SAFE public projects git trees. - safe/jmp/linux-2.6/blob - drivers/lguest/core.c

   1 /* World's simplest hypervisor, to test paravirt_ops and show
   2  * unbelievers that virtualization is the future.  Plus, it's fun! */
   3 #include <linux/module.h>
   4 #include <linux/stringify.h>
   5 #include <linux/stddef.h>
   6 #include <linux/io.h>
   7 #include <linux/mm.h>
   8 #include <linux/vmalloc.h>
   9 #include <linux/cpu.h>
  10 #include <linux/freezer.h>
  11 #include <asm/paravirt.h>
  12 #include <asm/desc.h>
  13 #include <asm/pgtable.h>
  14 #include <asm/uaccess.h>
  15 #include <asm/poll.h>
  16 #include <asm/highmem.h>
  17 #include <asm/asm-offsets.h>
  18 #include <asm/i387.h>
  19 #include "lg.h"
  20
  21 /* Found in switcher.S */
  22 extern char start_switcher_text[], end_switcher_text[], switch_to_guest[];
  23 extern unsigned long default_idt_entries[];
  24
  25 /* Every guest maps the core switcher code. */
  26 #define SHARED_SWITCHER_PAGES \
  27         DIV_ROUND_UP(end_switcher_text - start_switcher_text, PAGE_SIZE)
  28 /* Pages for switcher itself, then two pages per cpu */
  29 #define TOTAL_SWITCHER_PAGES (SHARED_SWITCHER_PAGES + 2 * NR_CPUS)
  30
  31 /* We map at -4M for ease of mapping into the guest (one PTE page). */
  32 #define SWITCHER_ADDR 0xFFC00000
  33
  34 static struct vm_struct *switcher_vma;
  35 static struct page **switcher_page;
  36
  37 static int cpu_had_pge;
  38 static struct {
  39         unsigned long offset;
  40         unsigned short segment;
  41 } lguest_entry;
  42
  43 /* This One Big lock protects all inter-guest data structures. */
  44 DEFINE_MUTEX(lguest_lock);
  45 static DEFINE_PER_CPU(struct lguest *, last_guest);
  46
  47 /* FIXME: Make dynamic. */
  48 #define MAX_LGUEST_GUESTS 16
  49 struct lguest lguests[MAX_LGUEST_GUESTS];
  50
  51 /* Offset from where switcher.S was compiled to where we've copied it */
  52 static unsigned long switcher_offset(void)
  53 {
  54         return SWITCHER_ADDR - (unsigned long)start_switcher_text;
  55 }
  56
  57 /* This cpu's struct lguest_pages. */
  58 static struct lguest_pages *lguest_pages(unsigned int cpu)
  59 {
  60         return &(((struct lguest_pages *)
  61                   (SWITCHER_ADDR + SHARED_SWITCHER_PAGES*PAGE_SIZE))[cpu]);
  62 }
  63
  64 static __init int map_switcher(void)
  65 {
  66         int i, err;
  67         struct page **pagep;
  68
  69         switcher_page = kmalloc(sizeof(switcher_page[0])*TOTAL_SWITCHER_PAGES,
  70                                 GFP_KERNEL);
  71         if (!switcher_page) {
  72                 err = -ENOMEM;
  73                 goto out;
  74         }
  75
  76         for (i = 0; i < TOTAL_SWITCHER_PAGES; i++) {
  77                 unsigned long addr = get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
  78                 if (!addr) {
  79                         err = -ENOMEM;
  80                         goto free_some_pages;
  81                 }
  82                 switcher_page[i] = virt_to_page(addr);
  83         }
  84
  85         switcher_vma = __get_vm_area(TOTAL_SWITCHER_PAGES * PAGE_SIZE,
  86                                        VM_ALLOC, SWITCHER_ADDR, VMALLOC_END);
  87         if (!switcher_vma) {
  88                 err = -ENOMEM;
  89                 printk("lguest: could not map switcher pages high\n");
  90                 goto free_pages;
  91         }
  92
  93         pagep = switcher_page;
  94         err = map_vm_area(switcher_vma, PAGE_KERNEL, &pagep);
  95         if (err) {
  96                 printk("lguest: map_vm_area failed: %i\n", err);
  97                 goto free_vma;
  98         }
  99         memcpy(switcher_vma->addr, start_switcher_text,
 100                end_switcher_text - start_switcher_text);
 101
 102         /* Fix up IDT entries to point into copied text. */
 103         for (i = 0; i < IDT_ENTRIES; i++)
 104                 default_idt_entries[i] += switcher_offset();
 105
 106         for_each_possible_cpu(i) {
 107                 struct lguest_pages *pages = lguest_pages(i);
 108                 struct lguest_ro_state *state = &pages->state;
 109
 110                 /* These fields are static: rest done in copy_in_guest_info */
 111                 state->host_gdt_desc.size = GDT_SIZE-1;
 112                 state->host_gdt_desc.address = (long)get_cpu_gdt_table(i);
 113                 store_idt(&state->host_idt_desc);
 114                 state->guest_idt_desc.size = sizeof(state->guest_idt)-1;
 115                 state->guest_idt_desc.address = (long)&state->guest_idt;
 116                 state->guest_gdt_desc.size = sizeof(state->guest_gdt)-1;
 117                 state->guest_gdt_desc.address = (long)&state->guest_gdt;
 118                 state->guest_tss.esp0 = (long)(&pages->regs + 1);
 119                 state->guest_tss.ss0 = LGUEST_DS;
 120                 /* No I/O for you! */
 121                 state->guest_tss.io_bitmap_base = sizeof(state->guest_tss);
 122                 setup_default_gdt_entries(state);
 123                 setup_default_idt_entries(state, default_idt_entries);
 124
 125                 /* Setup LGUEST segments on all cpus */
 126                 get_cpu_gdt_table(i)[GDT_ENTRY_LGUEST_CS] = FULL_EXEC_SEGMENT;
 127                 get_cpu_gdt_table(i)[GDT_ENTRY_LGUEST_DS] = FULL_SEGMENT;
 128         }
 129
 130         /* Initialize entry point into switcher. */
 131         lguest_entry.offset = (long)switch_to_guest + switcher_offset();
 132         lguest_entry.segment = LGUEST_CS;
 133
 134         printk(KERN_INFO "lguest: mapped switcher at %p\n",
 135                switcher_vma->addr);
 136         return 0;
 137
 138 free_vma:
 139         vunmap(switcher_vma->addr);
 140 free_pages:
 141         i = TOTAL_SWITCHER_PAGES;
 142 free_some_pages:
 143         for (--i; i >= 0; i--)
 144                 __free_pages(switcher_page[i], 0);
 145         kfree(switcher_page);
 146 out:
 147         return err;
 148 }
 149
 150 static void unmap_switcher(void)
 151 {
 152         unsigned int i;
 153
 154         vunmap(switcher_vma->addr);
 155         for (i = 0; i < TOTAL_SWITCHER_PAGES; i++)
 156                 __free_pages(switcher_page[i], 0);
 157 }
 158
 159 /* IN/OUT insns: enough to get us past boot-time probing. */
 160 static int emulate_insn(struct lguest *lg)
 161 {
 162         u8 insn;
 163         unsigned int insnlen = 0, in = 0, shift = 0;
 164         unsigned long physaddr = guest_pa(lg, lg->regs->eip);
 165
 166         /* This only works for addresses in linear mapping... */
 167         if (lg->regs->eip < lg->page_offset)
 168                 return 0;
 169         lgread(lg, &insn, physaddr, 1);
 170
 171         /* Operand size prefix means it's actually for ax. */
 172         if (insn == 0x66) {
 173                 shift = 16;
 174                 insnlen = 1;
 175                 lgread(lg, &insn, physaddr + insnlen, 1);
 176         }
 177
 178         switch (insn & 0xFE) {
 179         case 0xE4: /* in     <next byte>,%al */
 180                 insnlen += 2;
 181                 in = 1;
 182                 break;
 183         case 0xEC: /* in     (%dx),%al */
 184                 insnlen += 1;
 185                 in = 1;
 186                 break;
 187         case 0xE6: /* out    %al,<next byte> */
 188                 insnlen += 2;
 189                 break;
 190         case 0xEE: /* out    %al,(%dx) */
 191                 insnlen += 1;
 192                 break;
 193         default:
 194                 return 0;
 195         }
 196
 197         if (in) {
 198                 /* Lower bit tells is whether it's a 16 or 32 bit access */
 199                 if (insn & 0x1)
 200                         lg->regs->eax = 0xFFFFFFFF;
 201                 else
 202                         lg->regs->eax |= (0xFFFF << shift);
 203         }
 204         lg->regs->eip += insnlen;
 205         return 1;
 206 }
 207
 208 int lguest_address_ok(const struct lguest *lg,
 209                       unsigned long addr, unsigned long len)
 210 {
 211         return (addr+len) / PAGE_SIZE < lg->pfn_limit && (addr+len >= addr);
 212 }
 213
 214 /* Just like get_user, but don't let guest access lguest binary. */
 215 u32 lgread_u32(struct lguest *lg, unsigned long addr)
 216 {
 217         u32 val = 0;
 218
 219         /* Don't let them access lguest binary */
 220         if (!lguest_address_ok(lg, addr, sizeof(val))
 221             || get_user(val, (u32 __user *)addr) != 0)
 222                 kill_guest(lg, "bad read address %#lx", addr);
 223         return val;
 224 }
 225
 226 void lgwrite_u32(struct lguest *lg, unsigned long addr, u32 val)
 227 {
 228         if (!lguest_address_ok(lg, addr, sizeof(val))
 229             || put_user(val, (u32 __user *)addr) != 0)
 230                 kill_guest(lg, "bad write address %#lx", addr);
 231 }
 232
 233 void lgread(struct lguest *lg, void *b, unsigned long addr, unsigned bytes)
 234 {
 235         if (!lguest_address_ok(lg, addr, bytes)
 236             || copy_from_user(b, (void __user *)addr, bytes) != 0) {
 237                 /* copy_from_user should do this, but as we rely on it... */
 238                 memset(b, 0, bytes);
 239                 kill_guest(lg, "bad read address %#lx len %u", addr, bytes);
 240         }
 241 }
 242
 243 void lgwrite(struct lguest *lg, unsigned long addr, const void *b,
 244              unsigned bytes)
 245 {
 246         if (!lguest_address_ok(lg, addr, bytes)
 247             || copy_to_user((void __user *)addr, b, bytes) != 0)
 248                 kill_guest(lg, "bad write address %#lx len %u", addr, bytes);
 249 }
 250
 251 static void set_ts(void)
 252 {
 253         u32 cr0;
 254
 255         cr0 = read_cr0();
 256         if (!(cr0 & 8))
 257                 write_cr0(cr0|8);
 258 }
 259
 260 static void copy_in_guest_info(struct lguest *lg, struct lguest_pages *pages)
 261 {
 262         if (__get_cpu_var(last_guest) != lg || lg->last_pages != pages) {
 263                 __get_cpu_var(last_guest) = lg;
 264                 lg->last_pages = pages;
 265                 lg->changed = CHANGED_ALL;
 266         }
 267
 268         /* These are pretty cheap, so we do them unconditionally. */
 269         pages->state.host_cr3 = __pa(current->mm->pgd);
 270         map_switcher_in_guest(lg, pages);
 271         pages->state.guest_tss.esp1 = lg->esp1;
 272         pages->state.guest_tss.ss1 = lg->ss1;
 273
 274         /* Copy direct trap entries. */
 275         if (lg->changed & CHANGED_IDT)
 276                 copy_traps(lg, pages->state.guest_idt, default_idt_entries);
 277
 278         /* Copy all GDT entries but the TSS. */
 279         if (lg->changed & CHANGED_GDT)
 280                 copy_gdt(lg, pages->state.guest_gdt);
 281         /* If only the TLS entries have changed, copy them. */
 282         else if (lg->changed & CHANGED_GDT_TLS)
 283                 copy_gdt_tls(lg, pages->state.guest_gdt);
 284
 285         lg->changed = 0;
 286 }
 287
 288 static void run_guest_once(struct lguest *lg, struct lguest_pages *pages)
 289 {
 290         unsigned int clobber;
 291
 292         copy_in_guest_info(lg, pages);
 293
 294         /* Put eflags on stack, lcall does rest: suitable for iret return. */
 295         asm volatile("pushf; lcall *lguest_entry"
 296                      : "=a"(clobber), "=b"(clobber)
 297                      : "0"(pages), "1"(__pa(lg->pgdirs[lg->pgdidx].pgdir))
 298                      : "memory", "%edx", "%ecx", "%edi", "%esi");
 299 }
 300
 301 int run_guest(struct lguest *lg, unsigned long __user *user)
 302 {
 303         while (!lg->dead) {
 304                 unsigned int cr2 = 0; /* Damn gcc */
 305
 306                 /* Hypercalls first: we might have been out to userspace */
 307                 do_hypercalls(lg);
 308                 if (lg->dma_is_pending) {
 309                         if (put_user(lg->pending_dma, user) ||
 310                             put_user(lg->pending_key, user+1))
 311                                 return -EFAULT;
 312                         return sizeof(unsigned long)*2;
 313                 }
 314
 315                 if (signal_pending(current))
 316                         return -ERESTARTSYS;
 317
 318                 /* If Waker set break_out, return to Launcher. */
 319                 if (lg->break_out)
 320                         return -EAGAIN;
 321
 322                 maybe_do_interrupt(lg);
 323
 324                 try_to_freeze();
 325
 326                 if (lg->dead)
 327                         break;
 328
 329                 if (lg->halted) {
 330                         set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
 331                         schedule();
 332                         continue;
 333                 }
 334
 335                 local_irq_disable();
 336
 337                 /* Even if *we* don't want FPU trap, guest might... */
 338                 if (lg->ts)
 339                         set_ts();
 340
 341                 /* Don't let Guest do SYSENTER: we can't handle it. */
 342                 if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_SEP))
 343                         wrmsr(MSR_IA32_SYSENTER_CS, 0, 0);
 344
 345                 run_guest_once(lg, lguest_pages(raw_smp_processor_id()));
 346
 347                 /* Save cr2 now if we page-faulted. */
 348                 if (lg->regs->trapnum == 14)
 349                         cr2 = read_cr2();
 350                 else if (lg->regs->trapnum == 7)
 351                         math_state_restore();
 352
 353                 if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_SEP))
 354                         wrmsr(MSR_IA32_SYSENTER_CS, __KERNEL_CS, 0);
 355                 local_irq_enable();
 356
 357                 switch (lg->regs->trapnum) {
 358                 case 13: /* We've intercepted a GPF. */
 359                         if (lg->regs->errcode == 0) {
 360                                 if (emulate_insn(lg))
 361                                         continue;
 362                         }
 363                         break;
 364                 case 14: /* We've intercepted a page fault. */
 365                         if (demand_page(lg, cr2, lg->regs->errcode))
 366                                 continue;
 367
 368                         /* If lguest_data is NULL, this won't hurt. */
 369                         if (put_user(cr2, &lg->lguest_data->cr2))
 370                                 kill_guest(lg, "Writing cr2");
 371                         break;
 372                 case 7: /* We've intercepted a Device Not Available fault. */
 373                         /* If they don't want to know, just absorb it. */
 374                         if (!lg->ts)
 375                                 continue;
 376                         break;
 377                 case 32 ... 255: /* Real interrupt, fall thru */
 378                         cond_resched();
 379                 case LGUEST_TRAP_ENTRY: /* Handled at top of loop */
 380                         continue;
 381                 }
 382
 383                 if (deliver_trap(lg, lg->regs->trapnum))
 384                         continue;
 385
 386                 kill_guest(lg, "unhandled trap %li at %#lx (%#lx)",
 387                            lg->regs->trapnum, lg->regs->eip,
 388                            lg->regs->trapnum == 14 ? cr2 : lg->regs->errcode);
 389         }
 390         return -ENOENT;
 391 }
 392
 393 int find_free_guest(void)
 394 {
 395         unsigned int i;
 396         for (i = 0; i < MAX_LGUEST_GUESTS; i++)
 397                 if (!lguests[i].tsk)
 398                         return i;
 399         return -1;
 400 }
 401
 402 static void adjust_pge(void *on)
 403 {
 404         if (on)
 405                 write_cr4(read_cr4() | X86_CR4_PGE);
 406         else
 407                 write_cr4(read_cr4() & ~X86_CR4_PGE);
 408 }
 409
 410 static int __init init(void)
 411 {
 412         int err;
 413
 414         if (paravirt_enabled()) {
 415                 printk("lguest is afraid of %s\n", paravirt_ops.name);
 416                 return -EPERM;
 417         }
 418
 419         err = map_switcher();
 420         if (err)
 421                 return err;
 422
 423         err = init_pagetables(switcher_page, SHARED_SWITCHER_PAGES);
 424         if (err) {
 425                 unmap_switcher();
 426                 return err;
 427         }
 428         lguest_io_init();
 429
 430         err = lguest_device_init();
 431         if (err) {
 432                 free_pagetables();
 433                 unmap_switcher();
 434                 return err;
 435         }
 436         lock_cpu_hotplug();
 437         if (cpu_has_pge) { /* We have a broader idea of "global". */
 438                 cpu_had_pge = 1;
 439                 on_each_cpu(adjust_pge, (void *)0, 0, 1);
 440                 clear_bit(X86_FEATURE_PGE, boot_cpu_data.x86_capability);
 441         }
 442         unlock_cpu_hotplug();
 443         return 0;
 444 }
 445
 446 static void __exit fini(void)
 447 {
 448         lguest_device_remove();
 449         free_pagetables();
 450         unmap_switcher();
 451         lock_cpu_hotplug();
 452         if (cpu_had_pge) {
 453                 set_bit(X86_FEATURE_PGE, boot_cpu_data.x86_capability);
 454                 on_each_cpu(adjust_pge, (void *)1, 0, 1);
 455         }
 456         unlock_cpu_hotplug();
 457 }
 458
 459 module_init(init);
 460 module_exit(fini);
 461 MODULE_LICENSE("GPL");
 462 MODULE_AUTHOR("Rusty Russell <rusty@rustcorp.com.au>");