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