arch/powerpc/kernel/kvm.c

   1 /*
   2  * Copyright (C) 2010 SUSE Linux Products GmbH. All rights reserved.
   3  *
   4  * Authors:
   5  *     Alexander Graf <agraf@suse.de>
   6  *
   7  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   8  * it under the terms of the GNU General Public License, version 2, as
   9  * published by the Free Software Foundation.
  10  *
  11  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  14  * GNU General Public License for more details.
  15  *
  16  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  17  * along with this program; if not, write to the Free Software
  18  * Foundation, 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301, USA.
  19  */
  20
  21 #include <linux/kvm_host.h>
  22 #include <linux/init.h>
  23 #include <linux/kvm_para.h>
  24 #include <linux/slab.h>
  25 #include <linux/of.h>
  26
  27 #include <asm/reg.h>
  28 #include <asm/sections.h>
  29 #include <asm/cacheflush.h>
  30 #include <asm/disassemble.h>
  31
  32 #define KVM_MAGIC_PAGE          (-4096L)
  33 #define magic_var(x) KVM_MAGIC_PAGE + offsetof(struct kvm_vcpu_arch_shared, x)
  34
  35 #define KVM_INST_LWZ            0x80000000
  36 #define KVM_INST_STW            0x90000000
  37 #define KVM_INST_LD             0xe8000000
  38 #define KVM_INST_STD            0xf8000000
  39 #define KVM_INST_NOP            0x60000000
  40 #define KVM_INST_B              0x48000000
  41 #define KVM_INST_B_MASK         0x03ffffff
  42 #define KVM_INST_B_MAX          0x01ffffff
  43
  44 #define KVM_MASK_RT             0x03e00000
  45 #define KVM_INST_MFMSR          0x7c0000a6
  46 #define KVM_INST_MFSPR_SPRG0    0x7c1042a6
  47 #define KVM_INST_MFSPR_SPRG1    0x7c1142a6
  48 #define KVM_INST_MFSPR_SPRG2    0x7c1242a6
  49 #define KVM_INST_MFSPR_SPRG3    0x7c1342a6
  50 #define KVM_INST_MFSPR_SRR0     0x7c1a02a6
  51 #define KVM_INST_MFSPR_SRR1     0x7c1b02a6
  52 #define KVM_INST_MFSPR_DAR      0x7c1302a6
  53 #define KVM_INST_MFSPR_DSISR    0x7c1202a6
  54
  55 #define KVM_INST_MTSPR_SPRG0    0x7c1043a6
  56 #define KVM_INST_MTSPR_SPRG1    0x7c1143a6
  57 #define KVM_INST_MTSPR_SPRG2    0x7c1243a6
  58 #define KVM_INST_MTSPR_SPRG3    0x7c1343a6
  59 #define KVM_INST_MTSPR_SRR0     0x7c1a03a6
  60 #define KVM_INST_MTSPR_SRR1     0x7c1b03a6
  61 #define KVM_INST_MTSPR_DAR      0x7c1303a6
  62 #define KVM_INST_MTSPR_DSISR    0x7c1203a6
  63
  64 #define KVM_INST_TLBSYNC        0x7c00046c
  65 #define KVM_INST_MTMSRD_L0      0x7c000164
  66 #define KVM_INST_MTMSRD_L1      0x7c010164
  67 #define KVM_INST_MTMSR          0x7c000124
  68
  69 #define KVM_INST_WRTEEI_0       0x7c000146
  70 #define KVM_INST_WRTEEI_1       0x7c008146
  71
  72 static bool kvm_patching_worked = true;
  73 static char kvm_tmp[1024 * 1024];
  74 static int kvm_tmp_index;
  75
  76 static inline void kvm_patch_ins(u32 *inst, u32 new_inst)
  77 {
  78         *inst = new_inst;
  79         flush_icache_range((ulong)inst, (ulong)inst + 4);
  80 }
  81
  82 static void kvm_patch_ins_ld(u32 *inst, long addr, u32 rt)
  83 {
  84 #ifdef CONFIG_64BIT
  85         kvm_patch_ins(inst, KVM_INST_LD | rt | (addr & 0x0000fffc));
  86 #else
  87         kvm_patch_ins(inst, KVM_INST_LWZ | rt | ((addr + 4) & 0x0000fffc));
  88 #endif
  89 }
  90
  91 static void kvm_patch_ins_lwz(u32 *inst, long addr, u32 rt)
  92 {
  93         kvm_patch_ins(inst, KVM_INST_LWZ | rt | (addr & 0x0000ffff));
  94 }
  95
  96 static void kvm_patch_ins_std(u32 *inst, long addr, u32 rt)
  97 {
  98 #ifdef CONFIG_64BIT
  99         kvm_patch_ins(inst, KVM_INST_STD | rt | (addr & 0x0000fffc));
 100 #else
 101         kvm_patch_ins(inst, KVM_INST_STW | rt | ((addr + 4) & 0x0000fffc));
 102 #endif
 103 }
 104
 105 static void kvm_patch_ins_stw(u32 *inst, long addr, u32 rt)
 106 {
 107         kvm_patch_ins(inst, KVM_INST_STW | rt | (addr & 0x0000fffc));
 108 }
 109
 110 static void kvm_patch_ins_nop(u32 *inst)
 111 {
 112         kvm_patch_ins(inst, KVM_INST_NOP);
 113 }
 114
 115 static void kvm_patch_ins_b(u32 *inst, int addr)
 116 {
 117 #ifdef CONFIG_RELOCATABLE
 118         /* On relocatable kernels interrupts handlers and our code
 119            can be in different regions, so we don't patch them */
 120
 121         extern u32 __end_interrupts;
 122         if ((ulong)inst < (ulong)&__end_interrupts)
 123                 return;
 124 #endif
 125
 126         kvm_patch_ins(inst, KVM_INST_B | (addr & KVM_INST_B_MASK));
 127 }
 128
 129 static u32 *kvm_alloc(int len)
 130 {
 131         u32 *p;
 132
 133         if ((kvm_tmp_index + len) > ARRAY_SIZE(kvm_tmp)) {
 134                 printk(KERN_ERR "KVM: No more space (%d + %d)\n",
 135                                 kvm_tmp_index, len);
 136                 kvm_patching_worked = false;
 137                 return NULL;
 138         }
 139
 140         p = (void*)&kvm_tmp[kvm_tmp_index];
 141         kvm_tmp_index += len;
 142
 143         return p;
 144 }
 145
 146 extern u32 kvm_emulate_mtmsrd_branch_offs;
 147 extern u32 kvm_emulate_mtmsrd_reg_offs;
 148 extern u32 kvm_emulate_mtmsrd_len;
 149 extern u32 kvm_emulate_mtmsrd[];
 150
 151 static void kvm_patch_ins_mtmsrd(u32 *inst, u32 rt)
 152 {
 153         u32 *p;
 154         int distance_start;
 155         int distance_end;
 156         ulong next_inst;
 157
 158         p = kvm_alloc(kvm_emulate_mtmsrd_len * 4);
 159         if (!p)
 160                 return;
 161
 162         /* Find out where we are and put everything there */
 163         distance_start = (ulong)p - (ulong)inst;
 164         next_inst = ((ulong)inst + 4);
 165         distance_end = next_inst - (ulong)&p[kvm_emulate_mtmsrd_branch_offs];
 166
 167         /* Make sure we only write valid b instructions */
 168         if (distance_start > KVM_INST_B_MAX) {
 169                 kvm_patching_worked = false;
 170                 return;
 171         }
 172
 173         /* Modify the chunk to fit the invocation */
 174         memcpy(p, kvm_emulate_mtmsrd, kvm_emulate_mtmsrd_len * 4);
 175         p[kvm_emulate_mtmsrd_branch_offs] |= distance_end & KVM_INST_B_MASK;
 176         p[kvm_emulate_mtmsrd_reg_offs] |= rt;
 177         flush_icache_range((ulong)p, (ulong)p + kvm_emulate_mtmsrd_len * 4);
 178
 179         /* Patch the invocation */
 180         kvm_patch_ins_b(inst, distance_start);
 181 }
 182
 183 extern u32 kvm_emulate_mtmsr_branch_offs;
 184 extern u32 kvm_emulate_mtmsr_reg1_offs;
 185 extern u32 kvm_emulate_mtmsr_reg2_offs;
 186 extern u32 kvm_emulate_mtmsr_reg3_offs;
 187 extern u32 kvm_emulate_mtmsr_orig_ins_offs;
 188 extern u32 kvm_emulate_mtmsr_len;
 189 extern u32 kvm_emulate_mtmsr[];
 190
 191 static void kvm_patch_ins_mtmsr(u32 *inst, u32 rt)
 192 {
 193         u32 *p;
 194         int distance_start;
 195         int distance_end;
 196         ulong next_inst;
 197
 198         p = kvm_alloc(kvm_emulate_mtmsr_len * 4);
 199         if (!p)
 200                 return;
 201
 202         /* Find out where we are and put everything there */
 203         distance_start = (ulong)p - (ulong)inst;
 204         next_inst = ((ulong)inst + 4);
 205         distance_end = next_inst - (ulong)&p[kvm_emulate_mtmsr_branch_offs];
 206
 207         /* Make sure we only write valid b instructions */
 208         if (distance_start > KVM_INST_B_MAX) {
 209                 kvm_patching_worked = false;
 210                 return;
 211         }
 212
 213         /* Modify the chunk to fit the invocation */
 214         memcpy(p, kvm_emulate_mtmsr, kvm_emulate_mtmsr_len * 4);
 215         p[kvm_emulate_mtmsr_branch_offs] |= distance_end & KVM_INST_B_MASK;
 216         p[kvm_emulate_mtmsr_reg1_offs] |= rt;
 217         p[kvm_emulate_mtmsr_reg2_offs] |= rt;
 218         p[kvm_emulate_mtmsr_reg3_offs] |= rt;
 219         p[kvm_emulate_mtmsr_orig_ins_offs] = *inst;
 220         flush_icache_range((ulong)p, (ulong)p + kvm_emulate_mtmsr_len * 4);
 221
 222         /* Patch the invocation */
 223         kvm_patch_ins_b(inst, distance_start);
 224 }
 225
 226 #ifdef CONFIG_BOOKE
 227
 228 extern u32 kvm_emulate_wrteei_branch_offs;
 229 extern u32 kvm_emulate_wrteei_ee_offs;
 230 extern u32 kvm_emulate_wrteei_len;
 231 extern u32 kvm_emulate_wrteei[];
 232
 233 static void kvm_patch_ins_wrteei(u32 *inst)
 234 {
 235         u32 *p;
 236         int distance_start;
 237         int distance_end;
 238         ulong next_inst;
 239
 240         p = kvm_alloc(kvm_emulate_wrteei_len * 4);
 241         if (!p)
 242                 return;
 243
 244         /* Find out where we are and put everything there */
 245         distance_start = (ulong)p - (ulong)inst;
 246         next_inst = ((ulong)inst + 4);
 247         distance_end = next_inst - (ulong)&p[kvm_emulate_wrteei_branch_offs];
 248
 249         /* Make sure we only write valid b instructions */
 250         if (distance_start > KVM_INST_B_MAX) {
 251                 kvm_patching_worked = false;
 252                 return;
 253         }
 254
 255         /* Modify the chunk to fit the invocation */
 256         memcpy(p, kvm_emulate_wrteei, kvm_emulate_wrteei_len * 4);
 257         p[kvm_emulate_wrteei_branch_offs] |= distance_end & KVM_INST_B_MASK;
 258         p[kvm_emulate_wrteei_ee_offs] |= (*inst & MSR_EE);
 259         flush_icache_range((ulong)p, (ulong)p + kvm_emulate_wrteei_len * 4);
 260
 261         /* Patch the invocation */
 262         kvm_patch_ins_b(inst, distance_start);
 263 }
 264
 265 #endif
 266
 267 static void kvm_map_magic_page(void *data)
 268 {
 269         u32 *features = data;
 270
 271         ulong in[8];
 272         ulong out[8];
 273
 274         in[0] = KVM_MAGIC_PAGE;
 275         in[1] = KVM_MAGIC_PAGE;
 276
 277         kvm_hypercall(in, out, HC_VENDOR_KVM | KVM_HC_PPC_MAP_MAGIC_PAGE);
 278
 279         *features = out[0];
 280 }
 281
 282 static void kvm_check_ins(u32 *inst, u32 features)
 283 {
 284         u32 _inst = *inst;
 285         u32 inst_no_rt = _inst & ~KVM_MASK_RT;
 286         u32 inst_rt = _inst & KVM_MASK_RT;
 287
 288         switch (inst_no_rt) {
 289         /* Loads */
 290         case KVM_INST_MFMSR:
 291                 kvm_patch_ins_ld(inst, magic_var(msr), inst_rt);
 292                 break;
 293         case KVM_INST_MFSPR_SPRG0:
 294                 kvm_patch_ins_ld(inst, magic_var(sprg0), inst_rt);
 295                 break;
 296         case KVM_INST_MFSPR_SPRG1:
 297                 kvm_patch_ins_ld(inst, magic_var(sprg1), inst_rt);
 298                 break;
 299         case KVM_INST_MFSPR_SPRG2:
 300                 kvm_patch_ins_ld(inst, magic_var(sprg2), inst_rt);
 301                 break;
 302         case KVM_INST_MFSPR_SPRG3:
 303                 kvm_patch_ins_ld(inst, magic_var(sprg3), inst_rt);
 304                 break;
 305         case KVM_INST_MFSPR_SRR0:
 306                 kvm_patch_ins_ld(inst, magic_var(srr0), inst_rt);
 307                 break;
 308         case KVM_INST_MFSPR_SRR1:
 309                 kvm_patch_ins_ld(inst, magic_var(srr1), inst_rt);
 310                 break;
 311         case KVM_INST_MFSPR_DAR:
 312                 kvm_patch_ins_ld(inst, magic_var(dar), inst_rt);
 313                 break;
 314         case KVM_INST_MFSPR_DSISR:
 315                 kvm_patch_ins_lwz(inst, magic_var(dsisr), inst_rt);
 316                 break;
 317
 318         /* Stores */
 319         case KVM_INST_MTSPR_SPRG0:
 320                 kvm_patch_ins_std(inst, magic_var(sprg0), inst_rt);
 321                 break;
 322         case KVM_INST_MTSPR_SPRG1:
 323                 kvm_patch_ins_std(inst, magic_var(sprg1), inst_rt);
 324                 break;
 325         case KVM_INST_MTSPR_SPRG2:
 326                 kvm_patch_ins_std(inst, magic_var(sprg2), inst_rt);
 327                 break;
 328         case KVM_INST_MTSPR_SPRG3:
 329                 kvm_patch_ins_std(inst, magic_var(sprg3), inst_rt);
 330                 break;
 331         case KVM_INST_MTSPR_SRR0:
 332                 kvm_patch_ins_std(inst, magic_var(srr0), inst_rt);
 333                 break;
 334         case KVM_INST_MTSPR_SRR1:
 335                 kvm_patch_ins_std(inst, magic_var(srr1), inst_rt);
 336                 break;
 337         case KVM_INST_MTSPR_DAR:
 338                 kvm_patch_ins_std(inst, magic_var(dar), inst_rt);
 339                 break;
 340         case KVM_INST_MTSPR_DSISR:
 341                 kvm_patch_ins_stw(inst, magic_var(dsisr), inst_rt);
 342                 break;
 343
 344         /* Nops */
 345         case KVM_INST_TLBSYNC:
 346                 kvm_patch_ins_nop(inst);
 347                 break;
 348
 349         /* Rewrites */
 350         case KVM_INST_MTMSRD_L1:
 351                 /* We use r30 and r31 during the hook */
 352                 if (get_rt(inst_rt) < 30)
 353                         kvm_patch_ins_mtmsrd(inst, inst_rt);
 354                 break;
 355         case KVM_INST_MTMSR:
 356         case KVM_INST_MTMSRD_L0:
 357                 /* We use r30 and r31 during the hook */
 358                 if (get_rt(inst_rt) < 30)
 359                         kvm_patch_ins_mtmsr(inst, inst_rt);
 360                 break;
 361         }
 362
 363         switch (_inst) {
 364 #ifdef CONFIG_BOOKE
 365         case KVM_INST_WRTEEI_0:
 366         case KVM_INST_WRTEEI_1:
 367                 kvm_patch_ins_wrteei(inst);
 368                 break;
 369 #endif
 370         }
 371 }
 372
 373 static void kvm_use_magic_page(void)
 374 {
 375         u32 *p;
 376         u32 *start, *end;
 377         u32 tmp;
 378         u32 features;
 379
 380         /* Tell the host to map the magic page to -4096 on all CPUs */
 381         on_each_cpu(kvm_map_magic_page, &features, 1);
 382
 383         /* Quick self-test to see if the mapping works */
 384         if (__get_user(tmp, (u32*)KVM_MAGIC_PAGE)) {
 385                 kvm_patching_worked = false;
 386                 return;
 387         }
 388
 389         /* Now loop through all code and find instructions */
 390         start = (void*)_stext;
 391         end = (void*)_etext;
 392
 393         for (p = start; p < end; p++)
 394                 kvm_check_ins(p, features);
 395
 396         printk(KERN_INFO "KVM: Live patching for a fast VM %s\n",
 397                          kvm_patching_worked ? "worked" : "failed");
 398 }
 399
 400 unsigned long kvm_hypercall(unsigned long *in,
 401                             unsigned long *out,
 402                             unsigned long nr)
 403 {
 404         unsigned long register r0 asm("r0");
 405         unsigned long register r3 asm("r3") = in[0];
 406         unsigned long register r4 asm("r4") = in[1];
 407         unsigned long register r5 asm("r5") = in[2];
 408         unsigned long register r6 asm("r6") = in[3];
 409         unsigned long register r7 asm("r7") = in[4];
 410         unsigned long register r8 asm("r8") = in[5];
 411         unsigned long register r9 asm("r9") = in[6];
 412         unsigned long register r10 asm("r10") = in[7];
 413         unsigned long register r11 asm("r11") = nr;
 414         unsigned long register r12 asm("r12");
 415
 416         asm volatile("bl        kvm_hypercall_start"
 417                      : "=r"(r0), "=r"(r3), "=r"(r4), "=r"(r5), "=r"(r6),
 418                        "=r"(r7), "=r"(r8), "=r"(r9), "=r"(r10), "=r"(r11),
 419                        "=r"(r12)
 420                      : "r"(r3), "r"(r4), "r"(r5), "r"(r6), "r"(r7), "r"(r8),
 421                        "r"(r9), "r"(r10), "r"(r11)
 422                      : "memory", "cc", "xer", "ctr", "lr");
 423
 424         out[0] = r4;
 425         out[1] = r5;
 426         out[2] = r6;
 427         out[3] = r7;
 428         out[4] = r8;
 429         out[5] = r9;
 430         out[6] = r10;
 431         out[7] = r11;
 432
 433         return r3;
 434 }
 435 EXPORT_SYMBOL_GPL(kvm_hypercall);
 436
 437 static int kvm_para_setup(void)
 438 {
 439         extern u32 kvm_hypercall_start;
 440         struct device_node *hyper_node;
 441         u32 *insts;
 442         int len, i;
 443
 444         hyper_node = of_find_node_by_path("/hypervisor");
 445         if (!hyper_node)
 446                 return -1;
 447
 448         insts = (u32*)of_get_property(hyper_node, "hcall-instructions", &len);
 449         if (len % 4)
 450                 return -1;
 451         if (len > (4 * 4))
 452                 return -1;
 453
 454         for (i = 0; i < (len / 4); i++)
 455                 kvm_patch_ins(&(&kvm_hypercall_start)[i], insts[i]);
 456
 457         return 0;
 458 }
 459
 460 static __init void kvm_free_tmp(void)
 461 {
 462         unsigned long start, end;
 463
 464         start = (ulong)&kvm_tmp[kvm_tmp_index + (PAGE_SIZE - 1)] & PAGE_MASK;
 465         end = (ulong)&kvm_tmp[ARRAY_SIZE(kvm_tmp)] & PAGE_MASK;
 466
 467         /* Free the tmp space we don't need */
 468         for (; start < end; start += PAGE_SIZE) {
 469                 ClearPageReserved(virt_to_page(start));
 470                 init_page_count(virt_to_page(start));
 471                 free_page(start);
 472                 totalram_pages++;
 473         }
 474 }
 475
 476 static int __init kvm_guest_init(void)
 477 {
 478         if (!kvm_para_available())
 479                 goto free_tmp;
 480
 481         if (kvm_para_setup())
 482                 goto free_tmp;
 483
 484         if (kvm_para_has_feature(KVM_FEATURE_MAGIC_PAGE))
 485                 kvm_use_magic_page();
 486
 487 free_tmp:
 488         kvm_free_tmp();
 489
 490         return 0;
 491 }
 492
 493 postcore_initcall(kvm_guest_init);