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
 232 #ifdef CONFIG_SYMBIOTIC_SWAP
 233         if (is_swapped_pte32(guest_pte)) {
 234
 235 #ifdef CONFIG_SYMBIOTIC_SWAP_TELEMETRY
 236             if (error_code.write == 0) {
 237                 info->swap_state.read_faults++;
 238             } else {
 239                 info->swap_state.write_faults++;
 240             }
 241 #endif
 242             if (error_code.write == 0) {
 243                 V3_Print("Page fault on swapped out page (vaddr=%p) (pte=%x) (error_code=%x)\n",
 244                          (void *)fault_addr, *(uint32_t *)guest_pte, *(uint32_t *)&error_code);
 245
 246                 addr_t swp_pg_addr = v3_get_swapped_pg_addr(info, shadow_pte, guest_pte);
 247
 248                 if (swp_pg_addr == 0) {
 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                 } else {
 254                     /*
 255                      *  Setup shadow paging state
 256                      */
 257
 258                     /* We need some way to check permissions.... */
 259
 260                     shadow_pte->accessed = 1;
 261                     shadow_pte->writable = 0;
 262
 263                     if ((fault_addr & 0xc0000000) == 0xc0000000) {
 264                         shadow_pte->user_page = 0;
 265                     } else {
 266                         shadow_pte->user_page = 1;
 267                     }
 268
 269                     shadow_pte->write_through = 0;
 270                     shadow_pte->cache_disable = 0;
 271                     shadow_pte->global_page = 0;
 272
 273                     shadow_pte->present = 1;
 274
 275                     shadow_pte->page_base_addr = swp_pg_addr;
 276                 }
 277
 278                 return 0;
 279             }
 280         }
 281 #endif
 282
 283
 284         if (inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code) == -1) {
 285             PrintError("Could not inject guest page fault\n");
 286             return -1;
 287         }
 288
 289         return 0;
 290     }
 291
 292
 293
 294     if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_OK) {
 295         // Inconsistent state...
 296         // Guest Re-Entry will flush page tables and everything should now work
 297         PrintDebug("Inconsistent state... Guest re-entry should flush tlb\n");
 298         return 0;
 299     }
 300
 301
 302     if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) {
 303         // Page Table Entry Not Present
 304         PrintDebug("guest_pa =%p\n", (void *)guest_pa);
 305
 306         if ((shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_ALLOCATED) ||
 307             (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK)) {
 308             addr_t shadow_pa = v3_get_shadow_addr(shdw_reg, guest_pa);
 309
 310             shadow_pte->page_base_addr = PAGE_BASE_ADDR(shadow_pa);
 311
 312             PrintDebug("\tMapping shadow page (%p)\n", (void *)BASE_TO_PAGE_ADDR(shadow_pte->page_base_addr));
 313
 314             shadow_pte->present = guest_pte->present;
 315             shadow_pte->user_page = guest_pte->user_page;
 316
 317             //set according to VMM policy
 318             shadow_pte->write_through = guest_pte->write_through;
 319             shadow_pte->cache_disable = guest_pte->cache_disable;
 320             shadow_pte->global_page = guest_pte->global_page;
 321             //
 322
 323             guest_pte->accessed = 1;
 324
 325             if (guest_pte->dirty == 1) {
 326                 shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 327             } else if ((guest_pte->dirty == 0) && (error_code.write == 1)) {
 328                 shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 329                 guest_pte->dirty = 1;
 330             } else if ((guest_pte->dirty == 0) && (error_code.write == 0)) {
 331                 shadow_pte->writable = 0;
 332             }
 333
 334
 335
 336             // Write hooks trump all, and are set Read Only
 337             if (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK) {
 338                 shadow_pte->writable = 0;
 339             }
 340
 341         } else {
 342             // Page fault handled by hook functions
 343
 344             if (v3_handle_mem_full_hook(info, fault_addr, guest_pa, shdw_reg, error_code) == -1) {
 345                 PrintError("Special Page fault handler returned error for address: %p\n",  (void *)fault_addr);
 346                 return -1;
 347             }
 348         }
 349     } else if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_WRITE_ERROR) {
 350         guest_pte->dirty = 1;
 351
 352         if (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK) {
 353             if (v3_handle_mem_wr_hook(info, fault_addr, guest_pa, shdw_reg, error_code) == -1) {
 354                 PrintError("Special Page fault handler returned error for address: %p\n",  (void *)fault_addr);
 355                 return -1;
 356             }
 357         } else {
 358             PrintDebug("Shadow PTE Write Error\n");
 359             shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 360         }
 361
 362
 363         return 0;
 364
 365     } else {
 366         // Inject page fault into the guest
 367         if (inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code) == -1) {
 368             PrintError("Could not inject guest page fault\n");
 369             return -1;
 370         }
 371
 372         PrintError("PTE Page fault fell through... Not sure if this should ever happen\n");
 373         PrintError("Manual Says to inject page fault into guest\n");
 374         return -1;
 375     }
 376
 377     return 0;
 378 }
 379
 380
 381
 382 static int handle_4MB_shadow_pagefault_32(struct guest_info * info,
 383                                      addr_t fault_addr, pf_error_t error_code,
 384                                      pte32_t * shadow_pt, pde32_4MB_t * large_guest_pde)
 385 {
 386     pt_access_status_t shadow_pte_access = v3_can_access_pte32(shadow_pt, fault_addr, error_code);
 387     pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *)&(shadow_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);
 388     addr_t guest_fault_pa = BASE_TO_PAGE_ADDR_4MB(large_guest_pde->page_base_addr) + PAGE_OFFSET_4MB(fault_addr);
 389
 390
 391     PrintDebug("Handling 4MB fault (guest_fault_pa=%p) (error_code=%x)\n", (void *)guest_fault_pa, *(uint_t*)&error_code);
 392     PrintDebug("ShadowPT=%p, LargeGuestPDE=%p\n", shadow_pt, large_guest_pde);
 393
 394     struct v3_shadow_region * shdw_reg = v3_get_shadow_region(info, guest_fault_pa);
 395
 396
 397     if (shdw_reg == NULL) {
 398         // Inject a machine check in the guest
 399         PrintDebug("Invalid Guest Address in page table (0x%p)\n", (void *)guest_fault_pa);
 400         v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 401         return -1;
 402     }
 403
 404     if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_OK) {
 405         // Inconsistent state...
 406         // Guest Re-Entry will flush tables and everything should now workd
 407         PrintDebug("Inconsistent state... Guest re-entry should flush tlb\n");
 408         return 0;
 409     }
 410
 411
 412     if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) {
 413         // Get the guest physical address of the fault
 414
 415         if ((shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_ALLOCATED) ||
 416             (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK)) {
 417             addr_t shadow_pa = v3_get_shadow_addr(shdw_reg, guest_fault_pa);
 418
 419             shadow_pte->page_base_addr = PAGE_BASE_ADDR(shadow_pa);
 420
 421             PrintDebug("\tMapping shadow page (%p)\n", (void *)BASE_TO_PAGE_ADDR(shadow_pte->page_base_addr));
 422
 423             shadow_pte->present = 1;
 424
 425             /* We are assuming that the PDE entry has precedence
 426              * so the Shadow PDE will mirror the guest PDE settings,
 427              * and we don't have to worry about them here
 428              * Allow everything
 429              */
 430             shadow_pte->user_page = 1;
 431
 432             if (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK) {
 433                 shadow_pte->writable = 0;
 434             } else {
 435                 shadow_pte->writable = 1;
 436             }
 437
 438             //set according to VMM policy
 439             shadow_pte->write_through = large_guest_pde->write_through;
 440             shadow_pte->cache_disable = large_guest_pde->cache_disable;
 441             shadow_pte->global_page = large_guest_pde->global_page;
 442             //
 443
 444         } else {
 445             if (v3_handle_mem_full_hook(info, fault_addr, guest_fault_pa, shdw_reg, error_code) == -1) {
 446                 PrintError("Special Page Fault handler returned error for address: %p\n", (void *)fault_addr);
 447                 return -1;
 448             }
 449         }
 450     } else if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_WRITE_ERROR) {
 451
 452         if (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK) {
 453
 454             if (v3_handle_mem_wr_hook(info, fault_addr, guest_fault_pa, shdw_reg, error_code) == -1) {
 455                 PrintError("Special Page Fault handler returned error for address: %p\n", (void *)fault_addr);
 456                 return -1;
 457             }
 458         }
 459
 460     } else {
 461         PrintError("Error in large page fault handler...\n");
 462         PrintError("This case should have been handled at the top level handler\n");
 463         return -1;
 464     }
 465
 466     PrintDebug("Returning from large page fault handler\n");
 467     return 0;
 468 }
 469
 470
 471
 472
 473
 474
 475
 476
 477
 478
 479
 480
 481 /* If we start to optimize we should look up the guest pages in the cache... */
 482 static inline int handle_shadow_invlpg_32(struct guest_info * info, addr_t vaddr) {
 483     pde32_t * shadow_pd = (pde32_t *)CR3_TO_PDE32_VA(info->ctrl_regs.cr3);
 484     pde32_t * shadow_pde = (pde32_t *)&shadow_pd[PDE32_INDEX(vaddr)];
 485
 486     addr_t guest_cr3 =  CR3_TO_PDE32_PA(info->shdw_pg_state.guest_cr3);
 487     pde32_t * guest_pd = NULL;
 488     pde32_t * guest_pde;
 489
 490     if (guest_pa_to_host_va(info, guest_cr3, (addr_t*)&guest_pd) == -1) {
 491         PrintError("Invalid Guest PDE Address: 0x%p\n",  (void *)guest_cr3);
 492         return -1;
 493     }
 494
 495     guest_pde = (pde32_t *)&(guest_pd[PDE32_INDEX(vaddr)]);
 496
 497     if (guest_pde->large_page == 1) {
 498         shadow_pde->present = 0;
 499         PrintDebug("Invalidating Large Page\n");
 500     } else if (shadow_pde->present == 1) {
 501         pte32_t * shadow_pt = (pte32_t *)(addr_t)BASE_TO_PAGE_ADDR_4KB(shadow_pde->pt_base_addr);
 502         pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *) V3_VAddr( (void*) &shadow_pt[PTE32_INDEX(vaddr)] );
 503
 504         PrintDebug("Setting not present\n");
 505
 506         shadow_pte->present = 0;
 507     }
 508     return 0;
 509 }