kvm-all.c

   1 /*
   2  * QEMU KVM support
   3  *
   4  * Copyright IBM, Corp. 2008
   5  *           Red Hat, Inc. 2008
   6  *
   7  * Authors:
   8  *  Anthony Liguori   <[email protected]>
   9  *  Glauber Costa     <[email protected]>
  10  *
  11  * This work is licensed under the terms of the GNU GPL, version 2 or later.
  12  * See the COPYING file in the top-level directory.
  13  *
  14  */
  15
  16 #include <sys/types.h>
  17 #include <sys/ioctl.h>
  18 #include <sys/mman.h>
  19 #include <stdarg.h>
  20
  21 #include <linux/kvm.h>
  22
  23 #include "qemu-common.h"
  24 #include "qemu-barrier.h"
  25 #include "sysemu.h"
  26 #include "hw/hw.h"
  27 #include "gdbstub.h"
  28 #include "kvm.h"
  29 #include "bswap.h"
  30 #include "memory.h"
  31
  32 /* This check must be after config-host.h is included */
  33 #ifdef CONFIG_EVENTFD
  34 #include <sys/eventfd.h>
  35 #endif
  36
  37 /* KVM uses PAGE_SIZE in it's definition of COALESCED_MMIO_MAX */
  38 #define PAGE_SIZE TARGET_PAGE_SIZE
  39
  40 //#define DEBUG_KVM
  41
  42 #ifdef DEBUG_KVM
  43 #define DPRINTF(fmt, ...) \
  44     do { fprintf(stderr, fmt, ## __VA_ARGS__); } while (0)
  45 #else
  46 #define DPRINTF(fmt, ...) \
  47     do { } while (0)
  48 #endif
  49
  50 typedef struct KVMSlot
  51 {
  52     target_phys_addr_t start_addr;
  53     ram_addr_t memory_size;
  54     void *ram;
  55     int slot;
  56     int flags;
  57 } KVMSlot;
  58
  59 typedef struct kvm_dirty_log KVMDirtyLog;
  60
  61 struct KVMState
  62 {
  63     KVMSlot slots[32];
  64     int fd;
  65     int vmfd;
  66     int coalesced_mmio;
  67     struct kvm_coalesced_mmio_ring *coalesced_mmio_ring;
  68     bool coalesced_flush_in_progress;
  69     int broken_set_mem_region;
  70     int migration_log;
  71     int vcpu_events;
  72     int robust_singlestep;
  73     int debugregs;
  74 #ifdef KVM_CAP_SET_GUEST_DEBUG
  75     struct kvm_sw_breakpoint_head kvm_sw_breakpoints;
  76 #endif
  77     int irqchip_in_kernel;
  78     int pit_in_kernel;
  79     int xsave, xcrs;
  80     int many_ioeventfds;
  81 };
  82
  83 KVMState *kvm_state;
  84
  85 static const KVMCapabilityInfo kvm_required_capabilites[] = {
  86     KVM_CAP_INFO(USER_MEMORY),
  87     KVM_CAP_INFO(DESTROY_MEMORY_REGION_WORKS),
  88     KVM_CAP_LAST_INFO
  89 };
  90
  91 static KVMSlot *kvm_alloc_slot(KVMState *s)
  92 {
  93     int i;
  94
  95     for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(s->slots); i++) {
  96         if (s->slots[i].memory_size == 0) {
  97             return &s->slots[i];
  98         }
  99     }
 100
 101     fprintf(stderr, "%s: no free slot available\n", __func__);
 102     abort();
 103 }
 104
 105 static KVMSlot *kvm_lookup_matching_slot(KVMState *s,
 106                                          target_phys_addr_t start_addr,
 107                                          target_phys_addr_t end_addr)
 108 {
 109     int i;
 110
 111     for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(s->slots); i++) {
 112         KVMSlot *mem = &s->slots[i];
 113
 114         if (start_addr == mem->start_addr &&
 115             end_addr == mem->start_addr + mem->memory_size) {
 116             return mem;
 117         }
 118     }
 119
 120     return NULL;
 121 }
 122
 123 /*
 124  * Find overlapping slot with lowest start address
 125  */
 126 static KVMSlot *kvm_lookup_overlapping_slot(KVMState *s,
 127                                             target_phys_addr_t start_addr,
 128                                             target_phys_addr_t end_addr)
 129 {
 130     KVMSlot *found = NULL;
 131     int i;
 132
 133     for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(s->slots); i++) {
 134         KVMSlot *mem = &s->slots[i];
 135
 136         if (mem->memory_size == 0 ||
 137             (found && found->start_addr < mem->start_addr)) {
 138             continue;
 139         }
 140
 141         if (end_addr > mem->start_addr &&
 142             start_addr < mem->start_addr + mem->memory_size) {
 143             found = mem;
 144         }
 145     }
 146
 147     return found;
 148 }
 149
 150 int kvm_physical_memory_addr_from_host(KVMState *s, void *ram,
 151                                        target_phys_addr_t *phys_addr)
 152 {
 153     int i;
 154
 155     for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(s->slots); i++) {
 156         KVMSlot *mem = &s->slots[i];
 157
 158         if (ram >= mem->ram && ram < mem->ram + mem->memory_size) {
 159             *phys_addr = mem->start_addr + (ram - mem->ram);
 160             return 1;
 161         }
 162     }
 163
 164     return 0;
 165 }
 166
 167 static int kvm_set_user_memory_region(KVMState *s, KVMSlot *slot)
 168 {
 169     struct kvm_userspace_memory_region mem;
 170
 171     mem.slot = slot->slot;
 172     mem.guest_phys_addr = slot->start_addr;
 173     mem.memory_size = slot->memory_size;
 174     mem.userspace_addr = (unsigned long)slot->ram;
 175     mem.flags = slot->flags;
 176     if (s->migration_log) {
 177         mem.flags |= KVM_MEM_LOG_DIRTY_PAGES;
 178     }
 179     return kvm_vm_ioctl(s, KVM_SET_USER_MEMORY_REGION, &mem);
 180 }
 181
 182 static void kvm_reset_vcpu(void *opaque)
 183 {
 184     CPUState *env = opaque;
 185
 186     kvm_arch_reset_vcpu(env);
 187 }
 188
 189 int kvm_irqchip_in_kernel(void)
 190 {
 191     return kvm_state->irqchip_in_kernel;
 192 }
 193
 194 int kvm_pit_in_kernel(void)
 195 {
 196     return kvm_state->pit_in_kernel;
 197 }
 198
 199 int kvm_init_vcpu(CPUState *env)
 200 {
 201     KVMState *s = kvm_state;
 202     long mmap_size;
 203     int ret;
 204
 205     DPRINTF("kvm_init_vcpu\n");
 206
 207     ret = kvm_vm_ioctl(s, KVM_CREATE_VCPU, env->cpu_index);
 208     if (ret < 0) {
 209         DPRINTF("kvm_create_vcpu failed\n");
 210         goto err;
 211     }
 212
 213     env->kvm_fd = ret;
 214     env->kvm_state = s;
 215     env->kvm_vcpu_dirty = 1;
 216
 217     mmap_size = kvm_ioctl(s, KVM_GET_VCPU_MMAP_SIZE, 0);
 218     if (mmap_size < 0) {
 219         ret = mmap_size;
 220         DPRINTF("KVM_GET_VCPU_MMAP_SIZE failed\n");
 221         goto err;
 222     }
 223
 224     env->kvm_run = mmap(NULL, mmap_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED,
 225                         env->kvm_fd, 0);
 226     if (env->kvm_run == MAP_FAILED) {
 227         ret = -errno;
 228         DPRINTF("mmap'ing vcpu state failed\n");
 229         goto err;
 230     }
 231
 232     if (s->coalesced_mmio && !s->coalesced_mmio_ring) {
 233         s->coalesced_mmio_ring =
 234             (void *)env->kvm_run + s->coalesced_mmio * PAGE_SIZE;
 235     }
 236
 237     ret = kvm_arch_init_vcpu(env);
 238     if (ret == 0) {
 239         qemu_register_reset(kvm_reset_vcpu, env);
 240         kvm_arch_reset_vcpu(env);
 241     }
 242 err:
 243     return ret;
 244 }
 245
 246 /*
 247  * dirty pages logging control
 248  */
 249
 250 static int kvm_mem_flags(KVMState *s, bool log_dirty)
 251 {
 252     return log_dirty ? KVM_MEM_LOG_DIRTY_PAGES : 0;
 253 }
 254
 255 static int kvm_slot_dirty_pages_log_change(KVMSlot *mem, bool log_dirty)
 256 {
 257     KVMState *s = kvm_state;
 258     int flags, mask = KVM_MEM_LOG_DIRTY_PAGES;
 259     int old_flags;
 260
 261     old_flags = mem->flags;
 262
 263     flags = (mem->flags & ~mask) | kvm_mem_flags(s, log_dirty);
 264     mem->flags = flags;
 265
 266     /* If nothing changed effectively, no need to issue ioctl */
 267     if (s->migration_log) {
 268         flags |= KVM_MEM_LOG_DIRTY_PAGES;
 269     }
 270
 271     if (flags == old_flags) {
 272         return 0;
 273     }
 274
 275     return kvm_set_user_memory_region(s, mem);
 276 }
 277
 278 static int kvm_dirty_pages_log_change(target_phys_addr_t phys_addr,
 279                                       ram_addr_t size, bool log_dirty)
 280 {
 281     KVMState *s = kvm_state;
 282     KVMSlot *mem = kvm_lookup_matching_slot(s, phys_addr, phys_addr + size);
 283
 284     if (mem == NULL)  {
 285         fprintf(stderr, "BUG: %s: invalid parameters " TARGET_FMT_plx "-"
 286                 TARGET_FMT_plx "\n", __func__, phys_addr,
 287                 (target_phys_addr_t)(phys_addr + size - 1));
 288         return -EINVAL;
 289     }
 290     return kvm_slot_dirty_pages_log_change(mem, log_dirty);
 291 }
 292
 293 static void kvm_log_start(MemoryListener *listener,
 294                           MemoryRegionSection *section)
 295 {
 296     int r;
 297
 298     r = kvm_dirty_pages_log_change(section->offset_within_address_space,
 299                                    section->size, true);
 300     if (r < 0) {
 301         abort();
 302     }
 303 }
 304
 305 static void kvm_log_stop(MemoryListener *listener,
 306                           MemoryRegionSection *section)
 307 {
 308     int r;
 309
 310     r = kvm_dirty_pages_log_change(section->offset_within_address_space,
 311                                    section->size, false);
 312     if (r < 0) {
 313         abort();
 314     }
 315 }
 316
 317 static int kvm_set_migration_log(int enable)
 318 {
 319     KVMState *s = kvm_state;
 320     KVMSlot *mem;
 321     int i, err;
 322
 323     s->migration_log = enable;
 324
 325     for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(s->slots); i++) {
 326         mem = &s->slots[i];
 327
 328         if (!mem->memory_size) {
 329             continue;
 330         }
 331         if (!!(mem->flags & KVM_MEM_LOG_DIRTY_PAGES) == enable) {
 332             continue;
 333         }
 334         err = kvm_set_user_memory_region(s, mem);
 335         if (err) {
 336             return err;
 337         }
 338     }
 339     return 0;
 340 }
 341
 342 /* get kvm's dirty pages bitmap and update qemu's */
 343 static int kvm_get_dirty_pages_log_range(MemoryRegionSection *section,
 344                                          unsigned long *bitmap)
 345 {
 346     unsigned int i, j;
 347     unsigned long page_number, addr, addr1, c;
 348     unsigned int len = ((section->size / TARGET_PAGE_SIZE) + HOST_LONG_BITS - 1) / HOST_LONG_BITS;
 349
 350     /*
 351      * bitmap-traveling is faster than memory-traveling (for addr...)
 352      * especially when most of the memory is not dirty.
 353      */
 354     for (i = 0; i < len; i++) {
 355         if (bitmap[i] != 0) {
 356             c = leul_to_cpu(bitmap[i]);
 357             do {
 358                 j = ffsl(c) - 1;
 359                 c &= ~(1ul << j);
 360                 page_number = i * HOST_LONG_BITS + j;
 361                 addr1 = page_number * TARGET_PAGE_SIZE;
 362                 addr = section->offset_within_region + addr1;
 363                 memory_region_set_dirty(section->mr, addr);
 364             } while (c != 0);
 365         }
 366     }
 367     return 0;
 368 }
 369
 370 #define ALIGN(x, y)  (((x)+(y)-1) & ~((y)-1))
 371
 372 /**
 373  * kvm_physical_sync_dirty_bitmap - Grab dirty bitmap from kernel space
 374  * This function updates qemu's dirty bitmap using cpu_physical_memory_set_dirty().
 375  * This means all bits are set to dirty.
 376  *
 377  * @start_add: start of logged region.
 378  * @end_addr: end of logged region.
 379  */
 380 static int kvm_physical_sync_dirty_bitmap(MemoryRegionSection *section)
 381 {
 382     KVMState *s = kvm_state;
 383     unsigned long size, allocated_size = 0;
 384     KVMDirtyLog d;
 385     KVMSlot *mem;
 386     int ret = 0;
 387     target_phys_addr_t start_addr = section->offset_within_address_space;
 388     target_phys_addr_t end_addr = start_addr + section->size;
 389
 390     d.dirty_bitmap = NULL;
 391     while (start_addr < end_addr) {
 392         mem = kvm_lookup_overlapping_slot(s, start_addr, end_addr);
 393         if (mem == NULL) {
 394             break;
 395         }
 396
 397         /* XXX bad kernel interface alert
 398          * For dirty bitmap, kernel allocates array of size aligned to
 399          * bits-per-long.  But for case when the kernel is 64bits and
 400          * the userspace is 32bits, userspace can't align to the same
 401          * bits-per-long, since sizeof(long) is different between kernel
 402          * and user space.  This way, userspace will provide buffer which
 403          * may be 4 bytes less than the kernel will use, resulting in
 404          * userspace memory corruption (which is not detectable by valgrind
 405          * too, in most cases).
 406          * So for now, let's align to 64 instead of HOST_LONG_BITS here, in
 407          * a hope that sizeof(long) wont become >8 any time soon.
 408          */
 409         size = ALIGN(((mem->memory_size) >> TARGET_PAGE_BITS),
 410                      /*HOST_LONG_BITS*/ 64) / 8;
 411         if (!d.dirty_bitmap) {
 412             d.dirty_bitmap = g_malloc(size);
 413         } else if (size > allocated_size) {
 414             d.dirty_bitmap = g_realloc(d.dirty_bitmap, size);
 415         }
 416         allocated_size = size;
 417         memset(d.dirty_bitmap, 0, allocated_size);
 418
 419         d.slot = mem->slot;
 420
 421         if (kvm_vm_ioctl(s, KVM_GET_DIRTY_LOG, &d) == -1) {
 422             DPRINTF("ioctl failed %d\n", errno);
 423             ret = -1;
 424             break;
 425         }
 426
 427         kvm_get_dirty_pages_log_range(section, d.dirty_bitmap);
 428         start_addr = mem->start_addr + mem->memory_size;
 429     }
 430     g_free(d.dirty_bitmap);
 431
 432     return ret;
 433 }
 434
 435 int kvm_coalesce_mmio_region(target_phys_addr_t start, ram_addr_t size)
 436 {
 437     int ret = -ENOSYS;
 438     KVMState *s = kvm_state;
 439
 440     if (s->coalesced_mmio) {
 441         struct kvm_coalesced_mmio_zone zone;
 442
 443         zone.addr = start;
 444         zone.size = size;
 445
 446         ret = kvm_vm_ioctl(s, KVM_REGISTER_COALESCED_MMIO, &zone);
 447     }
 448
 449     return ret;
 450 }
 451
 452 int kvm_uncoalesce_mmio_region(target_phys_addr_t start, ram_addr_t size)
 453 {
 454     int ret = -ENOSYS;
 455     KVMState *s = kvm_state;
 456
 457     if (s->coalesced_mmio) {
 458         struct kvm_coalesced_mmio_zone zone;
 459
 460         zone.addr = start;
 461         zone.size = size;
 462
 463         ret = kvm_vm_ioctl(s, KVM_UNREGISTER_COALESCED_MMIO, &zone);
 464     }
 465
 466     return ret;
 467 }
 468
 469 int kvm_check_extension(KVMState *s, unsigned int extension)
 470 {
 471     int ret;
 472
 473     ret = kvm_ioctl(s, KVM_CHECK_EXTENSION, extension);
 474     if (ret < 0) {
 475         ret = 0;
 476     }
 477
 478     return ret;
 479 }
 480
 481 static int kvm_check_many_ioeventfds(void)
 482 {
 483     /* Userspace can use ioeventfd for io notification.  This requires a host
 484      * that supports eventfd(2) and an I/O thread; since eventfd does not
 485      * support SIGIO it cannot interrupt the vcpu.
 486      *
 487      * Older kernels have a 6 device limit on the KVM io bus.  Find out so we
 488      * can avoid creating too many ioeventfds.
 489      */
 490 #if defined(CONFIG_EVENTFD)
 491     int ioeventfds[7];
 492     int i, ret = 0;
 493     for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(ioeventfds); i++) {
 494         ioeventfds[i] = eventfd(0, EFD_CLOEXEC);
 495         if (ioeventfds[i] < 0) {
 496             break;
 497         }
 498         ret = kvm_set_ioeventfd_pio_word(ioeventfds[i], 0, i, true);
 499         if (ret < 0) {
 500             close(ioeventfds[i]);
 501             break;
 502         }
 503     }
 504
 505     /* Decide whether many devices are supported or not */
 506     ret = i == ARRAY_SIZE(ioeventfds);
 507
 508     while (i-- > 0) {
 509         kvm_set_ioeventfd_pio_word(ioeventfds[i], 0, i, false);
 510         close(ioeventfds[i]);
 511     }
 512     return ret;
 513 #else
 514     return 0;
 515 #endif
 516 }
 517
 518 static const KVMCapabilityInfo *
 519 kvm_check_extension_list(KVMState *s, const KVMCapabilityInfo *list)
 520 {
 521     while (list->name) {
 522         if (!kvm_check_extension(s, list->value)) {
 523             return list;
 524         }
 525         list++;
 526     }
 527     return NULL;
 528 }
 529
 530 static void kvm_set_phys_mem(MemoryRegionSection *section, bool add)
 531 {
 532     KVMState *s = kvm_state;
 533     KVMSlot *mem, old;
 534     int err;
 535     MemoryRegion *mr = section->mr;
 536     bool log_dirty = memory_region_is_logging(mr);
 537     target_phys_addr_t start_addr = section->offset_within_address_space;
 538     ram_addr_t size = section->size;
 539     void *ram = NULL;
 540
 541     /* kvm works in page size chunks, but the function may be called
 542        with sub-page size and unaligned start address. */
 543     size = TARGET_PAGE_ALIGN(size);
 544     start_addr = TARGET_PAGE_ALIGN(start_addr);
 545
 546     if (!memory_region_is_ram(mr)) {
 547         return;
 548     }
 549
 550     ram = memory_region_get_ram_ptr(mr) + section->offset_within_region;
 551
 552     while (1) {
 553         mem = kvm_lookup_overlapping_slot(s, start_addr, start_addr + size);
 554         if (!mem) {
 555             break;
 556         }
 557
 558         if (add && start_addr >= mem->start_addr &&
 559             (start_addr + size <= mem->start_addr + mem->memory_size) &&
 560             (ram - start_addr == mem->ram - mem->start_addr)) {
 561             /* The new slot fits into the existing one and comes with
 562              * identical parameters - update flags and done. */
 563             kvm_slot_dirty_pages_log_change(mem, log_dirty);
 564             return;
 565         }
 566
 567         old = *mem;
 568
 569         if (mem->flags & KVM_MEM_LOG_DIRTY_PAGES) {
 570             kvm_physical_sync_dirty_bitmap(section);
 571         }
 572
 573         /* unregister the overlapping slot */
 574         mem->memory_size = 0;
 575         err = kvm_set_user_memory_region(s, mem);
 576         if (err) {
 577             fprintf(stderr, "%s: error unregistering overlapping slot: %s\n",
 578                     __func__, strerror(-err));
 579             abort();
 580         }
 581
 582         /* Workaround for older KVM versions: we can't join slots, even not by
 583          * unregistering the previous ones and then registering the larger
 584          * slot. We have to maintain the existing fragmentation. Sigh.
 585          *
 586          * This workaround assumes that the new slot starts at the same
 587          * address as the first existing one. If not or if some overlapping
 588          * slot comes around later, we will fail (not seen in practice so far)
 589          * - and actually require a recent KVM version. */
 590         if (s->broken_set_mem_region &&
 591             old.start_addr == start_addr && old.memory_size < size && add) {
 592             mem = kvm_alloc_slot(s);
 593             mem->memory_size = old.memory_size;
 594             mem->start_addr = old.start_addr;
 595             mem->ram = old.ram;
 596             mem->flags = kvm_mem_flags(s, log_dirty);
 597
 598             err = kvm_set_user_memory_region(s, mem);
 599             if (err) {
 600                 fprintf(stderr, "%s: error updating slot: %s\n", __func__,
 601                         strerror(-err));
 602                 abort();
 603             }
 604
 605             start_addr += old.memory_size;
 606             ram += old.memory_size;
 607             size -= old.memory_size;
 608             continue;
 609         }
 610
 611         /* register prefix slot */
 612         if (old.start_addr < start_addr) {
 613             mem = kvm_alloc_slot(s);
 614             mem->memory_size = start_addr - old.start_addr;
 615             mem->start_addr = old.start_addr;
 616             mem->ram = old.ram;
 617             mem->flags =  kvm_mem_flags(s, log_dirty);
 618
 619             err = kvm_set_user_memory_region(s, mem);
 620             if (err) {
 621                 fprintf(stderr, "%s: error registering prefix slot: %s\n",
 622                         __func__, strerror(-err));
 623 #ifdef TARGET_PPC
 624                 fprintf(stderr, "%s: This is probably because your kernel's " \
 625                                 "PAGE_SIZE is too big. Please try to use 4k " \
 626                                 "PAGE_SIZE!\n", __func__);
 627 #endif
 628                 abort();
 629             }
 630         }
 631
 632         /* register suffix slot */
 633         if (old.start_addr + old.memory_size > start_addr + size) {
 634             ram_addr_t size_delta;
 635
 636             mem = kvm_alloc_slot(s);
 637             mem->start_addr = start_addr + size;
 638             size_delta = mem->start_addr - old.start_addr;
 639             mem->memory_size = old.memory_size - size_delta;
 640             mem->ram = old.ram + size_delta;
 641             mem->flags = kvm_mem_flags(s, log_dirty);
 642
 643             err = kvm_set_user_memory_region(s, mem);
 644             if (err) {
 645                 fprintf(stderr, "%s: error registering suffix slot: %s\n",
 646                         __func__, strerror(-err));
 647                 abort();
 648             }
 649         }
 650     }
 651
 652     /* in case the KVM bug workaround already "consumed" the new slot */
 653     if (!size) {
 654         return;
 655     }
 656     if (!add) {
 657         return;
 658     }
 659     mem = kvm_alloc_slot(s);
 660     mem->memory_size = size;
 661     mem->start_addr = start_addr;
 662     mem->ram = ram;
 663     mem->flags = kvm_mem_flags(s, log_dirty);
 664
 665     err = kvm_set_user_memory_region(s, mem);
 666     if (err) {
 667         fprintf(stderr, "%s: error registering slot: %s\n", __func__,
 668                 strerror(-err));
 669         abort();
 670     }
 671 }
 672
 673 static void kvm_region_add(MemoryListener *listener,
 674                            MemoryRegionSection *section)
 675 {
 676     kvm_set_phys_mem(section, true);
 677 }
 678
 679 static void kvm_region_del(MemoryListener *listener,
 680                            MemoryRegionSection *section)
 681 {
 682     kvm_set_phys_mem(section, false);
 683 }
 684
 685 static void kvm_log_sync(MemoryListener *listener,
 686                          MemoryRegionSection *section)
 687 {
 688     int r;
 689
 690     r = kvm_physical_sync_dirty_bitmap(section);
 691     if (r < 0) {
 692         abort();
 693     }
 694 }
 695
 696 static void kvm_log_global_start(struct MemoryListener *listener)
 697 {
 698     int r;
 699
 700     r = kvm_set_migration_log(1);
 701     assert(r >= 0);
 702 }
 703
 704 static void kvm_log_global_stop(struct MemoryListener *listener)
 705 {
 706     int r;
 707
 708     r = kvm_set_migration_log(0);
 709     assert(r >= 0);
 710 }
 711
 712 static MemoryListener kvm_memory_listener = {
 713     .region_add = kvm_region_add,
 714     .region_del = kvm_region_del,
 715     .log_start = kvm_log_start,
 716     .log_stop = kvm_log_stop,
 717     .log_sync = kvm_log_sync,
 718     .log_global_start = kvm_log_global_start,
 719     .log_global_stop = kvm_log_global_stop,
 720 };
 721
 722 static void kvm_handle_interrupt(CPUState *env, int mask)
 723 {
 724     env->interrupt_request |= mask;
 725
 726     if (!qemu_cpu_is_self(env)) {
 727         qemu_cpu_kick(env);
 728     }
 729 }
 730
 731 int kvm_init(void)
 732 {
 733     static const char upgrade_note[] =
 734         "Please upgrade to at least kernel 2.6.29 or recent kvm-kmod\n"
 735         "(see http://sourceforge.net/projects/kvm).\n";
 736     KVMState *s;
 737     const KVMCapabilityInfo *missing_cap;
 738     int ret;
 739     int i;
 740
 741     s = g_malloc0(sizeof(KVMState));
 742
 743 #ifdef KVM_CAP_SET_GUEST_DEBUG
 744     QTAILQ_INIT(&s->kvm_sw_breakpoints);
 745 #endif
 746     for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(s->slots); i++) {
 747         s->slots[i].slot = i;
 748     }
 749     s->vmfd = -1;
 750     s->fd = qemu_open("/dev/kvm", O_RDWR);
 751     if (s->fd == -1) {
 752         fprintf(stderr, "Could not access KVM kernel module: %m\n");
 753         ret = -errno;
 754         goto err;
 755     }
 756
 757     ret = kvm_ioctl(s, KVM_GET_API_VERSION, 0);
 758     if (ret < KVM_API_VERSION) {
 759         if (ret > 0) {
 760             ret = -EINVAL;
 761         }
 762         fprintf(stderr, "kvm version too old\n");
 763         goto err;
 764     }
 765
 766     if (ret > KVM_API_VERSION) {
 767         ret = -EINVAL;
 768         fprintf(stderr, "kvm version not supported\n");
 769         goto err;
 770     }
 771
 772     s->vmfd = kvm_ioctl(s, KVM_CREATE_VM, 0);
 773     if (s->vmfd < 0) {
 774 #ifdef TARGET_S390X
 775         fprintf(stderr, "Please add the 'switch_amode' kernel parameter to "
 776                         "your host kernel command line\n");
 777 #endif
 778         ret = s->vmfd;
 779         goto err;
 780     }
 781
 782     missing_cap = kvm_check_extension_list(s, kvm_required_capabilites);
 783     if (!missing_cap) {
 784         missing_cap =
 785             kvm_check_extension_list(s, kvm_arch_required_capabilities);
 786     }
 787     if (missing_cap) {
 788         ret = -EINVAL;
 789         fprintf(stderr, "kvm does not support %s\n%s",
 790                 missing_cap->name, upgrade_note);
 791         goto err;
 792     }
 793
 794     s->coalesced_mmio = kvm_check_extension(s, KVM_CAP_COALESCED_MMIO);
 795
 796     s->broken_set_mem_region = 1;
 797     ret = kvm_check_extension(s, KVM_CAP_JOIN_MEMORY_REGIONS_WORKS);
 798     if (ret > 0) {
 799         s->broken_set_mem_region = 0;
 800     }
 801
 802 #ifdef KVM_CAP_VCPU_EVENTS
 803     s->vcpu_events = kvm_check_extension(s, KVM_CAP_VCPU_EVENTS);
 804 #endif
 805
 806     s->robust_singlestep =
 807         kvm_check_extension(s, KVM_CAP_X86_ROBUST_SINGLESTEP);
 808
 809 #ifdef KVM_CAP_DEBUGREGS
 810     s->debugregs = kvm_check_extension(s, KVM_CAP_DEBUGREGS);
 811 #endif
 812
 813 #ifdef KVM_CAP_XSAVE
 814     s->xsave = kvm_check_extension(s, KVM_CAP_XSAVE);
 815 #endif
 816
 817 #ifdef KVM_CAP_XCRS
 818     s->xcrs = kvm_check_extension(s, KVM_CAP_XCRS);
 819 #endif
 820
 821     ret = kvm_arch_init(s);
 822     if (ret < 0) {
 823         goto err;
 824     }
 825
 826     kvm_state = s;
 827     memory_listener_register(&kvm_memory_listener);
 828
 829     s->many_ioeventfds = kvm_check_many_ioeventfds();
 830
 831     cpu_interrupt_handler = kvm_handle_interrupt;
 832
 833     return 0;
 834
 835 err:
 836     if (s) {
 837         if (s->vmfd >= 0) {
 838             close(s->vmfd);
 839         }
 840         if (s->fd != -1) {
 841             close(s->fd);
 842         }
 843     }
 844     g_free(s);
 845
 846     return ret;
 847 }
 848
 849 static void kvm_handle_io(uint16_t port, void *data, int direction, int size,
 850                           uint32_t count)
 851 {
 852     int i;
 853     uint8_t *ptr = data;
 854
 855     for (i = 0; i < count; i++) {
 856         if (direction == KVM_EXIT_IO_IN) {
 857             switch (size) {
 858             case 1:
 859                 stb_p(ptr, cpu_inb(port));
 860                 break;
 861             case 2:
 862                 stw_p(ptr, cpu_inw(port));
 863                 break;
 864             case 4:
 865                 stl_p(ptr, cpu_inl(port));
 866                 break;
 867             }
 868         } else {
 869             switch (size) {
 870             case 1:
 871                 cpu_outb(port, ldub_p(ptr));
 872                 break;
 873             case 2:
 874                 cpu_outw(port, lduw_p(ptr));
 875                 break;
 876             case 4:
 877                 cpu_outl(port, ldl_p(ptr));
 878                 break;
 879             }
 880         }
 881
 882         ptr += size;
 883     }
 884 }
 885
 886 static int kvm_handle_internal_error(CPUState *env, struct kvm_run *run)
 887 {
 888     fprintf(stderr, "KVM internal error.");
 889     if (kvm_check_extension(kvm_state, KVM_CAP_INTERNAL_ERROR_DATA)) {
 890         int i;
 891
 892         fprintf(stderr, " Suberror: %d\n", run->internal.suberror);
 893         for (i = 0; i < run->internal.ndata; ++i) {
 894             fprintf(stderr, "extra data[%d]: %"PRIx64"\n",
 895                     i, (uint64_t)run->internal.data[i]);
 896         }
 897     } else {
 898         fprintf(stderr, "\n");
 899     }
 900     if (run->internal.suberror == KVM_INTERNAL_ERROR_EMULATION) {
 901         fprintf(stderr, "emulation failure\n");
 902         if (!kvm_arch_stop_on_emulation_error(env)) {
 903             cpu_dump_state(env, stderr, fprintf, CPU_DUMP_CODE);
 904             return EXCP_INTERRUPT;
 905         }
 906     }
 907     /* FIXME: Should trigger a qmp message to let management know
 908      * something went wrong.
 909      */
 910     return -1;
 911 }
 912
 913 void kvm_flush_coalesced_mmio_buffer(void)
 914 {
 915     KVMState *s = kvm_state;
 916
 917     if (s->coalesced_flush_in_progress) {
 918         return;
 919     }
 920
 921     s->coalesced_flush_in_progress = true;
 922
 923     if (s->coalesced_mmio_ring) {
 924         struct kvm_coalesced_mmio_ring *ring = s->coalesced_mmio_ring;
 925         while (ring->first != ring->last) {
 926             struct kvm_coalesced_mmio *ent;
 927
 928             ent = &ring->coalesced_mmio[ring->first];
 929
 930             cpu_physical_memory_write(ent->phys_addr, ent->data, ent->len);
 931             smp_wmb();
 932             ring->first = (ring->first + 1) % KVM_COALESCED_MMIO_MAX;
 933         }
 934     }
 935
 936     s->coalesced_flush_in_progress = false;
 937 }
 938
 939 static void do_kvm_cpu_synchronize_state(void *_env)
 940 {
 941     CPUState *env = _env;
 942
 943     if (!env->kvm_vcpu_dirty) {
 944         kvm_arch_get_registers(env);
 945         env->kvm_vcpu_dirty = 1;
 946     }
 947 }
 948
 949 void kvm_cpu_synchronize_state(CPUState *env)
 950 {
 951     if (!env->kvm_vcpu_dirty) {
 952         run_on_cpu(env, do_kvm_cpu_synchronize_state, env);
 953     }
 954 }
 955
 956 void kvm_cpu_synchronize_post_reset(CPUState *env)
 957 {
 958     kvm_arch_put_registers(env, KVM_PUT_RESET_STATE);
 959     env->kvm_vcpu_dirty = 0;
 960 }
 961
 962 void kvm_cpu_synchronize_post_init(CPUState *env)
 963 {
 964     kvm_arch_put_registers(env, KVM_PUT_FULL_STATE);
 965     env->kvm_vcpu_dirty = 0;
 966 }
 967
 968 int kvm_cpu_exec(CPUState *env)
 969 {
 970     struct kvm_run *run = env->kvm_run;
 971     int ret, run_ret;
 972
 973     DPRINTF("kvm_cpu_exec()\n");
 974
 975     if (kvm_arch_process_async_events(env)) {
 976         env->exit_request = 0;
 977         return EXCP_HLT;
 978     }
 979
 980     cpu_single_env = env;
 981
 982     do {
 983         if (env->kvm_vcpu_dirty) {
 984             kvm_arch_put_registers(env, KVM_PUT_RUNTIME_STATE);
 985             env->kvm_vcpu_dirty = 0;
 986         }
 987
 988         kvm_arch_pre_run(env, run);
 989         if (env->exit_request) {
 990             DPRINTF("interrupt exit requested\n");
 991             /*
 992              * KVM requires us to reenter the kernel after IO exits to complete
 993              * instruction emulation. This self-signal will ensure that we
 994              * leave ASAP again.
 995              */
 996             qemu_cpu_kick_self();
 997         }
 998         cpu_single_env = NULL;
 999         qemu_mutex_unlock_iothread();
1000
1001         run_ret = kvm_vcpu_ioctl(env, KVM_RUN, 0);
1002
1003         qemu_mutex_lock_iothread();
1004         cpu_single_env = env;
1005         kvm_arch_post_run(env, run);
1006
1007         kvm_flush_coalesced_mmio_buffer();
1008
1009         if (run_ret < 0) {
1010             if (run_ret == -EINTR || run_ret == -EAGAIN) {
1011                 DPRINTF("io window exit\n");
1012                 ret = EXCP_INTERRUPT;
1013                 break;
1014             }
1015             fprintf(stderr, "error: kvm run failed %s\n",
1016                     strerror(-run_ret));
1017             abort();
1018         }
1019
1020         switch (run->exit_reason) {
1021         case KVM_EXIT_IO:
1022             DPRINTF("handle_io\n");
1023             kvm_handle_io(run->io.port,
1024                           (uint8_t *)run + run->io.data_offset,
1025                           run->io.direction,
1026                           run->io.size,
1027                           run->io.count);
1028             ret = 0;
1029             break;
1030         case KVM_EXIT_MMIO:
1031             DPRINTF("handle_mmio\n");
1032             cpu_physical_memory_rw(run->mmio.phys_addr,
1033                                    run->mmio.data,
1034                                    run->mmio.len,
1035                                    run->mmio.is_write);
1036             ret = 0;
1037             break;
1038         case KVM_EXIT_IRQ_WINDOW_OPEN:
1039             DPRINTF("irq_window_open\n");
1040             ret = EXCP_INTERRUPT;
1041             break;
1042         case KVM_EXIT_SHUTDOWN:
1043             DPRINTF("shutdown\n");
1044             qemu_system_reset_request();
1045             ret = EXCP_INTERRUPT;
1046             break;
1047         case KVM_EXIT_UNKNOWN:
1048             fprintf(stderr, "KVM: unknown exit, hardware reason %" PRIx64 "\n",
1049                     (uint64_t)run->hw.hardware_exit_reason);
1050             ret = -1;
1051             break;
1052         case KVM_EXIT_INTERNAL_ERROR:
1053             ret = kvm_handle_internal_error(env, run);
1054             break;
1055         default:
1056             DPRINTF("kvm_arch_handle_exit\n");
1057             ret = kvm_arch_handle_exit(env, run);
1058             break;
1059         }
1060     } while (ret == 0);
1061
1062     if (ret < 0) {
1063         cpu_dump_state(env, stderr, fprintf, CPU_DUMP_CODE);
1064         vm_stop(RUN_STATE_INTERNAL_ERROR);
1065     }
1066
1067     env->exit_request = 0;
1068     cpu_single_env = NULL;
1069     return ret;
1070 }
1071
1072 int kvm_ioctl(KVMState *s, int type, ...)
1073 {
1074     int ret;
1075     void *arg;
1076     va_list ap;
1077
1078     va_start(ap, type);
1079     arg = va_arg(ap, void *);
1080     va_end(ap);
1081
1082     ret = ioctl(s->fd, type, arg);
1083     if (ret == -1) {
1084         ret = -errno;
1085     }
1086     return ret;
1087 }
1088
1089 int kvm_vm_ioctl(KVMState *s, int type, ...)
1090 {
1091     int ret;
1092     void *arg;
1093     va_list ap;
1094
1095     va_start(ap, type);
1096     arg = va_arg(ap, void *);
1097     va_end(ap);
1098
1099     ret = ioctl(s->vmfd, type, arg);
1100     if (ret == -1) {
1101         ret = -errno;
1102     }
1103     return ret;
1104 }
1105
1106 int kvm_vcpu_ioctl(CPUState *env, int type, ...)
1107 {
1108     int ret;
1109     void *arg;
1110     va_list ap;
1111
1112     va_start(ap, type);
1113     arg = va_arg(ap, void *);
1114     va_end(ap);
1115
1116     ret = ioctl(env->kvm_fd, type, arg);
1117     if (ret == -1) {
1118         ret = -errno;
1119     }
1120     return ret;
1121 }
1122
1123 int kvm_has_sync_mmu(void)
1124 {
1125     return kvm_check_extension(kvm_state, KVM_CAP_SYNC_MMU);
1126 }
1127
1128 int kvm_has_vcpu_events(void)
1129 {
1130     return kvm_state->vcpu_events;
1131 }
1132
1133 int kvm_has_robust_singlestep(void)
1134 {
1135     return kvm_state->robust_singlestep;
1136 }
1137
1138 int kvm_has_debugregs(void)
1139 {
1140     return kvm_state->debugregs;
1141 }
1142
1143 int kvm_has_xsave(void)
1144 {
1145     return kvm_state->xsave;
1146 }
1147
1148 int kvm_has_xcrs(void)
1149 {
1150     return kvm_state->xcrs;
1151 }
1152
1153 int kvm_has_many_ioeventfds(void)
1154 {
1155     if (!kvm_enabled()) {
1156         return 0;
1157     }
1158     return kvm_state->many_ioeventfds;
1159 }
1160
1161 void kvm_setup_guest_memory(void *start, size_t size)
1162 {
1163     if (!kvm_has_sync_mmu()) {
1164         int ret = qemu_madvise(start, size, QEMU_MADV_DONTFORK);
1165
1166         if (ret) {
1167             perror("qemu_madvise");
1168             fprintf(stderr,
1169                     "Need MADV_DONTFORK in absence of synchronous KVM MMU\n");
1170             exit(1);
1171         }
1172     }
1173 }
1174
1175 #ifdef KVM_CAP_SET_GUEST_DEBUG
1176 struct kvm_sw_breakpoint *kvm_find_sw_breakpoint(CPUState *env,
1177                                                  target_ulong pc)
1178 {
1179     struct kvm_sw_breakpoint *bp;
1180
1181     QTAILQ_FOREACH(bp, &env->kvm_state->kvm_sw_breakpoints, entry) {
1182         if (bp->pc == pc) {
1183             return bp;
1184         }
1185     }
1186     return NULL;
1187 }
1188
1189 int kvm_sw_breakpoints_active(CPUState *env)
1190 {
1191     return !QTAILQ_EMPTY(&env->kvm_state->kvm_sw_breakpoints);
1192 }
1193
1194 struct kvm_set_guest_debug_data {
1195     struct kvm_guest_debug dbg;
1196     CPUState *env;
1197     int err;
1198 };
1199
1200 static void kvm_invoke_set_guest_debug(void *data)
1201 {
1202     struct kvm_set_guest_debug_data *dbg_data = data;
1203     CPUState *env = dbg_data->env;
1204
1205     dbg_data->err = kvm_vcpu_ioctl(env, KVM_SET_GUEST_DEBUG, &dbg_data->dbg);
1206 }
1207
1208 int kvm_update_guest_debug(CPUState *env, unsigned long reinject_trap)
1209 {
1210     struct kvm_set_guest_debug_data data;
1211
1212     data.dbg.control = reinject_trap;
1213
1214     if (env->singlestep_enabled) {
1215         data.dbg.control |= KVM_GUESTDBG_ENABLE | KVM_GUESTDBG_SINGLESTEP;
1216     }
1217     kvm_arch_update_guest_debug(env, &data.dbg);
1218     data.env = env;
1219
1220     run_on_cpu(env, kvm_invoke_set_guest_debug, &data);
1221     return data.err;
1222 }
1223
1224 int kvm_insert_breakpoint(CPUState *current_env, target_ulong addr,
1225                           target_ulong len, int type)
1226 {
1227     struct kvm_sw_breakpoint *bp;
1228     CPUState *env;
1229     int err;
1230
1231     if (type == GDB_BREAKPOINT_SW) {
1232         bp = kvm_find_sw_breakpoint(current_env, addr);
1233         if (bp) {
1234             bp->use_count++;
1235             return 0;
1236         }
1237
1238         bp = g_malloc(sizeof(struct kvm_sw_breakpoint));
1239         if (!bp) {
1240             return -ENOMEM;
1241         }
1242
1243         bp->pc = addr;
1244         bp->use_count = 1;
1245         err = kvm_arch_insert_sw_breakpoint(current_env, bp);
1246         if (err) {
1247             g_free(bp);
1248             return err;
1249         }
1250
1251         QTAILQ_INSERT_HEAD(&current_env->kvm_state->kvm_sw_breakpoints,
1252                           bp, entry);
1253     } else {
1254         err = kvm_arch_insert_hw_breakpoint(addr, len, type);
1255         if (err) {
1256             return err;
1257         }
1258     }
1259
1260     for (env = first_cpu; env != NULL; env = env->next_cpu) {
1261         err = kvm_update_guest_debug(env, 0);
1262         if (err) {
1263             return err;
1264         }
1265     }
1266     return 0;
1267 }
1268
1269 int kvm_remove_breakpoint(CPUState *current_env, target_ulong addr,
1270                           target_ulong len, int type)
1271 {
1272     struct kvm_sw_breakpoint *bp;
1273     CPUState *env;
1274     int err;
1275
1276     if (type == GDB_BREAKPOINT_SW) {
1277         bp = kvm_find_sw_breakpoint(current_env, addr);
1278         if (!bp) {
1279             return -ENOENT;
1280         }
1281
1282         if (bp->use_count > 1) {
1283             bp->use_count--;
1284             return 0;
1285         }
1286
1287         err = kvm_arch_remove_sw_breakpoint(current_env, bp);
1288         if (err) {
1289             return err;
1290         }
1291
1292         QTAILQ_REMOVE(&current_env->kvm_state->kvm_sw_breakpoints, bp, entry);
1293         g_free(bp);
1294     } else {
1295         err = kvm_arch_remove_hw_breakpoint(addr, len, type);
1296         if (err) {
1297             return err;
1298         }
1299     }
1300
1301     for (env = first_cpu; env != NULL; env = env->next_cpu) {
1302         err = kvm_update_guest_debug(env, 0);
1303         if (err) {
1304             return err;
1305         }
1306     }
1307     return 0;
1308 }
1309
1310 void kvm_remove_all_breakpoints(CPUState *current_env)
1311 {
1312     struct kvm_sw_breakpoint *bp, *next;
1313     KVMState *s = current_env->kvm_state;
1314     CPUState *env;
1315
1316     QTAILQ_FOREACH_SAFE(bp, &s->kvm_sw_breakpoints, entry, next) {
1317         if (kvm_arch_remove_sw_breakpoint(current_env, bp) != 0) {
1318             /* Try harder to find a CPU that currently sees the breakpoint. */
1319             for (env = first_cpu; env != NULL; env = env->next_cpu) {
1320                 if (kvm_arch_remove_sw_breakpoint(env, bp) == 0) {
1321                     break;
1322                 }
1323             }
1324         }
1325     }
1326     kvm_arch_remove_all_hw_breakpoints();
1327
1328     for (env = first_cpu; env != NULL; env = env->next_cpu) {
1329         kvm_update_guest_debug(env, 0);
1330     }
1331 }
1332
1333 #else /* !KVM_CAP_SET_GUEST_DEBUG */
1334
1335 int kvm_update_guest_debug(CPUState *env, unsigned long reinject_trap)
1336 {
1337     return -EINVAL;
1338 }
1339
1340 int kvm_insert_breakpoint(CPUState *current_env, target_ulong addr,
1341                           target_ulong len, int type)
1342 {
1343     return -EINVAL;
1344 }
1345
1346 int kvm_remove_breakpoint(CPUState *current_env, target_ulong addr,
1347                           target_ulong len, int type)
1348 {
1349     return -EINVAL;
1350 }
1351
1352 void kvm_remove_all_breakpoints(CPUState *current_env)
1353 {
1354 }
1355 #endif /* !KVM_CAP_SET_GUEST_DEBUG */
1356
1357 int kvm_set_signal_mask(CPUState *env, const sigset_t *sigset)
1358 {
1359     struct kvm_signal_mask *sigmask;
1360     int r;
1361
1362     if (!sigset) {
1363         return kvm_vcpu_ioctl(env, KVM_SET_SIGNAL_MASK, NULL);
1364     }
1365
1366     sigmask = g_malloc(sizeof(*sigmask) + sizeof(*sigset));
1367
1368     sigmask->len = 8;
1369     memcpy(sigmask->sigset, sigset, sizeof(*sigset));
1370     r = kvm_vcpu_ioctl(env, KVM_SET_SIGNAL_MASK, sigmask);
1371     g_free(sigmask);
1372
1373     return r;
1374 }
1375
1376 int kvm_set_ioeventfd_mmio_long(int fd, uint32_t addr, uint32_t val, bool assign)
1377 {
1378     int ret;
1379     struct kvm_ioeventfd iofd;
1380
1381     iofd.datamatch = val;
1382     iofd.addr = addr;
1383     iofd.len = 4;
1384     iofd.flags = KVM_IOEVENTFD_FLAG_DATAMATCH;
1385     iofd.fd = fd;
1386
1387     if (!kvm_enabled()) {
1388         return -ENOSYS;
1389     }
1390
1391     if (!assign) {
1392         iofd.flags |= KVM_IOEVENTFD_FLAG_DEASSIGN;
1393     }
1394
1395     ret = kvm_vm_ioctl(kvm_state, KVM_IOEVENTFD, &iofd);
1396
1397     if (ret < 0) {
1398         return -errno;
1399     }
1400
1401     return 0;
1402 }
1403
1404 int kvm_set_ioeventfd_pio_word(int fd, uint16_t addr, uint16_t val, bool assign)
1405 {
1406     struct kvm_ioeventfd kick = {
1407         .datamatch = val,
1408         .addr = addr,
1409         .len = 2,
1410         .flags = KVM_IOEVENTFD_FLAG_DATAMATCH | KVM_IOEVENTFD_FLAG_PIO,
1411         .fd = fd,
1412     };
1413     int r;
1414     if (!kvm_enabled()) {
1415         return -ENOSYS;
1416     }
1417     if (!assign) {
1418         kick.flags |= KVM_IOEVENTFD_FLAG_DEASSIGN;
1419     }
1420     r = kvm_vm_ioctl(kvm_state, KVM_IOEVENTFD, &kick);
1421     if (r < 0) {
1422         return r;
1423     }
1424     return 0;
1425 }
1426
1427 int kvm_on_sigbus_vcpu(CPUState *env, int code, void *addr)
1428 {
1429     return kvm_arch_on_sigbus_vcpu(env, code, addr);
1430 }
1431
1432 int kvm_on_sigbus(int code, void *addr)
1433 {
1434     return kvm_arch_on_sigbus(code, addr);
1435 }