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