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

   1 /*P:400 This contains run_guest() which actually calls into the Host<->Guest
   2  * Switcher and analyzes the return, such as determining if the Guest wants the
   3  * Host to do something.  This file also contains useful helper routines, and a
   4  * couple of non-obvious setup and teardown pieces which were implemented after
   5  * days of debugging pain. :*/
   6 #include <linux/module.h>
   7 #include <linux/stringify.h>
   8 #include <linux/stddef.h>
   9 #include <linux/io.h>
  10 #include <linux/mm.h>
  11 #include <linux/vmalloc.h>
  12 #include <linux/cpu.h>
  13 #include <linux/freezer.h>
  14 #include <asm/paravirt.h>
  15 #include <asm/desc.h>
  16 #include <asm/pgtable.h>
  17 #include <asm/uaccess.h>
  18 #include <asm/poll.h>
  19 #include <asm/highmem.h>
  20 #include <asm/asm-offsets.h>
  21 #include <asm/i387.h>
  22 #include "lg.h"
  23
  24 /* Found in switcher.S */
  25 extern char start_switcher_text[], end_switcher_text[], switch_to_guest[];
  26 extern unsigned long default_idt_entries[];
  27
  28 /* Every guest maps the core switcher code. */
  29 #define SHARED_SWITCHER_PAGES \
  30         DIV_ROUND_UP(end_switcher_text - start_switcher_text, PAGE_SIZE)
  31 /* Pages for switcher itself, then two pages per cpu */
  32 #define TOTAL_SWITCHER_PAGES (SHARED_SWITCHER_PAGES + 2 * NR_CPUS)
  33
  34 /* We map at -4M for ease of mapping into the guest (one PTE page). */
  35 #define SWITCHER_ADDR 0xFFC00000
  36
  37 static struct vm_struct *switcher_vma;
  38 static struct page **switcher_page;
  39
  40 static int cpu_had_pge;
  41 static struct {
  42         unsigned long offset;
  43         unsigned short segment;
  44 } lguest_entry;
  45
  46 /* This One Big lock protects all inter-guest data structures. */
  47 DEFINE_MUTEX(lguest_lock);
  48 static DEFINE_PER_CPU(struct lguest *, last_guest);
  49
  50 /* FIXME: Make dynamic. */
  51 #define MAX_LGUEST_GUESTS 16
  52 struct lguest lguests[MAX_LGUEST_GUESTS];
  53
  54 /* Offset from where switcher.S was compiled to where we've copied it */
  55 static unsigned long switcher_offset(void)
  56 {
  57         return SWITCHER_ADDR - (unsigned long)start_switcher_text;
  58 }
  59
  60 /* This cpu's struct lguest_pages. */
  61 static struct lguest_pages *lguest_pages(unsigned int cpu)
  62 {
  63         return &(((struct lguest_pages *)
  64                   (SWITCHER_ADDR + SHARED_SWITCHER_PAGES*PAGE_SIZE))[cpu]);
  65 }
  66
  67 static __init int map_switcher(void)
  68 {
  69         int i, err;
  70         struct page **pagep;
  71
  72         switcher_page = kmalloc(sizeof(switcher_page[0])*TOTAL_SWITCHER_PAGES,
  73                                 GFP_KERNEL);
  74         if (!switcher_page) {
  75                 err = -ENOMEM;
  76                 goto out;
  77         }
  78
  79         for (i = 0; i < TOTAL_SWITCHER_PAGES; i++) {
  80                 unsigned long addr = get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
  81                 if (!addr) {
  82                         err = -ENOMEM;
  83                         goto free_some_pages;
  84                 }
  85                 switcher_page[i] = virt_to_page(addr);
  86         }
  87
  88         switcher_vma = __get_vm_area(TOTAL_SWITCHER_PAGES * PAGE_SIZE,
  89                                        VM_ALLOC, SWITCHER_ADDR, VMALLOC_END);
  90         if (!switcher_vma) {
  91                 err = -ENOMEM;
  92                 printk("lguest: could not map switcher pages high\n");
  93                 goto free_pages;
  94         }
  95
  96         pagep = switcher_page;
  97         err = map_vm_area(switcher_vma, PAGE_KERNEL, &pagep);
  98         if (err) {
  99                 printk("lguest: map_vm_area failed: %i\n", err);
 100                 goto free_vma;
 101         }
 102         memcpy(switcher_vma->addr, start_switcher_text,
 103                end_switcher_text - start_switcher_text);
 104
 105         /* Fix up IDT entries to point into copied text. */
 106         for (i = 0; i < IDT_ENTRIES; i++)
 107                 default_idt_entries[i] += switcher_offset();
 108
 109         for_each_possible_cpu(i) {
 110                 struct lguest_pages *pages = lguest_pages(i);
 111                 struct lguest_ro_state *state = &pages->state;
 112
 113                 /* These fields are static: rest done in copy_in_guest_info */
 114                 state->host_gdt_desc.size = GDT_SIZE-1;
 115                 state->host_gdt_desc.address = (long)get_cpu_gdt_table(i);
 116                 store_idt(&state->host_idt_desc);
 117                 state->guest_idt_desc.size = sizeof(state->guest_idt)-1;
 118                 state->guest_idt_desc.address = (long)&state->guest_idt;
 119                 state->guest_gdt_desc.size = sizeof(state->guest_gdt)-1;
 120                 state->guest_gdt_desc.address = (long)&state->guest_gdt;
 121                 state->guest_tss.esp0 = (long)(&pages->regs + 1);
 122                 state->guest_tss.ss0 = LGUEST_DS;
 123                 /* No I/O for you! */
 124                 state->guest_tss.io_bitmap_base = sizeof(state->guest_tss);
 125                 setup_default_gdt_entries(state);
 126                 setup_default_idt_entries(state, default_idt_entries);
 127
 128                 /* Setup LGUEST segments on all cpus */
 129                 get_cpu_gdt_table(i)[GDT_ENTRY_LGUEST_CS] = FULL_EXEC_SEGMENT;
 130                 get_cpu_gdt_table(i)[GDT_ENTRY_LGUEST_DS] = FULL_SEGMENT;
 131         }
 132
 133         /* Initialize entry point into switcher. */
 134         lguest_entry.offset = (long)switch_to_guest + switcher_offset();
 135         lguest_entry.segment = LGUEST_CS;
 136
 137         printk(KERN_INFO "lguest: mapped switcher at %p\n",
 138                switcher_vma->addr);
 139         return 0;
 140
 141 free_vma:
 142         vunmap(switcher_vma->addr);
 143 free_pages:
 144         i = TOTAL_SWITCHER_PAGES;
 145 free_some_pages:
 146         for (--i; i >= 0; i--)
 147                 __free_pages(switcher_page[i], 0);
 148         kfree(switcher_page);
 149 out:
 150         return err;
 151 }
 152
 153 static void unmap_switcher(void)
 154 {
 155         unsigned int i;
 156
 157         vunmap(switcher_vma->addr);
 158         for (i = 0; i < TOTAL_SWITCHER_PAGES; i++)
 159                 __free_pages(switcher_page[i], 0);
 160 }
 161
 162 /* IN/OUT insns: enough to get us past boot-time probing. */
 163 static int emulate_insn(struct lguest *lg)
 164 {
 165         u8 insn;
 166         unsigned int insnlen = 0, in = 0, shift = 0;
 167         unsigned long physaddr = guest_pa(lg, lg->regs->eip);
 168
 169         /* This only works for addresses in linear mapping... */
 170         if (lg->regs->eip < lg->page_offset)
 171                 return 0;
 172         lgread(lg, &insn, physaddr, 1);
 173
 174         /* Operand size prefix means it's actually for ax. */
 175         if (insn == 0x66) {
 176                 shift = 16;
 177                 insnlen = 1;
 178                 lgread(lg, &insn, physaddr + insnlen, 1);
 179         }
 180
 181         switch (insn & 0xFE) {
 182         case 0xE4: /* in     <next byte>,%al */
 183                 insnlen += 2;
 184                 in = 1;
 185                 break;
 186         case 0xEC: /* in     (%dx),%al */
 187                 insnlen += 1;
 188                 in = 1;
 189                 break;
 190         case 0xE6: /* out    %al,<next byte> */
 191                 insnlen += 2;
 192                 break;
 193         case 0xEE: /* out    %al,(%dx) */
 194                 insnlen += 1;
 195                 break;
 196         default:
 197                 return 0;
 198         }
 199
 200         if (in) {
 201                 /* Lower bit tells is whether it's a 16 or 32 bit access */
 202                 if (insn & 0x1)
 203                         lg->regs->eax = 0xFFFFFFFF;
 204                 else
 205                         lg->regs->eax |= (0xFFFF << shift);
 206         }
 207         lg->regs->eip += insnlen;
 208         return 1;
 209 }
 210
 211 /*L:305
 212  * Dealing With Guest Memory.
 213  *
 214  * When the Guest gives us (what it thinks is) a physical address, we can use
 215  * the normal copy_from_user() & copy_to_user() on that address: remember,
 216  * Guest physical == Launcher virtual.
 217  *
 218  * But we can't trust the Guest: it might be trying to access the Launcher
 219  * code.  We have to check that the range is below the pfn_limit the Launcher
 220  * gave us.  We have to make sure that addr + len doesn't give us a false
 221  * positive by overflowing, too. */
 222 int lguest_address_ok(const struct lguest *lg,
 223                       unsigned long addr, unsigned long len)
 224 {
 225         return (addr+len) / PAGE_SIZE < lg->pfn_limit && (addr+len >= addr);
 226 }
 227
 228 /* This is a convenient routine to get a 32-bit value from the Guest (a very
 229  * common operation).  Here we can see how useful the kill_lguest() routine we
 230  * met in the Launcher can be: we return a random value (0) instead of needing
 231  * to return an error. */
 232 u32 lgread_u32(struct lguest *lg, unsigned long addr)
 233 {
 234         u32 val = 0;
 235
 236         /* Don't let them access lguest binary. */
 237         if (!lguest_address_ok(lg, addr, sizeof(val))
 238             || get_user(val, (u32 __user *)addr) != 0)
 239                 kill_guest(lg, "bad read address %#lx", addr);
 240         return val;
 241 }
 242
 243 /* Same thing for writing a value. */
 244 void lgwrite_u32(struct lguest *lg, unsigned long addr, u32 val)
 245 {
 246         if (!lguest_address_ok(lg, addr, sizeof(val))
 247             || put_user(val, (u32 __user *)addr) != 0)
 248                 kill_guest(lg, "bad write address %#lx", addr);
 249 }
 250
 251 /* This routine is more generic, and copies a range of Guest bytes into a
 252  * buffer.  If the copy_from_user() fails, we fill the buffer with zeroes, so
 253  * the caller doesn't end up using uninitialized kernel memory. */
 254 void lgread(struct lguest *lg, void *b, unsigned long addr, unsigned bytes)
 255 {
 256         if (!lguest_address_ok(lg, addr, bytes)
 257             || copy_from_user(b, (void __user *)addr, bytes) != 0) {
 258                 /* copy_from_user should do this, but as we rely on it... */
 259                 memset(b, 0, bytes);
 260                 kill_guest(lg, "bad read address %#lx len %u", addr, bytes);
 261         }
 262 }
 263
 264 /* Similarly, our generic routine to copy into a range of Guest bytes. */
 265 void lgwrite(struct lguest *lg, unsigned long addr, const void *b,
 266              unsigned bytes)
 267 {
 268         if (!lguest_address_ok(lg, addr, bytes)
 269             || copy_to_user((void __user *)addr, b, bytes) != 0)
 270                 kill_guest(lg, "bad write address %#lx len %u", addr, bytes);
 271 }
 272 /* (end of memory access helper routines) :*/
 273
 274 static void set_ts(void)
 275 {
 276         u32 cr0;
 277
 278         cr0 = read_cr0();
 279         if (!(cr0 & 8))
 280                 write_cr0(cr0|8);
 281 }
 282
 283 static void copy_in_guest_info(struct lguest *lg, struct lguest_pages *pages)
 284 {
 285         if (__get_cpu_var(last_guest) != lg || lg->last_pages != pages) {
 286                 __get_cpu_var(last_guest) = lg;
 287                 lg->last_pages = pages;
 288                 lg->changed = CHANGED_ALL;
 289         }
 290
 291         /* These are pretty cheap, so we do them unconditionally. */
 292         pages->state.host_cr3 = __pa(current->mm->pgd);
 293         map_switcher_in_guest(lg, pages);
 294         pages->state.guest_tss.esp1 = lg->esp1;
 295         pages->state.guest_tss.ss1 = lg->ss1;
 296
 297         /* Copy direct trap entries. */
 298         if (lg->changed & CHANGED_IDT)
 299                 copy_traps(lg, pages->state.guest_idt, default_idt_entries);
 300
 301         /* Copy all GDT entries but the TSS. */
 302         if (lg->changed & CHANGED_GDT)
 303                 copy_gdt(lg, pages->state.guest_gdt);
 304         /* If only the TLS entries have changed, copy them. */
 305         else if (lg->changed & CHANGED_GDT_TLS)
 306                 copy_gdt_tls(lg, pages->state.guest_gdt);
 307
 308         lg->changed = 0;
 309 }
 310
 311 static void run_guest_once(struct lguest *lg, struct lguest_pages *pages)
 312 {
 313         unsigned int clobber;
 314
 315         copy_in_guest_info(lg, pages);
 316
 317         /* Put eflags on stack, lcall does rest: suitable for iret return. */
 318         asm volatile("pushf; lcall *lguest_entry"
 319                      : "=a"(clobber), "=b"(clobber)
 320                      : "0"(pages), "1"(__pa(lg->pgdirs[lg->pgdidx].pgdir))
 321                      : "memory", "%edx", "%ecx", "%edi", "%esi");
 322 }
 323
 324 int run_guest(struct lguest *lg, unsigned long __user *user)
 325 {
 326         while (!lg->dead) {
 327                 unsigned int cr2 = 0; /* Damn gcc */
 328
 329                 /* Hypercalls first: we might have been out to userspace */
 330                 do_hypercalls(lg);
 331                 if (lg->dma_is_pending) {
 332                         if (put_user(lg->pending_dma, user) ||
 333                             put_user(lg->pending_key, user+1))
 334                                 return -EFAULT;
 335                         return sizeof(unsigned long)*2;
 336                 }
 337
 338                 if (signal_pending(current))
 339                         return -ERESTARTSYS;
 340
 341                 /* If Waker set break_out, return to Launcher. */
 342                 if (lg->break_out)
 343                         return -EAGAIN;
 344
 345                 maybe_do_interrupt(lg);
 346
 347                 try_to_freeze();
 348
 349                 if (lg->dead)
 350                         break;
 351
 352                 if (lg->halted) {
 353                         set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
 354                         schedule();
 355                         continue;
 356                 }
 357
 358                 local_irq_disable();
 359
 360                 /* Even if *we* don't want FPU trap, guest might... */
 361                 if (lg->ts)
 362                         set_ts();
 363
 364                 /* Don't let Guest do SYSENTER: we can't handle it. */
 365                 if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_SEP))
 366                         wrmsr(MSR_IA32_SYSENTER_CS, 0, 0);
 367
 368                 run_guest_once(lg, lguest_pages(raw_smp_processor_id()));
 369
 370                 /* Save cr2 now if we page-faulted. */
 371                 if (lg->regs->trapnum == 14)
 372                         cr2 = read_cr2();
 373                 else if (lg->regs->trapnum == 7)
 374                         math_state_restore();
 375
 376                 if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_SEP))
 377                         wrmsr(MSR_IA32_SYSENTER_CS, __KERNEL_CS, 0);
 378                 local_irq_enable();
 379
 380                 switch (lg->regs->trapnum) {
 381                 case 13: /* We've intercepted a GPF. */
 382                         if (lg->regs->errcode == 0) {
 383                                 if (emulate_insn(lg))
 384                                         continue;
 385                         }
 386                         break;
 387                 case 14: /* We've intercepted a page fault. */
 388                         if (demand_page(lg, cr2, lg->regs->errcode))
 389                                 continue;
 390
 391                         /* If lguest_data is NULL, this won't hurt. */
 392                         if (put_user(cr2, &lg->lguest_data->cr2))
 393                                 kill_guest(lg, "Writing cr2");
 394                         break;
 395                 case 7: /* We've intercepted a Device Not Available fault. */
 396                         /* If they don't want to know, just absorb it. */
 397                         if (!lg->ts)
 398                                 continue;
 399                         break;
 400                 case 32 ... 255: /* Real interrupt, fall thru */
 401                         cond_resched();
 402                 case LGUEST_TRAP_ENTRY: /* Handled at top of loop */
 403                         continue;
 404                 }
 405
 406                 if (deliver_trap(lg, lg->regs->trapnum))
 407                         continue;
 408
 409                 kill_guest(lg, "unhandled trap %li at %#lx (%#lx)",
 410                            lg->regs->trapnum, lg->regs->eip,
 411                            lg->regs->trapnum == 14 ? cr2 : lg->regs->errcode);
 412         }
 413         return -ENOENT;
 414 }
 415
 416 int find_free_guest(void)
 417 {
 418         unsigned int i;
 419         for (i = 0; i < MAX_LGUEST_GUESTS; i++)
 420                 if (!lguests[i].tsk)
 421                         return i;
 422         return -1;
 423 }
 424
 425 static void adjust_pge(void *on)
 426 {
 427         if (on)
 428                 write_cr4(read_cr4() | X86_CR4_PGE);
 429         else
 430                 write_cr4(read_cr4() & ~X86_CR4_PGE);
 431 }
 432
 433 static int __init init(void)
 434 {
 435         int err;
 436
 437         if (paravirt_enabled()) {
 438                 printk("lguest is afraid of %s\n", paravirt_ops.name);
 439                 return -EPERM;
 440         }
 441
 442         err = map_switcher();
 443         if (err)
 444                 return err;
 445
 446         err = init_pagetables(switcher_page, SHARED_SWITCHER_PAGES);
 447         if (err) {
 448                 unmap_switcher();
 449                 return err;
 450         }
 451         lguest_io_init();
 452
 453         err = lguest_device_init();
 454         if (err) {
 455                 free_pagetables();
 456                 unmap_switcher();
 457                 return err;
 458         }
 459         lock_cpu_hotplug();
 460         if (cpu_has_pge) { /* We have a broader idea of "global". */
 461                 cpu_had_pge = 1;
 462                 on_each_cpu(adjust_pge, (void *)0, 0, 1);
 463                 clear_bit(X86_FEATURE_PGE, boot_cpu_data.x86_capability);
 464         }
 465         unlock_cpu_hotplug();
 466         return 0;
 467 }
 468
 469 static void __exit fini(void)
 470 {
 471         lguest_device_remove();
 472         free_pagetables();
 473         unmap_switcher();
 474         lock_cpu_hotplug();
 475         if (cpu_had_pge) {
 476                 set_bit(X86_FEATURE_PGE, boot_cpu_data.x86_capability);
 477                 on_each_cpu(adjust_pge, (void *)1, 0, 1);
 478         }
 479         unlock_cpu_hotplug();
 480 }
 481
 482 module_init(init);
 483 module_exit(fini);
 484 MODULE_LICENSE("GPL");
 485 MODULE_AUTHOR("Rusty Russell <rusty@rustcorp.com.au>");