       /* We are assuming that the PDE entry has precedence
 666        * so the Shadow PDE will mirror the guest PDE settings,
 667        * and we don't have to worry about them here
 668        * Allow everything
 669        */
 670       shadow_pte->user_page = 1;
 671
 672       if (find_pte_map(state->cached_ptes, PAGE_ADDR(guest_fault_pa)) != NULL) {
 673         // Check if the entry is a page table...
 674         PrintDebug("Marking page as Guest Page Table (large page)\n");
 675         shadow_pte->vmm_info = PT32_GUEST_PT;
 676         shadow_pte->writable = 0;
 677       } else {
 678         shadow_pte->writable = 1;
 679       }
 680
 681
 682       //set according to VMM policy
 683       shadow_pte->write_through = 0;
 684       shadow_pte->cache_disable = 0;
 685       shadow_pte->global_page = 0;
 686       //
 687
 688     } else {
 689       // Handle hooked pages as well as other special pages
 690       if (handle_special_page_fault(info, fault_addr, guest_fault_pa, error_code) == -1) {
 691         PrintError("Special Page Fault handler returned error for address: %p\n", (void *)fault_addr);
 692         return -1;
 693       }
 694     }
 695   } else if ((shadow_pte_access == PT_ACCESS_WRITE_ERROR) &&
 696              (shadow_pte->vmm_info == PT32_GUEST_PT)) {
 697
 698     struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 699     PrintDebug("Write operation on Guest PAge Table Page (large page)\n");
 700     state->cached_cr3 = 0;
 701     shadow_pte->writable = 1;
 702
 703   } else {
 704     PrintError("Error in large page fault handler...\n");
 705     PrintError("This case should have been handled at the top level handler\n");
 706     return -1;
 707   }
 708
 709   PrintDebug("Returning from large page fault handler\n");
 710   return 0;
 711 }
 712
 713
 714
 715
 716 /*
 717  * We assume the the guest pte pointer has already been translated to a host virtual address
 718  */
 719 static int handle_shadow_pte32_fault(struct guest_info * info,
 720                                      addr_t fault_addr,
 721                                      pf_error_t error_code,
 722                                      pte32_t * shadow_pt,
 723                                      pte32_t * guest_pt) {
 724
 725   pt_access_status_t guest_pte_access;
 726   pt_access_status_t shadow_pte_access;
 727   pte32_t * guest_pte = (pte32_t *)&(guest_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);;
 728   pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *)&(shadow_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);
 729
 730
 731   // Check the guest page permissions
 732   guest_pte_access = v3_can_access_pte32(guest_pt, fault_addr, error_code);
 733
 734   // Check the shadow page permissions
 735   shadow_pte_access = v3_can_access_pte32(shadow_pt, fault_addr, error_code);
 736
 737 #ifdef DEBUG_SHADOW_PAGING
 738   PrintDebug("Guest PTE: (access=%d)\n\t", guest_pte_access);
 739   PrintPTE32(fault_addr, guest_pte);
 740   PrintDebug("Shadow PTE: (access=%d)\n\t", shadow_pte_access);
 741   PrintPTE32(fault_addr, shadow_pte);
 742 #endif
 743
 744   /* Was the page fault caused by the Guest's page tables? */
 745   if (is_guest_pf(guest_pte_access, shadow_pte_access) == 1) {
 746     PrintDebug("Access error injecting pf to guest (guest access error=%d) (pf error code=%d)\n",
 747                guest_pte_access, *(uint_t*)&error_code);
 748     inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code);
 749     return 0;
 750   }
 751
 752
 753   if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_OK) {
 754     // Inconsistent state...
 755     // Guest Re-Entry will flush page tables and everything should now work
 756     PrintDebug("Inconsistent state... Guest re-entry should flush tlb\n");
 757     return 0;
 758   }
 759
 760
 761   if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) {
 762
 763     addr_t guest_pa = BASE_TO_PAGE_ADDR((addr_t)(guest_pte->page_base_addr)) +  PAGE_OFFSET(fault_addr);
 764
 765     // Page Table Entry Not Present
 766     PrintDebug("guest_pa =%p\n", (void *)guest_pa);
 767
 768     host_region_type_t host_page_type = get_shadow_addr_type(info, guest_pa);
 769
 770     if (host_page_type == HOST_REGION_INVALID) {
 771       // Inject a machine check in the guest
 772       PrintDebug("Invalid Guest Address in page table (0x%p)\n", (void *)guest_pa);
 773       v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 774       return 0;
 775     }
 776
 777     // else...
 778
 779     if (host_page_type == HOST_REGION_PHYSICAL_MEMORY) {
 780       struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 781       addr_t shadow_pa = get_shadow_addr(info, guest_pa);
 782
 783       shadow_pte->page_base_addr = PAGE_BASE_ADDR(shadow_pa);
 784
 785       shadow_pte->present = guest_pte->present;
 786       shadow_pte->user_page = guest_pte->user_page;
 787
 788       //set according to VMM policy
 789       shadow_pte->write_through = 0;
 790       shadow_pte->cache_disable = 0;
 791       shadow_pte->global_page = 0;
 792       //
 793
 794       guest_pte->accessed = 1;
 795
 796       if (find_pte_map(state->cached_ptes, PAGE_ADDR(guest_pa)) != NULL) {
 797         // Check if the entry is a page table...
 798         PrintDebug("Marking page as Guest Page Table %d\n", shadow_pte->writable);
 799         shadow_pte->vmm_info = PT32_GUEST_PT;
 800       }
 801
 802       if (guest_pte->dirty == 1) {
 803         shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 804       } else if ((guest_pte->dirty == 0) && (error_code.write == 1)) {
 805         shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 806         guest_pte->dirty = 1;
 807
 808         if (shadow_pte->vmm_info == PT32_GUEST_PT) {
 809           // Well that was quick...
 810           struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 811           PrintDebug("Immediate Write operation on Guest PAge Table Page\n");
 812           state->cached_cr3 = 0;
 813         }
 814
 815       } else if ((guest_pte->dirty == 0) && (error_code.write == 0)) {  // was =
 816         shadow_pte->writable = 0;
 817       }
 818
 819
 820
 821     } else {
 822       // Page fault handled by hook functions
 823       if (handle_special_page_fault(info, fault_addr, guest_pa, error_code) == -1) {
 824         PrintError("Special Page fault handler returned error for address: %p\n",  (void *)fault_addr);
 825         return -1;
 826       }
 827     }
 828
 829   } else if ((shadow_pte_access == PT_ACCESS_WRITE_ERROR) &&
 830              (guest_pte->dirty == 0)) {
 831
 832     PrintDebug("Shadow PTE Write Error\n");
 833     guest_pte->dirty = 1;
 834     shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 835
 836     if (shadow_pte->vmm_info == PT32_GUEST_PT) {
 837       struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 838       PrintDebug("Write operation on Guest PAge Table Page\n");
 839       state->cached_cr3 = 0;
 840     }
 841
 842     return 0;
 843
 844   } else {
 845     // Inject page fault into the guest
 846     inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code);
 847     PrintError("PTE Page fault fell through... Not sure if this should ever happen\n");
 848     PrintError("Manual Says to inject page fault into guest\n");
 849     return -1;
 850   }
 851
 852   PrintDebug("Returning end of function\n");
 853   return 0;
 854 }
 855
 856
 857
 858
 859
 860
 861 /* Currently Does not work with Segmentation!!! */
 862 int v3_handle_shadow_invlpg(struct guest_info * info)
 863 {
 864   if (info->mem_mode != VIRTUAL_MEM) {
 865     // Paging must be turned on...
 866     // should handle with some sort of fault I think
 867     PrintError("ERROR: INVLPG called in non paged mode\n");
 868     return -1;
 869   }
 870
 871
 872   if (info->cpu_mode != PROTECTED) {
 873     PrintError("Unsupported CPU mode (mode=%s)\n", v3_cpu_mode_to_str(info->cpu_mode));
 874     return -1;
 875   }
 876
 877   uchar_t instr[15];
 878   int index = 0;
 879
 880   int ret = read_guest_va_memory(info, get_addr_linear(info, info->rip, &(info->segments.cs)), 15, instr);
 881   if (ret != 15) {
 882     PrintError("Could not read instruction 0x%p (ret=%d)\n",  (void *)(addr_t)(info->rip), ret);
 883     return -1;
 884   }
 885
 886
 887   /* Can INVLPG work with Segments?? */
 888   while (is_prefix_byte(instr[index])) {
 889     index++;
 890   }
 891
 892
 893   if( (instr[index + 0] != (uchar_t) 0x0f) ||
 894       (instr[index + 1] != (uchar_t) 0x01) ) {
 895     PrintError("invalid Instruction Opcode\n");
 896     PrintTraceMemDump(instr, 15);
 897     return -1;
 898   }
 899
 900   addr_t first_operand;
 901   addr_t second_operand;
 902   addr_t guest_cr3 =  CR3_TO_PDE32_PA(info->shdw_pg_state.guest_cr3);
 903
 904   pde32_t * guest_pd = NULL;
 905
 906   if (guest_pa_to_host_va(info, guest_cr3, (addr_t*)&guest_pd) == -1) {
 907     PrintError("Invalid Guest PDE Address: 0x%p\n",  (void *)guest_cr3);
 908     return -1;
 909   }
 910
 911   index += 2;
 912
 913   v3_operand_type_t addr_type = decode_operands32(&(info->vm_regs), instr + index, &index, &first_operand, &second_operand, REG32);
 914
 915   if (addr_type != MEM_OPERAND) {
 916     PrintError("Invalid Operand type\n");
 917     return -1;
 918   }
 919
 920   pde32_t * shadow_pd = (pde32_t *)CR3_TO_PDE32_VA(info->ctrl_regs.cr3);
 921   pde32_t * shadow_pde = (pde32_t *)&shadow_pd[PDE32_INDEX(first_operand)];
 922   pde32_t * guest_pde;
 923
 924   //PrintDebug("PDE Index=%d\n", PDE32_INDEX(first_operand));
 925   //PrintDebug("FirstOperand = %x\n", first_operand);
 926
 927   PrintDebug("Invalidating page for %p\n", (void *)first_operand);
 928
 929   guest_pde = (pde32_t *)&(guest_pd[PDE32_INDEX(first_operand)]);
 930
 931   if (guest_pde->large_page == 1) {
 932     shadow_pde->present = 0;
 933     PrintDebug("Invalidating Large Page\n");
 934   } else
 935     if (shadow_pde->present == 1) {
 936       pte32_t * shadow_pt = (pte32_t *)(addr_t)BASE_TO_PAGE_ADDR(shadow_pde->pt_base_addr);
 937       pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *) V3_VAddr( (void*) &shadow_pt[PTE32_INDEX(first_operand)] );
 938
 939 #ifdef DEBUG_SHADOW_PAGING
 940       PrintDebug("Setting not present\n");
 941       PrintPTE32(first_operand, shadow_pte );
 942 #endif
 943
 944       shadow_pte->present = 0;
 945     }
 946
 947   info->rip += index;
 948
 949   return 0;
 950 }
 951
 952
 953 /*
 954
 955
 956 static int create_pd32_nonaligned_4MB_page(struct guest_info * info, pte32_t * pt, addr_t guest_addr, pde32_4MB_t * large_shadow_pde) {
 957   uint_t i = 0;
 958   pte32_t * pte_cursor;
 959   addr_t guest_pa = 0;
 960
 961   for (i = 0; i < 1024; i++) {
 962     guest_pa = guest_addr + (PAGE_SIZE * i);
 963     host_region_type_t host_page_type = get_shadow_addr_type(info, guest_pa);
 964
 965     pte_cursor = &(pt[i]);
 966
 967     if (host_page_type == HOST_REGION_INVALID) {
 968       // Currently we don't support this, but in theory we could
 969       PrintError("Invalid Host Memory Type\n");
 970       return -1;
 971     } else if (host_page_type == HOST_REGION_PHYSICAL_MEMORY) {
 972       addr_t shadow_pa = get_shadow_addr(info, guest_pa);
 973
 974
 975       pte_cursor->page_base_addr = PT32_BASE_ADDR(shadow_pa);
 976       pte_cursor->present = 1;
 977       pte_cursor->writable = large_shadow_pde->writable;
 978       pte_cursor->user_page = large_shadow_pde->user_page;
 979       pte_cursor->write_through = 0;
 980       pte_cursor->cache_disable = 0;
 981       pte_cursor->global_page = 0;
 982
 983     } else {
 984       PrintError("Unsupported Host Memory Type\n");
 985       return -1;
 986     }
 987   }
 988   return 0;
 989 }
 990
 991
 992 static int handle_large_pagefault32(struct guest_info * info,
 993                                     pde32_t * guest_pde, pde32_t * shadow_pde,
 994                                     addr_t fault_addr, pf_error_t error_code ) {
 995   struct shadow_region * mem_reg;
 996   pde32_4MB_t * large_guest_pde = (pde32_4MB_t *)guest_pde;
 997   pde32_4MB_t * large_shadow_pde = (pde32_4MB_t *)shadow_pde;
 998   host_region_type_t host_page_type;
 999   addr_t guest_start_addr = PDE32_4MB_T_ADDR(*large_guest_pde);
1000   //    addr_t guest_end_addr = guest_start_addr + PAGE_SIZE_4MB; // start address + 4MB
1001
1002
1003   // Check that the Guest PDE entry points to valid memory
1004   // else Machine Check the guest
1005   PrintDebug("Large Page: Page Base Addr=%x\n", guest_start_addr);
1006
1007   host_page_type = get_shadow_addr_type(info, guest_start_addr);
1008
1009   if (host_page_type == HOST_REGION_INVALID) {
1010     PrintError("Invalid guest address in large page (0x%x)\n", guest_start_addr);
1011     v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
1012     return -1;
1013   }
1014
1015   // else...
1016
1017   if (host_page_type == HOST_REGION_PHYSICAL_MEMORY) {
1018
1019     addr_t host_start_addr = 0;
1020     addr_t region_end_addr = 0;
1021
1022     // Check for a large enough region in host memory
1023     mem_reg = get_shadow_region_by_addr(&(info->mem_map), guest_start_addr);
1024     PrintDebug("Host region: host_addr=%x (guest_start=%x, end=%x)\n",
1025                mem_reg->host_addr, mem_reg->guest_start, mem_reg->guest_end);
1026     host_start_addr = mem_reg->host_addr + (guest_start_addr - mem_reg->guest_start);
1027     region_end_addr = mem_reg->host_addr + (mem_reg->guest_end - mem_reg->guest_start);
1028
1029     PrintDebug("Host Start Addr=%x; Region End Addr=%x\n", host_start_addr, region_end_addr);
1030
1031
1032     //4f
1033     if (large_guest_pde->dirty == 1) { // dirty
1034       large_shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
1035     } else if (error_code.write == 1) { // not dirty, access is write
1036       large_shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
1037       large_guest_pde->dirty = 1;
1038     } else { // not dirty, access is read
1039       large_shadow_pde->writable = 0;
1040     }
1041
1042
1043     // Check if the region is at least an additional 4MB
1044
1045
1046     //4b.
1047     if ((PD32_4MB_PAGE_OFFSET(host_start_addr) == 0) &&
1048         (region_end_addr >= host_start_addr + PAGE_SIZE_4MB)) {         // if 4MB boundary
1049       large_shadow_pde->page_base_addr = PD32_4MB_BASE_ADDR(host_start_addr);
1050     } else {      // else generate 4k pages
1051       pte32_t * shadow_pt = NULL;
1052       PrintDebug("Handling non aligned large page\n");
1053
1054       shadow_pde->large_page = 0;
1055
1056       shadow_pt = create_new_shadow_pt32();
1057
1058       if (create_pd32_nonaligned_4MB_page(info, shadow_pt, guest_start_addr, large_shadow_pde) == -1) {
1059         PrintError("Non Aligned Large Page Error\n");
1060         V3_Free(shadow_pt);
1061         return -1;
1062       }
1063
1064
1065 #ifdef DEBUG_SHADOW_PAGING
1066       PrintDebug("non-aligned Shadow PT\n");
1067       PrintPT32(PT32_PAGE_ADDR(fault_addr), shadow_pt);
1068 #endif
1069       shadow_pde->pt_base_addr = PD32_BASE_ADDR(shadow_pt);
1070     }
1071
1072   } else {
1073     // Handle hooked pages as well as other special pages
1074     if (handle_special_page_fault(info, fault_addr, guest_start_addr, error_code) == -1) {
1075       PrintError("Special Page Fault handler returned error for address: %x\n", fault_addr);
1076       return -1;
1077     }
1078   }
1079
1080   return 0;
1081 }
1082 */