]> err.no Git - linux-2.6/blobdiff - drivers/lguest/page_tables.c
[Blackfin] arch: Add proper SW System Reset delay sequence
[linux-2.6] / drivers / lguest / page_tables.c
index 5c4c53f38cf450aecf6f3799946ce8eeb964fe9a..fffabb3271573d4f979cb36e98b5103c1d1246a7 100644 (file)
@@ -13,6 +13,7 @@
 #include <linux/random.h>
 #include <linux/percpu.h>
 #include <asm/tlbflush.h>
+#include <asm/uaccess.h>
 #include "lg.h"
 
 /*M:008 We hold reference to pages, which prevents them from being swapped.
@@ -25,7 +26,8 @@
  *
  * We use two-level page tables for the Guest.  If you're not entirely
  * comfortable with virtual addresses, physical addresses and page tables then
- * I recommend you review lguest.c's "Page Table Handling" (with diagrams!).
+ * I recommend you review arch/x86/lguest/boot.c's "Page Table Handling" (with
+ * diagrams!).
  *
  * The Guest keeps page tables, but we maintain the actual ones here: these are
  * called "shadow" page tables.  Which is a very Guest-centric name: these are
  *
  * Anyway, this is the most complicated part of the Host code.  There are seven
  * parts to this:
- *  (i) Setting up a page table entry for the Guest when it faults,
- *  (ii) Setting up the page table entry for the Guest stack,
- *  (iii) Setting up a page table entry when the Guest tells us it has changed,
+ *  (i) Looking up a page table entry when the Guest faults,
+ *  (ii) Making sure the Guest stack is mapped,
+ *  (iii) Setting up a page table entry when the Guest tells us one has changed,
  *  (iv) Switching page tables,
- *  (v) Flushing (thowing away) page tables,
+ *  (v) Flushing (throwing away) page tables,
  *  (vi) Mapping the Switcher when the Guest is about to run,
  *  (vii) Setting up the page tables initially.
  :*/
 static DEFINE_PER_CPU(pte_t *, switcher_pte_pages);
 #define switcher_pte_page(cpu) per_cpu(switcher_pte_pages, cpu)
 
-/*H:320 With our shadow and Guest types established, we need to deal with
- * them: the page table code is curly enough to need helper functions to keep
- * it clear and clean.
+/*H:320 The page table code is curly enough to need helper functions to keep it
+ * clear and clean.
  *
  * There are two functions which return pointers to the shadow (aka "real")
  * page tables.
  *
  * spgd_addr() takes the virtual address and returns a pointer to the top-level
- * page directory entry for that address.  Since we keep track of several page
- * tables, the "i" argument tells us which one we're interested in (it's
+ * page directory entry (PGD) for that address.  Since we keep track of several
+ * page tables, the "i" argument tells us which one we're interested in (it's
  * usually the current one). */
 static pgd_t *spgd_addr(struct lguest *lg, u32 i, unsigned long vaddr)
 {
@@ -80,9 +81,9 @@ static pgd_t *spgd_addr(struct lguest *lg, u32 i, unsigned long vaddr)
        return &lg->pgdirs[i].pgdir[index];
 }
 
-/* This routine then takes the PGD entry given above, which contains the
- * address of the PTE page.  It then returns a pointer to the PTE entry for the
- * given address. */
+/* This routine then takes the page directory entry returned above, which
+ * contains the address of the page table entry (PTE) page.  It then returns a
+ * pointer to the PTE entry for the given address. */
 static pte_t *spte_addr(struct lguest *lg, pgd_t spgd, unsigned long vaddr)
 {
        pte_t *page = __va(pgd_pfn(spgd) << PAGE_SHIFT);
@@ -96,7 +97,7 @@ static pte_t *spte_addr(struct lguest *lg, pgd_t spgd, unsigned long vaddr)
 static unsigned long gpgd_addr(struct lguest *lg, unsigned long vaddr)
 {
        unsigned int index = vaddr >> (PGDIR_SHIFT);
-       return lg->pgdirs[lg->pgdidx].cr3 + index * sizeof(pgd_t);
+       return lg->pgdirs[lg->pgdidx].gpgdir + index * sizeof(pgd_t);
 }
 
 static unsigned long gpte_addr(struct lguest *lg,
@@ -190,7 +191,7 @@ static void check_gpgd(struct lguest *lg, pgd_t gpgd)
 }
 
 /*H:330
- * (i) Setting up a page table entry for the Guest when it faults
+ * (i) Looking up a page table entry when the Guest faults.
  *
  * We saw this call in run_guest(): when we see a page fault in the Guest, we
  * come here.  That's because we only set up the shadow page tables lazily as
@@ -198,7 +199,7 @@ static void check_gpgd(struct lguest *lg, pgd_t gpgd)
  * and return to the Guest without it knowing.
  *
  * If we fixed up the fault (ie. we mapped the address), this routine returns
- * true. */
+ * true.  Otherwise, it was a real fault and we need to tell the Guest. */
 int demand_page(struct lguest *lg, unsigned long vaddr, int errcode)
 {
        pgd_t gpgd;
@@ -208,7 +209,7 @@ int demand_page(struct lguest *lg, unsigned long vaddr, int errcode)
        pte_t *spte;
 
        /* First step: get the top-level Guest page table entry. */
-       gpgd = __pgd(lgread_u32(lg, gpgd_addr(lg, vaddr)));
+       gpgd = lgread(lg, gpgd_addr(lg, vaddr), pgd_t);
        /* Toplevel not present?  We can't map it in. */
        if (!(pgd_flags(gpgd) & _PAGE_PRESENT))
                return 0;
@@ -234,7 +235,7 @@ int demand_page(struct lguest *lg, unsigned long vaddr, int errcode)
        /* OK, now we look at the lower level in the Guest page table: keep its
         * address, because we might update it later. */
        gpte_ptr = gpte_addr(lg, gpgd, vaddr);
-       gpte = __pte(lgread_u32(lg, gpte_ptr));
+       gpte = lgread(lg, gpte_ptr, pte_t);
 
        /* If this page isn't in the Guest page tables, we can't page it in. */
        if (!(pte_flags(gpte) & _PAGE_PRESENT))
@@ -245,16 +246,16 @@ int demand_page(struct lguest *lg, unsigned long vaddr, int errcode)
        if ((errcode & 2) && !(pte_flags(gpte) & _PAGE_RW))
                return 0;
 
-       /* User access to a kernel page? (bit 3 == user access) */
+       /* User access to a kernel-only page? (bit 3 == user access) */
        if ((errcode & 4) && !(pte_flags(gpte) & _PAGE_USER))
                return 0;
 
        /* Check that the Guest PTE flags are OK, and the page number is below
         * the pfn_limit (ie. not mapping the Launcher binary). */
        check_gpte(lg, gpte);
+
        /* Add the _PAGE_ACCESSED and (for a write) _PAGE_DIRTY flag */
        gpte = pte_mkyoung(gpte);
-
        if (errcode & 2)
                gpte = pte_mkdirty(gpte);
 
@@ -271,23 +272,28 @@ int demand_page(struct lguest *lg, unsigned long vaddr, int errcode)
        else
                /* If this is a read, don't set the "writable" bit in the page
                 * table entry, even if the Guest says it's writable.  That way
-                * we come back here when a write does actually ocur, so we can
-                * update the Guest's _PAGE_DIRTY flag. */
+                * we will come back here when a write does actually occur, so
+                * we can update the Guest's _PAGE_DIRTY flag. */
                *spte = gpte_to_spte(lg, pte_wrprotect(gpte), 0);
 
        /* Finally, we write the Guest PTE entry back: we've set the
         * _PAGE_ACCESSED and maybe the _PAGE_DIRTY flags. */
-       lgwrite_u32(lg, gpte_ptr, pte_val(gpte));
+       lgwrite(lg, gpte_ptr, pte_t, gpte);
 
-       /* We succeeded in mapping the page! */
+       /* The fault is fixed, the page table is populated, the mapping
+        * manipulated, the result returned and the code complete.  A small
+        * delay and a trace of alliteration are the only indications the Guest
+        * has that a page fault occurred at all. */
        return 1;
 }
 
-/*H:360 (ii) Setting up the page table entry for the Guest stack.
+/*H:360
+ * (ii) Making sure the Guest stack is mapped.
  *
- * Remember pin_stack_pages() which makes sure the stack is mapped?  It could
- * simply call demand_page(), but as we've seen that logic is quite long, and
- * usually the stack pages are already mapped anyway, so it's not required.
+ * Remember that direct traps into the Guest need a mapped Guest kernel stack.
+ * pin_stack_pages() calls us here: we could simply call demand_page(), but as
+ * we've seen that logic is quite long, and usually the stack pages are already
+ * mapped, so it's overkill.
  *
  * This is a quick version which answers the question: is this virtual address
  * mapped by the shadow page tables, and is it writable? */
@@ -296,7 +302,7 @@ static int page_writable(struct lguest *lg, unsigned long vaddr)
        pgd_t *spgd;
        unsigned long flags;
 
-       /* Look at the top level entry: is it present? */
+       /* Look at the current top level entry: is it present? */
        spgd = spgd_addr(lg, lg->pgdidx, vaddr);
        if (!(pgd_flags(*spgd) & _PAGE_PRESENT))
                return 0;
@@ -332,25 +338,26 @@ static void release_pgd(struct lguest *lg, pgd_t *spgd)
                        release_pte(ptepage[i]);
                /* Now we can free the page of PTEs */
                free_page((long)ptepage);
-               /* And zero out the PGD entry we we never release it twice. */
+               /* And zero out the PGD entry so we never release it twice. */
                *spgd = __pgd(0);
        }
 }
 
-/*H:440 (v) Flushing (thowing away) page tables,
- *
- * We saw flush_user_mappings() called when we re-used a top-level pgdir page.
- * It simply releases every PTE page from 0 up to the kernel address. */
+/*H:445 We saw flush_user_mappings() twice: once from the flush_user_mappings()
+ * hypercall and once in new_pgdir() when we re-used a top-level pgdir page.
+ * It simply releases every PTE page from 0 up to the Guest's kernel address. */
 static void flush_user_mappings(struct lguest *lg, int idx)
 {
        unsigned int i;
        /* Release every pgd entry up to the kernel's address. */
-       for (i = 0; i < pgd_index(lg->page_offset); i++)
+       for (i = 0; i < pgd_index(lg->kernel_address); i++)
                release_pgd(lg, lg->pgdirs[idx].pgdir + i);
 }
 
-/* The Guest also has a hypercall to do this manually: it's used when a large
- * number of mappings have been changed. */
+/*H:440 (v) Flushing (throwing away) page tables,
+ *
+ * The Guest has a hypercall to throw away the page tables: it's used when a
+ * large number of mappings have been changed. */
 void guest_pagetable_flush_user(struct lguest *lg)
 {
        /* Drop the userspace part of the current page table. */
@@ -358,6 +365,25 @@ void guest_pagetable_flush_user(struct lguest *lg)
 }
 /*:*/
 
+/* We walk down the guest page tables to get a guest-physical address */
+unsigned long guest_pa(struct lguest *lg, unsigned long vaddr)
+{
+       pgd_t gpgd;
+       pte_t gpte;
+
+       /* First step: get the top-level Guest page table entry. */
+       gpgd = lgread(lg, gpgd_addr(lg, vaddr), pgd_t);
+       /* Toplevel not present?  We can't map it in. */
+       if (!(pgd_flags(gpgd) & _PAGE_PRESENT))
+               kill_guest(lg, "Bad address %#lx", vaddr);
+
+       gpte = lgread(lg, gpte_addr(lg, gpgd, vaddr), pte_t);
+       if (!(pte_flags(gpte) & _PAGE_PRESENT))
+               kill_guest(lg, "Bad address %#lx", vaddr);
+
+       return pte_pfn(gpte) * PAGE_SIZE | (vaddr & ~PAGE_MASK);
+}
+
 /* We keep several page tables.  This is a simple routine to find the page
  * table (if any) corresponding to this top-level address the Guest has given
  * us. */
@@ -365,7 +391,7 @@ static unsigned int find_pgdir(struct lguest *lg, unsigned long pgtable)
 {
        unsigned int i;
        for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(lg->pgdirs); i++)
-               if (lg->pgdirs[i].cr3 == pgtable)
+               if (lg->pgdirs[i].gpgdir == pgtable)
                        break;
        return i;
 }
@@ -374,7 +400,7 @@ static unsigned int find_pgdir(struct lguest *lg, unsigned long pgtable)
  * allocate a new one (and so the kernel parts are not there), we set
  * blank_pgdir. */
 static unsigned int new_pgdir(struct lguest *lg,
-                             unsigned long cr3,
+                             unsigned long gpgdir,
                              int *blank_pgdir)
 {
        unsigned int next;
@@ -394,7 +420,7 @@ static unsigned int new_pgdir(struct lguest *lg,
                        *blank_pgdir = 1;
        }
        /* Record which Guest toplevel this shadows. */
-       lg->pgdirs[next].cr3 = cr3;
+       lg->pgdirs[next].gpgdir = gpgdir;
        /* Release all the non-kernel mappings. */
        flush_user_mappings(lg, next);
 
@@ -403,8 +429,9 @@ static unsigned int new_pgdir(struct lguest *lg,
 
 /*H:430 (iv) Switching page tables
  *
- * This is what happens when the Guest changes page tables (ie. changes the
- * top-level pgdir).  This happens on almost every context switch. */
+ * Now we've seen all the page table setting and manipulation, let's see what
+ * what happens when the Guest changes page tables (ie. changes the top-level
+ * pgdir).  This occurs on almost every context switch. */
 void guest_new_pagetable(struct lguest *lg, unsigned long pgtable)
 {
        int newpgdir, repin = 0;
@@ -423,7 +450,8 @@ void guest_new_pagetable(struct lguest *lg, unsigned long pgtable)
 }
 
 /*H:470 Finally, a routine which throws away everything: all PGD entries in all
- * the shadow page tables.  This is used when we destroy the Guest. */
+ * the shadow page tables, including the Guest's kernel mappings.  This is used
+ * when we destroy the Guest. */
 static void release_all_pagetables(struct lguest *lg)
 {
        unsigned int i, j;
@@ -438,13 +466,22 @@ static void release_all_pagetables(struct lguest *lg)
 
 /* We also throw away everything when a Guest tells us it's changed a kernel
  * mapping.  Since kernel mappings are in every page table, it's easiest to
- * throw them all away.  This is amazingly slow, but thankfully rare. */
+ * throw them all away.  This traps the Guest in amber for a while as
+ * everything faults back in, but it's rare. */
 void guest_pagetable_clear_all(struct lguest *lg)
 {
        release_all_pagetables(lg);
        /* We need the Guest kernel stack mapped again. */
        pin_stack_pages(lg);
 }
+/*:*/
+/*M:009 Since we throw away all mappings when a kernel mapping changes, our
+ * performance sucks for guests using highmem.  In fact, a guest with
+ * PAGE_OFFSET 0xc0000000 (the default) and more than about 700MB of RAM is
+ * usually slower than a Guest with less memory.
+ *
+ * This, of course, cannot be fixed.  It would take some kind of... well, I
+ * don't know, but the term "puissant code-fu" comes to mind. :*/
 
 /*H:420 This is the routine which actually sets the page table entry for then
  * "idx"'th shadow page table.
@@ -463,7 +500,7 @@ void guest_pagetable_clear_all(struct lguest *lg)
 static void do_set_pte(struct lguest *lg, int idx,
                       unsigned long vaddr, pte_t gpte)
 {
-       /* Look up the matching shadow page directot entry. */
+       /* Look up the matching shadow page directory entry. */
        pgd_t *spgd = spgd_addr(lg, idx, vaddr);
 
        /* If the top level isn't present, there's no entry to update. */
@@ -480,7 +517,8 @@ static void do_set_pte(struct lguest *lg, int idx,
                        *spte = gpte_to_spte(lg, gpte,
                                             pte_flags(gpte) & _PAGE_DIRTY);
                } else
-                       /* Otherwise we can demand_page() it in later. */
+                       /* Otherwise kill it and we can demand_page() it in
+                        * later. */
                        *spte = __pte(0);
        }
 }
@@ -496,18 +534,18 @@ static void do_set_pte(struct lguest *lg, int idx,
  * The benefit is that when we have to track a new page table, we can copy keep
  * all the kernel mappings.  This speeds up context switch immensely. */
 void guest_set_pte(struct lguest *lg,
-                  unsigned long cr3, unsigned long vaddr, pte_t gpte)
+                  unsigned long gpgdir, unsigned long vaddr, pte_t gpte)
 {
        /* Kernel mappings must be changed on all top levels.  Slow, but
         * doesn't happen often. */
-       if (vaddr >= lg->page_offset) {
+       if (vaddr >= lg->kernel_address) {
                unsigned int i;
                for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(lg->pgdirs); i++)
                        if (lg->pgdirs[i].pgdir)
                                do_set_pte(lg, i, vaddr, gpte);
        } else {
                /* Is this page table one we have a shadow for? */
-               int pgdir = find_pgdir(lg, cr3);
+               int pgdir = find_pgdir(lg, gpgdir);
                if (pgdir != ARRAY_SIZE(lg->pgdirs))
                        /* If so, do the update. */
                        do_set_pte(lg, pgdir, vaddr, gpte);
@@ -515,7 +553,7 @@ void guest_set_pte(struct lguest *lg,
 }
 
 /*H:400
- * (iii) Setting up a page table entry when the Guest tells us it has changed.
+ * (iii) Setting up a page table entry when the Guest tells us one has changed.
  *
  * Just like we did in interrupts_and_traps.c, it makes sense for us to deal
  * with the other side of page tables while we're here: what happens when the
@@ -528,7 +566,7 @@ void guest_set_pte(struct lguest *lg,
  *
  * So with that in mind here's our code to to update a (top-level) PGD entry:
  */
-void guest_set_pmd(struct lguest *lg, unsigned long cr3, u32 idx)
+void guest_set_pmd(struct lguest *lg, unsigned long gpgdir, u32 idx)
 {
        int pgdir;
 
@@ -538,7 +576,7 @@ void guest_set_pmd(struct lguest *lg, unsigned long cr3, u32 idx)
                return;
 
        /* If they're talking about a page table we have a shadow for... */
-       pgdir = find_pgdir(lg, cr3);
+       pgdir = find_pgdir(lg, gpgdir);
        if (pgdir < ARRAY_SIZE(lg->pgdirs))
                /* ... throw it away. */
                release_pgd(lg, lg->pgdirs[pgdir].pgdir + idx);
@@ -550,21 +588,34 @@ void guest_set_pmd(struct lguest *lg, unsigned long cr3, u32 idx)
  * its first page table is.  We set some things up here: */
 int init_guest_pagetable(struct lguest *lg, unsigned long pgtable)
 {
-       /* In flush_user_mappings() we loop from 0 to
-        * "pgd_index(lg->page_offset)".  This assumes it won't hit
-        * the Switcher mappings, so check that now. */
-       if (pgd_index(lg->page_offset) >= SWITCHER_PGD_INDEX)
-               return -EINVAL;
        /* We start on the first shadow page table, and give it a blank PGD
         * page. */
        lg->pgdidx = 0;
-       lg->pgdirs[lg->pgdidx].cr3 = pgtable;
+       lg->pgdirs[lg->pgdidx].gpgdir = pgtable;
        lg->pgdirs[lg->pgdidx].pgdir = (pgd_t*)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
        if (!lg->pgdirs[lg->pgdidx].pgdir)
                return -ENOMEM;
        return 0;
 }
 
+/* When the Guest calls LHCALL_LGUEST_INIT we do more setup. */
+void page_table_guest_data_init(struct lguest *lg)
+{
+       /* We get the kernel address: above this is all kernel memory. */
+       if (get_user(lg->kernel_address, &lg->lguest_data->kernel_address)
+           /* We tell the Guest that it can't use the top 4MB of virtual
+            * addresses used by the Switcher. */
+           || put_user(4U*1024*1024, &lg->lguest_data->reserve_mem)
+           || put_user(lg->pgdirs[lg->pgdidx].gpgdir,&lg->lguest_data->pgdir))
+               kill_guest(lg, "bad guest page %p", lg->lguest_data);
+
+       /* In flush_user_mappings() we loop from 0 to
+        * "pgd_index(lg->kernel_address)".  This assumes it won't hit the
+        * Switcher mappings, so check that now. */
+       if (pgd_index(lg->kernel_address) >= SWITCHER_PGD_INDEX)
+               kill_guest(lg, "bad kernel address %#lx", lg->kernel_address);
+}
+
 /* When a Guest dies, our cleanup is fairly simple. */
 void free_guest_pagetable(struct lguest *lg)
 {
@@ -579,9 +630,10 @@ void free_guest_pagetable(struct lguest *lg)
 
 /*H:480 (vi) Mapping the Switcher when the Guest is about to run.
  *
- * The Switcher and the two pages for this CPU need to be available to the
+ * The Switcher and the two pages for this CPU need to be visible in the
  * Guest (and not the pages for other CPUs).  We have the appropriate PTE pages
- * for each CPU already set up, we just need to hook them in. */
+ * for each CPU already set up, we just need to hook them in now we know which
+ * Guest is about to run on this CPU. */
 void map_switcher_in_guest(struct lguest *lg, struct lguest_pages *pages)
 {
        pte_t *switcher_pte_page = __get_cpu_var(switcher_pte_pages);
@@ -644,6 +696,18 @@ static __init void populate_switcher_pte_page(unsigned int cpu,
                           __pgprot(_PAGE_PRESENT|_PAGE_ACCESSED));
 }
 
+/* We've made it through the page table code.  Perhaps our tired brains are
+ * still processing the details, or perhaps we're simply glad it's over.
+ *
+ * If nothing else, note that all this complexity in juggling shadow page
+ * tables in sync with the Guest's page tables is for one reason: for most
+ * Guests this page table dance determines how bad performance will be.  This
+ * is why Xen uses exotic direct Guest pagetable manipulation, and why both
+ * Intel and AMD have implemented shadow page table support directly into
+ * hardware.
+ *
+ * There is just one file remaining in the Host. */
+
 /*H:510 At boot or module load time, init_pagetables() allocates and populates
  * the Switcher PTE page for each CPU. */
 __init int init_pagetables(struct page **switcher_page, unsigned int pages)