palacios/src/palacios/vmm_shadow_paging_32.h

   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
  22
  23 static inline int activate_shadow_pt_32(struct guest_info * info) {
  24     struct cr3_32 * shadow_cr3 = (struct cr3_32 *)&(info->ctrl_regs.cr3);
  25     struct cr3_32 * guest_cr3 = (struct cr3_32 *)&(info->shdw_pg_state.guest_cr3);
  26     struct shadow_page_data * shdw_page = create_new_shadow_pt(info);
  27
  28     shdw_page->cr3 = shdw_page->page_pa;
  29
  30     shadow_cr3->pdt_base_addr = PAGE_BASE_ADDR_4KB(shdw_page->page_pa);
  31     PrintDebug( "Created new shadow page table %p\n", (void *)BASE_TO_PAGE_ADDR(shadow_cr3->pdt_base_addr));
  32
  33     shadow_cr3->pwt = guest_cr3->pwt;
  34     shadow_cr3->pcd = guest_cr3->pcd;
  35
  36 #ifdef CONFIG_SYMBIOTIC_SWAP
  37     v3_swap_flush(info);
  38 #endif
  39
  40     return 0;
  41 }
  42
  43
  44
  45
  46 /*
  47  * *
  48  * *
  49  * * 32 bit Page table fault handlers
  50  * *
  51  * *
  52  */
  53 static int handle_4MB_shadow_pagefault_32(struct guest_info * info,  addr_t fault_addr, pf_error_t error_code,
  54                                           pte32_t * shadow_pt, pde32_4MB_t * large_guest_pde);
  55
  56 static int handle_pte_shadow_pagefault_32(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code,
  57                                           pte32_t * shadow_pt,  pte32_t * guest_pt);
  58
  59
  60 static inline int handle_shadow_pagefault_32(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
  61     pde32_t * guest_pd = NULL;
  62     pde32_t * shadow_pd = CR3_TO_PDE32_VA(info->ctrl_regs.cr3);
  63     addr_t guest_cr3 = CR3_TO_PDE32_PA(info->shdw_pg_state.guest_cr3);
  64     pt_access_status_t guest_pde_access;
  65     pt_access_status_t shadow_pde_access;
  66     pde32_t * guest_pde = NULL;
  67     pde32_t * shadow_pde = (pde32_t *)&(shadow_pd[PDE32_INDEX(fault_addr)]);
  68
  69     PrintDebug("Shadow page fault handler: %p\n", (void*) fault_addr );
  70     PrintDebug("Handling PDE32 Fault\n");
  71
  72     if (guest_pa_to_host_va(info, guest_cr3, (addr_t*)&guest_pd) == -1) {
  73         PrintError("Invalid Guest PDE Address: 0x%p\n",  (void *)guest_cr3);
  74         return -1;
  75     }
  76
  77     guest_pde = (pde32_t *)&(guest_pd[PDE32_INDEX(fault_addr)]);
  78
  79
  80     // Check the guest page permissions
  81     guest_pde_access = v3_can_access_pde32(guest_pd, fault_addr, error_code);
  82
  83     // Check the shadow page permissions
  84     shadow_pde_access = v3_can_access_pde32(shadow_pd, fault_addr, error_code);
  85
  86     /* Was the page fault caused by the Guest's page tables? */
  87     if (is_guest_pf(guest_pde_access, shadow_pde_access) == 1) {
  88         PrintDebug("Injecting PDE pf to guest: (guest access error=%d) (pf error code=%d)\n",
  89                    *(uint_t *)&guest_pde_access, *(uint_t *)&error_code);
  90         if (inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code) == -1) {
  91             PrintError("Could not inject guest page fault\n");
  92             return -1;
  93         }
  94         return 0;
  95     }
  96
  97
  98
  99     if (shadow_pde_access == PT_ACCESS_USER_ERROR) {
 100         //
 101         // PDE Entry marked non user
 102         //
 103         PrintDebug("Shadow Paging User access error (shadow_pde_access=0x%x, guest_pde_access=0x%x)\n",
 104                    shadow_pde_access, guest_pde_access);
 105
 106         if (inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code) == -1) {
 107             PrintError("Could not inject guest page fault\n");
 108             return -1;
 109         }
 110         return 0;
 111     } else if ((shadow_pde_access == PT_ACCESS_WRITE_ERROR) &&
 112                (guest_pde->large_page == 1)) {
 113
 114         ((pde32_4MB_t *)guest_pde)->dirty = 1;
 115         shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
 116         return 0;
 117     } else if ((shadow_pde_access != PT_ACCESS_NOT_PRESENT) &&
 118                (shadow_pde_access != PT_ACCESS_OK)) {
 119         // inject page fault in guest
 120         if (inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code) == -1) {
 121             PrintError("Could not inject guest page fault\n");
 122             return -1;
 123         }
 124         PrintDebug("Unknown Error occurred (shadow_pde_access=%d)\n", shadow_pde_access);
 125         PrintDebug("Manual Says to inject page fault into guest\n");
 126         return 0;
 127     }
 128
 129
 130     pte32_t * shadow_pt = NULL;
 131     pte32_t * guest_pt = NULL;
 132
 133     // Get the next shadow page level, allocate if not present
 134
 135     if (shadow_pde_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) {
 136         struct shadow_page_data * shdw_page =  create_new_shadow_pt(info);
 137         shadow_pt = (pte32_t *)V3_VAddr((void *)shdw_page->page_pa);
 138
 139         shadow_pde->present = 1;
 140         shadow_pde->user_page = guest_pde->user_page;
 141
 142
 143         if (guest_pde->large_page == 0) {
 144             shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
 145         } else {
 146             // This large page flag is temporary until we can get a working cache....
 147             ((pde32_4MB_t *)guest_pde)->vmm_info = V3_LARGE_PG;
 148
 149             if (error_code.write) {
 150                 shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
 151                 ((pde32_4MB_t *)guest_pde)->dirty = 1;
 152             } else {
 153                 shadow_pde->writable = 0;
 154                 ((pde32_4MB_t *)guest_pde)->dirty = 0;
 155             }
 156         }
 157
 158
 159         // VMM Specific options
 160         shadow_pde->write_through = guest_pde->write_through;
 161         shadow_pde->cache_disable = guest_pde->cache_disable;
 162         shadow_pde->global_page = guest_pde->global_page;
 163         //
 164
 165         guest_pde->accessed = 1;
 166
 167
 168
 169
 170         shadow_pde->pt_base_addr = PAGE_BASE_ADDR(shdw_page->page_pa);
 171     } else {
 172         shadow_pt = (pte32_t *)V3_VAddr((void *)BASE_TO_PAGE_ADDR(shadow_pde->pt_base_addr));
 173     }
 174
 175
 176
 177     if (guest_pde->large_page == 0) {
 178         if (guest_pa_to_host_va(info, BASE_TO_PAGE_ADDR(guest_pde->pt_base_addr), (addr_t*)&guest_pt) == -1) {
 179             // Machine check the guest
 180             PrintDebug("Invalid Guest PTE Address: 0x%p\n", (void *)BASE_TO_PAGE_ADDR(guest_pde->pt_base_addr));
 181             v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 182             return 0;
 183         }
 184
 185         if (handle_pte_shadow_pagefault_32(info, fault_addr, error_code, shadow_pt, guest_pt)  == -1) {
 186             PrintError("Error handling Page fault caused by PTE\n");
 187             return -1;
 188         }
 189     } else {
 190         if (handle_4MB_shadow_pagefault_32(info, fault_addr, error_code, shadow_pt, (pde32_4MB_t *)guest_pde) == -1) {
 191             PrintError("Error handling large pagefault\n");
 192             return -1;
 193         }
 194     }
 195
 196     return 0;
 197 }
 198
 199
 200
 201 static int handle_pte_shadow_pagefault_32(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code,
 202                                           pte32_t * shadow_pt, pte32_t * guest_pt) {
 203
 204     pt_access_status_t guest_pte_access;
 205     pt_access_status_t shadow_pte_access;
 206     pte32_t * guest_pte = (pte32_t *)&(guest_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);;
 207     pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *)&(shadow_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);
 208     addr_t guest_pa = BASE_TO_PAGE_ADDR((addr_t)(guest_pte->page_base_addr)) +  PAGE_OFFSET(fault_addr);
 209
 210     struct v3_shadow_region * shdw_reg =  v3_get_shadow_region(info, guest_pa);
 211
 212     if (shdw_reg == NULL) {
 213         // Inject a machine check in the guest
 214         PrintDebug("Invalid Guest Address in page table (0x%p)\n", (void *)guest_pa);
 215         v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 216         return 0;
 217     }
 218
 219     // Check the guest page permissions
 220     guest_pte_access = v3_can_access_pte32(guest_pt, fault_addr, error_code);
 221
 222     // Check the shadow page permissions
 223     shadow_pte_access = v3_can_access_pte32(shadow_pt, fault_addr, error_code);
 224
 225
 226     /* Was the page fault caused by the Guest's page tables? */
 227     if (is_guest_pf(guest_pte_access, shadow_pte_access) == 1) {
 228
 229         PrintDebug("Access error injecting pf to guest (guest access error=%d) (pf error code=%d)\n",
 230                    guest_pte_access, *(uint_t*)&error_code);
 231 #ifdef CONFIG_SYMBIOTIC_SWAP
 232         if ((error_code.write == 0) && (is_swapped_pte32(guest_pte))) {
 233             PrintError("Page fault on swapped out page (pte=%x)\n", *(uint32_t *)guest_pte);
 234
 235             addr_t swp_pg_addr = v3_get_swapped_pg_addr(info, shadow_pte, guest_pte);
 236
 237             if (swp_pg_addr == 0) {
 238                 if (inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code) == -1) {
 239                     PrintError("Could not inject guest page fault\n");
 240                     return -1;
 241                 }
 242             } else {
 243                 /*
 244                  *  Setup shadow paging state
 245                  */
 246
 247                 /* We need some way to check permissions.... */
 248
 249                 shadow_pte->accessed = 1;
 250                 shadow_pte->writable = 0;
 251
 252                 if (fault_addr & 0xc0000000) {
 253                     shadow_pte->user_page = 0;
 254                 } else {
 255                     shadow_pte->user_page = 1;
 256                 }
 257
 258                 shadow_pte->write_through = 0;
 259                 shadow_pte->cache_disable = 0;
 260                 shadow_pte->global_page = 0;
 261
 262                 shadow_pte->present = 1;
 263
 264                 shadow_pte->page_base_addr = swp_pg_addr;
 265             }
 266         } else {
 267             if (inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code) == -1) {
 268                 PrintError("Could not inject guest page fault\n");
 269                 return -1;
 270             }
 271         }
 272 #else
 273         if (inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code) == -1) {
 274             PrintError("Could not inject guest page fault\n");
 275             return -1;
 276         }
 277 #endif
 278
 279         return 0;
 280     }
 281
 282
 283
 284     if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_OK) {
 285         // Inconsistent state...
 286         // Guest Re-Entry will flush page tables and everything should now work
 287         PrintDebug("Inconsistent state... Guest re-entry should flush tlb\n");
 288         return 0;
 289     }
 290
 291
 292     if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) {
 293         // Page Table Entry Not Present
 294         PrintDebug("guest_pa =%p\n", (void *)guest_pa);
 295
 296         if ((shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_ALLOCATED) ||
 297             (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK)) {
 298             addr_t shadow_pa = v3_get_shadow_addr(shdw_reg, guest_pa);
 299
 300             shadow_pte->page_base_addr = PAGE_BASE_ADDR(shadow_pa);
 301
 302             PrintDebug("\tMapping shadow page (%p)\n", (void *)BASE_TO_PAGE_ADDR(shadow_pte->page_base_addr));
 303
 304             shadow_pte->present = guest_pte->present;
 305             shadow_pte->user_page = guest_pte->user_page;
 306
 307             //set according to VMM policy
 308             shadow_pte->write_through = guest_pte->write_through;
 309             shadow_pte->cache_disable = guest_pte->cache_disable;
 310             shadow_pte->global_page = guest_pte->global_page;
 311             //
 312
 313             guest_pte->accessed = 1;
 314
 315             if (guest_pte->dirty == 1) {
 316                 shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 317             } else if ((guest_pte->dirty == 0) && (error_code.write == 1)) {
 318                 shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 319                 guest_pte->dirty = 1;
 320             } else if ((guest_pte->dirty == 0) && (error_code.write == 0)) {
 321                 shadow_pte->writable = 0;
 322             }
 323
 324
 325
 326             // Write hooks trump all, and are set Read Only
 327             if (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK) {
 328                 shadow_pte->writable = 0;
 329             }
 330
 331         } else {
 332             // Page fault handled by hook functions
 333
 334             if (v3_handle_mem_full_hook(info, fault_addr, guest_pa, shdw_reg, error_code) == -1) {
 335                 PrintError("Special Page fault handler returned error for address: %p\n",  (void *)fault_addr);
 336                 return -1;
 337             }
 338         }
 339     } else if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_WRITE_ERROR) {
 340         guest_pte->dirty = 1;
 341
 342         if (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK) {
 343             if (v3_handle_mem_wr_hook(info, fault_addr, guest_pa, shdw_reg, error_code) == -1) {
 344                 PrintError("Special Page fault handler returned error for address: %p\n",  (void *)fault_addr);
 345                 return -1;
 346             }
 347         } else {
 348             PrintDebug("Shadow PTE Write Error\n");
 349             shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 350         }
 351
 352
 353         return 0;
 354
 355     } else {
 356         // Inject page fault into the guest
 357         if (inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code) == -1) {
 358             PrintError("Could not inject guest page fault\n");
 359             return -1;
 360         }
 361
 362         PrintError("PTE Page fault fell through... Not sure if this should ever happen\n");
 363         PrintError("Manual Says to inject page fault into guest\n");
 364         return -1;
 365     }
 366
 367     return 0;
 368 }
 369
 370
 371
 372 static int handle_4MB_shadow_pagefault_32(struct guest_info * info,
 373                                      addr_t fault_addr, pf_error_t error_code,
 374                                      pte32_t * shadow_pt, pde32_4MB_t * large_guest_pde)
 375 {
 376     pt_access_status_t shadow_pte_access = v3_can_access_pte32(shadow_pt, fault_addr, error_code);
 377     pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *)&(shadow_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);
 378     addr_t guest_fault_pa = BASE_TO_PAGE_ADDR_4MB(large_guest_pde->page_base_addr) + PAGE_OFFSET_4MB(fault_addr);
 379
 380
 381     PrintDebug("Handling 4MB fault (guest_fault_pa=%p) (error_code=%x)\n", (void *)guest_fault_pa, *(uint_t*)&error_code);
 382     PrintDebug("ShadowPT=%p, LargeGuestPDE=%p\n", shadow_pt, large_guest_pde);
 383
 384     struct v3_shadow_region * shdw_reg = v3_get_shadow_region(info, guest_fault_pa);
 385
 386
 387     if (shdw_reg == NULL) {
 388         // Inject a machine check in the guest
 389         PrintDebug("Invalid Guest Address in page table (0x%p)\n", (void *)guest_fault_pa);
 390         v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 391         return -1;
 392     }
 393
 394     if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_OK) {
 395         // Inconsistent state...
 396         // Guest Re-Entry will flush tables and everything should now workd
 397         PrintDebug("Inconsistent state... Guest re-entry should flush tlb\n");
 398         return 0;
 399     }
 400
 401
 402     if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) {
 403         // Get the guest physical address of the fault
 404
 405         if ((shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_ALLOCATED) ||
 406             (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK)) {
 407             addr_t shadow_pa = v3_get_shadow_addr(shdw_reg, guest_fault_pa);
 408
 409             shadow_pte->page_base_addr = PAGE_BASE_ADDR(shadow_pa);
 410
 411             PrintDebug("\tMapping shadow page (%p)\n", (void *)BASE_TO_PAGE_ADDR(shadow_pte->page_base_addr));
 412
 413             shadow_pte->present = 1;
 414
 415             /* We are assuming that the PDE entry has precedence
 416              * so the Shadow PDE will mirror the guest PDE settings,
 417              * and we don't have to worry about them here
 418              * Allow everything
 419              */
 420             shadow_pte->user_page = 1;
 421
 422             if (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK) {
 423                 shadow_pte->writable = 0;
 424             } else {
 425                 shadow_pte->writable = 1;
 426             }
 427
 428             //set according to VMM policy
 429             shadow_pte->write_through = large_guest_pde->write_through;
 430             shadow_pte->cache_disable = large_guest_pde->cache_disable;
 431             shadow_pte->global_page = large_guest_pde->global_page;
 432             //
 433
 434         } else {
 435             if (v3_handle_mem_full_hook(info, fault_addr, guest_fault_pa, shdw_reg, error_code) == -1) {
 436                 PrintError("Special Page Fault handler returned error for address: %p\n", (void *)fault_addr);
 437                 return -1;
 438             }
 439         }
 440     } else if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_WRITE_ERROR) {
 441
 442         if (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK) {
 443
 444             if (v3_handle_mem_wr_hook(info, fault_addr, guest_fault_pa, shdw_reg, error_code) == -1) {
 445                 PrintError("Special Page Fault handler returned error for address: %p\n", (void *)fault_addr);
 446                 return -1;
 447             }
 448         }
 449
 450     } else {
 451         PrintError("Error in large page fault handler...\n");
 452         PrintError("This case should have been handled at the top level handler\n");
 453         return -1;
 454     }
 455
 456     PrintDebug("Returning from large page fault handler\n");
 457     return 0;
 458 }
 459
 460
 461
 462
 463
 464
 465
 466
 467
 468
 469
 470
 471 /* If we start to optimize we should look up the guest pages in the cache... */
 472 static inline int handle_shadow_invlpg_32(struct guest_info * info, addr_t vaddr) {
 473     pde32_t * shadow_pd = (pde32_t *)CR3_TO_PDE32_VA(info->ctrl_regs.cr3);
 474     pde32_t * shadow_pde = (pde32_t *)&shadow_pd[PDE32_INDEX(vaddr)];
 475
 476     addr_t guest_cr3 =  CR3_TO_PDE32_PA(info->shdw_pg_state.guest_cr3);
 477     pde32_t * guest_pd = NULL;
 478     pde32_t * guest_pde;
 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(vaddr)]);
 486
 487     if (guest_pde->large_page == 1) {
 488         shadow_pde->present = 0;
 489         PrintDebug("Invalidating Large Page\n");
 490     } else if (shadow_pde->present == 1) {
 491         pte32_t * shadow_pt = (pte32_t *)(addr_t)BASE_TO_PAGE_ADDR_4KB(shadow_pde->pt_base_addr);
 492         pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *) V3_VAddr( (void*) &shadow_pt[PTE32_INDEX(vaddr)] );
 493
 494         PrintDebug("Setting not present\n");
 495
 496         shadow_pte->present = 0;
 497     }
 498     return 0;
 499 }