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) (shdw access error=%d)  (pf error code=%d)\n",
  89                    *(uint_t *)&guest_pde_access, *(uint_t *)&shadow_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 for vaddr %p\n", (void *)fault_addr);
  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 for vaddr %p\n", (void *)fault_addr);
 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 for vaddr %p\n", (void *)fault_addr);
 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 static int handle_pte_shadow_pagefault_32(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code,
 201                                           pte32_t * shadow_pt, pte32_t * guest_pt) {
 202
 203     pt_access_status_t guest_pte_access;
 204     pt_access_status_t shadow_pte_access;
 205     pte32_t * guest_pte = (pte32_t *)&(guest_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);;
 206     pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *)&(shadow_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);
 207     addr_t guest_pa = BASE_TO_PAGE_ADDR((addr_t)(guest_pte->page_base_addr)) +  PAGE_OFFSET(fault_addr);
 208
 209     struct v3_shadow_region * shdw_reg =  v3_get_shadow_region(info, guest_pa);
 210
 211     if (shdw_reg == NULL) {
 212         // Inject a machine check in the guest
 213         PrintDebug("Invalid Guest Address in page table (0x%p)\n", (void *)guest_pa);
 214         v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 215         return 0;
 216     }
 217
 218     // Check the guest page permissions
 219     guest_pte_access = v3_can_access_pte32(guest_pt, fault_addr, error_code);
 220
 221     // Check the shadow page permissions
 222     shadow_pte_access = v3_can_access_pte32(shadow_pt, fault_addr, error_code);
 223
 224
 225     /* Was the page fault caused by the Guest's page tables? */
 226     if (is_guest_pf(guest_pte_access, shadow_pte_access) == 1) {
 227
 228         PrintDebug("Access error injecting pf to guest (guest access error=%d) (pf error code=%d)\n",
 229                    guest_pte_access, *(uint_t*)&error_code);
 230
 231 #ifdef CONFIG_SYMBIOTIC_SWAP
 232         if (is_swapped_pte32(guest_pte)) {
 233             pf_error_t swap_perms;
 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
 243             if (v3_get_vaddr_perms(info, fault_addr, guest_pte, &swap_perms) == -1) {
 244                 PrintError("Error getting Swapped page permissions\n");
 245                 return -1;
 246             }
 247
 248
 249             // swap_perms.write == 1 || error_code.write == 0
 250             // swap_perms.user == 0 || error_code.user == 1
 251
 252             // This checks for permissions violations that require a guest PF injection
 253             if ( (swap_perms.present == 1) &&
 254                  ( (swap_perms.write == 1) ||
 255                    (error_code.write == 0) ) &&
 256                  ( (swap_perms.user == 1) ||
 257                    (error_code.user == 0) ) ) {
 258                 addr_t swp_pg_addr = 0;
 259
 260                 PrintDebug("Page fault on swapped out page (vaddr=%p) (pte=%x) (error_code=%x)\n",
 261                          (void *)fault_addr, *(uint32_t *)guest_pte, *(uint32_t *)&error_code);
 262
 263                 swp_pg_addr = v3_get_swapped_pg_addr(info, shadow_pte, guest_pte);
 264
 265                 PrintDebug("Swapped page address=%p\n", (void *)swp_pg_addr);
 266
 267                 if (swp_pg_addr != 0) {
 268                     shadow_pte->writable = swap_perms.write;
 269                     shadow_pte->user_page = swap_perms.user;
 270
 271                     shadow_pte->write_through = 0;
 272                     shadow_pte->cache_disable = 0;
 273                     shadow_pte->global_page = 0;
 274
 275                     shadow_pte->present = 1;
 276
 277                     shadow_pte->page_base_addr = swp_pg_addr;
 278
 279 #ifdef CONFIG_SYMBIOTIC_SWAP_TELEMETRY
 280                     info->swap_state.mapped_pages++;
 281 #endif
 282
 283                     return 0;
 284                 }
 285             } else {
 286                 PrintDebug("Not a sym swappable page\n");
 287             }
 288         }
 289 #endif
 290
 291
 292         if (inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code) == -1) {
 293             PrintError("Could not inject guest page fault for vaddr %p\n", (void *)fault_addr);
 294             return -1;
 295         }
 296
 297         return 0;
 298     }
 299
 300
 301
 302     if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_OK) {
 303         // Inconsistent state...
 304         // Guest Re-Entry will flush page tables and everything should now work
 305         PrintDebug("Inconsistent state... Guest re-entry should flush tlb\n");
 306         return 0;
 307     }
 308
 309
 310     if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) {
 311         // Page Table Entry Not Present
 312         PrintDebug("guest_pa =%p\n", (void *)guest_pa);
 313
 314         if ((shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_ALLOCATED) ||
 315             (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK)) {
 316             addr_t shadow_pa = v3_get_shadow_addr(shdw_reg, guest_pa);
 317
 318             shadow_pte->page_base_addr = PAGE_BASE_ADDR(shadow_pa);
 319
 320             PrintDebug("\tMapping shadow page (%p)\n", (void *)BASE_TO_PAGE_ADDR(shadow_pte->page_base_addr));
 321
 322             shadow_pte->present = guest_pte->present;
 323             shadow_pte->user_page = guest_pte->user_page;
 324
 325             //set according to VMM policy
 326             shadow_pte->write_through = guest_pte->write_through;
 327             shadow_pte->cache_disable = guest_pte->cache_disable;
 328             shadow_pte->global_page = guest_pte->global_page;
 329             //
 330
 331             guest_pte->accessed = 1;
 332
 333             if (guest_pte->dirty == 1) {
 334                 shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 335             } else if ((guest_pte->dirty == 0) && (error_code.write == 1)) {
 336                 shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 337                 guest_pte->dirty = 1;
 338             } else if ((guest_pte->dirty == 0) && (error_code.write == 0)) {
 339                 shadow_pte->writable = 0;
 340             }
 341
 342
 343
 344             // Write hooks trump all, and are set Read Only
 345             if (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK) {
 346                 shadow_pte->writable = 0;
 347             }
 348
 349         } else {
 350             // Page fault handled by hook functions
 351
 352             if (v3_handle_mem_full_hook(info, fault_addr, guest_pa, shdw_reg, error_code) == -1) {
 353                 PrintError("Special Page fault handler returned error for address: %p\n",  (void *)fault_addr);
 354                 return -1;
 355             }
 356         }
 357     } else if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_WRITE_ERROR) {
 358         guest_pte->dirty = 1;
 359
 360         if (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK) {
 361             if (v3_handle_mem_wr_hook(info, fault_addr, guest_pa, shdw_reg, error_code) == -1) {
 362                 PrintError("Special Page fault handler returned error for address: %p\n",  (void *)fault_addr);
 363                 return -1;
 364             }
 365         } else {
 366             PrintDebug("Shadow PTE Write Error\n");
 367             shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 368         }
 369
 370
 371         return 0;
 372
 373     } else {
 374         // Inject page fault into the guest
 375         if (inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code) == -1) {
 376             PrintError("Could not inject guest page fault for vaddr %p\n", (void *)fault_addr);
 377             return -1;
 378         }
 379
 380         PrintError("PTE Page fault fell through... Not sure if this should ever happen\n");
 381         PrintError("Manual Says to inject page fault into guest\n");
 382         return -1;
 383     }
 384
 385     return 0;
 386 }
 387
 388
 389
 390 static int handle_4MB_shadow_pagefault_32(struct guest_info * info,
 391                                      addr_t fault_addr, pf_error_t error_code,
 392                                      pte32_t * shadow_pt, pde32_4MB_t * large_guest_pde)
 393 {
 394     pt_access_status_t shadow_pte_access = v3_can_access_pte32(shadow_pt, fault_addr, error_code);
 395     pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *)&(shadow_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);
 396     addr_t guest_fault_pa = BASE_TO_PAGE_ADDR_4MB(large_guest_pde->page_base_addr) + PAGE_OFFSET_4MB(fault_addr);
 397
 398
 399     PrintDebug("Handling 4MB fault (guest_fault_pa=%p) (error_code=%x)\n", (void *)guest_fault_pa, *(uint_t*)&error_code);
 400     PrintDebug("ShadowPT=%p, LargeGuestPDE=%p\n", shadow_pt, large_guest_pde);
 401
 402     struct v3_shadow_region * shdw_reg = v3_get_shadow_region(info, guest_fault_pa);
 403
 404
 405     if (shdw_reg == NULL) {
 406         // Inject a machine check in the guest
 407         PrintDebug("Invalid Guest Address in page table (0x%p)\n", (void *)guest_fault_pa);
 408         v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 409         return -1;
 410     }
 411
 412     if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_OK) {
 413         // Inconsistent state...
 414         // Guest Re-Entry will flush tables and everything should now workd
 415         PrintDebug("Inconsistent state... Guest re-entry should flush tlb\n");
 416         return 0;
 417     }
 418
 419
 420     if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) {
 421         // Get the guest physical address of the fault
 422
 423         if ((shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_ALLOCATED) ||
 424             (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK)) {
 425             addr_t shadow_pa = v3_get_shadow_addr(shdw_reg, guest_fault_pa);
 426
 427             shadow_pte->page_base_addr = PAGE_BASE_ADDR(shadow_pa);
 428
 429             PrintDebug("\tMapping shadow page (%p)\n", (void *)BASE_TO_PAGE_ADDR(shadow_pte->page_base_addr));
 430
 431             shadow_pte->present = 1;
 432
 433             /* We are assuming that the PDE entry has precedence
 434              * so the Shadow PDE will mirror the guest PDE settings,
 435              * and we don't have to worry about them here
 436              * Allow everything
 437              */
 438             shadow_pte->user_page = 1;
 439
 440             if (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK) {
 441                 shadow_pte->writable = 0;
 442             } else {
 443                 shadow_pte->writable = 1;
 444             }
 445
 446             //set according to VMM policy
 447             shadow_pte->write_through = large_guest_pde->write_through;
 448             shadow_pte->cache_disable = large_guest_pde->cache_disable;
 449             shadow_pte->global_page = large_guest_pde->global_page;
 450             //
 451
 452         } else {
 453             if (v3_handle_mem_full_hook(info, fault_addr, guest_fault_pa, shdw_reg, error_code) == -1) {
 454                 PrintError("Special Page Fault handler returned error for address: %p\n", (void *)fault_addr);
 455                 return -1;
 456             }
 457         }
 458     } else if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_WRITE_ERROR) {
 459
 460         if (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK) {
 461
 462             if (v3_handle_mem_wr_hook(info, fault_addr, guest_fault_pa, shdw_reg, error_code) == -1) {
 463                 PrintError("Special Page Fault handler returned error for address: %p\n", (void *)fault_addr);
 464                 return -1;
 465             }
 466         }
 467
 468     } else {
 469         PrintError("Error in large page fault handler...\n");
 470         PrintError("This case should have been handled at the top level handler\n");
 471         return -1;
 472     }
 473
 474     PrintDebug("Returning from large page fault handler\n");
 475     return 0;
 476 }
 477
 478
 479
 480
 481
 482
 483
 484
 485
 486
 487
 488
 489 /* If we start to optimize we should look up the guest pages in the cache... */
 490 static inline int handle_shadow_invlpg_32(struct guest_info * info, addr_t vaddr) {
 491     pde32_t * shadow_pd = (pde32_t *)CR3_TO_PDE32_VA(info->ctrl_regs.cr3);
 492     pde32_t * shadow_pde = (pde32_t *)&shadow_pd[PDE32_INDEX(vaddr)];
 493
 494     addr_t guest_cr3 =  CR3_TO_PDE32_PA(info->shdw_pg_state.guest_cr3);
 495     pde32_t * guest_pd = NULL;
 496     pde32_t * guest_pde;
 497
 498     if (guest_pa_to_host_va(info, guest_cr3, (addr_t*)&guest_pd) == -1) {
 499         PrintError("Invalid Guest PDE Address: 0x%p\n",  (void *)guest_cr3);
 500         return -1;
 501     }
 502
 503     guest_pde = (pde32_t *)&(guest_pd[PDE32_INDEX(vaddr)]);
 504
 505     if (guest_pde->large_page == 1) {
 506         shadow_pde->present = 0;
 507         PrintDebug("Invalidating Large Page\n");
 508     } else if (shadow_pde->present == 1) {
 509         pte32_t * shadow_pt = (pte32_t *)(addr_t)BASE_TO_PAGE_ADDR_4KB(shadow_pde->pt_base_addr);
 510         pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *) V3_VAddr( (void*) &shadow_pt[PTE32_INDEX(vaddr)] );
 511
 512         PrintDebug("Setting not present\n");
 513
 514         shadow_pte->present = 0;
 515     }
 516     return 0;
 517 }