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