arch/x86/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  * Copyright 2010 Red Hat, Inc. and/or its affiliates.
  11  *
  12  * Authors:
  13  *   Yaniv Kamay  <[email protected]>
  14  *   Avi Kivity   <[email protected]>
  15  *
  16  * This work is licensed under the terms of the GNU GPL, version 2.  See
  17  * the COPYING file in the top-level directory.
  18  *
  19  */
  20
  21 /*
  22  * We need the mmu code to access both 32-bit and 64-bit guest ptes,
  23  * so the code in this file is compiled twice, once per pte size.
  24  */
  25
  26 #if PTTYPE == 64
  27         #define pt_element_t u64
  28         #define guest_walker guest_walker64
  29         #define FNAME(name) paging##64_##name
  30         #define PT_BASE_ADDR_MASK PT64_BASE_ADDR_MASK
  31         #define PT_LVL_ADDR_MASK(lvl) PT64_LVL_ADDR_MASK(lvl)
  32         #define PT_LVL_OFFSET_MASK(lvl) PT64_LVL_OFFSET_MASK(lvl)
  33         #define PT_INDEX(addr, level) PT64_INDEX(addr, level)
  34         #define PT_LEVEL_MASK(level) PT64_LEVEL_MASK(level)
  35         #define PT_LEVEL_BITS PT64_LEVEL_BITS
  36         #ifdef CONFIG_X86_64
  37         #define PT_MAX_FULL_LEVELS 4
  38         #define CMPXCHG cmpxchg
  39         #else
  40         #define CMPXCHG cmpxchg64
  41         #define PT_MAX_FULL_LEVELS 2
  42         #endif
  43 #elif PTTYPE == 32
  44         #define pt_element_t u32
  45         #define guest_walker guest_walker32
  46         #define FNAME(name) paging##32_##name
  47         #define PT_BASE_ADDR_MASK PT32_BASE_ADDR_MASK
  48         #define PT_LVL_ADDR_MASK(lvl) PT32_LVL_ADDR_MASK(lvl)
  49         #define PT_LVL_OFFSET_MASK(lvl) PT32_LVL_OFFSET_MASK(lvl)
  50         #define PT_INDEX(addr, level) PT32_INDEX(addr, level)
  51         #define PT_LEVEL_MASK(level) PT32_LEVEL_MASK(level)
  52         #define PT_LEVEL_BITS PT32_LEVEL_BITS
  53         #define PT_MAX_FULL_LEVELS 2
  54         #define CMPXCHG cmpxchg
  55 #else
  56         #error Invalid PTTYPE value
  57 #endif
  58
  59 #define gpte_to_gfn_lvl FNAME(gpte_to_gfn_lvl)
  60 #define gpte_to_gfn(pte) gpte_to_gfn_lvl((pte), PT_PAGE_TABLE_LEVEL)
  61
  62 /*
  63  * The guest_walker structure emulates the behavior of the hardware page
  64  * table walker.
  65  */
  66 struct guest_walker {
  67         int level;
  68         gfn_t table_gfn[PT_MAX_FULL_LEVELS];
  69         pt_element_t ptes[PT_MAX_FULL_LEVELS];
  70         pt_element_t prefetch_ptes[PTE_PREFETCH_NUM];
  71         gpa_t pte_gpa[PT_MAX_FULL_LEVELS];
  72         unsigned pt_access;
  73         unsigned pte_access;
  74         gfn_t gfn;
  75         struct x86_exception fault;
  76 };
  77
  78 static gfn_t gpte_to_gfn_lvl(pt_element_t gpte, int lvl)
  79 {
  80         return (gpte & PT_LVL_ADDR_MASK(lvl)) >> PAGE_SHIFT;
  81 }
  82
  83 static bool FNAME(cmpxchg_gpte)(struct kvm *kvm,
  84                          gfn_t table_gfn, unsigned index,
  85                          pt_element_t orig_pte, pt_element_t new_pte)
  86 {
  87         pt_element_t ret;
  88         pt_element_t *table;
  89         struct page *page;
  90
  91         page = gfn_to_page(kvm, table_gfn);
  92
  93         table = kmap_atomic(page, KM_USER0);
  94         ret = CMPXCHG(&table[index], orig_pte, new_pte);
  95         kunmap_atomic(table, KM_USER0);
  96
  97         kvm_release_page_dirty(page);
  98
  99         return (ret != orig_pte);
 100 }
 101
 102 static unsigned FNAME(gpte_access)(struct kvm_vcpu *vcpu, pt_element_t gpte)
 103 {
 104         unsigned access;
 105
 106         access = (gpte & (PT_WRITABLE_MASK | PT_USER_MASK)) | ACC_EXEC_MASK;
 107 #if PTTYPE == 64
 108         if (vcpu->arch.mmu.nx)
 109                 access &= ~(gpte >> PT64_NX_SHIFT);
 110 #endif
 111         return access;
 112 }
 113
 114 /*
 115  * Fetch a guest pte for a guest virtual address
 116  */
 117 static int FNAME(walk_addr_generic)(struct guest_walker *walker,
 118                                     struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu *mmu,
 119                                     gva_t addr, u32 access)
 120 {
 121         pt_element_t pte;
 122         gfn_t table_gfn;
 123         unsigned index, pt_access, uninitialized_var(pte_access);
 124         gpa_t pte_gpa;
 125         bool eperm, present, rsvd_fault;
 126         int offset, write_fault, user_fault, fetch_fault;
 127
 128         write_fault = access & PFERR_WRITE_MASK;
 129         user_fault = access & PFERR_USER_MASK;
 130         fetch_fault = access & PFERR_FETCH_MASK;
 131
 132         trace_kvm_mmu_pagetable_walk(addr, write_fault, user_fault,
 133                                      fetch_fault);
 134 walk:
 135         present = true;
 136         eperm = rsvd_fault = false;
 137         walker->level = mmu->root_level;
 138         pte           = mmu->get_cr3(vcpu);
 139
 140 #if PTTYPE == 64
 141         if (walker->level == PT32E_ROOT_LEVEL) {
 142                 pte = kvm_pdptr_read_mmu(vcpu, mmu, (addr >> 30) & 3);
 143                 trace_kvm_mmu_paging_element(pte, walker->level);
 144                 if (!is_present_gpte(pte)) {
 145                         present = false;
 146                         goto error;
 147                 }
 148                 --walker->level;
 149         }
 150 #endif
 151         ASSERT((!is_long_mode(vcpu) && is_pae(vcpu)) ||
 152                (mmu->get_cr3(vcpu) & CR3_NONPAE_RESERVED_BITS) == 0);
 153
 154         pt_access = ACC_ALL;
 155
 156         for (;;) {
 157                 index = PT_INDEX(addr, walker->level);
 158
 159                 table_gfn = gpte_to_gfn(pte);
 160                 offset    = index * sizeof(pt_element_t);
 161                 pte_gpa   = gfn_to_gpa(table_gfn) + offset;
 162                 walker->table_gfn[walker->level - 1] = table_gfn;
 163                 walker->pte_gpa[walker->level - 1] = pte_gpa;
 164
 165                 if (kvm_read_guest_page_mmu(vcpu, mmu, table_gfn, &pte,
 166                                             offset, sizeof(pte),
 167                                             PFERR_USER_MASK|PFERR_WRITE_MASK)) {
 168                         present = false;
 169                         break;
 170                 }
 171
 172                 trace_kvm_mmu_paging_element(pte, walker->level);
 173
 174                 if (!is_present_gpte(pte)) {
 175                         present = false;
 176                         break;
 177                 }
 178
 179                 if (is_rsvd_bits_set(&vcpu->arch.mmu, pte, walker->level)) {
 180                         rsvd_fault = true;
 181                         break;
 182                 }
 183
 184                 if (write_fault && !is_writable_pte(pte))
 185                         if (user_fault || is_write_protection(vcpu))
 186                                 eperm = true;
 187
 188                 if (user_fault && !(pte & PT_USER_MASK))
 189                         eperm = true;
 190
 191 #if PTTYPE == 64
 192                 if (fetch_fault && (pte & PT64_NX_MASK))
 193                         eperm = true;
 194 #endif
 195
 196                 if (!eperm && !rsvd_fault && !(pte & PT_ACCESSED_MASK)) {
 197                         trace_kvm_mmu_set_accessed_bit(table_gfn, index,
 198                                                        sizeof(pte));
 199                         if (FNAME(cmpxchg_gpte)(vcpu->kvm, table_gfn,
 200                             index, pte, pte|PT_ACCESSED_MASK))
 201                                 goto walk;
 202                         mark_page_dirty(vcpu->kvm, table_gfn);
 203                         pte |= PT_ACCESSED_MASK;
 204                 }
 205
 206                 pte_access = pt_access & FNAME(gpte_access)(vcpu, pte);
 207
 208                 walker->ptes[walker->level - 1] = pte;
 209
 210                 if ((walker->level == PT_PAGE_TABLE_LEVEL) ||
 211                     ((walker->level == PT_DIRECTORY_LEVEL) &&
 212                                 is_large_pte(pte) &&
 213                                 (PTTYPE == 64 || is_pse(vcpu))) ||
 214                     ((walker->level == PT_PDPE_LEVEL) &&
 215                                 is_large_pte(pte) &&
 216                                 mmu->root_level == PT64_ROOT_LEVEL)) {
 217                         int lvl = walker->level;
 218                         gpa_t real_gpa;
 219                         gfn_t gfn;
 220                         u32 ac;
 221
 222                         gfn = gpte_to_gfn_lvl(pte, lvl);
 223                         gfn += (addr & PT_LVL_OFFSET_MASK(lvl)) >> PAGE_SHIFT;
 224
 225                         if (PTTYPE == 32 &&
 226                             walker->level == PT_DIRECTORY_LEVEL &&
 227                             is_cpuid_PSE36())
 228                                 gfn += pse36_gfn_delta(pte);
 229
 230                         ac = write_fault | fetch_fault | user_fault;
 231
 232                         real_gpa = mmu->translate_gpa(vcpu, gfn_to_gpa(gfn),
 233                                                       ac);
 234                         if (real_gpa == UNMAPPED_GVA)
 235                                 return 0;
 236
 237                         walker->gfn = real_gpa >> PAGE_SHIFT;
 238
 239                         break;
 240                 }
 241
 242                 pt_access = pte_access;
 243                 --walker->level;
 244         }
 245
 246         if (!present || eperm || rsvd_fault)
 247                 goto error;
 248
 249         if (write_fault && !is_dirty_gpte(pte)) {
 250                 bool ret;
 251
 252                 trace_kvm_mmu_set_dirty_bit(table_gfn, index, sizeof(pte));
 253                 ret = FNAME(cmpxchg_gpte)(vcpu->kvm, table_gfn, index, pte,
 254                             pte|PT_DIRTY_MASK);
 255                 if (ret)
 256                         goto walk;
 257                 mark_page_dirty(vcpu->kvm, table_gfn);
 258                 pte |= PT_DIRTY_MASK;
 259                 walker->ptes[walker->level - 1] = pte;
 260         }
 261
 262         walker->pt_access = pt_access;
 263         walker->pte_access = pte_access;
 264         pgprintk("%s: pte %llx pte_access %x pt_access %x\n",
 265                  __func__, (u64)pte, pte_access, pt_access);
 266         return 1;
 267
 268 error:
 269         walker->fault.vector = PF_VECTOR;
 270         walker->fault.error_code_valid = true;
 271         walker->fault.error_code = 0;
 272         if (present)
 273                 walker->fault.error_code |= PFERR_PRESENT_MASK;
 274
 275         walker->fault.error_code |= write_fault | user_fault;
 276
 277         if (fetch_fault && mmu->nx)
 278                 walker->fault.error_code |= PFERR_FETCH_MASK;
 279         if (rsvd_fault)
 280                 walker->fault.error_code |= PFERR_RSVD_MASK;
 281
 282         walker->fault.address = addr;
 283         walker->fault.nested_page_fault = mmu != vcpu->arch.walk_mmu;
 284
 285         trace_kvm_mmu_walker_error(walker->fault.error_code);
 286         return 0;
 287 }
 288
 289 static int FNAME(walk_addr)(struct guest_walker *walker,
 290                             struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr, u32 access)
 291 {
 292         return FNAME(walk_addr_generic)(walker, vcpu, &vcpu->arch.mmu, addr,
 293                                         access);
 294 }
 295
 296 static int FNAME(walk_addr_nested)(struct guest_walker *walker,
 297                                    struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr,
 298                                    u32 access)
 299 {
 300         return FNAME(walk_addr_generic)(walker, vcpu, &vcpu->arch.nested_mmu,
 301                                         addr, access);
 302 }
 303
 304 static bool FNAME(prefetch_invalid_gpte)(struct kvm_vcpu *vcpu,
 305                                     struct kvm_mmu_page *sp, u64 *spte,
 306                                     pt_element_t gpte)
 307 {
 308         u64 nonpresent = shadow_trap_nonpresent_pte;
 309
 310         if (is_rsvd_bits_set(&vcpu->arch.mmu, gpte, PT_PAGE_TABLE_LEVEL))
 311                 goto no_present;
 312
 313         if (!is_present_gpte(gpte)) {
 314                 if (!sp->unsync)
 315                         nonpresent = shadow_notrap_nonpresent_pte;
 316                 goto no_present;
 317         }
 318
 319         if (!(gpte & PT_ACCESSED_MASK))
 320                 goto no_present;
 321
 322         return false;
 323
 324 no_present:
 325         drop_spte(vcpu->kvm, spte, nonpresent);
 326         return true;
 327 }
 328
 329 static void FNAME(update_pte)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu_page *sp,
 330                               u64 *spte, const void *pte)
 331 {
 332         pt_element_t gpte;
 333         unsigned pte_access;
 334         pfn_t pfn;
 335
 336         gpte = *(const pt_element_t *)pte;
 337         if (FNAME(prefetch_invalid_gpte)(vcpu, sp, spte, gpte))
 338                 return;
 339
 340         pgprintk("%s: gpte %llx spte %p\n", __func__, (u64)gpte, spte);
 341         pte_access = sp->role.access & FNAME(gpte_access)(vcpu, gpte);
 342         if (gpte_to_gfn(gpte) != vcpu->arch.update_pte.gfn)
 343                 return;
 344         pfn = vcpu->arch.update_pte.pfn;
 345         if (is_error_pfn(pfn))
 346                 return;
 347         if (mmu_notifier_retry(vcpu, vcpu->arch.update_pte.mmu_seq))
 348                 return;
 349         kvm_get_pfn(pfn);
 350         /*
 351          * we call mmu_set_spte() with host_writable = true beacuse that
 352          * vcpu->arch.update_pte.pfn was fetched from get_user_pages(write = 1).
 353          */
 354         mmu_set_spte(vcpu, spte, sp->role.access, pte_access, 0, 0,
 355                      is_dirty_gpte(gpte), NULL, PT_PAGE_TABLE_LEVEL,
 356                      gpte_to_gfn(gpte), pfn, true, true);
 357 }
 358
 359 static bool FNAME(gpte_changed)(struct kvm_vcpu *vcpu,
 360                                 struct guest_walker *gw, int level)
 361 {
 362         pt_element_t curr_pte;
 363         gpa_t base_gpa, pte_gpa = gw->pte_gpa[level - 1];
 364         u64 mask;
 365         int r, index;
 366
 367         if (level == PT_PAGE_TABLE_LEVEL) {
 368                 mask = PTE_PREFETCH_NUM * sizeof(pt_element_t) - 1;
 369                 base_gpa = pte_gpa & ~mask;
 370                 index = (pte_gpa - base_gpa) / sizeof(pt_element_t);
 371
 372                 r = kvm_read_guest_atomic(vcpu->kvm, base_gpa,
 373                                 gw->prefetch_ptes, sizeof(gw->prefetch_ptes));
 374                 curr_pte = gw->prefetch_ptes[index];
 375         } else
 376                 r = kvm_read_guest_atomic(vcpu->kvm, pte_gpa,
 377                                   &curr_pte, sizeof(curr_pte));
 378
 379         return r || curr_pte != gw->ptes[level - 1];
 380 }
 381
 382 static void FNAME(pte_prefetch)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct guest_walker *gw,
 383                                 u64 *sptep)
 384 {
 385         struct kvm_mmu_page *sp;
 386         pt_element_t *gptep = gw->prefetch_ptes;
 387         u64 *spte;
 388         int i;
 389
 390         sp = page_header(__pa(sptep));
 391
 392         if (sp->role.level > PT_PAGE_TABLE_LEVEL)
 393                 return;
 394
 395         if (sp->role.direct)
 396                 return __direct_pte_prefetch(vcpu, sp, sptep);
 397
 398         i = (sptep - sp->spt) & ~(PTE_PREFETCH_NUM - 1);
 399         spte = sp->spt + i;
 400
 401         for (i = 0; i < PTE_PREFETCH_NUM; i++, spte++) {
 402                 pt_element_t gpte;
 403                 unsigned pte_access;
 404                 gfn_t gfn;
 405                 pfn_t pfn;
 406                 bool dirty;
 407
 408                 if (spte == sptep)
 409                         continue;
 410
 411                 if (*spte != shadow_trap_nonpresent_pte)
 412                         continue;
 413
 414                 gpte = gptep[i];
 415
 416                 if (FNAME(prefetch_invalid_gpte)(vcpu, sp, spte, gpte))
 417                         continue;
 418
 419                 pte_access = sp->role.access & FNAME(gpte_access)(vcpu, gpte);
 420                 gfn = gpte_to_gfn(gpte);
 421                 dirty = is_dirty_gpte(gpte);
 422                 pfn = pte_prefetch_gfn_to_pfn(vcpu, gfn,
 423                                       (pte_access & ACC_WRITE_MASK) && dirty);
 424                 if (is_error_pfn(pfn)) {
 425                         kvm_release_pfn_clean(pfn);
 426                         break;
 427                 }
 428
 429                 mmu_set_spte(vcpu, spte, sp->role.access, pte_access, 0, 0,
 430                              dirty, NULL, PT_PAGE_TABLE_LEVEL, gfn,
 431                              pfn, true, true);
 432         }
 433 }
 434
 435 /*
 436  * Fetch a shadow pte for a specific level in the paging hierarchy.
 437  */
 438 static u64 *FNAME(fetch)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr,
 439                          struct guest_walker *gw,
 440                          int user_fault, int write_fault, int hlevel,
 441                          int *ptwrite, pfn_t pfn, bool map_writable,
 442                          bool prefault)
 443 {
 444         unsigned access = gw->pt_access;
 445         struct kvm_mmu_page *sp = NULL;
 446         bool dirty = is_dirty_gpte(gw->ptes[gw->level - 1]);
 447         int top_level;
 448         unsigned direct_access;
 449         struct kvm_shadow_walk_iterator it;
 450
 451         if (!is_present_gpte(gw->ptes[gw->level - 1]))
 452                 return NULL;
 453
 454         direct_access = gw->pt_access & gw->pte_access;
 455         if (!dirty)
 456                 direct_access &= ~ACC_WRITE_MASK;
 457
 458         top_level = vcpu->arch.mmu.root_level;
 459         if (top_level == PT32E_ROOT_LEVEL)
 460                 top_level = PT32_ROOT_LEVEL;
 461         /*
 462          * Verify that the top-level gpte is still there.  Since the page
 463          * is a root page, it is either write protected (and cannot be
 464          * changed from now on) or it is invalid (in which case, we don't
 465          * really care if it changes underneath us after this point).
 466          */
 467         if (FNAME(gpte_changed)(vcpu, gw, top_level))
 468                 goto out_gpte_changed;
 469
 470         for (shadow_walk_init(&it, vcpu, addr);
 471              shadow_walk_okay(&it) && it.level > gw->level;
 472              shadow_walk_next(&it)) {
 473                 gfn_t table_gfn;
 474
 475                 drop_large_spte(vcpu, it.sptep);
 476
 477                 sp = NULL;
 478                 if (!is_shadow_present_pte(*it.sptep)) {
 479                         table_gfn = gw->table_gfn[it.level - 2];
 480                         sp = kvm_mmu_get_page(vcpu, table_gfn, addr, it.level-1,
 481                                               false, access, it.sptep);
 482                 }
 483
 484                 /*
 485                  * Verify that the gpte in the page we've just write
 486                  * protected is still there.
 487                  */
 488                 if (FNAME(gpte_changed)(vcpu, gw, it.level - 1))
 489                         goto out_gpte_changed;
 490
 491                 if (sp)
 492                         link_shadow_page(it.sptep, sp);
 493         }
 494
 495         for (;
 496              shadow_walk_okay(&it) && it.level > hlevel;
 497              shadow_walk_next(&it)) {
 498                 gfn_t direct_gfn;
 499
 500                 validate_direct_spte(vcpu, it.sptep, direct_access);
 501
 502                 drop_large_spte(vcpu, it.sptep);
 503
 504                 if (is_shadow_present_pte(*it.sptep))
 505                         continue;
 506
 507                 direct_gfn = gw->gfn & ~(KVM_PAGES_PER_HPAGE(it.level) - 1);
 508
 509                 sp = kvm_mmu_get_page(vcpu, direct_gfn, addr, it.level-1,
 510                                       true, direct_access, it.sptep);
 511                 link_shadow_page(it.sptep, sp);
 512         }
 513
 514         mmu_set_spte(vcpu, it.sptep, access, gw->pte_access & access,
 515                      user_fault, write_fault, dirty, ptwrite, it.level,
 516                      gw->gfn, pfn, prefault, map_writable);
 517         FNAME(pte_prefetch)(vcpu, gw, it.sptep);
 518
 519         return it.sptep;
 520
 521 out_gpte_changed:
 522         if (sp)
 523                 kvm_mmu_put_page(sp, it.sptep);
 524         kvm_release_pfn_clean(pfn);
 525         return NULL;
 526 }
 527
 528 /*
 529  * Page fault handler.  There are several causes for a page fault:
 530  *   - there is no shadow pte for the guest pte
 531  *   - write access through a shadow pte marked read only so that we can set
 532  *     the dirty bit
 533  *   - write access to a shadow pte marked read only so we can update the page
 534  *     dirty bitmap, when userspace requests it
 535  *   - mmio access; in this case we will never install a present shadow pte
 536  *   - normal guest page fault due to the guest pte marked not present, not
 537  *     writable, or not executable
 538  *
 539  *  Returns: 1 if we need to emulate the instruction, 0 otherwise, or
 540  *           a negative value on error.
 541  */
 542 static int FNAME(page_fault)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr, u32 error_code,
 543                              bool prefault)
 544 {
 545         int write_fault = error_code & PFERR_WRITE_MASK;
 546         int user_fault = error_code & PFERR_USER_MASK;
 547         struct guest_walker walker;
 548         u64 *sptep;
 549         int write_pt = 0;
 550         int r;
 551         pfn_t pfn;
 552         int level = PT_PAGE_TABLE_LEVEL;
 553         int force_pt_level;
 554         unsigned long mmu_seq;
 555         bool map_writable;
 556
 557         pgprintk("%s: addr %lx err %x\n", __func__, addr, error_code);
 558
 559         r = mmu_topup_memory_caches(vcpu);
 560         if (r)
 561                 return r;
 562
 563         /*
 564          * Look up the guest pte for the faulting address.
 565          */
 566         r = FNAME(walk_addr)(&walker, vcpu, addr, error_code);
 567
 568         /*
 569          * The page is not mapped by the guest.  Let the guest handle it.
 570          */
 571         if (!r) {
 572                 pgprintk("%s: guest page fault\n", __func__);
 573                 if (!prefault) {
 574                         inject_page_fault(vcpu, &walker.fault);
 575                         /* reset fork detector */
 576                         vcpu->arch.last_pt_write_count = 0;
 577                 }
 578                 return 0;
 579         }
 580
 581         if (walker.level >= PT_DIRECTORY_LEVEL)
 582                 force_pt_level = mapping_level_dirty_bitmap(vcpu, walker.gfn);
 583         else
 584                 force_pt_level = 1;
 585         if (!force_pt_level) {
 586                 level = min(walker.level, mapping_level(vcpu, walker.gfn));
 587                 walker.gfn = walker.gfn & ~(KVM_PAGES_PER_HPAGE(level) - 1);
 588         }
 589
 590         mmu_seq = vcpu->kvm->mmu_notifier_seq;
 591         smp_rmb();
 592
 593         if (try_async_pf(vcpu, prefault, walker.gfn, addr, &pfn, write_fault,
 594                          &map_writable))
 595                 return 0;
 596
 597         /* mmio */
 598         if (is_error_pfn(pfn))
 599                 return kvm_handle_bad_page(vcpu->kvm, walker.gfn, pfn);
 600
 601         spin_lock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 602         if (mmu_notifier_retry(vcpu, mmu_seq))
 603                 goto out_unlock;
 604
 605         trace_kvm_mmu_audit(vcpu, AUDIT_PRE_PAGE_FAULT);
 606         kvm_mmu_free_some_pages(vcpu);
 607         if (!force_pt_level)
 608                 transparent_hugepage_adjust(vcpu, &walker.gfn, &pfn, &level);
 609         sptep = FNAME(fetch)(vcpu, addr, &walker, user_fault, write_fault,
 610                              level, &write_pt, pfn, map_writable, prefault);
 611         (void)sptep;
 612         pgprintk("%s: shadow pte %p %llx ptwrite %d\n", __func__,
 613                  sptep, *sptep, write_pt);
 614
 615         if (!write_pt)
 616                 vcpu->arch.last_pt_write_count = 0; /* reset fork detector */
 617
 618         ++vcpu->stat.pf_fixed;
 619         trace_kvm_mmu_audit(vcpu, AUDIT_POST_PAGE_FAULT);
 620         spin_unlock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 621
 622         return write_pt;
 623
 624 out_unlock:
 625         spin_unlock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 626         kvm_release_pfn_clean(pfn);
 627         return 0;
 628 }
 629
 630 static void FNAME(invlpg)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t gva)
 631 {
 632         struct kvm_shadow_walk_iterator iterator;
 633         struct kvm_mmu_page *sp;
 634         gpa_t pte_gpa = -1;
 635         int level;
 636         u64 *sptep;
 637         int need_flush = 0;
 638
 639         spin_lock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 640
 641         for_each_shadow_entry(vcpu, gva, iterator) {
 642                 level = iterator.level;
 643                 sptep = iterator.sptep;
 644
 645                 sp = page_header(__pa(sptep));
 646                 if (is_last_spte(*sptep, level)) {
 647                         int offset, shift;
 648
 649                         if (!sp->unsync)
 650                                 break;
 651
 652                         shift = PAGE_SHIFT -
 653                                   (PT_LEVEL_BITS - PT64_LEVEL_BITS) * level;
 654                         offset = sp->role.quadrant << shift;
 655
 656                         pte_gpa = (sp->gfn << PAGE_SHIFT) + offset;
 657                         pte_gpa += (sptep - sp->spt) * sizeof(pt_element_t);
 658
 659                         if (is_shadow_present_pte(*sptep)) {
 660                                 if (is_large_pte(*sptep))
 661                                         --vcpu->kvm->stat.lpages;
 662                                 drop_spte(vcpu->kvm, sptep,
 663                                           shadow_trap_nonpresent_pte);
 664                                 need_flush = 1;
 665                         } else
 666                                 __set_spte(sptep, shadow_trap_nonpresent_pte);
 667                         break;
 668                 }
 669
 670                 if (!is_shadow_present_pte(*sptep) || !sp->unsync_children)
 671                         break;
 672         }
 673
 674         if (need_flush)
 675                 kvm_flush_remote_tlbs(vcpu->kvm);
 676
 677         atomic_inc(&vcpu->kvm->arch.invlpg_counter);
 678
 679         spin_unlock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 680
 681         if (pte_gpa == -1)
 682                 return;
 683
 684         if (mmu_topup_memory_caches(vcpu))
 685                 return;
 686         kvm_mmu_pte_write(vcpu, pte_gpa, NULL, sizeof(pt_element_t), 0);
 687 }
 688
 689 static gpa_t FNAME(gva_to_gpa)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t vaddr, u32 access,
 690                                struct x86_exception *exception)
 691 {
 692         struct guest_walker walker;
 693         gpa_t gpa = UNMAPPED_GVA;
 694         int r;
 695
 696         r = FNAME(walk_addr)(&walker, vcpu, vaddr, access);
 697
 698         if (r) {
 699                 gpa = gfn_to_gpa(walker.gfn);
 700                 gpa |= vaddr & ~PAGE_MASK;
 701         } else if (exception)
 702                 *exception = walker.fault;
 703
 704         return gpa;
 705 }
 706
 707 static gpa_t FNAME(gva_to_gpa_nested)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t vaddr,
 708                                       u32 access,
 709                                       struct x86_exception *exception)
 710 {
 711         struct guest_walker walker;
 712         gpa_t gpa = UNMAPPED_GVA;
 713         int r;
 714
 715         r = FNAME(walk_addr_nested)(&walker, vcpu, vaddr, access);
 716
 717         if (r) {
 718                 gpa = gfn_to_gpa(walker.gfn);
 719                 gpa |= vaddr & ~PAGE_MASK;
 720         } else if (exception)
 721                 *exception = walker.fault;
 722
 723         return gpa;
 724 }
 725
 726 static void FNAME(prefetch_page)(struct kvm_vcpu *vcpu,
 727                                  struct kvm_mmu_page *sp)
 728 {
 729         int i, j, offset, r;
 730         pt_element_t pt[256 / sizeof(pt_element_t)];
 731         gpa_t pte_gpa;
 732
 733         if (sp->role.direct
 734             || (PTTYPE == 32 && sp->role.level > PT_PAGE_TABLE_LEVEL)) {
 735                 nonpaging_prefetch_page(vcpu, sp);
 736                 return;
 737         }
 738
 739         pte_gpa = gfn_to_gpa(sp->gfn);
 740         if (PTTYPE == 32) {
 741                 offset = sp->role.quadrant << PT64_LEVEL_BITS;
 742                 pte_gpa += offset * sizeof(pt_element_t);
 743         }
 744
 745         for (i = 0; i < PT64_ENT_PER_PAGE; i += ARRAY_SIZE(pt)) {
 746                 r = kvm_read_guest_atomic(vcpu->kvm, pte_gpa, pt, sizeof pt);
 747                 pte_gpa += ARRAY_SIZE(pt) * sizeof(pt_element_t);
 748                 for (j = 0; j < ARRAY_SIZE(pt); ++j)
 749                         if (r || is_present_gpte(pt[j]))
 750                                 sp->spt[i+j] = shadow_trap_nonpresent_pte;
 751                         else
 752                                 sp->spt[i+j] = shadow_notrap_nonpresent_pte;
 753         }
 754 }
 755
 756 /*
 757  * Using the cached information from sp->gfns is safe because:
 758  * - The spte has a reference to the struct page, so the pfn for a given gfn
 759  *   can't change unless all sptes pointing to it are nuked first.
 760  *
 761  * Note:
 762  *   We should flush all tlbs if spte is dropped even though guest is
 763  *   responsible for it. Since if we don't, kvm_mmu_notifier_invalidate_page
 764  *   and kvm_mmu_notifier_invalidate_range_start detect the mapping page isn't
 765  *   used by guest then tlbs are not flushed, so guest is allowed to access the
 766  *   freed pages.
 767  *   And we increase kvm->tlbs_dirty to delay tlbs flush in this case.
 768  */
 769 static int FNAME(sync_page)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu_page *sp)
 770 {
 771         int i, offset, nr_present;
 772         bool host_writable;
 773         gpa_t first_pte_gpa;
 774
 775         offset = nr_present = 0;
 776
 777         /* direct kvm_mmu_page can not be unsync. */
 778         BUG_ON(sp->role.direct);
 779
 780         if (PTTYPE == 32)
 781                 offset = sp->role.quadrant << PT64_LEVEL_BITS;
 782
 783         first_pte_gpa = gfn_to_gpa(sp->gfn) + offset * sizeof(pt_element_t);
 784
 785         for (i = 0; i < PT64_ENT_PER_PAGE; i++) {
 786                 unsigned pte_access;
 787                 pt_element_t gpte;
 788                 gpa_t pte_gpa;
 789                 gfn_t gfn;
 790
 791                 if (!is_shadow_present_pte(sp->spt[i]))
 792                         continue;
 793
 794                 pte_gpa = first_pte_gpa + i * sizeof(pt_element_t);
 795
 796                 if (kvm_read_guest_atomic(vcpu->kvm, pte_gpa, &gpte,
 797                                           sizeof(pt_element_t)))
 798                         return -EINVAL;
 799
 800                 gfn = gpte_to_gfn(gpte);
 801
 802                 if (FNAME(prefetch_invalid_gpte)(vcpu, sp, &sp->spt[i], gpte)) {
 803                         vcpu->kvm->tlbs_dirty++;
 804                         continue;
 805                 }
 806
 807                 if (gfn != sp->gfns[i]) {
 808                         drop_spte(vcpu->kvm, &sp->spt[i],
 809                                       shadow_trap_nonpresent_pte);
 810                         vcpu->kvm->tlbs_dirty++;
 811                         continue;
 812                 }
 813
 814                 nr_present++;
 815                 pte_access = sp->role.access & FNAME(gpte_access)(vcpu, gpte);
 816                 host_writable = sp->spt[i] & SPTE_HOST_WRITEABLE;
 817
 818                 set_spte(vcpu, &sp->spt[i], pte_access, 0, 0,
 819                          is_dirty_gpte(gpte), PT_PAGE_TABLE_LEVEL, gfn,
 820                          spte_to_pfn(sp->spt[i]), true, false,
 821                          host_writable);
 822         }
 823
 824         return !nr_present;
 825 }
 826
 827 #undef pt_element_t
 828 #undef guest_walker
 829 #undef FNAME
 830 #undef PT_BASE_ADDR_MASK
 831 #undef PT_INDEX
 832 #undef PT_LEVEL_MASK
 833 #undef PT_LVL_ADDR_MASK
 834 #undef PT_LVL_OFFSET_MASK
 835 #undef PT_LEVEL_BITS
 836 #undef PT_MAX_FULL_LEVELS
 837 #undef gpte_to_gfn
 838 #undef gpte_to_gfn_lvl
 839 #undef CMPXCHG