lguest: documentation V: Host
[safe/jmp/linux-2.6] / drivers / lguest / page_tables.c
1 /*P:700 The pagetable code, on the other hand, still shows the scars of
2  * previous encounters.  It's functional, and as neat as it can be in the
3  * circumstances, but be wary, for these things are subtle and break easily.
4  * The Guest provides a virtual to physical mapping, but we can neither trust
5  * it nor use it: we verify and convert it here to point the hardware to the
6  * actual Guest pages when running the Guest. :*/
7
8 /* Copyright (C) Rusty Russell IBM Corporation 2006.
9  * GPL v2 and any later version */
10 #include <linux/mm.h>
11 #include <linux/types.h>
12 #include <linux/spinlock.h>
13 #include <linux/random.h>
14 #include <linux/percpu.h>
15 #include <asm/tlbflush.h>
16 #include "lg.h"
17
18 /*H:300
19  * The Page Table Code
20  *
21  * We use two-level page tables for the Guest.  If you're not entirely
22  * comfortable with virtual addresses, physical addresses and page tables then
23  * I recommend you review lguest.c's "Page Table Handling" (with diagrams!).
24  *
25  * The Guest keeps page tables, but we maintain the actual ones here: these are
26  * called "shadow" page tables.  Which is a very Guest-centric name: these are
27  * the real page tables the CPU uses, although we keep them up to date to
28  * reflect the Guest's.  (See what I mean about weird naming?  Since when do
29  * shadows reflect anything?)
30  *
31  * Anyway, this is the most complicated part of the Host code.  There are seven
32  * parts to this:
33  *  (i) Setting up a page table entry for the Guest when it faults,
34  *  (ii) Setting up the page table entry for the Guest stack,
35  *  (iii) Setting up a page table entry when the Guest tells us it has changed,
36  *  (iv) Switching page tables,
37  *  (v) Flushing (thowing away) page tables,
38  *  (vi) Mapping the Switcher when the Guest is about to run,
39  *  (vii) Setting up the page tables initially.
40  :*/
41
42 /* Pages a 4k long, and each page table entry is 4 bytes long, giving us 1024
43  * (or 2^10) entries per page. */
44 #define PTES_PER_PAGE_SHIFT 10
45 #define PTES_PER_PAGE (1 << PTES_PER_PAGE_SHIFT)
46
47 /* 1024 entries in a page table page maps 1024 pages: 4MB.  The Switcher is
48  * conveniently placed at the top 4MB, so it uses a separate, complete PTE
49  * page.  */
50 #define SWITCHER_PGD_INDEX (PTES_PER_PAGE - 1)
51
52 /* We actually need a separate PTE page for each CPU.  Remember that after the
53  * Switcher code itself comes two pages for each CPU, and we don't want this
54  * CPU's guest to see the pages of any other CPU. */
55 static DEFINE_PER_CPU(spte_t *, switcher_pte_pages);
56 #define switcher_pte_page(cpu) per_cpu(switcher_pte_pages, cpu)
57
58 /*H:320 With our shadow and Guest types established, we need to deal with
59  * them: the page table code is curly enough to need helper functions to keep
60  * it clear and clean.
61  *
62  * The first helper takes a virtual address, and says which entry in the top
63  * level page table deals with that address.  Since each top level entry deals
64  * with 4M, this effectively divides by 4M. */
65 static unsigned vaddr_to_pgd_index(unsigned long vaddr)
66 {
67         return vaddr >> (PAGE_SHIFT + PTES_PER_PAGE_SHIFT);
68 }
69
70 /* There are two functions which return pointers to the shadow (aka "real")
71  * page tables.
72  *
73  * spgd_addr() takes the virtual address and returns a pointer to the top-level
74  * page directory entry for that address.  Since we keep track of several page
75  * tables, the "i" argument tells us which one we're interested in (it's
76  * usually the current one). */
77 static spgd_t *spgd_addr(struct lguest *lg, u32 i, unsigned long vaddr)
78 {
79         unsigned int index = vaddr_to_pgd_index(vaddr);
80
81         /* We kill any Guest trying to touch the Switcher addresses. */
82         if (index >= SWITCHER_PGD_INDEX) {
83                 kill_guest(lg, "attempt to access switcher pages");
84                 index = 0;
85         }
86         /* Return a pointer index'th pgd entry for the i'th page table. */
87         return &lg->pgdirs[i].pgdir[index];
88 }
89
90 /* This routine then takes the PGD entry given above, which contains the
91  * address of the PTE page.  It then returns a pointer to the PTE entry for the
92  * given address. */
93 static spte_t *spte_addr(struct lguest *lg, spgd_t spgd, unsigned long vaddr)
94 {
95         spte_t *page = __va(spgd.pfn << PAGE_SHIFT);
96         /* You should never call this if the PGD entry wasn't valid */
97         BUG_ON(!(spgd.flags & _PAGE_PRESENT));
98         return &page[(vaddr >> PAGE_SHIFT) % PTES_PER_PAGE];
99 }
100
101 /* These two functions just like the above two, except they access the Guest
102  * page tables.  Hence they return a Guest address. */
103 static unsigned long gpgd_addr(struct lguest *lg, unsigned long vaddr)
104 {
105         unsigned int index = vaddr >> (PAGE_SHIFT + PTES_PER_PAGE_SHIFT);
106         return lg->pgdirs[lg->pgdidx].cr3 + index * sizeof(gpgd_t);
107 }
108
109 static unsigned long gpte_addr(struct lguest *lg,
110                                gpgd_t gpgd, unsigned long vaddr)
111 {
112         unsigned long gpage = gpgd.pfn << PAGE_SHIFT;
113         BUG_ON(!(gpgd.flags & _PAGE_PRESENT));
114         return gpage + ((vaddr>>PAGE_SHIFT) % PTES_PER_PAGE) * sizeof(gpte_t);
115 }
116
117 /*H:350 This routine takes a page number given by the Guest and converts it to
118  * an actual, physical page number.  It can fail for several reasons: the
119  * virtual address might not be mapped by the Launcher, the write flag is set
120  * and the page is read-only, or the write flag was set and the page was
121  * shared so had to be copied, but we ran out of memory.
122  *
123  * This holds a reference to the page, so release_pte() is careful to
124  * put that back. */
125 static unsigned long get_pfn(unsigned long virtpfn, int write)
126 {
127         struct page *page;
128         /* This value indicates failure. */
129         unsigned long ret = -1UL;
130
131         /* get_user_pages() is a complex interface: it gets the "struct
132          * vm_area_struct" and "struct page" assocated with a range of pages.
133          * It also needs the task's mmap_sem held, and is not very quick.
134          * It returns the number of pages it got. */
135         down_read(&current->mm->mmap_sem);
136         if (get_user_pages(current, current->mm, virtpfn << PAGE_SHIFT,
137                            1, write, 1, &page, NULL) == 1)
138                 ret = page_to_pfn(page);
139         up_read(&current->mm->mmap_sem);
140         return ret;
141 }
142
143 /*H:340 Converting a Guest page table entry to a shadow (ie. real) page table
144  * entry can be a little tricky.  The flags are (almost) the same, but the
145  * Guest PTE contains a virtual page number: the CPU needs the real page
146  * number. */
147 static spte_t gpte_to_spte(struct lguest *lg, gpte_t gpte, int write)
148 {
149         spte_t spte;
150         unsigned long pfn;
151
152         /* The Guest sets the global flag, because it thinks that it is using
153          * PGE.  We only told it to use PGE so it would tell us whether it was
154          * flushing a kernel mapping or a userspace mapping.  We don't actually
155          * use the global bit, so throw it away. */
156         spte.flags = (gpte.flags & ~_PAGE_GLOBAL);
157
158         /* We need a temporary "unsigned long" variable to hold the answer from
159          * get_pfn(), because it returns 0xFFFFFFFF on failure, which wouldn't
160          * fit in spte.pfn.  get_pfn() finds the real physical number of the
161          * page, given the virtual number. */
162         pfn = get_pfn(gpte.pfn, write);
163         if (pfn == -1UL) {
164                 kill_guest(lg, "failed to get page %u", gpte.pfn);
165                 /* When we destroy the Guest, we'll go through the shadow page
166                  * tables and release_pte() them.  Make sure we don't think
167                  * this one is valid! */
168                 spte.flags = 0;
169         }
170         /* Now we assign the page number, and our shadow PTE is complete. */
171         spte.pfn = pfn;
172         return spte;
173 }
174
175 /*H:460 And to complete the chain, release_pte() looks like this: */
176 static void release_pte(spte_t pte)
177 {
178         /* Remember that get_user_pages() took a reference to the page, in
179          * get_pfn()?  We have to put it back now. */
180         if (pte.flags & _PAGE_PRESENT)
181                 put_page(pfn_to_page(pte.pfn));
182 }
183 /*:*/
184
185 static void check_gpte(struct lguest *lg, gpte_t gpte)
186 {
187         if ((gpte.flags & (_PAGE_PWT|_PAGE_PSE)) || gpte.pfn >= lg->pfn_limit)
188                 kill_guest(lg, "bad page table entry");
189 }
190
191 static void check_gpgd(struct lguest *lg, gpgd_t gpgd)
192 {
193         if ((gpgd.flags & ~_PAGE_TABLE) || gpgd.pfn >= lg->pfn_limit)
194                 kill_guest(lg, "bad page directory entry");
195 }
196
197 /*H:330
198  * (i) Setting up a page table entry for the Guest when it faults
199  *
200  * We saw this call in run_guest(): when we see a page fault in the Guest, we
201  * come here.  That's because we only set up the shadow page tables lazily as
202  * they're needed, so we get page faults all the time and quietly fix them up
203  * and return to the Guest without it knowing.
204  *
205  * If we fixed up the fault (ie. we mapped the address), this routine returns
206  * true. */
207 int demand_page(struct lguest *lg, unsigned long vaddr, int errcode)
208 {
209         gpgd_t gpgd;
210         spgd_t *spgd;
211         unsigned long gpte_ptr;
212         gpte_t gpte;
213         spte_t *spte;
214
215         /* First step: get the top-level Guest page table entry. */
216         gpgd = mkgpgd(lgread_u32(lg, gpgd_addr(lg, vaddr)));
217         /* Toplevel not present?  We can't map it in. */
218         if (!(gpgd.flags & _PAGE_PRESENT))
219                 return 0;
220
221         /* Now look at the matching shadow entry. */
222         spgd = spgd_addr(lg, lg->pgdidx, vaddr);
223         if (!(spgd->flags & _PAGE_PRESENT)) {
224                 /* No shadow entry: allocate a new shadow PTE page. */
225                 unsigned long ptepage = get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
226                 /* This is not really the Guest's fault, but killing it is
227                  * simple for this corner case. */
228                 if (!ptepage) {
229                         kill_guest(lg, "out of memory allocating pte page");
230                         return 0;
231                 }
232                 /* We check that the Guest pgd is OK. */
233                 check_gpgd(lg, gpgd);
234                 /* And we copy the flags to the shadow PGD entry.  The page
235                  * number in the shadow PGD is the page we just allocated. */
236                 spgd->raw.val = (__pa(ptepage) | gpgd.flags);
237         }
238
239         /* OK, now we look at the lower level in the Guest page table: keep its
240          * address, because we might update it later. */
241         gpte_ptr = gpte_addr(lg, gpgd, vaddr);
242         gpte = mkgpte(lgread_u32(lg, gpte_ptr));
243
244         /* If this page isn't in the Guest page tables, we can't page it in. */
245         if (!(gpte.flags & _PAGE_PRESENT))
246                 return 0;
247
248         /* Check they're not trying to write to a page the Guest wants
249          * read-only (bit 2 of errcode == write). */
250         if ((errcode & 2) && !(gpte.flags & _PAGE_RW))
251                 return 0;
252
253         /* User access to a kernel page? (bit 3 == user access) */
254         if ((errcode & 4) && !(gpte.flags & _PAGE_USER))
255                 return 0;
256
257         /* Check that the Guest PTE flags are OK, and the page number is below
258          * the pfn_limit (ie. not mapping the Launcher binary). */
259         check_gpte(lg, gpte);
260         /* Add the _PAGE_ACCESSED and (for a write) _PAGE_DIRTY flag */
261         gpte.flags |= _PAGE_ACCESSED;
262         if (errcode & 2)
263                 gpte.flags |= _PAGE_DIRTY;
264
265         /* Get the pointer to the shadow PTE entry we're going to set. */
266         spte = spte_addr(lg, *spgd, vaddr);
267         /* If there was a valid shadow PTE entry here before, we release it.
268          * This can happen with a write to a previously read-only entry. */
269         release_pte(*spte);
270
271         /* If this is a write, we insist that the Guest page is writable (the
272          * final arg to gpte_to_spte()). */
273         if (gpte.flags & _PAGE_DIRTY)
274                 *spte = gpte_to_spte(lg, gpte, 1);
275         else {
276                 /* If this is a read, don't set the "writable" bit in the page
277                  * table entry, even if the Guest says it's writable.  That way
278                  * we come back here when a write does actually ocur, so we can
279                  * update the Guest's _PAGE_DIRTY flag. */
280                 gpte_t ro_gpte = gpte;
281                 ro_gpte.flags &= ~_PAGE_RW;
282                 *spte = gpte_to_spte(lg, ro_gpte, 0);
283         }
284
285         /* Finally, we write the Guest PTE entry back: we've set the
286          * _PAGE_ACCESSED and maybe the _PAGE_DIRTY flags. */
287         lgwrite_u32(lg, gpte_ptr, gpte.raw.val);
288
289         /* We succeeded in mapping the page! */
290         return 1;
291 }
292
293 /*H:360 (ii) Setting up the page table entry for the Guest stack.
294  *
295  * Remember pin_stack_pages() which makes sure the stack is mapped?  It could
296  * simply call demand_page(), but as we've seen that logic is quite long, and
297  * usually the stack pages are already mapped anyway, so it's not required.
298  *
299  * This is a quick version which answers the question: is this virtual address
300  * mapped by the shadow page tables, and is it writable? */
301 static int page_writable(struct lguest *lg, unsigned long vaddr)
302 {
303         spgd_t *spgd;
304         unsigned long flags;
305
306         /* Look at the top level entry: is it present? */
307         spgd = spgd_addr(lg, lg->pgdidx, vaddr);
308         if (!(spgd->flags & _PAGE_PRESENT))
309                 return 0;
310
311         /* Check the flags on the pte entry itself: it must be present and
312          * writable. */
313         flags = spte_addr(lg, *spgd, vaddr)->flags;
314         return (flags & (_PAGE_PRESENT|_PAGE_RW)) == (_PAGE_PRESENT|_PAGE_RW);
315 }
316
317 /* So, when pin_stack_pages() asks us to pin a page, we check if it's already
318  * in the page tables, and if not, we call demand_page() with error code 2
319  * (meaning "write"). */
320 void pin_page(struct lguest *lg, unsigned long vaddr)
321 {
322         if (!page_writable(lg, vaddr) && !demand_page(lg, vaddr, 2))
323                 kill_guest(lg, "bad stack page %#lx", vaddr);
324 }
325
326 /*H:450 If we chase down the release_pgd() code, it looks like this: */
327 static void release_pgd(struct lguest *lg, spgd_t *spgd)
328 {
329         /* If the entry's not present, there's nothing to release. */
330         if (spgd->flags & _PAGE_PRESENT) {
331                 unsigned int i;
332                 /* Converting the pfn to find the actual PTE page is easy: turn
333                  * the page number into a physical address, then convert to a
334                  * virtual address (easy for kernel pages like this one). */
335                 spte_t *ptepage = __va(spgd->pfn << PAGE_SHIFT);
336                 /* For each entry in the page, we might need to release it. */
337                 for (i = 0; i < PTES_PER_PAGE; i++)
338                         release_pte(ptepage[i]);
339                 /* Now we can free the page of PTEs */
340                 free_page((long)ptepage);
341                 /* And zero out the PGD entry we we never release it twice. */
342                 spgd->raw.val = 0;
343         }
344 }
345
346 /*H:440 (v) Flushing (thowing away) page tables,
347  *
348  * We saw flush_user_mappings() called when we re-used a top-level pgdir page.
349  * It simply releases every PTE page from 0 up to the kernel address. */
350 static void flush_user_mappings(struct lguest *lg, int idx)
351 {
352         unsigned int i;
353         /* Release every pgd entry up to the kernel's address. */
354         for (i = 0; i < vaddr_to_pgd_index(lg->page_offset); i++)
355                 release_pgd(lg, lg->pgdirs[idx].pgdir + i);
356 }
357
358 /* The Guest also has a hypercall to do this manually: it's used when a large
359  * number of mappings have been changed. */
360 void guest_pagetable_flush_user(struct lguest *lg)
361 {
362         /* Drop the userspace part of the current page table. */
363         flush_user_mappings(lg, lg->pgdidx);
364 }
365 /*:*/
366
367 /* We keep several page tables.  This is a simple routine to find the page
368  * table (if any) corresponding to this top-level address the Guest has given
369  * us. */
370 static unsigned int find_pgdir(struct lguest *lg, unsigned long pgtable)
371 {
372         unsigned int i;
373         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(lg->pgdirs); i++)
374                 if (lg->pgdirs[i].cr3 == pgtable)
375                         break;
376         return i;
377 }
378
379 /*H:435 And this is us, creating the new page directory.  If we really do
380  * allocate a new one (and so the kernel parts are not there), we set
381  * blank_pgdir. */
382 static unsigned int new_pgdir(struct lguest *lg,
383                               unsigned long cr3,
384                               int *blank_pgdir)
385 {
386         unsigned int next;
387
388         /* We pick one entry at random to throw out.  Choosing the Least
389          * Recently Used might be better, but this is easy. */
390         next = random32() % ARRAY_SIZE(lg->pgdirs);
391         /* If it's never been allocated at all before, try now. */
392         if (!lg->pgdirs[next].pgdir) {
393                 lg->pgdirs[next].pgdir = (spgd_t *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
394                 /* If the allocation fails, just keep using the one we have */
395                 if (!lg->pgdirs[next].pgdir)
396                         next = lg->pgdidx;
397                 else
398                         /* This is a blank page, so there are no kernel
399                          * mappings: caller must map the stack! */
400                         *blank_pgdir = 1;
401         }
402         /* Record which Guest toplevel this shadows. */
403         lg->pgdirs[next].cr3 = cr3;
404         /* Release all the non-kernel mappings. */
405         flush_user_mappings(lg, next);
406
407         return next;
408 }
409
410 /*H:430 (iv) Switching page tables
411  *
412  * This is what happens when the Guest changes page tables (ie. changes the
413  * top-level pgdir).  This happens on almost every context switch. */
414 void guest_new_pagetable(struct lguest *lg, unsigned long pgtable)
415 {
416         int newpgdir, repin = 0;
417
418         /* Look to see if we have this one already. */
419         newpgdir = find_pgdir(lg, pgtable);
420         /* If not, we allocate or mug an existing one: if it's a fresh one,
421          * repin gets set to 1. */
422         if (newpgdir == ARRAY_SIZE(lg->pgdirs))
423                 newpgdir = new_pgdir(lg, pgtable, &repin);
424         /* Change the current pgd index to the new one. */
425         lg->pgdidx = newpgdir;
426         /* If it was completely blank, we map in the Guest kernel stack */
427         if (repin)
428                 pin_stack_pages(lg);
429 }
430
431 /*H:470 Finally, a routine which throws away everything: all PGD entries in all
432  * the shadow page tables.  This is used when we destroy the Guest. */
433 static void release_all_pagetables(struct lguest *lg)
434 {
435         unsigned int i, j;
436
437         /* Every shadow pagetable this Guest has */
438         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(lg->pgdirs); i++)
439                 if (lg->pgdirs[i].pgdir)
440                         /* Every PGD entry except the Switcher at the top */
441                         for (j = 0; j < SWITCHER_PGD_INDEX; j++)
442                                 release_pgd(lg, lg->pgdirs[i].pgdir + j);
443 }
444
445 /* We also throw away everything when a Guest tells us it's changed a kernel
446  * mapping.  Since kernel mappings are in every page table, it's easiest to
447  * throw them all away.  This is amazingly slow, but thankfully rare. */
448 void guest_pagetable_clear_all(struct lguest *lg)
449 {
450         release_all_pagetables(lg);
451         /* We need the Guest kernel stack mapped again. */
452         pin_stack_pages(lg);
453 }
454
455 /*H:420 This is the routine which actually sets the page table entry for then
456  * "idx"'th shadow page table.
457  *
458  * Normally, we can just throw out the old entry and replace it with 0: if they
459  * use it demand_page() will put the new entry in.  We need to do this anyway:
460  * The Guest expects _PAGE_ACCESSED to be set on its PTE the first time a page
461  * is read from, and _PAGE_DIRTY when it's written to.
462  *
463  * But Avi Kivity pointed out that most Operating Systems (Linux included) set
464  * these bits on PTEs immediately anyway.  This is done to save the CPU from
465  * having to update them, but it helps us the same way: if they set
466  * _PAGE_ACCESSED then we can put a read-only PTE entry in immediately, and if
467  * they set _PAGE_DIRTY then we can put a writable PTE entry in immediately.
468  */
469 static void do_set_pte(struct lguest *lg, int idx,
470                        unsigned long vaddr, gpte_t gpte)
471 {
472         /* Look up the matching shadow page directot entry. */
473         spgd_t *spgd = spgd_addr(lg, idx, vaddr);
474
475         /* If the top level isn't present, there's no entry to update. */
476         if (spgd->flags & _PAGE_PRESENT) {
477                 /* Otherwise, we start by releasing the existing entry. */
478                 spte_t *spte = spte_addr(lg, *spgd, vaddr);
479                 release_pte(*spte);
480
481                 /* If they're setting this entry as dirty or accessed, we might
482                  * as well put that entry they've given us in now.  This shaves
483                  * 10% off a copy-on-write micro-benchmark. */
484                 if (gpte.flags & (_PAGE_DIRTY | _PAGE_ACCESSED)) {
485                         check_gpte(lg, gpte);
486                         *spte = gpte_to_spte(lg, gpte, gpte.flags&_PAGE_DIRTY);
487                 } else
488                         /* Otherwise we can demand_page() it in later. */
489                         spte->raw.val = 0;
490         }
491 }
492
493 /*H:410 Updating a PTE entry is a little trickier.
494  *
495  * We keep track of several different page tables (the Guest uses one for each
496  * process, so it makes sense to cache at least a few).  Each of these have
497  * identical kernel parts: ie. every mapping above PAGE_OFFSET is the same for
498  * all processes.  So when the page table above that address changes, we update
499  * all the page tables, not just the current one.  This is rare.
500  *
501  * The benefit is that when we have to track a new page table, we can copy keep
502  * all the kernel mappings.  This speeds up context switch immensely. */
503 void guest_set_pte(struct lguest *lg,
504                    unsigned long cr3, unsigned long vaddr, gpte_t gpte)
505 {
506         /* Kernel mappings must be changed on all top levels.  Slow, but
507          * doesn't happen often. */
508         if (vaddr >= lg->page_offset) {
509                 unsigned int i;
510                 for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(lg->pgdirs); i++)
511                         if (lg->pgdirs[i].pgdir)
512                                 do_set_pte(lg, i, vaddr, gpte);
513         } else {
514                 /* Is this page table one we have a shadow for? */
515                 int pgdir = find_pgdir(lg, cr3);
516                 if (pgdir != ARRAY_SIZE(lg->pgdirs))
517                         /* If so, do the update. */
518                         do_set_pte(lg, pgdir, vaddr, gpte);
519         }
520 }
521
522 /*H:400
523  * (iii) Setting up a page table entry when the Guest tells us it has changed.
524  *
525  * Just like we did in interrupts_and_traps.c, it makes sense for us to deal
526  * with the other side of page tables while we're here: what happens when the
527  * Guest asks for a page table to be updated?
528  *
529  * We already saw that demand_page() will fill in the shadow page tables when
530  * needed, so we can simply remove shadow page table entries whenever the Guest
531  * tells us they've changed.  When the Guest tries to use the new entry it will
532  * fault and demand_page() will fix it up.
533  *
534  * So with that in mind here's our code to to update a (top-level) PGD entry:
535  */
536 void guest_set_pmd(struct lguest *lg, unsigned long cr3, u32 idx)
537 {
538         int pgdir;
539
540         /* The kernel seems to try to initialize this early on: we ignore its
541          * attempts to map over the Switcher. */
542         if (idx >= SWITCHER_PGD_INDEX)
543                 return;
544
545         /* If they're talking about a page table we have a shadow for... */
546         pgdir = find_pgdir(lg, cr3);
547         if (pgdir < ARRAY_SIZE(lg->pgdirs))
548                 /* ... throw it away. */
549                 release_pgd(lg, lg->pgdirs[pgdir].pgdir + idx);
550 }
551
552 /*H:500 (vii) Setting up the page tables initially.
553  *
554  * When a Guest is first created, the Launcher tells us where the toplevel of
555  * its first page table is.  We set some things up here: */
556 int init_guest_pagetable(struct lguest *lg, unsigned long pgtable)
557 {
558         /* In flush_user_mappings() we loop from 0 to
559          * "vaddr_to_pgd_index(lg->page_offset)".  This assumes it won't hit
560          * the Switcher mappings, so check that now. */
561         if (vaddr_to_pgd_index(lg->page_offset) >= SWITCHER_PGD_INDEX)
562                 return -EINVAL;
563         /* We start on the first shadow page table, and give it a blank PGD
564          * page. */
565         lg->pgdidx = 0;
566         lg->pgdirs[lg->pgdidx].cr3 = pgtable;
567         lg->pgdirs[lg->pgdidx].pgdir = (spgd_t*)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
568         if (!lg->pgdirs[lg->pgdidx].pgdir)
569                 return -ENOMEM;
570         return 0;
571 }
572
573 /* When a Guest dies, our cleanup is fairly simple. */
574 void free_guest_pagetable(struct lguest *lg)
575 {
576         unsigned int i;
577
578         /* Throw away all page table pages. */
579         release_all_pagetables(lg);
580         /* Now free the top levels: free_page() can handle 0 just fine. */
581         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(lg->pgdirs); i++)
582                 free_page((long)lg->pgdirs[i].pgdir);
583 }
584
585 /*H:480 (vi) Mapping the Switcher when the Guest is about to run.
586  *
587  * The Switcher and the two pages for this CPU need to be available to the
588  * Guest (and not the pages for other CPUs).  We have the appropriate PTE pages
589  * for each CPU already set up, we just need to hook them in. */
590 void map_switcher_in_guest(struct lguest *lg, struct lguest_pages *pages)
591 {
592         spte_t *switcher_pte_page = __get_cpu_var(switcher_pte_pages);
593         spgd_t switcher_pgd;
594         spte_t regs_pte;
595
596         /* Make the last PGD entry for this Guest point to the Switcher's PTE
597          * page for this CPU (with appropriate flags). */
598         switcher_pgd.pfn = __pa(switcher_pte_page) >> PAGE_SHIFT;
599         switcher_pgd.flags = _PAGE_KERNEL;
600         lg->pgdirs[lg->pgdidx].pgdir[SWITCHER_PGD_INDEX] = switcher_pgd;
601
602         /* We also change the Switcher PTE page.  When we're running the Guest,
603          * we want the Guest's "regs" page to appear where the first Switcher
604          * page for this CPU is.  This is an optimization: when the Switcher
605          * saves the Guest registers, it saves them into the first page of this
606          * CPU's "struct lguest_pages": if we make sure the Guest's register
607          * page is already mapped there, we don't have to copy them out
608          * again. */
609         regs_pte.pfn = __pa(lg->regs_page) >> PAGE_SHIFT;
610         regs_pte.flags = _PAGE_KERNEL;
611         switcher_pte_page[(unsigned long)pages/PAGE_SIZE%PTES_PER_PAGE]
612                 = regs_pte;
613 }
614 /*:*/
615
616 static void free_switcher_pte_pages(void)
617 {
618         unsigned int i;
619
620         for_each_possible_cpu(i)
621                 free_page((long)switcher_pte_page(i));
622 }
623
624 /*H:520 Setting up the Switcher PTE page for given CPU is fairly easy, given
625  * the CPU number and the "struct page"s for the Switcher code itself.
626  *
627  * Currently the Switcher is less than a page long, so "pages" is always 1. */
628 static __init void populate_switcher_pte_page(unsigned int cpu,
629                                               struct page *switcher_page[],
630                                               unsigned int pages)
631 {
632         unsigned int i;
633         spte_t *pte = switcher_pte_page(cpu);
634
635         /* The first entries are easy: they map the Switcher code. */
636         for (i = 0; i < pages; i++) {
637                 pte[i].pfn = page_to_pfn(switcher_page[i]);
638                 pte[i].flags = _PAGE_PRESENT|_PAGE_ACCESSED;
639         }
640
641         /* The only other thing we map is this CPU's pair of pages. */
642         i = pages + cpu*2;
643
644         /* First page (Guest registers) is writable from the Guest */
645         pte[i].pfn = page_to_pfn(switcher_page[i]);
646         pte[i].flags = _PAGE_PRESENT|_PAGE_ACCESSED|_PAGE_RW;
647         /* The second page contains the "struct lguest_ro_state", and is
648          * read-only. */
649         pte[i+1].pfn = page_to_pfn(switcher_page[i+1]);
650         pte[i+1].flags = _PAGE_PRESENT|_PAGE_ACCESSED;
651 }
652
653 /*H:510 At boot or module load time, init_pagetables() allocates and populates
654  * the Switcher PTE page for each CPU. */
655 __init int init_pagetables(struct page **switcher_page, unsigned int pages)
656 {
657         unsigned int i;
658
659         for_each_possible_cpu(i) {
660                 switcher_pte_page(i) = (spte_t *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
661                 if (!switcher_pte_page(i)) {
662                         free_switcher_pte_pages();
663                         return -ENOMEM;
664                 }
665                 populate_switcher_pte_page(i, switcher_page, pages);
666         }
667         return 0;
668 }
669 /*:*/
670
671 /* Cleaning up simply involves freeing the PTE page for each CPU. */
672 void free_pagetables(void)
673 {
674         free_switcher_pte_pages();
675 }