Palacios Public Git Repository

To checkout Palacios execute

  git clone http://v3vee.org/palacios/palacios.web/palacios.git
This will give you the master branch. You probably want the devel branch or one of the release branches. To switch to the devel branch, simply execute
  cd palacios
  git checkout --track -b devel origin/devel
The other branches are similar.


Direct paging changes
[palacios.git] / palacios / src / palacios / vmm_shadow_paging.c
index 57fade1..3ae28d4 100644 (file)
+/* 
+ * This file is part of the Palacios Virtual Machine Monitor developed
+ * by the V3VEE Project with funding from the United States National 
+ * Science Foundation and the Department of Energy.  
+ *
+ * The V3VEE Project is a joint project between Northwestern University
+ * and the University of New Mexico.  You can find out more at 
+ * http://www.v3vee.org
+ *
+ * Copyright (c) 2008, Jack Lange <jarusl@cs.northwestern.edu> 
+ * Copyright (c) 2008, The V3VEE Project <http://www.v3vee.org> 
+ * All rights reserved.
+ *
+ * Author: Jack Lange <jarusl@cs.northwestern.edu>
+ *
+ * This is free software.  You are permitted to use,
+ * redistribute, and modify it as specified in the file "V3VEE_LICENSE".
+ */
+
+
 #include <palacios/vmm_shadow_paging.h>
 
 
 #include <palacios/vmm.h>
 #include <palacios/vm_guest_mem.h>
+#include <palacios/vmm_decoder.h>
+#include <palacios/vmm_ctrl_regs.h>
+
+#include <palacios/vmm_hashtable.h>
+
+#include <palacios/vmm_direct_paging.h>
+
+#ifndef DEBUG_SHADOW_PAGING
+#undef PrintDebug
+#define PrintDebug(fmt, args...)
+#endif
 
-extern struct vmm_os_hooks * os_hooks;
 
+/*** 
+ ***  There be dragons
+ ***/
 
-int init_shadow_page_state(struct shadow_page_state * state) {
-  state->guest_mode = PDE32;
-  state->shadow_mode = PDE32;
+
+struct shadow_page_data {
+  v3_reg_t cr3;
+  addr_t page_pa;
+  
+  struct list_head page_list_node;
+};
+
+
+DEFINE_HASHTABLE_INSERT(add_pte_map, addr_t, addr_t);
+DEFINE_HASHTABLE_SEARCH(find_pte_map, addr_t, addr_t);
+//DEFINE_HASHTABLE_REMOVE(del_pte_map, addr_t, addr_t, 0);
+
+
+
+static uint_t pte_hash_fn(addr_t key) {
+  return hash_long(key, 32);
+}
+
+static int pte_equals(addr_t key1, addr_t key2) {
+  return (key1 == key2);
+}
+
+static struct shadow_page_data * create_new_shadow_pt(struct guest_info * info);
+static void inject_guest_pf(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code);
+static int is_guest_pf(pt_access_status_t guest_access, pt_access_status_t shadow_access);
+
+
+#include "vmm_shadow_paging_32.h"
+#include "vmm_shadow_paging_32pae.h"
+#include "vmm_shadow_paging_64.h"
+
+
+
+int v3_init_shadow_page_state(struct guest_info * info) {
+  struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
   
   state->guest_cr3 = 0;
-  state->shadow_cr3 = 0;
+  state->guest_cr0 = 0;
+
+  INIT_LIST_HEAD(&(state->page_list));
+
+  state->cached_ptes = NULL;
+  state->cached_cr3 = 0;
+  
+  return 0;
+}
+
+
+
+// Reads the guest CR3 register
+// creates new shadow page tables
+// updates the shadow CR3 register to point to the new pts
+int v3_activate_shadow_pt(struct guest_info * info) {
+  switch (v3_get_cpu_mode(info)) {
+
+  case PROTECTED:
+    return activate_shadow_pt_32(info);
+  case PROTECTED_PAE:
+    return activate_shadow_pt_32pae(info);
+  case LONG:
+  case LONG_32_COMPAT:
+  case LONG_16_COMPAT:
+    return activate_shadow_pt_64(info);
+  default:
+    PrintError("Invalid CPU mode: %s\n", v3_cpu_mode_to_str(v3_get_cpu_mode(info)));
+    return -1;
+  }
+
+  return 0;
+}
+
 
+int v3_activate_passthrough_pt(struct guest_info * info) {
+  // For now... But we need to change this....
+  // As soon as shadow paging becomes active the passthrough tables are hosed
+  // So this will cause chaos if it is called at that time
+
+  info->ctrl_regs.cr3 = *(addr_t*)&(info->direct_map_pt);
+  //PrintError("Activate Passthrough Page tables not implemented\n");
   return 0;
 }
 
-int handle_shadow_pagefault(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
-  if (info->cpu_mode == PROTECTED_PG) {
-    return handle_shadow_pagefault32(info, fault_addr, error_code);
+
+
+int v3_handle_shadow_pagefault(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
+  
+  if (v3_get_mem_mode(info) == PHYSICAL_MEM) {
+    // If paging is not turned on we need to handle the special cases
+    return v3_handle_shadow_pagefault_physical_mode(info, fault_addr, error_code);
+  } else if (v3_get_mem_mode(info) == VIRTUAL_MEM) {
+
+    switch (v3_get_cpu_mode(info)) {
+    case PROTECTED:
+      return handle_shadow_pagefault_32(info, fault_addr, error_code);
+      break;
+    case PROTECTED_PAE:
+      return handle_shadow_pagefault_32pae(info, fault_addr, error_code);
+    case LONG:
+    case LONG_32_COMPAT:
+    case LONG_16_COMPAT:
+      return handle_shadow_pagefault_64(info, fault_addr, error_code);
+      break;
+    default:
+      PrintError("Unhandled CPU Mode: %s\n", v3_cpu_mode_to_str(v3_get_cpu_mode(info)));
+      return -1;
+    }
   } else {
+    PrintError("Invalid Memory mode\n");
     return -1;
   }
 }
 
 
-int handle_shadow_pagefault32(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
-  pde32_t * guest_pde = NULL;
-  pde32_t * shadow_pde = (pde32_t *)CR3_TO_PDE32(info->shdw_pg_state.shadow_cr3);
-  addr_t guest_cr3 = CR3_TO_PDE32(info->shdw_pg_state.guest_cr3);
+int v3_handle_shadow_invlpg(struct guest_info * info) {
+  uchar_t instr[15];
+  struct x86_instr dec_instr;
+  int ret = 0;
+  addr_t vaddr = 0;
 
-  if (guest_pa_to_host_va(info, guest_cr3, (addr_t*)&guest_pde) == -1) {
+  if (v3_get_mem_mode(info) != VIRTUAL_MEM) {
+    // Paging must be turned on...
+    // should handle with some sort of fault I think
+    PrintError("ERROR: INVLPG called in non paged mode\n");
     return -1;
   }
 
-  if (error_code.present == 0) {
-    // Faulted because page was not present...
-    if (shadow_pde[PDE32_INDEX(fault_addr)].present) {
-      
-      
-    } else {
-      return -1;
-    }    
+  if (v3_get_mem_mode(info) == PHYSICAL_MEM) { 
+    ret = read_guest_pa_memory(info, get_addr_linear(info, info->rip, &(info->segments.cs)), 15, instr);
+  } else { 
+    ret = read_guest_va_memory(info, get_addr_linear(info, info->rip, &(info->segments.cs)), 15, instr);
+  }
+
+  if (ret == -1) {
+    PrintError("Could not read instruction into buffer\n");
+    return -1;
   }
 
-  // Checks:
-  // Shadow PDE
-  // Guest PDE
-  // Shadow PTE
-  // Guest PTE
-  // Mem Map
+  if (v3_decode(info, (addr_t)instr, &dec_instr) == -1) {
+    PrintError("Decoding Error\n");
+    return -1;
+  }
   
-  return -1;
+  if ((dec_instr.op_type != V3_OP_INVLPG) || 
+      (dec_instr.num_operands != 1) ||
+      (dec_instr.dst_operand.type != MEM_OPERAND)) {
+    PrintError("Decoder Error: Not a valid INVLPG instruction...\n");
+    return -1;
+  }
+
+  vaddr = dec_instr.dst_operand.operand;
+
+  info->rip += dec_instr.instr_length;
+
+  switch (v3_get_cpu_mode(info)) {
+  case PROTECTED:
+    return handle_shadow_invlpg_32(info, vaddr);
+  case PROTECTED_PAE:
+    return handle_shadow_invlpg_32pae(info, vaddr);
+  case LONG:
+  case LONG_32_COMPAT:
+  case LONG_16_COMPAT:
+    return handle_shadow_invlpg_64(info, vaddr);
+  default:
+    PrintError("Invalid CPU mode: %s\n", v3_cpu_mode_to_str(v3_get_cpu_mode(info)));
+    return -1;
+  }
 }
 
 
-addr_t create_new_shadow_pt32(struct guest_info * info) {
-  void * host_pde = 0;
 
-  V3_AllocPages(host_pde, 1);
-  memset(host_pde, 0, PAGE_SIZE);
 
-  return (addr_t)host_pde;
-}
+static struct shadow_page_data * create_new_shadow_pt(struct guest_info * info) {
+  struct shadow_page_state * state = &(info->shdw_pg_state);
+  v3_reg_t cur_cr3 = info->ctrl_regs.cr3;
+  struct shadow_page_data * page_tail = NULL;
+  addr_t shdw_page = 0;
 
+  if (!list_empty(&(state->page_list))) {
+    page_tail = list_tail_entry(&(state->page_list), struct shadow_page_data, page_list_node);
+    
+    if (page_tail->cr3 != cur_cr3) {
+      PrintDebug("Reusing old shadow Page: %p (cur_CR3=%p)(page_cr3=%p) \n",
+                (void *) page_tail->page_pa, (void *)cur_cr3, (void *)(page_tail->cr3));
 
+      list_move(&(page_tail->page_list_node), &(state->page_list));
 
+      memset(V3_VAddr((void *)(page_tail->page_pa)), 0, PAGE_SIZE_4KB);
 
-addr_t setup_shadow_pt32(struct guest_info * info, addr_t virt_cr3) {
-  addr_t cr3_guest_addr = CR3_TO_PDE32(virt_cr3);
-  pde32_t * guest_pde;
-  pde32_t * host_pde = NULL;
-  int i;
-  
-  // Setup up guest_pde to point to the PageDir in host addr
-  if (guest_pa_to_host_va(info, cr3_guest_addr, (addr_t*)&guest_pde) == -1) {
-    return 0;
-  }
-  
-  V3_AllocPages(host_pde, 1);
-  memset(host_pde, 0, PAGE_SIZE);
 
-  for (i = 0; i < MAX_PDE32_ENTRIES; i++) {
-    if (guest_pde[i].present == 1) {
-      addr_t pt_host_addr;
-      addr_t host_pte;
+      return page_tail;
+    }
+  }
 
-      if (guest_pa_to_host_va(info, PDE32_T_ADDR(guest_pde[i]), &pt_host_addr) == -1) {
-       return 0;
-      }
+  // else  
 
-      if ((host_pte = setup_shadow_pte32(info, pt_host_addr)) == 0) {
-       return 0;
-      }
+  page_tail = (struct shadow_page_data *)V3_Malloc(sizeof(struct shadow_page_data));
+  page_tail->page_pa = (addr_t)V3_AllocPages(1);
 
-      host_pde[i].present = 1;
-      host_pde[i].pt_base_addr = PD32_BASE_ADDR(host_pte);
+  PrintDebug("Allocating new shadow Page: %p (cur_cr3=%p)\n", (void *)page_tail->page_pa, (void *)cur_cr3);
 
-      //
-      // Set Page DIR flags
-      //
-    }
-  }
+  page_tail->cr3 = cur_cr3;
+  list_add(&(page_tail->page_list_node), &(state->page_list));
 
-  PrintDebugPageTables(host_pde);
+  shdw_page = (addr_t)V3_VAddr((void *)(page_tail->page_pa));
+  memset((void *)shdw_page, 0, PAGE_SIZE_4KB);
 
-  return (addr_t)host_pde;
+  return page_tail;
 }
 
 
+static void inject_guest_pf(struct guest_info * info, addr_t fault_addr, pf_error_t error_code) {
+  if (info->enable_profiler) {
+    info->profiler.guest_pf_cnt++;
+  }
 
-addr_t setup_shadow_pte32(struct guest_info * info, addr_t pt_host_addr) {
-  pte32_t * guest_pte = (pte32_t *)pt_host_addr;
-  pte32_t * host_pte = NULL;
-  int i;
+  info->ctrl_regs.cr2 = fault_addr;
+  v3_raise_exception_with_error(info, PF_EXCEPTION, *(uint_t *)&error_code);
+}
 
-  V3_AllocPages(host_pte, 1);
-  memset(host_pte, 0, PAGE_SIZE);
 
-  for (i = 0; i < MAX_PTE32_ENTRIES; i++) {
-    if (guest_pte[i].present == 1) {
-      addr_t guest_pa = PTE32_T_ADDR(guest_pte[i]);
-      shadow_mem_type_t page_type;
-      addr_t host_pa = 0;
+static int is_guest_pf(pt_access_status_t guest_access, pt_access_status_t shadow_access) {
+  /* basically the reasoning is that there can be multiple reasons for a page fault:
+     If there is a permissions failure for a page present in the guest _BUT_
+     the reason for the fault was that the page is not present in the shadow,
+     _THEN_ we have to map the shadow page in and reexecute, this will generate
+     a permissions fault which is _THEN_ valid to send to the guest
+     _UNLESS_ both the guest and shadow have marked the page as not present
 
-      page_type = get_shadow_addr_type(info, guest_pa);
+     whew...
+  */
+  if (guest_access != PT_ACCESS_OK) {
+    // Guest Access Error
 
-      if (page_type == HOST_REGION_PHYSICAL_MEMORY) {
-       host_pa = get_shadow_addr(info, guest_pa);
-      } else {
-       
-       //
-       // Setup various memory types
-       //
-      }
+    if ((shadow_access != PT_ACCESS_NOT_PRESENT) &&
+       (guest_access != PT_ACCESS_NOT_PRESENT)) {
+      // aka (guest permission error)
+      return 1;
+    }
 
-      host_pte[i].page_base_addr = PT32_BASE_ADDR(host_pa);
-      host_pte[i].present = 1;
+    if ((shadow_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT) &&
+       (guest_access == PT_ACCESS_NOT_PRESENT)) {
+      // Page tables completely blank, handle guest first
+      return 1;
     }
+
+    // Otherwise we'll handle the guest fault later...?
   }
 
-  return (addr_t)host_pte;
+  return 0;
 }