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_MASK_RB             0x0000f800
  46 #define KVM_INST_MFMSR          0x7c0000a6
  47 #define KVM_INST_MFSPR_SPRG0    0x7c1042a6
  48 #define KVM_INST_MFSPR_SPRG1    0x7c1142a6
  49 #define KVM_INST_MFSPR_SPRG2    0x7c1242a6
  50 #define KVM_INST_MFSPR_SPRG3    0x7c1342a6
  51 #define KVM_INST_MFSPR_SRR0     0x7c1a02a6
  52 #define KVM_INST_MFSPR_SRR1     0x7c1b02a6
  53 #define KVM_INST_MFSPR_DAR      0x7c1302a6
  54 #define KVM_INST_MFSPR_DSISR    0x7c1202a6
  55
  56 #define KVM_INST_MTSPR_SPRG0    0x7c1043a6
  57 #define KVM_INST_MTSPR_SPRG1    0x7c1143a6
  58 #define KVM_INST_MTSPR_SPRG2    0x7c1243a6
  59 #define KVM_INST_MTSPR_SPRG3    0x7c1343a6
  60 #define KVM_INST_MTSPR_SRR0     0x7c1a03a6
  61 #define KVM_INST_MTSPR_SRR1     0x7c1b03a6
  62 #define KVM_INST_MTSPR_DAR      0x7c1303a6
  63 #define KVM_INST_MTSPR_DSISR    0x7c1203a6
  64
  65 #define KVM_INST_TLBSYNC        0x7c00046c
  66 #define KVM_INST_MTMSRD_L0      0x7c000164
  67 #define KVM_INST_MTMSRD_L1      0x7c010164
  68 #define KVM_INST_MTMSR          0x7c000124
  69
  70 #define KVM_INST_WRTEEI_0       0x7c000146
  71 #define KVM_INST_WRTEEI_1       0x7c008146
  72
  73 #define KVM_INST_MTSRIN         0x7c0001e4
  74
  75 static bool kvm_patching_worked = true;
  76 static char kvm_tmp[1024 * 1024];
  77 static int kvm_tmp_index;
  78
  79 static inline void kvm_patch_ins(u32 *inst, u32 new_inst)
  80 {
  81         *inst = new_inst;
  82         flush_icache_range((ulong)inst, (ulong)inst + 4);
  83 }
  84
  85 static void kvm_patch_ins_ld(u32 *inst, long addr, u32 rt)
  86 {
  87 #ifdef CONFIG_64BIT
  88         kvm_patch_ins(inst, KVM_INST_LD | rt | (addr & 0x0000fffc));
  89 #else
  90         kvm_patch_ins(inst, KVM_INST_LWZ | rt | ((addr + 4) & 0x0000fffc));
  91 #endif
  92 }
  93
  94 static void kvm_patch_ins_lwz(u32 *inst, long addr, u32 rt)
  95 {
  96         kvm_patch_ins(inst, KVM_INST_LWZ | rt | (addr & 0x0000ffff));
  97 }
  98
  99 static void kvm_patch_ins_std(u32 *inst, long addr, u32 rt)
 100 {
 101 #ifdef CONFIG_64BIT
 102         kvm_patch_ins(inst, KVM_INST_STD | rt | (addr & 0x0000fffc));
 103 #else
 104         kvm_patch_ins(inst, KVM_INST_STW | rt | ((addr + 4) & 0x0000fffc));
 105 #endif
 106 }
 107
 108 static void kvm_patch_ins_stw(u32 *inst, long addr, u32 rt)
 109 {
 110         kvm_patch_ins(inst, KVM_INST_STW | rt | (addr & 0x0000fffc));
 111 }
 112
 113 static void kvm_patch_ins_nop(u32 *inst)
 114 {
 115         kvm_patch_ins(inst, KVM_INST_NOP);
 116 }
 117
 118 static void kvm_patch_ins_b(u32 *inst, int addr)
 119 {
 120 #ifdef CONFIG_RELOCATABLE
 121         /* On relocatable kernels interrupts handlers and our code
 122            can be in different regions, so we don't patch them */
 123
 124         extern u32 __end_interrupts;
 125         if ((ulong)inst < (ulong)&__end_interrupts)
 126                 return;
 127 #endif
 128
 129         kvm_patch_ins(inst, KVM_INST_B | (addr & KVM_INST_B_MASK));
 130 }
 131
 132 static u32 *kvm_alloc(int len)
 133 {
 134         u32 *p;
 135
 136         if ((kvm_tmp_index + len) > ARRAY_SIZE(kvm_tmp)) {
 137                 printk(KERN_ERR "KVM: No more space (%d + %d)\n",
 138                                 kvm_tmp_index, len);
 139                 kvm_patching_worked = false;
 140                 return NULL;
 141         }
 142
 143         p = (void*)&kvm_tmp[kvm_tmp_index];
 144         kvm_tmp_index += len;
 145
 146         return p;
 147 }
 148
 149 extern u32 kvm_emulate_mtmsrd_branch_offs;
 150 extern u32 kvm_emulate_mtmsrd_reg_offs;
 151 extern u32 kvm_emulate_mtmsrd_len;
 152 extern u32 kvm_emulate_mtmsrd[];
 153
 154 static void kvm_patch_ins_mtmsrd(u32 *inst, u32 rt)
 155 {
 156         u32 *p;
 157         int distance_start;
 158         int distance_end;
 159         ulong next_inst;
 160
 161         p = kvm_alloc(kvm_emulate_mtmsrd_len * 4);
 162         if (!p)
 163                 return;
 164
 165         /* Find out where we are and put everything there */
 166         distance_start = (ulong)p - (ulong)inst;
 167         next_inst = ((ulong)inst + 4);
 168         distance_end = next_inst - (ulong)&p[kvm_emulate_mtmsrd_branch_offs];
 169
 170         /* Make sure we only write valid b instructions */
 171         if (distance_start > KVM_INST_B_MAX) {
 172                 kvm_patching_worked = false;
 173                 return;
 174         }
 175
 176         /* Modify the chunk to fit the invocation */
 177         memcpy(p, kvm_emulate_mtmsrd, kvm_emulate_mtmsrd_len * 4);
 178         p[kvm_emulate_mtmsrd_branch_offs] |= distance_end & KVM_INST_B_MASK;
 179         p[kvm_emulate_mtmsrd_reg_offs] |= rt;
 180         flush_icache_range((ulong)p, (ulong)p + kvm_emulate_mtmsrd_len * 4);
 181
 182         /* Patch the invocation */
 183         kvm_patch_ins_b(inst, distance_start);
 184 }
 185
 186 extern u32 kvm_emulate_mtmsr_branch_offs;
 187 extern u32 kvm_emulate_mtmsr_reg1_offs;
 188 extern u32 kvm_emulate_mtmsr_reg2_offs;
 189 extern u32 kvm_emulate_mtmsr_reg3_offs;
 190 extern u32 kvm_emulate_mtmsr_orig_ins_offs;
 191 extern u32 kvm_emulate_mtmsr_len;
 192 extern u32 kvm_emulate_mtmsr[];
 193
 194 static void kvm_patch_ins_mtmsr(u32 *inst, u32 rt)
 195 {
 196         u32 *p;
 197         int distance_start;
 198         int distance_end;
 199         ulong next_inst;
 200
 201         p = kvm_alloc(kvm_emulate_mtmsr_len * 4);
 202         if (!p)
 203                 return;
 204
 205         /* Find out where we are and put everything there */
 206         distance_start = (ulong)p - (ulong)inst;
 207         next_inst = ((ulong)inst + 4);
 208         distance_end = next_inst - (ulong)&p[kvm_emulate_mtmsr_branch_offs];
 209
 210         /* Make sure we only write valid b instructions */
 211         if (distance_start > KVM_INST_B_MAX) {
 212                 kvm_patching_worked = false;
 213                 return;
 214         }
 215
 216         /* Modify the chunk to fit the invocation */
 217         memcpy(p, kvm_emulate_mtmsr, kvm_emulate_mtmsr_len * 4);
 218         p[kvm_emulate_mtmsr_branch_offs] |= distance_end & KVM_INST_B_MASK;
 219         p[kvm_emulate_mtmsr_reg1_offs] |= rt;
 220         p[kvm_emulate_mtmsr_reg2_offs] |= rt;
 221         p[kvm_emulate_mtmsr_reg3_offs] |= rt;
 222         p[kvm_emulate_mtmsr_orig_ins_offs] = *inst;
 223         flush_icache_range((ulong)p, (ulong)p + kvm_emulate_mtmsr_len * 4);
 224
 225         /* Patch the invocation */
 226         kvm_patch_ins_b(inst, distance_start);
 227 }
 228
 229 #ifdef CONFIG_BOOKE
 230
 231 extern u32 kvm_emulate_wrteei_branch_offs;
 232 extern u32 kvm_emulate_wrteei_ee_offs;
 233 extern u32 kvm_emulate_wrteei_len;
 234 extern u32 kvm_emulate_wrteei[];
 235
 236 static void kvm_patch_ins_wrteei(u32 *inst)
 237 {
 238         u32 *p;
 239         int distance_start;
 240         int distance_end;
 241         ulong next_inst;
 242
 243         p = kvm_alloc(kvm_emulate_wrteei_len * 4);
 244         if (!p)
 245                 return;
 246
 247         /* Find out where we are and put everything there */
 248         distance_start = (ulong)p - (ulong)inst;
 249         next_inst = ((ulong)inst + 4);
 250         distance_end = next_inst - (ulong)&p[kvm_emulate_wrteei_branch_offs];
 251
 252         /* Make sure we only write valid b instructions */
 253         if (distance_start > KVM_INST_B_MAX) {
 254                 kvm_patching_worked = false;
 255                 return;
 256         }
 257
 258         /* Modify the chunk to fit the invocation */
 259         memcpy(p, kvm_emulate_wrteei, kvm_emulate_wrteei_len * 4);
 260         p[kvm_emulate_wrteei_branch_offs] |= distance_end & KVM_INST_B_MASK;
 261         p[kvm_emulate_wrteei_ee_offs] |= (*inst & MSR_EE);
 262         flush_icache_range((ulong)p, (ulong)p + kvm_emulate_wrteei_len * 4);
 263
 264         /* Patch the invocation */
 265         kvm_patch_ins_b(inst, distance_start);
 266 }
 267
 268 #endif
 269
 270 #ifdef CONFIG_PPC_BOOK3S_32
 271
 272 extern u32 kvm_emulate_mtsrin_branch_offs;
 273 extern u32 kvm_emulate_mtsrin_reg1_offs;
 274 extern u32 kvm_emulate_mtsrin_reg2_offs;
 275 extern u32 kvm_emulate_mtsrin_orig_ins_offs;
 276 extern u32 kvm_emulate_mtsrin_len;
 277 extern u32 kvm_emulate_mtsrin[];
 278
 279 static void kvm_patch_ins_mtsrin(u32 *inst, u32 rt, u32 rb)
 280 {
 281         u32 *p;
 282         int distance_start;
 283         int distance_end;
 284         ulong next_inst;
 285
 286         p = kvm_alloc(kvm_emulate_mtsrin_len * 4);
 287         if (!p)
 288                 return;
 289
 290         /* Find out where we are and put everything there */
 291         distance_start = (ulong)p - (ulong)inst;
 292         next_inst = ((ulong)inst + 4);
 293         distance_end = next_inst - (ulong)&p[kvm_emulate_mtsrin_branch_offs];
 294
 295         /* Make sure we only write valid b instructions */
 296         if (distance_start > KVM_INST_B_MAX) {
 297                 kvm_patching_worked = false;
 298                 return;
 299         }
 300
 301         /* Modify the chunk to fit the invocation */
 302         memcpy(p, kvm_emulate_mtsrin, kvm_emulate_mtsrin_len * 4);
 303         p[kvm_emulate_mtsrin_branch_offs] |= distance_end & KVM_INST_B_MASK;
 304         p[kvm_emulate_mtsrin_reg1_offs] |= (rb << 10);
 305         p[kvm_emulate_mtsrin_reg2_offs] |= rt;
 306         p[kvm_emulate_mtsrin_orig_ins_offs] = *inst;
 307         flush_icache_range((ulong)p, (ulong)p + kvm_emulate_mtsrin_len * 4);
 308
 309         /* Patch the invocation */
 310         kvm_patch_ins_b(inst, distance_start);
 311 }
 312
 313 #endif
 314
 315 static void kvm_map_magic_page(void *data)
 316 {
 317         u32 *features = data;
 318
 319         ulong in[8];
 320         ulong out[8];
 321
 322         in[0] = KVM_MAGIC_PAGE;
 323         in[1] = KVM_MAGIC_PAGE;
 324
 325         kvm_hypercall(in, out, HC_VENDOR_KVM | KVM_HC_PPC_MAP_MAGIC_PAGE);
 326
 327         *features = out[0];
 328 }
 329
 330 static void kvm_check_ins(u32 *inst, u32 features)
 331 {
 332         u32 _inst = *inst;
 333         u32 inst_no_rt = _inst & ~KVM_MASK_RT;
 334         u32 inst_rt = _inst & KVM_MASK_RT;
 335
 336         switch (inst_no_rt) {
 337         /* Loads */
 338         case KVM_INST_MFMSR:
 339                 kvm_patch_ins_ld(inst, magic_var(msr), inst_rt);
 340                 break;
 341         case KVM_INST_MFSPR_SPRG0:
 342                 kvm_patch_ins_ld(inst, magic_var(sprg0), inst_rt);
 343                 break;
 344         case KVM_INST_MFSPR_SPRG1:
 345                 kvm_patch_ins_ld(inst, magic_var(sprg1), inst_rt);
 346                 break;
 347         case KVM_INST_MFSPR_SPRG2:
 348                 kvm_patch_ins_ld(inst, magic_var(sprg2), inst_rt);
 349                 break;
 350         case KVM_INST_MFSPR_SPRG3:
 351                 kvm_patch_ins_ld(inst, magic_var(sprg3), inst_rt);
 352                 break;
 353         case KVM_INST_MFSPR_SRR0:
 354                 kvm_patch_ins_ld(inst, magic_var(srr0), inst_rt);
 355                 break;
 356         case KVM_INST_MFSPR_SRR1:
 357                 kvm_patch_ins_ld(inst, magic_var(srr1), inst_rt);
 358                 break;
 359         case KVM_INST_MFSPR_DAR:
 360                 kvm_patch_ins_ld(inst, magic_var(dar), inst_rt);
 361                 break;
 362         case KVM_INST_MFSPR_DSISR:
 363                 kvm_patch_ins_lwz(inst, magic_var(dsisr), inst_rt);
 364                 break;
 365
 366         /* Stores */
 367         case KVM_INST_MTSPR_SPRG0:
 368                 kvm_patch_ins_std(inst, magic_var(sprg0), inst_rt);
 369                 break;
 370         case KVM_INST_MTSPR_SPRG1:
 371                 kvm_patch_ins_std(inst, magic_var(sprg1), inst_rt);
 372                 break;
 373         case KVM_INST_MTSPR_SPRG2:
 374                 kvm_patch_ins_std(inst, magic_var(sprg2), inst_rt);
 375                 break;
 376         case KVM_INST_MTSPR_SPRG3:
 377                 kvm_patch_ins_std(inst, magic_var(sprg3), inst_rt);
 378                 break;
 379         case KVM_INST_MTSPR_SRR0:
 380                 kvm_patch_ins_std(inst, magic_var(srr0), inst_rt);
 381                 break;
 382         case KVM_INST_MTSPR_SRR1:
 383                 kvm_patch_ins_std(inst, magic_var(srr1), inst_rt);
 384                 break;
 385         case KVM_INST_MTSPR_DAR:
 386                 kvm_patch_ins_std(inst, magic_var(dar), inst_rt);
 387                 break;
 388         case KVM_INST_MTSPR_DSISR:
 389                 kvm_patch_ins_stw(inst, magic_var(dsisr), inst_rt);
 390                 break;
 391
 392         /* Nops */
 393         case KVM_INST_TLBSYNC:
 394                 kvm_patch_ins_nop(inst);
 395                 break;
 396
 397         /* Rewrites */
 398         case KVM_INST_MTMSRD_L1:
 399                 /* We use r30 and r31 during the hook */
 400                 if (get_rt(inst_rt) < 30)
 401                         kvm_patch_ins_mtmsrd(inst, inst_rt);
 402                 break;
 403         case KVM_INST_MTMSR:
 404         case KVM_INST_MTMSRD_L0:
 405                 /* We use r30 and r31 during the hook */
 406                 if (get_rt(inst_rt) < 30)
 407                         kvm_patch_ins_mtmsr(inst, inst_rt);
 408                 break;
 409         }
 410
 411         switch (inst_no_rt & ~KVM_MASK_RB) {
 412 #ifdef CONFIG_PPC_BOOK3S_32
 413         case KVM_INST_MTSRIN:
 414                 if (features & KVM_MAGIC_FEAT_SR) {
 415                         u32 inst_rb = _inst & KVM_MASK_RB;
 416                         kvm_patch_ins_mtsrin(inst, inst_rt, inst_rb);
 417                 }
 418                 break;
 419                 break;
 420 #endif
 421         }
 422
 423         switch (_inst) {
 424 #ifdef CONFIG_BOOKE
 425         case KVM_INST_WRTEEI_0:
 426         case KVM_INST_WRTEEI_1:
 427                 kvm_patch_ins_wrteei(inst);
 428                 break;
 429 #endif
 430         }
 431 }
 432
 433 static void kvm_use_magic_page(void)
 434 {
 435         u32 *p;
 436         u32 *start, *end;
 437         u32 tmp;
 438         u32 features;
 439
 440         /* Tell the host to map the magic page to -4096 on all CPUs */
 441         on_each_cpu(kvm_map_magic_page, &features, 1);
 442
 443         /* Quick self-test to see if the mapping works */
 444         if (__get_user(tmp, (u32*)KVM_MAGIC_PAGE)) {
 445                 kvm_patching_worked = false;
 446                 return;
 447         }
 448
 449         /* Now loop through all code and find instructions */
 450         start = (void*)_stext;
 451         end = (void*)_etext;
 452
 453         for (p = start; p < end; p++)
 454                 kvm_check_ins(p, features);
 455
 456         printk(KERN_INFO "KVM: Live patching for a fast VM %s\n",
 457                          kvm_patching_worked ? "worked" : "failed");
 458 }
 459
 460 unsigned long kvm_hypercall(unsigned long *in,
 461                             unsigned long *out,
 462                             unsigned long nr)
 463 {
 464         unsigned long register r0 asm("r0");
 465         unsigned long register r3 asm("r3") = in[0];
 466         unsigned long register r4 asm("r4") = in[1];
 467         unsigned long register r5 asm("r5") = in[2];
 468         unsigned long register r6 asm("r6") = in[3];
 469         unsigned long register r7 asm("r7") = in[4];
 470         unsigned long register r8 asm("r8") = in[5];
 471         unsigned long register r9 asm("r9") = in[6];
 472         unsigned long register r10 asm("r10") = in[7];
 473         unsigned long register r11 asm("r11") = nr;
 474         unsigned long register r12 asm("r12");
 475
 476         asm volatile("bl        kvm_hypercall_start"
 477                      : "=r"(r0), "=r"(r3), "=r"(r4), "=r"(r5), "=r"(r6),
 478                        "=r"(r7), "=r"(r8), "=r"(r9), "=r"(r10), "=r"(r11),
 479                        "=r"(r12)
 480                      : "r"(r3), "r"(r4), "r"(r5), "r"(r6), "r"(r7), "r"(r8),
 481                        "r"(r9), "r"(r10), "r"(r11)
 482                      : "memory", "cc", "xer", "ctr", "lr");
 483
 484         out[0] = r4;
 485         out[1] = r5;
 486         out[2] = r6;
 487         out[3] = r7;
 488         out[4] = r8;
 489         out[5] = r9;
 490         out[6] = r10;
 491         out[7] = r11;
 492
 493         return r3;
 494 }
 495 EXPORT_SYMBOL_GPL(kvm_hypercall);
 496
 497 static int kvm_para_setup(void)
 498 {
 499         extern u32 kvm_hypercall_start;
 500         struct device_node *hyper_node;
 501         u32 *insts;
 502         int len, i;
 503
 504         hyper_node = of_find_node_by_path("/hypervisor");
 505         if (!hyper_node)
 506                 return -1;
 507
 508         insts = (u32*)of_get_property(hyper_node, "hcall-instructions", &len);
 509         if (len % 4)
 510                 return -1;
 511         if (len > (4 * 4))
 512                 return -1;
 513
 514         for (i = 0; i < (len / 4); i++)
 515                 kvm_patch_ins(&(&kvm_hypercall_start)[i], insts[i]);
 516
 517         return 0;
 518 }
 519
 520 static __init void kvm_free_tmp(void)
 521 {
 522         unsigned long start, end;
 523
 524         start = (ulong)&kvm_tmp[kvm_tmp_index + (PAGE_SIZE - 1)] & PAGE_MASK;
 525         end = (ulong)&kvm_tmp[ARRAY_SIZE(kvm_tmp)] & PAGE_MASK;
 526
 527         /* Free the tmp space we don't need */
 528         for (; start < end; start += PAGE_SIZE) {
 529                 ClearPageReserved(virt_to_page(start));
 530                 init_page_count(virt_to_page(start));
 531                 free_page(start);
 532                 totalram_pages++;
 533         }
 534 }
 535
 536 static int __init kvm_guest_init(void)
 537 {
 538         if (!kvm_para_available())
 539                 goto free_tmp;
 540
 541         if (kvm_para_setup())
 542                 goto free_tmp;
 543
 544         if (kvm_para_has_feature(KVM_FEATURE_MAGIC_PAGE))
 545                 kvm_use_magic_page();
 546
 547 free_tmp:
 548         kvm_free_tmp();
 549
 550         return 0;
 551 }
 552
 553 postcore_initcall(kvm_guest_init);