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_BITS PT64_LEVEL_BITS
  35         #define PT_GUEST_DIRTY_SHIFT PT_DIRTY_SHIFT
  36         #define PT_GUEST_ACCESSED_SHIFT PT_ACCESSED_SHIFT
  37         #define PT_HAVE_ACCESSED_DIRTY(mmu) true
  38         #ifdef CONFIG_X86_64
  39         #define PT_MAX_FULL_LEVELS 4
  40         #define CMPXCHG cmpxchg
  41         #else
  42         #define CMPXCHG cmpxchg64
  43         #define PT_MAX_FULL_LEVELS 2
  44         #endif
  45 #elif PTTYPE == 32
  46         #define pt_element_t u32
  47         #define guest_walker guest_walker32
  48         #define FNAME(name) paging##32_##name
  49         #define PT_BASE_ADDR_MASK PT32_BASE_ADDR_MASK
  50         #define PT_LVL_ADDR_MASK(lvl) PT32_LVL_ADDR_MASK(lvl)
  51         #define PT_LVL_OFFSET_MASK(lvl) PT32_LVL_OFFSET_MASK(lvl)
  52         #define PT_INDEX(addr, level) PT32_INDEX(addr, level)
  53         #define PT_LEVEL_BITS PT32_LEVEL_BITS
  54         #define PT_MAX_FULL_LEVELS 2
  55         #define PT_GUEST_DIRTY_SHIFT PT_DIRTY_SHIFT
  56         #define PT_GUEST_ACCESSED_SHIFT PT_ACCESSED_SHIFT
  57         #define PT_HAVE_ACCESSED_DIRTY(mmu) true
  58         #define CMPXCHG cmpxchg
  59 #elif PTTYPE == PTTYPE_EPT
  60         #define pt_element_t u64
  61         #define guest_walker guest_walkerEPT
  62         #define FNAME(name) ept_##name
  63         #define PT_BASE_ADDR_MASK PT64_BASE_ADDR_MASK
  64         #define PT_LVL_ADDR_MASK(lvl) PT64_LVL_ADDR_MASK(lvl)
  65         #define PT_LVL_OFFSET_MASK(lvl) PT64_LVL_OFFSET_MASK(lvl)
  66         #define PT_INDEX(addr, level) PT64_INDEX(addr, level)
  67         #define PT_LEVEL_BITS PT64_LEVEL_BITS
  68         #define PT_GUEST_DIRTY_SHIFT 9
  69         #define PT_GUEST_ACCESSED_SHIFT 8
  70         #define PT_HAVE_ACCESSED_DIRTY(mmu) ((mmu)->ept_ad)
  71         #define CMPXCHG cmpxchg64
  72         #define PT_MAX_FULL_LEVELS 4
  73 #else
  74         #error Invalid PTTYPE value
  75 #endif
  76
  77 #define PT_GUEST_DIRTY_MASK    (1 << PT_GUEST_DIRTY_SHIFT)
  78 #define PT_GUEST_ACCESSED_MASK (1 << PT_GUEST_ACCESSED_SHIFT)
  79
  80 #define gpte_to_gfn_lvl FNAME(gpte_to_gfn_lvl)
  81 #define gpte_to_gfn(pte) gpte_to_gfn_lvl((pte), PT_PAGE_TABLE_LEVEL)
  82
  83 /*
  84  * The guest_walker structure emulates the behavior of the hardware page
  85  * table walker.
  86  */
  87 struct guest_walker {
  88         int level;
  89         unsigned max_level;
  90         gfn_t table_gfn[PT_MAX_FULL_LEVELS];
  91         pt_element_t ptes[PT_MAX_FULL_LEVELS];
  92         pt_element_t prefetch_ptes[PTE_PREFETCH_NUM];
  93         gpa_t pte_gpa[PT_MAX_FULL_LEVELS];
  94         pt_element_t __user *ptep_user[PT_MAX_FULL_LEVELS];
  95         bool pte_writable[PT_MAX_FULL_LEVELS];
  96         unsigned pt_access;
  97         unsigned pte_access;
  98         gfn_t gfn;
  99         struct x86_exception fault;
 100 };
 101
 102 static gfn_t gpte_to_gfn_lvl(pt_element_t gpte, int lvl)
 103 {
 104         return (gpte & PT_LVL_ADDR_MASK(lvl)) >> PAGE_SHIFT;
 105 }
 106
 107 static inline void FNAME(protect_clean_gpte)(struct kvm_mmu *mmu, unsigned *access,
 108                                              unsigned gpte)
 109 {
 110         unsigned mask;
 111
 112         /* dirty bit is not supported, so no need to track it */
 113         if (!PT_HAVE_ACCESSED_DIRTY(mmu))
 114                 return;
 115
 116         BUILD_BUG_ON(PT_WRITABLE_MASK != ACC_WRITE_MASK);
 117
 118         mask = (unsigned)~ACC_WRITE_MASK;
 119         /* Allow write access to dirty gptes */
 120         mask |= (gpte >> (PT_GUEST_DIRTY_SHIFT - PT_WRITABLE_SHIFT)) &
 121                 PT_WRITABLE_MASK;
 122         *access &= mask;
 123 }
 124
 125 static inline int FNAME(is_present_gpte)(unsigned long pte)
 126 {
 127 #if PTTYPE != PTTYPE_EPT
 128         return pte & PT_PRESENT_MASK;
 129 #else
 130         return pte & 7;
 131 #endif
 132 }
 133
 134 static int FNAME(cmpxchg_gpte)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu *mmu,
 135                                pt_element_t __user *ptep_user, unsigned index,
 136                                pt_element_t orig_pte, pt_element_t new_pte)
 137 {
 138         int npages;
 139         pt_element_t ret;
 140         pt_element_t *table;
 141         struct page *page;
 142
 143         npages = get_user_pages_fast((unsigned long)ptep_user, 1, FOLL_WRITE, &page);
 144         /* Check if the user is doing something meaningless. */
 145         if (unlikely(npages != 1))
 146                 return -EFAULT;
 147
 148         table = kmap_atomic(page);
 149         ret = CMPXCHG(&table[index], orig_pte, new_pte);
 150         kunmap_atomic(table);
 151
 152         kvm_release_page_dirty(page);
 153
 154         return (ret != orig_pte);
 155 }
 156
 157 static bool FNAME(prefetch_invalid_gpte)(struct kvm_vcpu *vcpu,
 158                                   struct kvm_mmu_page *sp, u64 *spte,
 159                                   u64 gpte)
 160 {
 161         if (is_rsvd_bits_set(vcpu->arch.mmu, gpte, PT_PAGE_TABLE_LEVEL))
 162                 goto no_present;
 163
 164         if (!FNAME(is_present_gpte)(gpte))
 165                 goto no_present;
 166
 167         /* if accessed bit is not supported prefetch non accessed gpte */
 168         if (PT_HAVE_ACCESSED_DIRTY(vcpu->arch.mmu) &&
 169             !(gpte & PT_GUEST_ACCESSED_MASK))
 170                 goto no_present;
 171
 172         return false;
 173
 174 no_present:
 175         drop_spte(vcpu->kvm, spte);
 176         return true;
 177 }
 178
 179 /*
 180  * For PTTYPE_EPT, a page table can be executable but not readable
 181  * on supported processors. Therefore, set_spte does not automatically
 182  * set bit 0 if execute only is supported. Here, we repurpose ACC_USER_MASK
 183  * to signify readability since it isn't used in the EPT case
 184  */
 185 static inline unsigned FNAME(gpte_access)(u64 gpte)
 186 {
 187         unsigned access;
 188 #if PTTYPE == PTTYPE_EPT
 189         access = ((gpte & VMX_EPT_WRITABLE_MASK) ? ACC_WRITE_MASK : 0) |
 190                 ((gpte & VMX_EPT_EXECUTABLE_MASK) ? ACC_EXEC_MASK : 0) |
 191                 ((gpte & VMX_EPT_READABLE_MASK) ? ACC_USER_MASK : 0);
 192 #else
 193         BUILD_BUG_ON(ACC_EXEC_MASK != PT_PRESENT_MASK);
 194         BUILD_BUG_ON(ACC_EXEC_MASK != 1);
 195         access = gpte & (PT_WRITABLE_MASK | PT_USER_MASK | PT_PRESENT_MASK);
 196         /* Combine NX with P (which is set here) to get ACC_EXEC_MASK.  */
 197         access ^= (gpte >> PT64_NX_SHIFT);
 198 #endif
 199
 200         return access;
 201 }
 202
 203 static int FNAME(update_accessed_dirty_bits)(struct kvm_vcpu *vcpu,
 204                                              struct kvm_mmu *mmu,
 205                                              struct guest_walker *walker,
 206                                              int write_fault)
 207 {
 208         unsigned level, index;
 209         pt_element_t pte, orig_pte;
 210         pt_element_t __user *ptep_user;
 211         gfn_t table_gfn;
 212         int ret;
 213
 214         /* dirty/accessed bits are not supported, so no need to update them */
 215         if (!PT_HAVE_ACCESSED_DIRTY(mmu))
 216                 return 0;
 217
 218         for (level = walker->max_level; level >= walker->level; --level) {
 219                 pte = orig_pte = walker->ptes[level - 1];
 220                 table_gfn = walker->table_gfn[level - 1];
 221                 ptep_user = walker->ptep_user[level - 1];
 222                 index = offset_in_page(ptep_user) / sizeof(pt_element_t);
 223                 if (!(pte & PT_GUEST_ACCESSED_MASK)) {
 224                         trace_kvm_mmu_set_accessed_bit(table_gfn, index, sizeof(pte));
 225                         pte |= PT_GUEST_ACCESSED_MASK;
 226                 }
 227                 if (level == walker->level && write_fault &&
 228                                 !(pte & PT_GUEST_DIRTY_MASK)) {
 229                         trace_kvm_mmu_set_dirty_bit(table_gfn, index, sizeof(pte));
 230 #if PTTYPE == PTTYPE_EPT
 231                         if (kvm_arch_write_log_dirty(vcpu))
 232                                 return -EINVAL;
 233 #endif
 234                         pte |= PT_GUEST_DIRTY_MASK;
 235                 }
 236                 if (pte == orig_pte)
 237                         continue;
 238
 239                 /*
 240                  * If the slot is read-only, simply do not process the accessed
 241                  * and dirty bits.  This is the correct thing to do if the slot
 242                  * is ROM, and page tables in read-as-ROM/write-as-MMIO slots
 243                  * are only supported if the accessed and dirty bits are already
 244                  * set in the ROM (so that MMIO writes are never needed).
 245                  *
 246                  * Note that NPT does not allow this at all and faults, since
 247                  * it always wants nested page table entries for the guest
 248                  * page tables to be writable.  And EPT works but will simply
 249                  * overwrite the read-only memory to set the accessed and dirty
 250                  * bits.
 251                  */
 252                 if (unlikely(!walker->pte_writable[level - 1]))
 253                         continue;
 254
 255                 ret = FNAME(cmpxchg_gpte)(vcpu, mmu, ptep_user, index, orig_pte, pte);
 256                 if (ret)
 257                         return ret;
 258
 259                 kvm_vcpu_mark_page_dirty(vcpu, table_gfn);
 260                 walker->ptes[level - 1] = pte;
 261         }
 262         return 0;
 263 }
 264
 265 static inline unsigned FNAME(gpte_pkeys)(struct kvm_vcpu *vcpu, u64 gpte)
 266 {
 267         unsigned pkeys = 0;
 268 #if PTTYPE == 64
 269         pte_t pte = {.pte = gpte};
 270
 271         pkeys = pte_flags_pkey(pte_flags(pte));
 272 #endif
 273         return pkeys;
 274 }
 275
 276 /*
 277  * Fetch a guest pte for a guest virtual address
 278  */
 279 static int FNAME(walk_addr_generic)(struct guest_walker *walker,
 280                                     struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu *mmu,
 281                                     gva_t addr, u32 access)
 282 {
 283         int ret;
 284         pt_element_t pte;
 285         pt_element_t __user *uninitialized_var(ptep_user);
 286         gfn_t table_gfn;
 287         u64 pt_access, pte_access;
 288         unsigned index, accessed_dirty, pte_pkey;
 289         unsigned nested_access;
 290         gpa_t pte_gpa;
 291         bool have_ad;
 292         int offset;
 293         u64 walk_nx_mask = 0;
 294         const int write_fault = access & PFERR_WRITE_MASK;
 295         const int user_fault  = access & PFERR_USER_MASK;
 296         const int fetch_fault = access & PFERR_FETCH_MASK;
 297         u16 errcode = 0;
 298         gpa_t real_gpa;
 299         gfn_t gfn;
 300
 301         trace_kvm_mmu_pagetable_walk(addr, access);
 302 retry_walk:
 303         walker->level = mmu->root_level;
 304         pte           = mmu->get_cr3(vcpu);
 305         have_ad       = PT_HAVE_ACCESSED_DIRTY(mmu);
 306
 307 #if PTTYPE == 64
 308         walk_nx_mask = 1ULL << PT64_NX_SHIFT;
 309         if (walker->level == PT32E_ROOT_LEVEL) {
 310                 pte = mmu->get_pdptr(vcpu, (addr >> 30) & 3);
 311                 trace_kvm_mmu_paging_element(pte, walker->level);
 312                 if (!FNAME(is_present_gpte)(pte))
 313                         goto error;
 314                 --walker->level;
 315         }
 316 #endif
 317         walker->max_level = walker->level;
 318         ASSERT(!(is_long_mode(vcpu) && !is_pae(vcpu)));
 319
 320         /*
 321          * FIXME: on Intel processors, loads of the PDPTE registers for PAE paging
 322          * by the MOV to CR instruction are treated as reads and do not cause the
 323          * processor to set the dirty flag in any EPT paging-structure entry.
 324          */
 325         nested_access = (have_ad ? PFERR_WRITE_MASK : 0) | PFERR_USER_MASK;
 326
 327         pte_access = ~0;
 328         ++walker->level;
 329
 330         do {
 331                 gfn_t real_gfn;
 332                 unsigned long host_addr;
 333
 334                 pt_access = pte_access;
 335                 --walker->level;
 336
 337                 index = PT_INDEX(addr, walker->level);
 338                 table_gfn = gpte_to_gfn(pte);
 339                 offset    = index * sizeof(pt_element_t);
 340                 pte_gpa   = gfn_to_gpa(table_gfn) + offset;
 341
 342                 BUG_ON(walker->level < 1);
 343                 walker->table_gfn[walker->level - 1] = table_gfn;
 344                 walker->pte_gpa[walker->level - 1] = pte_gpa;
 345
 346                 real_gfn = mmu->translate_gpa(vcpu, gfn_to_gpa(table_gfn),
 347                                               nested_access,
 348                                               &walker->fault);
 349
 350                 /*
 351                  * FIXME: This can happen if emulation (for of an INS/OUTS
 352                  * instruction) triggers a nested page fault.  The exit
 353                  * qualification / exit info field will incorrectly have
 354                  * "guest page access" as the nested page fault's cause,
 355                  * instead of "guest page structure access".  To fix this,
 356                  * the x86_exception struct should be augmented with enough
 357                  * information to fix the exit_qualification or exit_info_1
 358                  * fields.
 359                  */
 360                 if (unlikely(real_gfn == UNMAPPED_GVA))
 361                         return 0;
 362
 363                 real_gfn = gpa_to_gfn(real_gfn);
 364
 365                 host_addr = kvm_vcpu_gfn_to_hva_prot(vcpu, real_gfn,
 366                                             &walker->pte_writable[walker->level - 1]);
 367                 if (unlikely(kvm_is_error_hva(host_addr)))
 368                         goto error;
 369
 370                 ptep_user = (pt_element_t __user *)((void *)host_addr + offset);
 371                 if (unlikely(__copy_from_user(&pte, ptep_user, sizeof(pte))))
 372                         goto error;
 373                 walker->ptep_user[walker->level - 1] = ptep_user;
 374
 375                 trace_kvm_mmu_paging_element(pte, walker->level);
 376
 377                 /*
 378                  * Inverting the NX it lets us AND it like other
 379                  * permission bits.
 380                  */
 381                 pte_access = pt_access & (pte ^ walk_nx_mask);
 382
 383                 if (unlikely(!FNAME(is_present_gpte)(pte)))
 384                         goto error;
 385
 386                 if (unlikely(is_rsvd_bits_set(mmu, pte, walker->level))) {
 387                         errcode = PFERR_RSVD_MASK | PFERR_PRESENT_MASK;
 388                         goto error;
 389                 }
 390
 391                 walker->ptes[walker->level - 1] = pte;
 392         } while (!is_last_gpte(mmu, walker->level, pte));
 393
 394         pte_pkey = FNAME(gpte_pkeys)(vcpu, pte);
 395         accessed_dirty = have_ad ? pte_access & PT_GUEST_ACCESSED_MASK : 0;
 396
 397         /* Convert to ACC_*_MASK flags for struct guest_walker.  */
 398         walker->pt_access = FNAME(gpte_access)(pt_access ^ walk_nx_mask);
 399         walker->pte_access = FNAME(gpte_access)(pte_access ^ walk_nx_mask);
 400         errcode = permission_fault(vcpu, mmu, walker->pte_access, pte_pkey, access);
 401         if (unlikely(errcode))
 402                 goto error;
 403
 404         gfn = gpte_to_gfn_lvl(pte, walker->level);
 405         gfn += (addr & PT_LVL_OFFSET_MASK(walker->level)) >> PAGE_SHIFT;
 406
 407         if (PTTYPE == 32 && walker->level == PT_DIRECTORY_LEVEL && is_cpuid_PSE36())
 408                 gfn += pse36_gfn_delta(pte);
 409
 410         real_gpa = mmu->translate_gpa(vcpu, gfn_to_gpa(gfn), access, &walker->fault);
 411         if (real_gpa == UNMAPPED_GVA)
 412                 return 0;
 413
 414         walker->gfn = real_gpa >> PAGE_SHIFT;
 415
 416         if (!write_fault)
 417                 FNAME(protect_clean_gpte)(mmu, &walker->pte_access, pte);
 418         else
 419                 /*
 420                  * On a write fault, fold the dirty bit into accessed_dirty.
 421                  * For modes without A/D bits support accessed_dirty will be
 422                  * always clear.
 423                  */
 424                 accessed_dirty &= pte >>
 425                         (PT_GUEST_DIRTY_SHIFT - PT_GUEST_ACCESSED_SHIFT);
 426
 427         if (unlikely(!accessed_dirty)) {
 428                 ret = FNAME(update_accessed_dirty_bits)(vcpu, mmu, walker, write_fault);
 429                 if (unlikely(ret < 0))
 430                         goto error;
 431                 else if (ret)
 432                         goto retry_walk;
 433         }
 434
 435         pgprintk("%s: pte %llx pte_access %x pt_access %x\n",
 436                  __func__, (u64)pte, walker->pte_access, walker->pt_access);
 437         return 1;
 438
 439 error:
 440         errcode |= write_fault | user_fault;
 441         if (fetch_fault && (mmu->nx ||
 442                             kvm_read_cr4_bits(vcpu, X86_CR4_SMEP)))
 443                 errcode |= PFERR_FETCH_MASK;
 444
 445         walker->fault.vector = PF_VECTOR;
 446         walker->fault.error_code_valid = true;
 447         walker->fault.error_code = errcode;
 448
 449 #if PTTYPE == PTTYPE_EPT
 450         /*
 451          * Use PFERR_RSVD_MASK in error_code to to tell if EPT
 452          * misconfiguration requires to be injected. The detection is
 453          * done by is_rsvd_bits_set() above.
 454          *
 455          * We set up the value of exit_qualification to inject:
 456          * [2:0] - Derive from the access bits. The exit_qualification might be
 457          *         out of date if it is serving an EPT misconfiguration.
 458          * [5:3] - Calculated by the page walk of the guest EPT page tables
 459          * [7:8] - Derived from [7:8] of real exit_qualification
 460          *
 461          * The other bits are set to 0.
 462          */
 463         if (!(errcode & PFERR_RSVD_MASK)) {
 464                 vcpu->arch.exit_qualification &= 0x180;
 465                 if (write_fault)
 466                         vcpu->arch.exit_qualification |= EPT_VIOLATION_ACC_WRITE;
 467                 if (user_fault)
 468                         vcpu->arch.exit_qualification |= EPT_VIOLATION_ACC_READ;
 469                 if (fetch_fault)
 470                         vcpu->arch.exit_qualification |= EPT_VIOLATION_ACC_INSTR;
 471                 vcpu->arch.exit_qualification |= (pte_access & 0x7) << 3;
 472         }
 473 #endif
 474         walker->fault.address = addr;
 475         walker->fault.nested_page_fault = mmu != vcpu->arch.walk_mmu;
 476
 477         trace_kvm_mmu_walker_error(walker->fault.error_code);
 478         return 0;
 479 }
 480
 481 static int FNAME(walk_addr)(struct guest_walker *walker,
 482                             struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr, u32 access)
 483 {
 484         return FNAME(walk_addr_generic)(walker, vcpu, vcpu->arch.mmu, addr,
 485                                         access);
 486 }
 487
 488 #if PTTYPE != PTTYPE_EPT
 489 static int FNAME(walk_addr_nested)(struct guest_walker *walker,
 490                                    struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr,
 491                                    u32 access)
 492 {
 493         return FNAME(walk_addr_generic)(walker, vcpu, &vcpu->arch.nested_mmu,
 494                                         addr, access);
 495 }
 496 #endif
 497
 498 static bool
 499 FNAME(prefetch_gpte)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu_page *sp,
 500                      u64 *spte, pt_element_t gpte, bool no_dirty_log)
 501 {
 502         unsigned pte_access;
 503         gfn_t gfn;
 504         kvm_pfn_t pfn;
 505
 506         if (FNAME(prefetch_invalid_gpte)(vcpu, sp, spte, gpte))
 507                 return false;
 508
 509         pgprintk("%s: gpte %llx spte %p\n", __func__, (u64)gpte, spte);
 510
 511         gfn = gpte_to_gfn(gpte);
 512         pte_access = sp->role.access & FNAME(gpte_access)(gpte);
 513         FNAME(protect_clean_gpte)(vcpu->arch.mmu, &pte_access, gpte);
 514         pfn = pte_prefetch_gfn_to_pfn(vcpu, gfn,
 515                         no_dirty_log && (pte_access & ACC_WRITE_MASK));
 516         if (is_error_pfn(pfn))
 517                 return false;
 518
 519         /*
 520          * we call mmu_set_spte() with host_writable = true because
 521          * pte_prefetch_gfn_to_pfn always gets a writable pfn.
 522          */
 523         mmu_set_spte(vcpu, spte, pte_access, 0, PT_PAGE_TABLE_LEVEL, gfn, pfn,
 524                      true, true);
 525
 526         return true;
 527 }
 528
 529 static void FNAME(update_pte)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu_page *sp,
 530                               u64 *spte, const void *pte)
 531 {
 532         pt_element_t gpte = *(const pt_element_t *)pte;
 533
 534         FNAME(prefetch_gpte)(vcpu, sp, spte, gpte, false);
 535 }
 536
 537 static bool FNAME(gpte_changed)(struct kvm_vcpu *vcpu,
 538                                 struct guest_walker *gw, int level)
 539 {
 540         pt_element_t curr_pte;
 541         gpa_t base_gpa, pte_gpa = gw->pte_gpa[level - 1];
 542         u64 mask;
 543         int r, index;
 544
 545         if (level == PT_PAGE_TABLE_LEVEL) {
 546                 mask = PTE_PREFETCH_NUM * sizeof(pt_element_t) - 1;
 547                 base_gpa = pte_gpa & ~mask;
 548                 index = (pte_gpa - base_gpa) / sizeof(pt_element_t);
 549
 550                 r = kvm_vcpu_read_guest_atomic(vcpu, base_gpa,
 551                                 gw->prefetch_ptes, sizeof(gw->prefetch_ptes));
 552                 curr_pte = gw->prefetch_ptes[index];
 553         } else
 554                 r = kvm_vcpu_read_guest_atomic(vcpu, pte_gpa,
 555                                   &curr_pte, sizeof(curr_pte));
 556
 557         return r || curr_pte != gw->ptes[level - 1];
 558 }
 559
 560 static void FNAME(pte_prefetch)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct guest_walker *gw,
 561                                 u64 *sptep)
 562 {
 563         struct kvm_mmu_page *sp;
 564         pt_element_t *gptep = gw->prefetch_ptes;
 565         u64 *spte;
 566         int i;
 567
 568         sp = page_header(__pa(sptep));
 569
 570         if (sp->role.level > PT_PAGE_TABLE_LEVEL)
 571                 return;
 572
 573         if (sp->role.direct)
 574                 return __direct_pte_prefetch(vcpu, sp, sptep);
 575
 576         i = (sptep - sp->spt) & ~(PTE_PREFETCH_NUM - 1);
 577         spte = sp->spt + i;
 578
 579         for (i = 0; i < PTE_PREFETCH_NUM; i++, spte++) {
 580                 if (spte == sptep)
 581                         continue;
 582
 583                 if (is_shadow_present_pte(*spte))
 584                         continue;
 585
 586                 if (!FNAME(prefetch_gpte)(vcpu, sp, spte, gptep[i], true))
 587                         break;
 588         }
 589 }
 590
 591 /*
 592  * Fetch a shadow pte for a specific level in the paging hierarchy.
 593  * If the guest tries to write a write-protected page, we need to
 594  * emulate this operation, return 1 to indicate this case.
 595  */
 596 static int FNAME(fetch)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr,
 597                          struct guest_walker *gw,
 598                          int write_fault, int hlevel,
 599                          kvm_pfn_t pfn, bool map_writable, bool prefault)
 600 {
 601         struct kvm_mmu_page *sp = NULL;
 602         struct kvm_shadow_walk_iterator it;
 603         unsigned direct_access, access = gw->pt_access;
 604         int top_level, ret;
 605
 606         direct_access = gw->pte_access;
 607
 608         top_level = vcpu->arch.mmu->root_level;
 609         if (top_level == PT32E_ROOT_LEVEL)
 610                 top_level = PT32_ROOT_LEVEL;
 611         /*
 612          * Verify that the top-level gpte is still there.  Since the page
 613          * is a root page, it is either write protected (and cannot be
 614          * changed from now on) or it is invalid (in which case, we don't
 615          * really care if it changes underneath us after this point).
 616          */
 617         if (FNAME(gpte_changed)(vcpu, gw, top_level))
 618                 goto out_gpte_changed;
 619
 620         if (!VALID_PAGE(vcpu->arch.mmu->root_hpa))
 621                 goto out_gpte_changed;
 622
 623         for (shadow_walk_init(&it, vcpu, addr);
 624              shadow_walk_okay(&it) && it.level > gw->level;
 625              shadow_walk_next(&it)) {
 626                 gfn_t table_gfn;
 627
 628                 clear_sp_write_flooding_count(it.sptep);
 629                 drop_large_spte(vcpu, it.sptep);
 630
 631                 sp = NULL;
 632                 if (!is_shadow_present_pte(*it.sptep)) {
 633                         table_gfn = gw->table_gfn[it.level - 2];
 634                         sp = kvm_mmu_get_page(vcpu, table_gfn, addr, it.level-1,
 635                                               false, access);
 636                 }
 637
 638                 /*
 639                  * Verify that the gpte in the page we've just write
 640                  * protected is still there.
 641                  */
 642                 if (FNAME(gpte_changed)(vcpu, gw, it.level - 1))
 643                         goto out_gpte_changed;
 644
 645                 if (sp)
 646                         link_shadow_page(vcpu, it.sptep, sp);
 647         }
 648
 649         for (;
 650              shadow_walk_okay(&it) && it.level > hlevel;
 651              shadow_walk_next(&it)) {
 652                 gfn_t direct_gfn;
 653
 654                 clear_sp_write_flooding_count(it.sptep);
 655                 validate_direct_spte(vcpu, it.sptep, direct_access);
 656
 657                 drop_large_spte(vcpu, it.sptep);
 658
 659                 if (is_shadow_present_pte(*it.sptep))
 660                         continue;
 661
 662                 direct_gfn = gw->gfn & ~(KVM_PAGES_PER_HPAGE(it.level) - 1);
 663
 664                 sp = kvm_mmu_get_page(vcpu, direct_gfn, addr, it.level-1,
 665                                       true, direct_access);
 666                 link_shadow_page(vcpu, it.sptep, sp);
 667         }
 668
 669         clear_sp_write_flooding_count(it.sptep);
 670         ret = mmu_set_spte(vcpu, it.sptep, gw->pte_access, write_fault,
 671                            it.level, gw->gfn, pfn, prefault, map_writable);
 672         FNAME(pte_prefetch)(vcpu, gw, it.sptep);
 673
 674         return ret;
 675
 676 out_gpte_changed:
 677         kvm_release_pfn_clean(pfn);
 678         return RET_PF_RETRY;
 679 }
 680
 681  /*
 682  * To see whether the mapped gfn can write its page table in the current
 683  * mapping.
 684  *
 685  * It is the helper function of FNAME(page_fault). When guest uses large page
 686  * size to map the writable gfn which is used as current page table, we should
 687  * force kvm to use small page size to map it because new shadow page will be
 688  * created when kvm establishes shadow page table that stop kvm using large
 689  * page size. Do it early can avoid unnecessary #PF and emulation.
 690  *
 691  * @write_fault_to_shadow_pgtable will return true if the fault gfn is
 692  * currently used as its page table.
 693  *
 694  * Note: the PDPT page table is not checked for PAE-32 bit guest. It is ok
 695  * since the PDPT is always shadowed, that means, we can not use large page
 696  * size to map the gfn which is used as PDPT.
 697  */
 698 static bool
 699 FNAME(is_self_change_mapping)(struct kvm_vcpu *vcpu,
 700                               struct guest_walker *walker, int user_fault,
 701                               bool *write_fault_to_shadow_pgtable)
 702 {
 703         int level;
 704         gfn_t mask = ~(KVM_PAGES_PER_HPAGE(walker->level) - 1);
 705         bool self_changed = false;
 706
 707         if (!(walker->pte_access & ACC_WRITE_MASK ||
 708               (!is_write_protection(vcpu) && !user_fault)))
 709                 return false;
 710
 711         for (level = walker->level; level <= walker->max_level; level++) {
 712                 gfn_t gfn = walker->gfn ^ walker->table_gfn[level - 1];
 713
 714                 self_changed |= !(gfn & mask);
 715                 *write_fault_to_shadow_pgtable |= !gfn;
 716         }
 717
 718         return self_changed;
 719 }
 720
 721 /*
 722  * Page fault handler.  There are several causes for a page fault:
 723  *   - there is no shadow pte for the guest pte
 724  *   - write access through a shadow pte marked read only so that we can set
 725  *     the dirty bit
 726  *   - write access to a shadow pte marked read only so we can update the page
 727  *     dirty bitmap, when userspace requests it
 728  *   - mmio access; in this case we will never install a present shadow pte
 729  *   - normal guest page fault due to the guest pte marked not present, not
 730  *     writable, or not executable
 731  *
 732  *  Returns: 1 if we need to emulate the instruction, 0 otherwise, or
 733  *           a negative value on error.
 734  */
 735 static int FNAME(page_fault)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr, u32 error_code,
 736                              bool prefault)
 737 {
 738         int write_fault = error_code & PFERR_WRITE_MASK;
 739         int user_fault = error_code & PFERR_USER_MASK;
 740         struct guest_walker walker;
 741         int r;
 742         kvm_pfn_t pfn;
 743         int level = PT_PAGE_TABLE_LEVEL;
 744         bool force_pt_level = false;
 745         unsigned long mmu_seq;
 746         bool map_writable, is_self_change_mapping;
 747
 748         pgprintk("%s: addr %lx err %x\n", __func__, addr, error_code);
 749
 750         r = mmu_topup_memory_caches(vcpu);
 751         if (r)
 752                 return r;
 753
 754         /*
 755          * If PFEC.RSVD is set, this is a shadow page fault.
 756          * The bit needs to be cleared before walking guest page tables.
 757          */
 758         error_code &= ~PFERR_RSVD_MASK;
 759
 760         /*
 761          * Look up the guest pte for the faulting address.
 762          */
 763         r = FNAME(walk_addr)(&walker, vcpu, addr, error_code);
 764
 765         /*
 766          * The page is not mapped by the guest.  Let the guest handle it.
 767          */
 768         if (!r) {
 769                 pgprintk("%s: guest page fault\n", __func__);
 770                 if (!prefault)
 771                         inject_page_fault(vcpu, &walker.fault);
 772
 773                 return RET_PF_RETRY;
 774         }
 775
 776         if (page_fault_handle_page_track(vcpu, error_code, walker.gfn)) {
 777                 shadow_page_table_clear_flood(vcpu, addr);
 778                 return RET_PF_EMULATE;
 779         }
 780
 781         vcpu->arch.write_fault_to_shadow_pgtable = false;
 782
 783         is_self_change_mapping = FNAME(is_self_change_mapping)(vcpu,
 784               &walker, user_fault, &vcpu->arch.write_fault_to_shadow_pgtable);
 785
 786         if (walker.level >= PT_DIRECTORY_LEVEL && !is_self_change_mapping) {
 787                 level = mapping_level(vcpu, walker.gfn, &force_pt_level);
 788                 if (likely(!force_pt_level)) {
 789                         level = min(walker.level, level);
 790                         walker.gfn = walker.gfn & ~(KVM_PAGES_PER_HPAGE(level) - 1);
 791                 }
 792         } else
 793                 force_pt_level = true;
 794
 795         mmu_seq = vcpu->kvm->mmu_notifier_seq;
 796         smp_rmb();
 797
 798         if (try_async_pf(vcpu, prefault, walker.gfn, addr, &pfn, write_fault,
 799                          &map_writable))
 800                 return RET_PF_RETRY;
 801
 802         if (handle_abnormal_pfn(vcpu, addr, walker.gfn, pfn, walker.pte_access, &r))
 803                 return r;
 804
 805         /*
 806          * Do not change pte_access if the pfn is a mmio page, otherwise
 807          * we will cache the incorrect access into mmio spte.
 808          */
 809         if (write_fault && !(walker.pte_access & ACC_WRITE_MASK) &&
 810              !is_write_protection(vcpu) && !user_fault &&
 811               !is_noslot_pfn(pfn)) {
 812                 walker.pte_access |= ACC_WRITE_MASK;
 813                 walker.pte_access &= ~ACC_USER_MASK;
 814
 815                 /*
 816                  * If we converted a user page to a kernel page,
 817                  * so that the kernel can write to it when cr0.wp=0,
 818                  * then we should prevent the kernel from executing it
 819                  * if SMEP is enabled.
 820                  */
 821                 if (kvm_read_cr4_bits(vcpu, X86_CR4_SMEP))
 822                         walker.pte_access &= ~ACC_EXEC_MASK;
 823         }
 824
 825         spin_lock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 826         if (mmu_notifier_retry(vcpu->kvm, mmu_seq))
 827                 goto out_unlock;
 828
 829         kvm_mmu_audit(vcpu, AUDIT_PRE_PAGE_FAULT);
 830         if (make_mmu_pages_available(vcpu) < 0)
 831                 goto out_unlock;
 832         if (!force_pt_level)
 833                 transparent_hugepage_adjust(vcpu, &walker.gfn, &pfn, &level);
 834         r = FNAME(fetch)(vcpu, addr, &walker, write_fault,
 835                          level, pfn, map_writable, prefault);
 836         ++vcpu->stat.pf_fixed;
 837         kvm_mmu_audit(vcpu, AUDIT_POST_PAGE_FAULT);
 838         spin_unlock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 839
 840         return r;
 841
 842 out_unlock:
 843         spin_unlock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 844         kvm_release_pfn_clean(pfn);
 845         return RET_PF_RETRY;
 846 }
 847
 848 static gpa_t FNAME(get_level1_sp_gpa)(struct kvm_mmu_page *sp)
 849 {
 850         int offset = 0;
 851
 852         WARN_ON(sp->role.level != PT_PAGE_TABLE_LEVEL);
 853
 854         if (PTTYPE == 32)
 855                 offset = sp->role.quadrant << PT64_LEVEL_BITS;
 856
 857         return gfn_to_gpa(sp->gfn) + offset * sizeof(pt_element_t);
 858 }
 859
 860 static void FNAME(invlpg)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t gva, hpa_t root_hpa)
 861 {
 862         struct kvm_shadow_walk_iterator iterator;
 863         struct kvm_mmu_page *sp;
 864         int level;
 865         u64 *sptep;
 866
 867         vcpu_clear_mmio_info(vcpu, gva);
 868
 869         /*
 870          * No need to check return value here, rmap_can_add() can
 871          * help us to skip pte prefetch later.
 872          */
 873         mmu_topup_memory_caches(vcpu);
 874
 875         if (!VALID_PAGE(root_hpa)) {
 876                 WARN_ON(1);
 877                 return;
 878         }
 879
 880         spin_lock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 881         for_each_shadow_entry_using_root(vcpu, root_hpa, gva, iterator) {
 882                 level = iterator.level;
 883                 sptep = iterator.sptep;
 884
 885                 sp = page_header(__pa(sptep));
 886                 if (is_last_spte(*sptep, level)) {
 887                         pt_element_t gpte;
 888                         gpa_t pte_gpa;
 889
 890                         if (!sp->unsync)
 891                                 break;
 892
 893                         pte_gpa = FNAME(get_level1_sp_gpa)(sp);
 894                         pte_gpa += (sptep - sp->spt) * sizeof(pt_element_t);
 895
 896                         if (mmu_page_zap_pte(vcpu->kvm, sp, sptep))
 897                                 kvm_flush_remote_tlbs_with_address(vcpu->kvm,
 898                                         sp->gfn, KVM_PAGES_PER_HPAGE(sp->role.level));
 899
 900                         if (!rmap_can_add(vcpu))
 901                                 break;
 902
 903                         if (kvm_vcpu_read_guest_atomic(vcpu, pte_gpa, &gpte,
 904                                                        sizeof(pt_element_t)))
 905                                 break;
 906
 907                         FNAME(update_pte)(vcpu, sp, sptep, &gpte);
 908                 }
 909
 910                 if (!is_shadow_present_pte(*sptep) || !sp->unsync_children)
 911                         break;
 912         }
 913         spin_unlock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 914 }
 915
 916 static gpa_t FNAME(gva_to_gpa)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t vaddr, u32 access,
 917                                struct x86_exception *exception)
 918 {
 919         struct guest_walker walker;
 920         gpa_t gpa = UNMAPPED_GVA;
 921         int r;
 922
 923         r = FNAME(walk_addr)(&walker, vcpu, vaddr, access);
 924
 925         if (r) {
 926                 gpa = gfn_to_gpa(walker.gfn);
 927                 gpa |= vaddr & ~PAGE_MASK;
 928         } else if (exception)
 929                 *exception = walker.fault;
 930
 931         return gpa;
 932 }
 933
 934 #if PTTYPE != PTTYPE_EPT
 935 static gpa_t FNAME(gva_to_gpa_nested)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t vaddr,
 936                                       u32 access,
 937                                       struct x86_exception *exception)
 938 {
 939         struct guest_walker walker;
 940         gpa_t gpa = UNMAPPED_GVA;
 941         int r;
 942
 943         r = FNAME(walk_addr_nested)(&walker, vcpu, vaddr, access);
 944
 945         if (r) {
 946                 gpa = gfn_to_gpa(walker.gfn);
 947                 gpa |= vaddr & ~PAGE_MASK;
 948         } else if (exception)
 949                 *exception = walker.fault;
 950
 951         return gpa;
 952 }
 953 #endif
 954
 955 /*
 956  * Using the cached information from sp->gfns is safe because:
 957  * - The spte has a reference to the struct page, so the pfn for a given gfn
 958  *   can't change unless all sptes pointing to it are nuked first.
 959  *
 960  * Note:
 961  *   We should flush all tlbs if spte is dropped even though guest is
 962  *   responsible for it. Since if we don't, kvm_mmu_notifier_invalidate_page
 963  *   and kvm_mmu_notifier_invalidate_range_start detect the mapping page isn't
 964  *   used by guest then tlbs are not flushed, so guest is allowed to access the
 965  *   freed pages.
 966  *   And we increase kvm->tlbs_dirty to delay tlbs flush in this case.
 967  */
 968 static int FNAME(sync_page)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu_page *sp)
 969 {
 970         int i, nr_present = 0;
 971         bool host_writable;
 972         gpa_t first_pte_gpa;
 973         int set_spte_ret = 0;
 974
 975         /* direct kvm_mmu_page can not be unsync. */
 976         BUG_ON(sp->role.direct);
 977
 978         first_pte_gpa = FNAME(get_level1_sp_gpa)(sp);
 979
 980         for (i = 0; i < PT64_ENT_PER_PAGE; i++) {
 981                 unsigned pte_access;
 982                 pt_element_t gpte;
 983                 gpa_t pte_gpa;
 984                 gfn_t gfn;
 985
 986                 if (!sp->spt[i])
 987                         continue;
 988
 989                 pte_gpa = first_pte_gpa + i * sizeof(pt_element_t);
 990
 991                 if (kvm_vcpu_read_guest_atomic(vcpu, pte_gpa, &gpte,
 992                                                sizeof(pt_element_t)))
 993                         return 0;
 994
 995                 if (FNAME(prefetch_invalid_gpte)(vcpu, sp, &sp->spt[i], gpte)) {
 996                         /*
 997                          * Update spte before increasing tlbs_dirty to make
 998                          * sure no tlb flush is lost after spte is zapped; see
 999                          * the comments in kvm_flush_remote_tlbs().
1000                          */
1001                         smp_wmb();
1002                         vcpu->kvm->tlbs_dirty++;
1003                         continue;
1004                 }
1005
1006                 gfn = gpte_to_gfn(gpte);
1007                 pte_access = sp->role.access;
1008                 pte_access &= FNAME(gpte_access)(gpte);
1009                 FNAME(protect_clean_gpte)(vcpu->arch.mmu, &pte_access, gpte);
1010
1011                 if (sync_mmio_spte(vcpu, &sp->spt[i], gfn, pte_access,
1012                       &nr_present))
1013                         continue;
1014
1015                 if (gfn != sp->gfns[i]) {
1016                         drop_spte(vcpu->kvm, &sp->spt[i]);
1017                         /*
1018                          * The same as above where we are doing
1019                          * prefetch_invalid_gpte().
1020                          */
1021                         smp_wmb();
1022                         vcpu->kvm->tlbs_dirty++;
1023                         continue;
1024                 }
1025
1026                 nr_present++;
1027
1028                 host_writable = sp->spt[i] & SPTE_HOST_WRITEABLE;
1029
1030                 set_spte_ret |= set_spte(vcpu, &sp->spt[i],
1031                                          pte_access, PT_PAGE_TABLE_LEVEL,
1032                                          gfn, spte_to_pfn(sp->spt[i]),
1033                                          true, false, host_writable);
1034         }
1035
1036         if (set_spte_ret & SET_SPTE_NEED_REMOTE_TLB_FLUSH)
1037                 kvm_flush_remote_tlbs(vcpu->kvm);
1038
1039         return nr_present;
1040 }
1041
1042 #undef pt_element_t
1043 #undef guest_walker
1044 #undef FNAME
1045 #undef PT_BASE_ADDR_MASK
1046 #undef PT_INDEX
1047 #undef PT_LVL_ADDR_MASK
1048 #undef PT_LVL_OFFSET_MASK
1049 #undef PT_LEVEL_BITS
1050 #undef PT_MAX_FULL_LEVELS
1051 #undef gpte_to_gfn
1052 #undef gpte_to_gfn_lvl
1053 #undef CMPXCHG
1054 #undef PT_GUEST_ACCESSED_MASK
1055 #undef PT_GUEST_DIRTY_MASK
1056 #undef PT_GUEST_DIRTY_SHIFT
1057 #undef PT_GUEST_ACCESSED_SHIFT
1058 #undef PT_HAVE_ACCESSED_DIRTY