err.no Git - linux-2.6/blob - drivers/kvm/paging_tmpl.h

   1 /*
   2  * Kernel-based Virtual Machine driver for Linux
   3  *
   4  * This module enables machines with Intel VT-x extensions to run virtual
   5  * machines without emulation or binary translation.
   6  *
   7  * MMU support
   8  *
   9  * Copyright (C) 2006 Qumranet, Inc.
  10  *
  11  * Authors:
  12  *   Yaniv Kamay  <yaniv@qumranet.com>
  13  *   Avi Kivity   <avi@qumranet.com>
  14  *
  15  * This work is licensed under the terms of the GNU GPL, version 2.  See
  16  * the COPYING file in the top-level directory.
  17  *
  18  */
  19
  20 /*
  21  * We need the mmu code to access both 32-bit and 64-bit guest ptes,
  22  * so the code in this file is compiled twice, once per pte size.
  23  */
  24
  25 #if PTTYPE == 64
  26         #define pt_element_t u64
  27         #define guest_walker guest_walker64
  28         #define FNAME(name) paging##64_##name
  29         #define PT_BASE_ADDR_MASK PT64_BASE_ADDR_MASK
  30         #define PT_DIR_BASE_ADDR_MASK PT64_DIR_BASE_ADDR_MASK
  31         #define PT_INDEX(addr, level) PT64_INDEX(addr, level)
  32         #define SHADOW_PT_INDEX(addr, level) PT64_INDEX(addr, level)
  33         #define PT_LEVEL_MASK(level) PT64_LEVEL_MASK(level)
  34         #define PT_PTE_COPY_MASK PT64_PTE_COPY_MASK
  35         #ifdef CONFIG_X86_64
  36         #define PT_MAX_FULL_LEVELS 4
  37         #else
  38         #define PT_MAX_FULL_LEVELS 2
  39         #endif
  40 #elif PTTYPE == 32
  41         #define pt_element_t u32
  42         #define guest_walker guest_walker32
  43         #define FNAME(name) paging##32_##name
  44         #define PT_BASE_ADDR_MASK PT32_BASE_ADDR_MASK
  45         #define PT_DIR_BASE_ADDR_MASK PT32_DIR_BASE_ADDR_MASK
  46         #define PT_INDEX(addr, level) PT32_INDEX(addr, level)
  47         #define SHADOW_PT_INDEX(addr, level) PT64_INDEX(addr, level)
  48         #define PT_LEVEL_MASK(level) PT32_LEVEL_MASK(level)
  49         #define PT_PTE_COPY_MASK PT32_PTE_COPY_MASK
  50         #define PT_MAX_FULL_LEVELS 2
  51 #else
  52         #error Invalid PTTYPE value
  53 #endif
  54
  55 /*
  56  * The guest_walker structure emulates the behavior of the hardware page
  57  * table walker.
  58  */
  59 struct guest_walker {
  60         int level;
  61         gfn_t table_gfn[PT_MAX_FULL_LEVELS];
  62         pt_element_t *table;
  63         pt_element_t *ptep;
  64         pt_element_t inherited_ar;
  65 };
  66
  67 /*
  68  * Fetch a guest pte for a guest virtual address
  69  */
  70 static void FNAME(walk_addr)(struct guest_walker *walker,
  71                              struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr)
  72 {
  73         hpa_t hpa;
  74         struct kvm_memory_slot *slot;
  75         pt_element_t *ptep;
  76         pt_element_t root;
  77         gfn_t table_gfn;
  78
  79         pgprintk("%s: addr %lx\n", __FUNCTION__, addr);
  80         walker->level = vcpu->mmu.root_level;
  81         walker->table = NULL;
  82         root = vcpu->cr3;
  83 #if PTTYPE == 64
  84         if (!is_long_mode(vcpu)) {
  85                 walker->ptep = &vcpu->pdptrs[(addr >> 30) & 3];
  86                 root = *walker->ptep;
  87                 if (!(root & PT_PRESENT_MASK))
  88                         return;
  89                 --walker->level;
  90         }
  91 #endif
  92         table_gfn = (root & PT64_BASE_ADDR_MASK) >> PAGE_SHIFT;
  93         walker->table_gfn[walker->level - 1] = table_gfn;
  94         pgprintk("%s: table_gfn[%d] %lx\n", __FUNCTION__,
  95                  walker->level - 1, table_gfn);
  96         slot = gfn_to_memslot(vcpu->kvm, table_gfn);
  97         hpa = safe_gpa_to_hpa(vcpu, root & PT64_BASE_ADDR_MASK);
  98         walker->table = kmap_atomic(pfn_to_page(hpa >> PAGE_SHIFT), KM_USER0);
  99
 100         ASSERT((!is_long_mode(vcpu) && is_pae(vcpu)) ||
 101                (vcpu->cr3 & ~(PAGE_MASK | CR3_FLAGS_MASK)) == 0);
 102
 103         walker->inherited_ar = PT_USER_MASK | PT_WRITABLE_MASK;
 104
 105         for (;;) {
 106                 int index = PT_INDEX(addr, walker->level);
 107                 hpa_t paddr;
 108
 109                 ptep = &walker->table[index];
 110                 ASSERT(((unsigned long)walker->table & PAGE_MASK) ==
 111                        ((unsigned long)ptep & PAGE_MASK));
 112
 113                 if (is_present_pte(*ptep) && !(*ptep &  PT_ACCESSED_MASK))
 114                         *ptep |= PT_ACCESSED_MASK;
 115
 116                 if (!is_present_pte(*ptep) ||
 117                     walker->level == PT_PAGE_TABLE_LEVEL ||
 118                     (walker->level == PT_DIRECTORY_LEVEL &&
 119                      (*ptep & PT_PAGE_SIZE_MASK) &&
 120                      (PTTYPE == 64 || is_pse(vcpu))))
 121                         break;
 122
 123                 if (walker->level != 3 || is_long_mode(vcpu))
 124                         walker->inherited_ar &= walker->table[index];
 125                 table_gfn = (*ptep & PT_BASE_ADDR_MASK) >> PAGE_SHIFT;
 126                 paddr = safe_gpa_to_hpa(vcpu, *ptep & PT_BASE_ADDR_MASK);
 127                 kunmap_atomic(walker->table, KM_USER0);
 128                 walker->table = kmap_atomic(pfn_to_page(paddr >> PAGE_SHIFT),
 129                                             KM_USER0);
 130                 --walker->level;
 131                 walker->table_gfn[walker->level - 1 ] = table_gfn;
 132                 pgprintk("%s: table_gfn[%d] %lx\n", __FUNCTION__,
 133                          walker->level - 1, table_gfn);
 134         }
 135         walker->ptep = ptep;
 136         pgprintk("%s: pte %llx\n", __FUNCTION__, (u64)*ptep);
 137 }
 138
 139 static void FNAME(release_walker)(struct guest_walker *walker)
 140 {
 141         if (walker->table)
 142                 kunmap_atomic(walker->table, KM_USER0);
 143 }
 144
 145 static void FNAME(set_pte)(struct kvm_vcpu *vcpu, u64 guest_pte,
 146                            u64 *shadow_pte, u64 access_bits)
 147 {
 148         ASSERT(*shadow_pte == 0);
 149         access_bits &= guest_pte;
 150         *shadow_pte = (guest_pte & PT_PTE_COPY_MASK);
 151         set_pte_common(vcpu, shadow_pte, guest_pte & PT_BASE_ADDR_MASK,
 152                        guest_pte & PT_DIRTY_MASK, access_bits);
 153 }
 154
 155 static void FNAME(set_pde)(struct kvm_vcpu *vcpu, u64 guest_pde,
 156                            u64 *shadow_pte, u64 access_bits,
 157                            int index)
 158 {
 159         gpa_t gaddr;
 160
 161         ASSERT(*shadow_pte == 0);
 162         access_bits &= guest_pde;
 163         gaddr = (guest_pde & PT_DIR_BASE_ADDR_MASK) + PAGE_SIZE * index;
 164         if (PTTYPE == 32 && is_cpuid_PSE36())
 165                 gaddr |= (guest_pde & PT32_DIR_PSE36_MASK) <<
 166                         (32 - PT32_DIR_PSE36_SHIFT);
 167         *shadow_pte = guest_pde & PT_PTE_COPY_MASK;
 168         set_pte_common(vcpu, shadow_pte, gaddr,
 169                        guest_pde & PT_DIRTY_MASK, access_bits);
 170 }
 171
 172 /*
 173  * Fetch a shadow pte for a specific level in the paging hierarchy.
 174  */
 175 static u64 *FNAME(fetch)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr,
 176                               struct guest_walker *walker)
 177 {
 178         hpa_t shadow_addr;
 179         int level;
 180         u64 *prev_shadow_ent = NULL;
 181         pt_element_t *guest_ent = walker->ptep;
 182
 183         if (!is_present_pte(*guest_ent))
 184                 return NULL;
 185
 186         shadow_addr = vcpu->mmu.root_hpa;
 187         level = vcpu->mmu.shadow_root_level;
 188         if (level == PT32E_ROOT_LEVEL) {
 189                 shadow_addr = vcpu->mmu.pae_root[(addr >> 30) & 3];
 190                 shadow_addr &= PT64_BASE_ADDR_MASK;
 191                 --level;
 192         }
 193
 194         for (; ; level--) {
 195                 u32 index = SHADOW_PT_INDEX(addr, level);
 196                 u64 *shadow_ent = ((u64 *)__va(shadow_addr)) + index;
 197                 struct kvm_mmu_page *shadow_page;
 198                 u64 shadow_pte;
 199                 int metaphysical;
 200                 gfn_t table_gfn;
 201
 202                 if (is_present_pte(*shadow_ent) || is_io_pte(*shadow_ent)) {
 203                         if (level == PT_PAGE_TABLE_LEVEL)
 204                                 return shadow_ent;
 205                         shadow_addr = *shadow_ent & PT64_BASE_ADDR_MASK;
 206                         prev_shadow_ent = shadow_ent;
 207                         continue;
 208                 }
 209
 210                 if (level == PT_PAGE_TABLE_LEVEL) {
 211
 212                         if (walker->level == PT_DIRECTORY_LEVEL) {
 213                                 if (prev_shadow_ent)
 214                                         *prev_shadow_ent |= PT_SHADOW_PS_MARK;
 215                                 FNAME(set_pde)(vcpu, *guest_ent, shadow_ent,
 216                                                walker->inherited_ar,
 217                                           PT_INDEX(addr, PT_PAGE_TABLE_LEVEL));
 218                         } else {
 219                                 ASSERT(walker->level == PT_PAGE_TABLE_LEVEL);
 220                                 FNAME(set_pte)(vcpu, *guest_ent, shadow_ent, walker->inherited_ar);
 221                         }
 222                         return shadow_ent;
 223                 }
 224
 225                 if (level - 1 == PT_PAGE_TABLE_LEVEL
 226                     && walker->level == PT_DIRECTORY_LEVEL) {
 227                         metaphysical = 1;
 228                         table_gfn = (*guest_ent & PT_BASE_ADDR_MASK)
 229                                 >> PAGE_SHIFT;
 230                 } else {
 231                         metaphysical = 0;
 232                         table_gfn = walker->table_gfn[level - 2];
 233                 }
 234                 shadow_page = kvm_mmu_get_page(vcpu, table_gfn, addr, level-1,
 235                                                metaphysical, shadow_ent);
 236                 if (!shadow_page)
 237                         return ERR_PTR(-ENOMEM);
 238                 shadow_addr = shadow_page->page_hpa;
 239                 shadow_pte = shadow_addr | PT_PRESENT_MASK | PT_ACCESSED_MASK
 240                         | PT_WRITABLE_MASK | PT_USER_MASK;
 241                 *shadow_ent = shadow_pte;
 242                 prev_shadow_ent = shadow_ent;
 243         }
 244 }
 245
 246 /*
 247  * The guest faulted for write.  We need to
 248  *
 249  * - check write permissions
 250  * - update the guest pte dirty bit
 251  * - update our own dirty page tracking structures
 252  */
 253 static int FNAME(fix_write_pf)(struct kvm_vcpu *vcpu,
 254                                u64 *shadow_ent,
 255                                struct guest_walker *walker,
 256                                gva_t addr,
 257                                int user,
 258                                int *write_pt)
 259 {
 260         pt_element_t *guest_ent;
 261         int writable_shadow;
 262         gfn_t gfn;
 263
 264         if (is_writeble_pte(*shadow_ent))
 265                 return 0;
 266
 267         writable_shadow = *shadow_ent & PT_SHADOW_WRITABLE_MASK;
 268         if (user) {
 269                 /*
 270                  * User mode access.  Fail if it's a kernel page or a read-only
 271                  * page.
 272                  */
 273                 if (!(*shadow_ent & PT_SHADOW_USER_MASK) || !writable_shadow)
 274                         return 0;
 275                 ASSERT(*shadow_ent & PT_USER_MASK);
 276         } else
 277                 /*
 278                  * Kernel mode access.  Fail if it's a read-only page and
 279                  * supervisor write protection is enabled.
 280                  */
 281                 if (!writable_shadow) {
 282                         if (is_write_protection(vcpu))
 283                                 return 0;
 284                         *shadow_ent &= ~PT_USER_MASK;
 285                 }
 286
 287         guest_ent = walker->ptep;
 288
 289         if (!is_present_pte(*guest_ent)) {
 290                 *shadow_ent = 0;
 291                 return 0;
 292         }
 293
 294         gfn = (*guest_ent & PT64_BASE_ADDR_MASK) >> PAGE_SHIFT;
 295         if (kvm_mmu_lookup_page(vcpu, gfn)) {
 296                 pgprintk("%s: found shadow page for %lx, marking ro\n",
 297                          __FUNCTION__, gfn);
 298                 *write_pt = 1;
 299                 return 0;
 300         }
 301         mark_page_dirty(vcpu->kvm, gfn);
 302         *shadow_ent |= PT_WRITABLE_MASK;
 303         *guest_ent |= PT_DIRTY_MASK;
 304         rmap_add(vcpu->kvm, shadow_ent);
 305
 306         return 1;
 307 }
 308
 309 /*
 310  * Page fault handler.  There are several causes for a page fault:
 311  *   - there is no shadow pte for the guest pte
 312  *   - write access through a shadow pte marked read only so that we can set
 313  *     the dirty bit
 314  *   - write access to a shadow pte marked read only so we can update the page
 315  *     dirty bitmap, when userspace requests it
 316  *   - mmio access; in this case we will never install a present shadow pte
 317  *   - normal guest page fault due to the guest pte marked not present, not
 318  *     writable, or not executable
 319  *
 320  *  Returns: 1 if we need to emulate the instruction, 0 otherwise
 321  */
 322 static int FNAME(page_fault)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr,
 323                                u32 error_code)
 324 {
 325         int write_fault = error_code & PFERR_WRITE_MASK;
 326         int pte_present = error_code & PFERR_PRESENT_MASK;
 327         int user_fault = error_code & PFERR_USER_MASK;
 328         struct guest_walker walker;
 329         u64 *shadow_pte;
 330         int fixed;
 331         int write_pt = 0;
 332
 333         pgprintk("%s: addr %lx err %x\n", __FUNCTION__, addr, error_code);
 334         /*
 335          * Look up the shadow pte for the faulting address.
 336          */
 337         for (;;) {
 338                 FNAME(walk_addr)(&walker, vcpu, addr);
 339                 shadow_pte = FNAME(fetch)(vcpu, addr, &walker);
 340                 if (IS_ERR(shadow_pte)) {  /* must be -ENOMEM */
 341                         printk("%s: oom\n", __FUNCTION__);
 342                         nonpaging_flush(vcpu);
 343                         FNAME(release_walker)(&walker);
 344                         continue;
 345                 }
 346                 break;
 347         }
 348
 349         /*
 350          * The page is not mapped by the guest.  Let the guest handle it.
 351          */
 352         if (!shadow_pte) {
 353                 pgprintk("%s: not mapped\n", __FUNCTION__);
 354                 inject_page_fault(vcpu, addr, error_code);
 355                 FNAME(release_walker)(&walker);
 356                 return 0;
 357         }
 358
 359         pgprintk("%s: shadow pte %p %llx\n", __FUNCTION__,
 360                  shadow_pte, *shadow_pte);
 361
 362         /*
 363          * Update the shadow pte.
 364          */
 365         if (write_fault)
 366                 fixed = FNAME(fix_write_pf)(vcpu, shadow_pte, &walker, addr,
 367                                             user_fault, &write_pt);
 368         else
 369                 fixed = fix_read_pf(shadow_pte);
 370
 371         pgprintk("%s: updated shadow pte %p %llx\n", __FUNCTION__,
 372                  shadow_pte, *shadow_pte);
 373
 374         FNAME(release_walker)(&walker);
 375
 376         /*
 377          * mmio: emulate if accessible, otherwise its a guest fault.
 378          */
 379         if (is_io_pte(*shadow_pte)) {
 380                 if (may_access(*shadow_pte, write_fault, user_fault))
 381                         return 1;
 382                 pgprintk("%s: io work, no access\n", __FUNCTION__);
 383                 inject_page_fault(vcpu, addr,
 384                                   error_code | PFERR_PRESENT_MASK);
 385                 return 0;
 386         }
 387
 388         /*
 389          * pte not present, guest page fault.
 390          */
 391         if (pte_present && !fixed && !write_pt) {
 392                 inject_page_fault(vcpu, addr, error_code);
 393                 return 0;
 394         }
 395
 396         ++kvm_stat.pf_fixed;
 397
 398         return write_pt;
 399 }
 400
 401 static gpa_t FNAME(gva_to_gpa)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t vaddr)
 402 {
 403         struct guest_walker walker;
 404         pt_element_t guest_pte;
 405         gpa_t gpa;
 406
 407         FNAME(walk_addr)(&walker, vcpu, vaddr);
 408         guest_pte = *walker.ptep;
 409         FNAME(release_walker)(&walker);
 410
 411         if (!is_present_pte(guest_pte))
 412                 return UNMAPPED_GVA;
 413
 414         if (walker.level == PT_DIRECTORY_LEVEL) {
 415                 ASSERT((guest_pte & PT_PAGE_SIZE_MASK));
 416                 ASSERT(PTTYPE == 64 || is_pse(vcpu));
 417
 418                 gpa = (guest_pte & PT_DIR_BASE_ADDR_MASK) | (vaddr &
 419                         (PT_LEVEL_MASK(PT_PAGE_TABLE_LEVEL) | ~PAGE_MASK));
 420
 421                 if (PTTYPE == 32 && is_cpuid_PSE36())
 422                         gpa |= (guest_pte & PT32_DIR_PSE36_MASK) <<
 423                                         (32 - PT32_DIR_PSE36_SHIFT);
 424         } else {
 425                 gpa = (guest_pte & PT_BASE_ADDR_MASK);
 426                 gpa |= (vaddr & ~PAGE_MASK);
 427         }
 428
 429         return gpa;
 430 }
 431
 432 #undef pt_element_t
 433 #undef guest_walker
 434 #undef FNAME
 435 #undef PT_BASE_ADDR_MASK
 436 #undef PT_INDEX
 437 #undef SHADOW_PT_INDEX
 438 #undef PT_LEVEL_MASK
 439 #undef PT_PTE_COPY_MASK
 440 #undef PT_NON_PTE_COPY_MASK
 441 #undef PT_DIR_BASE_ADDR_MASK
 442 #undef PT_MAX_FULL_LEVELS