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