palacios/src/palacios/vmm_shadow_paging_32.h

   1
   2 static int cache_page_tables_32(struct guest_info * info, addr_t pde) {
   3   struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
   4   addr_t pde_host_addr;
   5   pde32_t * tmp_pde;
   6   struct hashtable * pte_cache = NULL;
   7   int i = 0;
   8
   9   if (pde == state->cached_cr3) {
  10     return 1;
  11   }
  12
  13   if (state->cached_ptes != NULL) {
  14     hashtable_destroy(state->cached_ptes, 0, 0);
  15     state->cached_ptes = NULL;
  16   }
  17
  18   state->cached_cr3 = pde;
  19
  20   pte_cache = create_hashtable(0, &pte_hash_fn, &pte_equals);
  21   state->cached_ptes = pte_cache;
  22
  23   if (guest_pa_to_host_va(info, pde, &pde_host_addr) == -1) {
  24     PrintError("Could not lookup host address of guest PDE\n");
  25     return -1;
  26   }
  27
  28   tmp_pde = (pde32_t *)pde_host_addr;
  29
  30   add_pte_map(pte_cache, pde, pde_host_addr);
  31
  32
  33   for (i = 0; i < MAX_PDE32_ENTRIES; i++) {
  34     if ((tmp_pde[i].present) && (tmp_pde[i].large_page == 0)) {
  35       addr_t pte_host_addr;
  36
  37       if (guest_pa_to_host_va(info, (addr_t)(BASE_TO_PAGE_ADDR(tmp_pde[i].pt_base_addr)), &pte_host_addr) == -1) {
  38         PrintError("Could not lookup host address of guest PDE\n");
  39         return -1;
  40       }
  41
  42       add_pte_map(pte_cache, (addr_t)(BASE_TO_PAGE_ADDR(tmp_pde[i].pt_base_addr)), pte_host_addr);
  43     }
  44   }
  45
  46   return 0;
  47
  48 }
  49
  50
  51
  52 // We assume that shdw_pg_state.guest_cr3 is pointing to the page tables we want to activate
  53 // We also assume that the CPU mode has not changed during this page table transition
  54 static inline int activate_shadow_pt_32(struct guest_info * info) {
  55   struct cr3_32 * shadow_cr3 = (struct cr3_32 *)&(info->ctrl_regs.cr3);
  56   struct cr3_32 * guest_cr3 = (struct cr3_32 *)&(info->shdw_pg_state.guest_cr3);
  57   int cached = 0;
  58
  59   // Check if shadow page tables are in the cache
  60   cached = cache_page_tables_32(info, CR3_TO_PDE32_PA(*(addr_t *)guest_cr3));
  61
  62   if (cached == -1) {
  63     PrintError("CR3 Cache failed\n");
  64     return -1;
  65   } else if (cached == 0) {
  66     addr_t shadow_pt;
  67
  68     PrintDebug("New CR3 is different - flushing shadow page table %p\n", shadow_cr3 );
  69     delete_page_tables_32(CR3_TO_PDE32_VA(*(uint_t*)shadow_cr3));
  70
  71     shadow_pt = create_new_shadow_pt();
  72
  73     shadow_cr3->pdt_base_addr = (addr_t)V3_PAddr((void *)(addr_t)PAGE_BASE_ADDR(shadow_pt));
  74     PrintDebug( "Created new shadow page table %p\n", (void *)(addr_t)shadow_cr3->pdt_base_addr );
  75   } else {
  76     PrintDebug("Reusing cached shadow Page table\n");
  77   }
  78
  79   shadow_cr3->pwt = guest_cr3->pwt;
  80   shadow_cr3->pcd = guest_cr3->pcd;
  81
  82   return 0;
  83 }
  84
  85 /*
  86  * *
  87  * *
  88  * * 32 bit Page table fault handlers
  89  * *
  90  * *
  91  */
  92 static int handle_large_pagefault_32(struct guest_info * info,
  93                                     addr_t fault_addr, pf_error_t error_code,
  94                                      pte32_t * shadow_pt, pde32_4MB_t * large_guest_pde);
  95
  96 static int handle_shadow_pte32_fault(struct guest_info * info,
  97                                      addr_t fault_addr,
  98                                      pf_error_t error_code,
  99                                      pte32_t * shadow_pt,
 100                                      pte32_t * guest_pt);
 101
 102
 103 static inline int handle_shadow_pagefault_32(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
 104   pde32_t * guest_pd = NULL;
 105   pde32_t * shadow_pd = CR3_TO_PDE32_VA(info->ctrl_regs.cr3);
 106   addr_t guest_cr3 = CR3_TO_PDE32_PA(info->shdw_pg_state.guest_cr3);
 107   pt_access_status_t guest_pde_access;
 108   pt_access_status_t shadow_pde_access;
 109   pde32_t * guest_pde = NULL;
 110   pde32_t * shadow_pde = (pde32_t *)&(shadow_pd[PDE32_INDEX(fault_addr)]);
 111
 112   PrintDebug("Shadow page fault handler: %p\n", (void*) fault_addr );
 113
 114   if (guest_pa_to_host_va(info, guest_cr3, (addr_t*)&guest_pd) == -1) {
 115     PrintError("Invalid Guest PDE Address: 0x%p\n",  (void *)guest_cr3);
 116     return -1;
 117   }
 118
 119   guest_pde = (pde32_t *)&(guest_pd[PDE32_INDEX(fault_addr)]);
 120
 121
 122   // Check the guest page permissions
 123   guest_pde_access = v3_can_access_pde32(guest_pd, fault_addr, error_code);
 124
 125   // Check the shadow page permissions
 126   shadow_pde_access = v3_can_access_pde32(shadow_pd, fault_addr, error_code);
 127
 128   /* Was the page fault caused by the Guest's page tables? */
 129   if (is_guest_pf(guest_pde_access, shadow_pde_access) == 1) {
 130     PrintDebug("Injecting PDE pf to guest: (guest access error=%d) (pf error code=%d)\n",
 131                *(uint_t *)&guest_pde_access, *(uint_t *)&error_code);
 132     inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code);
 133     return 0;
 134   }
 135
 136
 137   if (shadow_pde_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT)
 138     {
 139       pte32_t * shadow_pt =  (pte32_t *)create_new_shadow_pt();
 140
 141       shadow_pde->present = 1;
 142       shadow_pde->user_page = guest_pde->user_page;
 143       //    shadow_pde->large_page = guest_pde->large_page;
 144       shadow_pde->large_page = 0;
 145
 146
 147       // VMM Specific options
 148       shadow_pde->write_through = 0;
 149       shadow_pde->cache_disable = 0;
 150       shadow_pde->global_page = 0;
 151       //
 152
 153       guest_pde->accessed = 1;
 154
 155       shadow_pde->pt_base_addr = PAGE_BASE_ADDR((addr_t)V3_PAddr(shadow_pt));
 156
 157       if (guest_pde->large_page == 0) {
 158         pte32_t * guest_pt = NULL;
 159         shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
 160
 161         if (guest_pa_to_host_va(info, BASE_TO_PAGE_ADDR(guest_pde->pt_base_addr), (addr_t*)&guest_pt) == -1) {
 162           // Machine check the guest
 163           PrintDebug("Invalid Guest PTE Address: 0x%p\n", (void *)BASE_TO_PAGE_ADDR(guest_pde->pt_base_addr));
 164           v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 165           return 0;
 166         }
 167
 168         if (handle_shadow_pte32_fault(info, fault_addr, error_code, shadow_pt, guest_pt)  == -1) {
 169           PrintError("Error handling Page fault caused by PTE\n");
 170           return -1;
 171         }
 172       } else {
 173         // ??  What if guest pde is dirty a this point?
 174         ((pde32_4MB_t *)guest_pde)->dirty = 0;
 175         shadow_pde->writable = 0;
 176       }
 177     }
 178   else if (shadow_pde_access == PT_ACCESS_OK)
 179     {
 180       //
 181       // PTE fault
 182       //
 183       pte32_t * shadow_pt = (pte32_t *)V3_VAddr( (void*)(addr_t) BASE_TO_PAGE_ADDR(shadow_pde->pt_base_addr) );
 184
 185       if (guest_pde->large_page == 0) {
 186         pte32_t * guest_pt = NULL;
 187
 188         if (guest_pa_to_host_va(info, BASE_TO_PAGE_ADDR(guest_pde->pt_base_addr), (addr_t*)&guest_pt) == -1) {
 189           // Machine check the guest
 190           PrintDebug("Invalid Guest PTE Address: 0x%p\n", (void *)BASE_TO_PAGE_ADDR(guest_pde->pt_base_addr));
 191           v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 192           return 0;
 193         }
 194
 195         if (handle_shadow_pte32_fault(info, fault_addr, error_code, shadow_pt, guest_pt)  == -1) {
 196           PrintError("Error handling Page fault caused by PTE\n");
 197           return -1;
 198         }
 199       } else if (guest_pde->large_page == 1) {
 200         if (handle_large_pagefault_32(info, fault_addr, error_code, shadow_pt, (pde32_4MB_t *)guest_pde) == -1) {
 201           PrintError("Error handling large pagefault\n");
 202           return -1;
 203         }
 204       }
 205     }
 206   else if ((shadow_pde_access == PT_ACCESS_WRITE_ERROR) &&
 207            (guest_pde->large_page == 1) &&
 208            (((pde32_4MB_t *)guest_pde)->dirty == 0))
 209     {
 210       //
 211       // Page Directory Entry marked read-only
 212       // Its a large page and we need to update the dirty bit in the guest
 213       //
 214
 215       PrintDebug("Large page write error... Setting dirty bit and returning\n");
 216       ((pde32_4MB_t *)guest_pde)->dirty = 1;
 217       shadow_pde->writable = guest_pde->writable;
 218       return 0;
 219
 220     }
 221   else if (shadow_pde_access == PT_ACCESS_USER_ERROR)
 222     {
 223       //
 224       // Page Directory Entry marked non-user
 225       //
 226       PrintDebug("Shadow Paging User access error (shadow_pde_access=0x%x, guest_pde_access=0x%x)\n",
 227                  shadow_pde_access, guest_pde_access);
 228       inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code);
 229       return 0;
 230     }
 231   else
 232     {
 233       // inject page fault in guest
 234       inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code);
 235       PrintDebug("Unknown Error occurred (shadow_pde_access=%d)\n", shadow_pde_access);
 236       PrintDebug("Manual Says to inject page fault into guest\n");
 237 #ifdef DEBUG_SHADOW_PAGING
 238       PrintDebug("Guest PDE: (access=%d)\n\t", guest_pde_access);
 239       PrintPTEntry(PAGE_PD32, fault_addr, guest_pde);
 240       PrintDebug("Shadow PDE: (access=%d)\n\t", shadow_pde_access);
 241       PrintPTEntry(PAGE_PD32, fault_addr, shadow_pde);
 242 #endif
 243
 244       return 0;
 245     }
 246
 247   PrintDebug("Returning end of PDE function (rip=%p)\n", (void *)(addr_t)(info->rip));
 248   return 0;
 249 }
 250
 251
 252
 253 /* The guest status checks have already been done,
 254  * only special case shadow checks remain
 255  */
 256 static int handle_large_pagefault_32(struct guest_info * info,
 257                                     addr_t fault_addr, pf_error_t error_code,
 258                                     pte32_t * shadow_pt, pde32_4MB_t * large_guest_pde)
 259 {
 260   pt_access_status_t shadow_pte_access = v3_can_access_pte32(shadow_pt, fault_addr, error_code);
 261   pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *)&(shadow_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);
 262   addr_t guest_fault_pa = BASE_TO_PAGE_ADDR_4MB(large_guest_pde->page_base_addr) + PAGE_OFFSET_4MB(fault_addr);
 263
 264   struct v3_shadow_region * shdw_reg = v3_get_shadow_region(info, guest_fault_pa);
 265
 266
 267   if ((shdw_reg == NULL) ||
 268       (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_INVALID)) {
 269     // Inject a machine check in the guest
 270     PrintDebug("Invalid Guest Address in page table (0x%p)\n", (void *)guest_fault_pa);
 271     v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 272     return -1;
 273   }
 274
 275   if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_OK) {
 276     // Inconsistent state...
 277     // Guest Re-Entry will flush tables and everything should now workd
 278     PrintDebug("Inconsistent state... Guest re-entry should flush tlb\n");
 279     return 0;
 280   }
 281
 282
 283   if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) {
 284     // Get the guest physical address of the fault
 285
 286     if ((shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_ALLOCATED) ||
 287         (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK)) {
 288       struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 289       addr_t shadow_pa = v3_get_shadow_addr(shdw_reg, guest_fault_pa);
 290
 291       shadow_pte->page_base_addr = PAGE_BASE_ADDR(shadow_pa);
 292
 293       shadow_pte->present = 1;
 294
 295       /* We are assuming that the PDE entry has precedence
 296        * so the Shadow PDE will mirror the guest PDE settings,
 297        * and we don't have to worry about them here
 298        * Allow everything
 299        */
 300       shadow_pte->user_page = 1;
 301
 302       if (find_pte_map(state->cached_ptes, PAGE_ADDR(guest_fault_pa)) != NULL) {
 303         // Check if the entry is a page table...
 304         PrintDebug("Marking page as Guest Page Table (large page)\n");
 305         shadow_pte->vmm_info = PT32_GUEST_PT;
 306         shadow_pte->writable = 0;
 307       } else if (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK) {
 308         shadow_pte->writable = 0;
 309       } else {
 310         shadow_pte->writable = 1;
 311       }
 312
 313       //set according to VMM policy
 314       shadow_pte->write_through = 0;
 315       shadow_pte->cache_disable = 0;
 316       shadow_pte->global_page = 0;
 317       //
 318
 319     } else {
 320       // Handle hooked pages as well as other special pages
 321       //      if (handle_special_page_fault(info, fault_addr, guest_fault_pa, error_code) == -1) {
 322
 323       if (v3_handle_mem_full_hook(info, fault_addr, guest_fault_pa, shdw_reg, error_code) == -1) {
 324         PrintError("Special Page Fault handler returned error for address: %p\n", (void *)fault_addr);
 325         return -1;
 326       }
 327     }
 328   } else if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_WRITE_ERROR) {
 329
 330     if (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK) {
 331
 332       if (v3_handle_mem_wr_hook(info, fault_addr, guest_fault_pa, shdw_reg, error_code) == -1) {
 333         PrintError("Special Page Fault handler returned error for address: %p\n", (void *)fault_addr);
 334         return -1;
 335       }
 336     } else if (shadow_pte->vmm_info == PT32_GUEST_PT) {
 337       struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 338       PrintDebug("Write operation on Guest PAge Table Page (large page)\n");
 339       state->cached_cr3 = 0;
 340       shadow_pte->writable = 1;
 341     }
 342
 343   } else {
 344     PrintError("Error in large page fault handler...\n");
 345     PrintError("This case should have been handled at the top level handler\n");
 346     return -1;
 347   }
 348
 349   PrintDebug("Returning from large page fault handler\n");
 350   return 0;
 351 }
 352
 353
 354
 355
 356 /*
 357  * We assume the the guest pte pointer has already been translated to a host virtual address
 358  */
 359 static int handle_shadow_pte32_fault(struct guest_info * info,
 360                                      addr_t fault_addr,
 361                                      pf_error_t error_code,
 362                                      pte32_t * shadow_pt,
 363                                      pte32_t * guest_pt) {
 364
 365   pt_access_status_t guest_pte_access;
 366   pt_access_status_t shadow_pte_access;
 367   pte32_t * guest_pte = (pte32_t *)&(guest_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);;
 368   pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *)&(shadow_pt[PTE32_INDEX(fault_addr)]);
 369   addr_t guest_pa = BASE_TO_PAGE_ADDR((addr_t)(guest_pte->page_base_addr)) +  PAGE_OFFSET(fault_addr);
 370
 371   struct v3_shadow_region * shdw_reg =  v3_get_shadow_region(info, guest_pa);
 372
 373   if ((shdw_reg == NULL) ||
 374       (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_INVALID)) {
 375     // Inject a machine check in the guest
 376     PrintDebug("Invalid Guest Address in page table (0x%p)\n", (void *)guest_pa);
 377     v3_raise_exception(info, MC_EXCEPTION);
 378     return 0;
 379   }
 380
 381   // Check the guest page permissions
 382   guest_pte_access = v3_can_access_pte32(guest_pt, fault_addr, error_code);
 383
 384   // Check the shadow page permissions
 385   shadow_pte_access = v3_can_access_pte32(shadow_pt, fault_addr, error_code);
 386
 387 #ifdef DEBUG_SHADOW_PAGING
 388   PrintDebug("Guest PTE: (access=%d)\n\t", guest_pte_access);
 389   PrintPTEntry(PAGE_PT32, fault_addr, guest_pte);
 390   PrintDebug("Shadow PTE: (access=%d)\n\t", shadow_pte_access);
 391   PrintPTEntry(PAGE_PT32, fault_addr, shadow_pte);
 392 #endif
 393
 394   /* Was the page fault caused by the Guest's page tables? */
 395   if (is_guest_pf(guest_pte_access, shadow_pte_access) == 1) {
 396     PrintDebug("Access error injecting pf to guest (guest access error=%d) (pf error code=%d)\n",
 397                guest_pte_access, *(uint_t*)&error_code);
 398     inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code);
 399     return 0;
 400   }
 401
 402
 403   if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_OK) {
 404     // Inconsistent state...
 405     // Guest Re-Entry will flush page tables and everything should now work
 406     PrintDebug("Inconsistent state... Guest re-entry should flush tlb\n");
 407     return 0;
 408   }
 409
 410
 411   if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) {
 412     // Page Table Entry Not Present
 413     PrintDebug("guest_pa =%p\n", (void *)guest_pa);
 414
 415     if ((shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_ALLOCATED) ||
 416         (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK)) {
 417       struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 418       addr_t shadow_pa = v3_get_shadow_addr(shdw_reg, guest_pa);
 419
 420       shadow_pte->page_base_addr = PAGE_BASE_ADDR(shadow_pa);
 421
 422       shadow_pte->present = guest_pte->present;
 423       shadow_pte->user_page = guest_pte->user_page;
 424
 425       //set according to VMM policy
 426       shadow_pte->write_through = 0;
 427       shadow_pte->cache_disable = 0;
 428       shadow_pte->global_page = 0;
 429       //
 430
 431       guest_pte->accessed = 1;
 432
 433       if (find_pte_map(state->cached_ptes, PAGE_ADDR(guest_pa)) != NULL) {
 434         // Check if the entry is a page table...
 435         PrintDebug("Marking page as Guest Page Table %d\n", shadow_pte->writable);
 436         shadow_pte->vmm_info = PT32_GUEST_PT;
 437       }
 438
 439       if (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK) {
 440         shadow_pte->writable = 0;
 441       } else if (guest_pte->dirty == 1) {
 442         shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 443       } else if ((guest_pte->dirty == 0) && (error_code.write == 1)) {
 444         shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 445         guest_pte->dirty = 1;
 446
 447         if (shadow_pte->vmm_info == PT32_GUEST_PT) {
 448           // Well that was quick...
 449           struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 450           PrintDebug("Immediate Write operation on Guest PAge Table Page\n");
 451           state->cached_cr3 = 0;
 452         }
 453
 454       } else if ((guest_pte->dirty == 0) && (error_code.write == 0)) {  // was =
 455         shadow_pte->writable = 0;
 456       }
 457
 458     } else {
 459       // Page fault handled by hook functions
 460
 461       if (v3_handle_mem_full_hook(info, fault_addr, guest_pa, shdw_reg, error_code) == -1) {
 462         PrintError("Special Page fault handler returned error for address: %p\n",  (void *)fault_addr);
 463         return -1;
 464       }
 465     }
 466   } else if (shadow_pte_access == PT_ACCESS_WRITE_ERROR) {
 467     guest_pte->dirty = 1;
 468
 469     if (shdw_reg->host_type == SHDW_REGION_WRITE_HOOK) {
 470       if (v3_handle_mem_wr_hook(info, fault_addr, guest_pa, shdw_reg, error_code) == -1) {
 471         PrintError("Special Page fault handler returned error for address: %p\n",  (void *)fault_addr);
 472         return -1;
 473       }
 474     } else {
 475       PrintDebug("Shadow PTE Write Error\n");
 476       shadow_pte->writable = guest_pte->writable;
 477     }
 478
 479     if (shadow_pte->vmm_info == PT32_GUEST_PT) {
 480       struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
 481       PrintDebug("Write operation on Guest PAge Table Page\n");
 482       state->cached_cr3 = 0;
 483     }
 484
 485     return 0;
 486
 487   } else {
 488     // Inject page fault into the guest
 489     inject_guest_pf(info, fault_addr, error_code);
 490     PrintError("PTE Page fault fell through... Not sure if this should ever happen\n");
 491     PrintError("Manual Says to inject page fault into guest\n");
 492     return -1;
 493   }
 494
 495   PrintDebug("Returning end of function\n");
 496   return 0;
 497 }
 498
 499
 500
 501 /* If we start to optimize we should look up the guest pages in the cache... */
 502 static inline int handle_shadow_invlpg_32(struct guest_info * info, addr_t vaddr) {
 503   pde32_t * shadow_pd = (pde32_t *)CR3_TO_PDE32_VA(info->ctrl_regs.cr3);
 504   pde32_t * shadow_pde = (pde32_t *)&shadow_pd[PDE32_INDEX(vaddr)];
 505
 506   addr_t guest_cr3 =  CR3_TO_PDE32_PA(info->shdw_pg_state.guest_cr3);
 507   pde32_t * guest_pd = NULL;
 508   pde32_t * guest_pde;
 509
 510   if (guest_pa_to_host_va(info, guest_cr3, (addr_t*)&guest_pd) == -1) {
 511     PrintError("Invalid Guest PDE Address: 0x%p\n",  (void *)guest_cr3);
 512     return -1;
 513   }
 514
 515   guest_pde = (pde32_t *)&(guest_pd[PDE32_INDEX(vaddr)]);
 516
 517   if (guest_pde->large_page == 1) {
 518     shadow_pde->present = 0;
 519     PrintDebug("Invalidating Large Page\n");
 520   } else if (shadow_pde->present == 1) {
 521     pte32_t * shadow_pt = (pte32_t *)(addr_t)BASE_TO_PAGE_ADDR_4KB(shadow_pde->pt_base_addr);
 522     pte32_t * shadow_pte = (pte32_t *) V3_VAddr( (void*) &shadow_pt[PTE32_INDEX(vaddr)] );
 523
 524     PrintDebug("Setting not present\n");
 525
 526     shadow_pte->present = 0;
 527   }
 528   return 0;
 529 }