arch/x86/kvm/paging_tmpl.h

   1 /*
   2  * Kernel-based Virtual Machine driver for Linux
   3  *
   4  * This module enables machines with Intel VT-x extensions to run virtual
   5  * machines without emulation or binary translation.
   6  *
   7  * MMU support
   8  *
   9  * Copyright (C) 2006 Qumranet, Inc.
  10  * Copyright 2010 Red Hat, Inc. and/or its affiliates.
  11  *
  12  * Authors:
  13  *   Yaniv Kamay  <yaniv@qumranet.com>
  14  *   Avi Kivity   <avi@qumranet.com>
  15  *
  16  * This work is licensed under the terms of the GNU GPL, version 2.  See
  17  * the COPYING file in the top-level directory.
  18  *
  19  */
  20
  21 /*
  22  * We need the mmu code to access both 32-bit and 64-bit guest ptes,
  23  * so the code in this file is compiled twice, once per pte size.
  24  */
  25
  26 #if PTTYPE == 64
  27         #define pt_element_t u64
  28         #define guest_walker guest_walker64
  29         #define FNAME(name) paging##64_##name
  30         #define PT_BASE_ADDR_MASK PT64_BASE_ADDR_MASK
  31         #define PT_LVL_ADDR_MASK(lvl) PT64_LVL_ADDR_MASK(lvl)
  32         #define PT_LVL_OFFSET_MASK(lvl) PT64_LVL_OFFSET_MASK(lvl)
  33         #define PT_INDEX(addr, level) PT64_INDEX(addr, level)
  34         #define PT_LEVEL_BITS PT64_LEVEL_BITS
  35         #ifdef CONFIG_X86_64
  36         #define PT_MAX_FULL_LEVELS 4
  37         #define CMPXCHG cmpxchg
  38         #else
  39         #define CMPXCHG cmpxchg64
  40         #define PT_MAX_FULL_LEVELS 2
  41         #endif
  42 #elif PTTYPE == 32
  43         #define pt_element_t u32
  44         #define guest_walker guest_walker32
  45         #define FNAME(name) paging##32_##name
  46         #define PT_BASE_ADDR_MASK PT32_BASE_ADDR_MASK
  47         #define PT_LVL_ADDR_MASK(lvl) PT32_LVL_ADDR_MASK(lvl)
  48         #define PT_LVL_OFFSET_MASK(lvl) PT32_LVL_OFFSET_MASK(lvl)
  49         #define PT_INDEX(addr, level) PT32_INDEX(addr, level)
  50         #define PT_LEVEL_BITS PT32_LEVEL_BITS
  51         #define PT_MAX_FULL_LEVELS 2
  52         #define CMPXCHG cmpxchg
  53 #else
  54         #error Invalid PTTYPE value
  55 #endif
  56
  57 #define gpte_to_gfn_lvl FNAME(gpte_to_gfn_lvl)
  58 #define gpte_to_gfn(pte) gpte_to_gfn_lvl((pte), PT_PAGE_TABLE_LEVEL)
  59
  60 /*
  61  * The guest_walker structure emulates the behavior of the hardware page
  62  * table walker.
  63  */
  64 struct guest_walker {
  65         int level;
  66         gfn_t table_gfn[PT_MAX_FULL_LEVELS];
  67         pt_element_t ptes[PT_MAX_FULL_LEVELS];
  68         pt_element_t prefetch_ptes[PTE_PREFETCH_NUM];
  69         gpa_t pte_gpa[PT_MAX_FULL_LEVELS];
  70         unsigned pt_access;
  71         unsigned pte_access;
  72         gfn_t gfn;
  73         struct x86_exception fault;
  74 };
  75
  76 static gfn_t gpte_to_gfn_lvl(pt_element_t gpte, int lvl)
  77 {
  78         return (gpte & PT_LVL_ADDR_MASK(lvl)) >> PAGE_SHIFT;
  79 }
  80
  81 static int FNAME(cmpxchg_gpte)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu *mmu,
  82                                pt_element_t __user *ptep_user, unsigned index,
  83                                pt_element_t orig_pte, pt_element_t new_pte)
  84 {
  85         int npages;
  86         pt_element_t ret;
  87         pt_element_t *table;
  88         struct page *page;
  89
  90         npages = get_user_pages_fast((unsigned long)ptep_user, 1, 1, &page);
  91         /* Check if the user is doing something meaningless. */
  92         if (unlikely(npages != 1))
  93                 return -EFAULT;
  94
  95         table = kmap_atomic(page, KM_USER0);
  96         ret = CMPXCHG(&table[index], orig_pte, new_pte);
  97         kunmap_atomic(table, KM_USER0);
  98
  99         kvm_release_page_dirty(page);
 100
 101         return (ret != orig_pte);
 102 }
 103
 104 static unsigned FNAME(gpte_access)(struct kvm_vcpu *vcpu, pt_element_t gpte)
 105 {
 106         unsigned access;
 107
 108         access = (gpte & (PT_WRITABLE_MASK | PT_USER_MASK)) | ACC_EXEC_MASK;
 109 #if PTTYPE == 64
 110         if (vcpu->arch.mmu.nx)
 111                 access &= ~(gpte >> PT64_NX_SHIFT);
 112 #endif
 113         return access;
 114 }
 115
 116 /*
 117  * Fetch a guest pte for a guest virtual address
 118  */
 119 static int FNAME(walk_addr_generic)(struct guest_walker *walker,
 120                                     struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu *mmu,
 121                                     gva_t addr, u32 access)
 122 {
 123         pt_element_t pte;
 124         pt_element_t __user *uninitialized_var(ptep_user);
 125         gfn_t table_gfn;
 126         unsigned index, pt_access, uninitialized_var(pte_access);
 127         gpa_t pte_gpa;
 128         bool eperm, present, rsvd_fault;
 129         int offset, write_fault, user_fault, fetch_fault;
 130
 131         write_fault = access & PFERR_WRITE_MASK;
 132         user_fault = access & PFERR_USER_MASK;
 133         fetch_fault = access & PFERR_FETCH_MASK;
 134
 135         trace_kvm_mmu_pagetable_walk(addr, write_fault, user_fault,
 136                                      fetch_fault);
 137 walk:
 138         present = true;
 139         eperm = rsvd_fault = false;
 140         walker->level = mmu->root_level;
 141         pte           = mmu->get_cr3(vcpu);
 142
 143 #if PTTYPE == 64
 144         if (walker->level == PT32E_ROOT_LEVEL) {
 145                 pte = kvm_pdptr_read_mmu(vcpu, mmu, (addr >> 30) & 3);
 146                 trace_kvm_mmu_paging_element(pte, walker->level);
 147                 if (!is_present_gpte(pte)) {
 148                         present = false;
 149                         goto error;
 150                 }
 151                 --walker->level;
 152         }
 153 #endif
 154         ASSERT((!is_long_mode(vcpu) && is_pae(vcpu)) ||
 155                (mmu->get_cr3(vcpu) & CR3_NONPAE_RESERVED_BITS) == 0);
 156
 157         pt_access = ACC_ALL;
 158
 159         for (;;) {
 160                 gfn_t real_gfn;
 161                 unsigned long host_addr;
 162
 163                 index = PT_INDEX(addr, walker->level);
 164
 165                 table_gfn = gpte_to_gfn(pte);
 166                 offset    = index * sizeof(pt_element_t);
 167                 pte_gpa   = gfn_to_gpa(table_gfn) + offset;
 168                 walker->table_gfn[walker->level - 1] = table_gfn;
 169                 walker->pte_gpa[walker->level - 1] = pte_gpa;
 170
 171                 real_gfn = mmu->translate_gpa(vcpu, gfn_to_gpa(table_gfn),
 172                                               PFERR_USER_MASK|PFERR_WRITE_MASK);
 173                 if (unlikely(real_gfn == UNMAPPED_GVA)) {
 174                         present = false;
 175                         break;
 176                 }
 177                 real_gfn = gpa_to_gfn(real_gfn);
 178
 179                 host_addr = gfn_to_hva(vcpu->kvm, real_gfn);
 180                 if (unlikely(kvm_is_error_hva(host_addr))) {
 181                         present = false;
 182                         break;
 183                 }
 184
 185                 ptep_user = (pt_element_t __user *)((void *)host_addr + offset);
 186                 if (unlikely(__copy_from_user(&pte, ptep_user, sizeof(pte)))) {
 187                         present = false;
 188                         break;
 189                 }
 190
 191                 trace_kvm_mmu_paging_element(pte, walker->level);
 192
 193                 if (unlikely(!is_present_gpte(pte))) {
 194                         present = false;
 195                         break;
 196                 }
 197
 198                 if (unlikely(is_rsvd_bits_set(&vcpu->arch.mmu, pte,
 199                                               walker->level))) {
 200                         rsvd_fault = true;
 201                         break;
 202                 }
 203
 204                 if (unlikely(write_fault && !is_writable_pte(pte)
 205                              && (user_fault || is_write_protection(vcpu))))
 206                         eperm = true;
 207
 208                 if (unlikely(user_fault && !(pte & PT_USER_MASK)))
 209                         eperm = true;
 210
 211 #if PTTYPE == 64
 212                 if (unlikely(fetch_fault && (pte & PT64_NX_MASK)))
 213                         eperm = true;
 214 #endif
 215
 216                 if (!eperm && !rsvd_fault
 217                     && unlikely(!(pte & PT_ACCESSED_MASK))) {
 218                         int ret;
 219                         trace_kvm_mmu_set_accessed_bit(table_gfn, index,
 220                                                        sizeof(pte));
 221                         ret = FNAME(cmpxchg_gpte)(vcpu, mmu, ptep_user, index,
 222                                                   pte, pte|PT_ACCESSED_MASK);
 223                         if (unlikely(ret < 0)) {
 224                                 present = false;
 225                                 break;
 226                         } else if (ret)
 227                                 goto walk;
 228
 229                         mark_page_dirty(vcpu->kvm, table_gfn);
 230                         pte |= PT_ACCESSED_MASK;
 231                 }
 232
 233                 pte_access = pt_access & FNAME(gpte_access)(vcpu, pte);
 234
 235                 walker->ptes[walker->level - 1] = pte;
 236
 237                 if ((walker->level == PT_PAGE_TABLE_LEVEL) ||
 238                     ((walker->level == PT_DIRECTORY_LEVEL) &&
 239                                 is_large_pte(pte) &&
 240                                 (PTTYPE == 64 || is_pse(vcpu))) ||
 241                     ((walker->level == PT_PDPE_LEVEL) &&
 242                                 is_large_pte(pte) &&
 243                                 mmu->root_level == PT64_ROOT_LEVEL)) {
 244                         int lvl = walker->level;
 245                         gpa_t real_gpa;
 246                         gfn_t gfn;
 247                         u32 ac;
 248
 249                         /* check if the kernel is fetching from user page */
 250                         if (unlikely(pte_access & PT_USER_MASK) &&
 251                             kvm_read_cr4_bits(vcpu, X86_CR4_SMEP))
 252                                 if (fetch_fault && !user_fault)
 253                                         eperm = true;
 254
 255                         gfn = gpte_to_gfn_lvl(pte, lvl);
 256                         gfn += (addr & PT_LVL_OFFSET_MASK(lvl)) >> PAGE_SHIFT;
 257
 258                         if (PTTYPE == 32 &&
 259                             walker->level == PT_DIRECTORY_LEVEL &&
 260                             is_cpuid_PSE36())
 261                                 gfn += pse36_gfn_delta(pte);
 262
 263                         ac = write_fault | fetch_fault | user_fault;
 264
 265                         real_gpa = mmu->translate_gpa(vcpu, gfn_to_gpa(gfn),
 266                                                       ac);
 267                         if (real_gpa == UNMAPPED_GVA)
 268                                 return 0;
 269
 270                         walker->gfn = real_gpa >> PAGE_SHIFT;
 271
 272                         break;
 273                 }
 274
 275                 pt_access = pte_access;
 276                 --walker->level;
 277         }
 278
 279         if (unlikely(!present || eperm || rsvd_fault))
 280                 goto error;
 281
 282         if (write_fault && unlikely(!is_dirty_gpte(pte))) {
 283                 int ret;
 284
 285                 trace_kvm_mmu_set_dirty_bit(table_gfn, index, sizeof(pte));
 286                 ret = FNAME(cmpxchg_gpte)(vcpu, mmu, ptep_user, index,
 287                                           pte, pte|PT_DIRTY_MASK);
 288                 if (unlikely(ret < 0)) {
 289                         present = false;
 290                         goto error;
 291                 } else if (ret)
 292                         goto walk;
 293
 294                 mark_page_dirty(vcpu->kvm, table_gfn);
 295                 pte |= PT_DIRTY_MASK;
 296                 walker->ptes[walker->level - 1] = pte;
 297         }
 298
 299         walker->pt_access = pt_access;
 300         walker->pte_access = pte_access;
 301         pgprintk("%s: pte %llx pte_access %x pt_access %x\n",
 302                  __func__, (u64)pte, pte_access, pt_access);
 303         return 1;
 304
 305 error:
 306         walker->fault.vector = PF_VECTOR;
 307         walker->fault.error_code_valid = true;
 308         walker->fault.error_code = 0;
 309         if (present)
 310                 walker->fault.error_code |= PFERR_PRESENT_MASK;
 311
 312         walker->fault.error_code |= write_fault | user_fault;
 313
 314         if (fetch_fault && (mmu->nx ||
 315                             kvm_read_cr4_bits(vcpu, X86_CR4_SMEP)))
 316                 walker->fault.error_code |= PFERR_FETCH_MASK;
 317         if (rsvd_fault)
 318                 walker->fault.error_code |= PFERR_RSVD_MASK;
 319
 320         walker->fault.address = addr;
 321         walker->fault.nested_page_fault = mmu != vcpu->arch.walk_mmu;
 322
 323         trace_kvm_mmu_walker_error(walker->fault.error_code);
 324         return 0;
 325 }
 326
 327 static int FNAME(walk_addr)(struct guest_walker *walker,
 328                             struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr, u32 access)
 329 {
 330         return FNAME(walk_addr_generic)(walker, vcpu, &vcpu->arch.mmu, addr,
 331                                         access);
 332 }
 333
 334 static int FNAME(walk_addr_nested)(struct guest_walker *walker,
 335                                    struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr,
 336                                    u32 access)
 337 {
 338         return FNAME(walk_addr_generic)(walker, vcpu, &vcpu->arch.nested_mmu,
 339                                         addr, access);
 340 }
 341
 342 static bool FNAME(prefetch_invalid_gpte)(struct kvm_vcpu *vcpu,
 343                                     struct kvm_mmu_page *sp, u64 *spte,
 344                                     pt_element_t gpte)
 345 {
 346         u64 nonpresent = shadow_trap_nonpresent_pte;
 347
 348         if (is_rsvd_bits_set(&vcpu->arch.mmu, gpte, PT_PAGE_TABLE_LEVEL))
 349                 goto no_present;
 350
 351         if (!is_present_gpte(gpte)) {
 352                 if (!sp->unsync)
 353                         nonpresent = shadow_notrap_nonpresent_pte;
 354                 goto no_present;
 355         }
 356
 357         if (!(gpte & PT_ACCESSED_MASK))
 358                 goto no_present;
 359
 360         return false;
 361
 362 no_present:
 363         drop_spte(vcpu->kvm, spte, nonpresent);
 364         return true;
 365 }
 366
 367 static void FNAME(update_pte)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu_page *sp,
 368                               u64 *spte, const void *pte)
 369 {
 370         pt_element_t gpte;
 371         unsigned pte_access;
 372         pfn_t pfn;
 373
 374         gpte = *(const pt_element_t *)pte;
 375         if (FNAME(prefetch_invalid_gpte)(vcpu, sp, spte, gpte))
 376                 return;
 377
 378         pgprintk("%s: gpte %llx spte %p\n", __func__, (u64)gpte, spte);
 379         pte_access = sp->role.access & FNAME(gpte_access)(vcpu, gpte);
 380         pfn = gfn_to_pfn_atomic(vcpu->kvm, gpte_to_gfn(gpte));
 381         if (is_error_pfn(pfn)) {
 382                 kvm_release_pfn_clean(pfn);
 383                 return;
 384         }
 385
 386         /*
 387          * we call mmu_set_spte() with host_writable = true because that
 388          * vcpu->arch.update_pte.pfn was fetched from get_user_pages(write = 1).
 389          */
 390         mmu_set_spte(vcpu, spte, sp->role.access, pte_access, 0, 0,
 391                      is_dirty_gpte(gpte), NULL, PT_PAGE_TABLE_LEVEL,
 392                      gpte_to_gfn(gpte), pfn, true, true);
 393 }
 394
 395 static bool FNAME(gpte_changed)(struct kvm_vcpu *vcpu,
 396                                 struct guest_walker *gw, int level)
 397 {
 398         pt_element_t curr_pte;
 399         gpa_t base_gpa, pte_gpa = gw->pte_gpa[level - 1];
 400         u64 mask;
 401         int r, index;
 402
 403         if (level == PT_PAGE_TABLE_LEVEL) {
 404                 mask = PTE_PREFETCH_NUM * sizeof(pt_element_t) - 1;
 405                 base_gpa = pte_gpa & ~mask;
 406                 index = (pte_gpa - base_gpa) / sizeof(pt_element_t);
 407
 408                 r = kvm_read_guest_atomic(vcpu->kvm, base_gpa,
 409                                 gw->prefetch_ptes, sizeof(gw->prefetch_ptes));
 410                 curr_pte = gw->prefetch_ptes[index];
 411         } else
 412                 r = kvm_read_guest_atomic(vcpu->kvm, pte_gpa,
 413                                   &curr_pte, sizeof(curr_pte));
 414
 415         return r || curr_pte != gw->ptes[level - 1];
 416 }
 417
 418 static void FNAME(pte_prefetch)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct guest_walker *gw,
 419                                 u64 *sptep)
 420 {
 421         struct kvm_mmu_page *sp;
 422         pt_element_t *gptep = gw->prefetch_ptes;
 423         u64 *spte;
 424         int i;
 425
 426         sp = page_header(__pa(sptep));
 427
 428         if (sp->role.level > PT_PAGE_TABLE_LEVEL)
 429                 return;
 430
 431         if (sp->role.direct)
 432                 return __direct_pte_prefetch(vcpu, sp, sptep);
 433
 434         i = (sptep - sp->spt) & ~(PTE_PREFETCH_NUM - 1);
 435         spte = sp->spt + i;
 436
 437         for (i = 0; i < PTE_PREFETCH_NUM; i++, spte++) {
 438                 pt_element_t gpte;
 439                 unsigned pte_access;
 440                 gfn_t gfn;
 441                 pfn_t pfn;
 442                 bool dirty;
 443
 444                 if (spte == sptep)
 445                         continue;
 446
 447                 if (*spte != shadow_trap_nonpresent_pte)
 448                         continue;
 449
 450                 gpte = gptep[i];
 451
 452                 if (FNAME(prefetch_invalid_gpte)(vcpu, sp, spte, gpte))
 453                         continue;
 454
 455                 pte_access = sp->role.access & FNAME(gpte_access)(vcpu, gpte);
 456                 gfn = gpte_to_gfn(gpte);
 457                 dirty = is_dirty_gpte(gpte);
 458                 pfn = pte_prefetch_gfn_to_pfn(vcpu, gfn,
 459                                       (pte_access & ACC_WRITE_MASK) && dirty);
 460                 if (is_error_pfn(pfn)) {
 461                         kvm_release_pfn_clean(pfn);
 462                         break;
 463                 }
 464
 465                 mmu_set_spte(vcpu, spte, sp->role.access, pte_access, 0, 0,
 466                              dirty, NULL, PT_PAGE_TABLE_LEVEL, gfn,
 467                              pfn, true, true);
 468         }
 469 }
 470
 471 /*
 472  * Fetch a shadow pte for a specific level in the paging hierarchy.
 473  */
 474 static u64 *FNAME(fetch)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr,
 475                          struct guest_walker *gw,
 476                          int user_fault, int write_fault, int hlevel,
 477                          int *ptwrite, pfn_t pfn, bool map_writable,
 478                          bool prefault)
 479 {
 480         unsigned access = gw->pt_access;
 481         struct kvm_mmu_page *sp = NULL;
 482         bool dirty = is_dirty_gpte(gw->ptes[gw->level - 1]);
 483         int top_level;
 484         unsigned direct_access;
 485         struct kvm_shadow_walk_iterator it;
 486
 487         if (!is_present_gpte(gw->ptes[gw->level - 1]))
 488                 return NULL;
 489
 490         direct_access = gw->pt_access & gw->pte_access;
 491         if (!dirty)
 492                 direct_access &= ~ACC_WRITE_MASK;
 493
 494         top_level = vcpu->arch.mmu.root_level;
 495         if (top_level == PT32E_ROOT_LEVEL)
 496                 top_level = PT32_ROOT_LEVEL;
 497         /*
 498          * Verify that the top-level gpte is still there.  Since the page
 499          * is a root page, it is either write protected (and cannot be
 500          * changed from now on) or it is invalid (in which case, we don't
 501          * really care if it changes underneath us after this point).
 502          */
 503         if (FNAME(gpte_changed)(vcpu, gw, top_level))
 504                 goto out_gpte_changed;
 505
 506         for (shadow_walk_init(&it, vcpu, addr);
 507              shadow_walk_okay(&it) && it.level > gw->level;
 508              shadow_walk_next(&it)) {
 509                 gfn_t table_gfn;
 510
 511                 drop_large_spte(vcpu, it.sptep);
 512
 513                 sp = NULL;
 514                 if (!is_shadow_present_pte(*it.sptep)) {
 515                         table_gfn = gw->table_gfn[it.level - 2];
 516                         sp = kvm_mmu_get_page(vcpu, table_gfn, addr, it.level-1,
 517                                               false, access, it.sptep);
 518                 }
 519
 520                 /*
 521                  * Verify that the gpte in the page we've just write
 522                  * protected is still there.
 523                  */
 524                 if (FNAME(gpte_changed)(vcpu, gw, it.level - 1))
 525                         goto out_gpte_changed;
 526
 527                 if (sp)
 528                         link_shadow_page(it.sptep, sp);
 529         }
 530
 531         for (;
 532              shadow_walk_okay(&it) && it.level > hlevel;
 533              shadow_walk_next(&it)) {
 534                 gfn_t direct_gfn;
 535
 536                 validate_direct_spte(vcpu, it.sptep, direct_access);
 537
 538                 drop_large_spte(vcpu, it.sptep);
 539
 540                 if (is_shadow_present_pte(*it.sptep))
 541                         continue;
 542
 543                 direct_gfn = gw->gfn & ~(KVM_PAGES_PER_HPAGE(it.level) - 1);
 544
 545                 sp = kvm_mmu_get_page(vcpu, direct_gfn, addr, it.level-1,
 546                                       true, direct_access, it.sptep);
 547                 link_shadow_page(it.sptep, sp);
 548         }
 549
 550         mmu_set_spte(vcpu, it.sptep, access, gw->pte_access & access,
 551                      user_fault, write_fault, dirty, ptwrite, it.level,
 552                      gw->gfn, pfn, prefault, map_writable);
 553         FNAME(pte_prefetch)(vcpu, gw, it.sptep);
 554
 555         return it.sptep;
 556
 557 out_gpte_changed:
 558         if (sp)
 559                 kvm_mmu_put_page(sp, it.sptep);
 560         kvm_release_pfn_clean(pfn);
 561         return NULL;
 562 }
 563
 564 /*
 565  * Page fault handler.  There are several causes for a page fault:
 566  *   - there is no shadow pte for the guest pte
 567  *   - write access through a shadow pte marked read only so that we can set
 568  *     the dirty bit
 569  *   - write access to a shadow pte marked read only so we can update the page
 570  *     dirty bitmap, when userspace requests it
 571  *   - mmio access; in this case we will never install a present shadow pte
 572  *   - normal guest page fault due to the guest pte marked not present, not
 573  *     writable, or not executable
 574  *
 575  *  Returns: 1 if we need to emulate the instruction, 0 otherwise, or
 576  *           a negative value on error.
 577  */
 578 static int FNAME(page_fault)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr, u32 error_code,
 579                              bool prefault)
 580 {
 581         int write_fault = error_code & PFERR_WRITE_MASK;
 582         int user_fault = error_code & PFERR_USER_MASK;
 583         struct guest_walker walker;
 584         u64 *sptep;
 585         int write_pt = 0;
 586         int r;
 587         pfn_t pfn;
 588         int level = PT_PAGE_TABLE_LEVEL;
 589         int force_pt_level;
 590         unsigned long mmu_seq;
 591         bool map_writable;
 592
 593         pgprintk("%s: addr %lx err %x\n", __func__, addr, error_code);
 594
 595         r = mmu_topup_memory_caches(vcpu);
 596         if (r)
 597                 return r;
 598
 599         /*
 600          * Look up the guest pte for the faulting address.
 601          */
 602         r = FNAME(walk_addr)(&walker, vcpu, addr, error_code);
 603
 604         /*
 605          * The page is not mapped by the guest.  Let the guest handle it.
 606          */
 607         if (!r) {
 608                 pgprintk("%s: guest page fault\n", __func__);
 609                 if (!prefault) {
 610                         inject_page_fault(vcpu, &walker.fault);
 611                         /* reset fork detector */
 612                         vcpu->arch.last_pt_write_count = 0;
 613                 }
 614                 return 0;
 615         }
 616
 617         if (walker.level >= PT_DIRECTORY_LEVEL)
 618                 force_pt_level = mapping_level_dirty_bitmap(vcpu, walker.gfn);
 619         else
 620                 force_pt_level = 1;
 621         if (!force_pt_level) {
 622                 level = min(walker.level, mapping_level(vcpu, walker.gfn));
 623                 walker.gfn = walker.gfn & ~(KVM_PAGES_PER_HPAGE(level) - 1);
 624         }
 625
 626         mmu_seq = vcpu->kvm->mmu_notifier_seq;
 627         smp_rmb();
 628
 629         if (try_async_pf(vcpu, prefault, walker.gfn, addr, &pfn, write_fault,
 630                          &map_writable))
 631                 return 0;
 632
 633         /* mmio */
 634         if (is_error_pfn(pfn))
 635                 return kvm_handle_bad_page(vcpu->kvm, walker.gfn, pfn);
 636
 637         spin_lock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 638         if (mmu_notifier_retry(vcpu, mmu_seq))
 639                 goto out_unlock;
 640
 641         trace_kvm_mmu_audit(vcpu, AUDIT_PRE_PAGE_FAULT);
 642         kvm_mmu_free_some_pages(vcpu);
 643         if (!force_pt_level)
 644                 transparent_hugepage_adjust(vcpu, &walker.gfn, &pfn, &level);
 645         sptep = FNAME(fetch)(vcpu, addr, &walker, user_fault, write_fault,
 646                              level, &write_pt, pfn, map_writable, prefault);
 647         (void)sptep;
 648         pgprintk("%s: shadow pte %p %llx ptwrite %d\n", __func__,
 649                  sptep, *sptep, write_pt);
 650
 651         if (!write_pt)
 652                 vcpu->arch.last_pt_write_count = 0; /* reset fork detector */
 653
 654         ++vcpu->stat.pf_fixed;
 655         trace_kvm_mmu_audit(vcpu, AUDIT_POST_PAGE_FAULT);
 656         spin_unlock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 657
 658         return write_pt;
 659
 660 out_unlock:
 661         spin_unlock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 662         kvm_release_pfn_clean(pfn);
 663         return 0;
 664 }
 665
 666 static void FNAME(invlpg)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t gva)
 667 {
 668         struct kvm_shadow_walk_iterator iterator;
 669         struct kvm_mmu_page *sp;
 670         gpa_t pte_gpa = -1;
 671         int level;
 672         u64 *sptep;
 673         int need_flush = 0;
 674
 675         spin_lock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 676
 677         for_each_shadow_entry(vcpu, gva, iterator) {
 678                 level = iterator.level;
 679                 sptep = iterator.sptep;
 680
 681                 sp = page_header(__pa(sptep));
 682                 if (is_last_spte(*sptep, level)) {
 683                         int offset, shift;
 684
 685                         if (!sp->unsync)
 686                                 break;
 687
 688                         shift = PAGE_SHIFT -
 689                                   (PT_LEVEL_BITS - PT64_LEVEL_BITS) * level;
 690                         offset = sp->role.quadrant << shift;
 691
 692                         pte_gpa = (sp->gfn << PAGE_SHIFT) + offset;
 693                         pte_gpa += (sptep - sp->spt) * sizeof(pt_element_t);
 694
 695                         if (is_shadow_present_pte(*sptep)) {
 696                                 if (is_large_pte(*sptep))
 697                                         --vcpu->kvm->stat.lpages;
 698                                 drop_spte(vcpu->kvm, sptep,
 699                                           shadow_trap_nonpresent_pte);
 700                                 need_flush = 1;
 701                         } else
 702                                 __set_spte(sptep, shadow_trap_nonpresent_pte);
 703                         break;
 704                 }
 705
 706                 if (!is_shadow_present_pte(*sptep) || !sp->unsync_children)
 707                         break;
 708         }
 709
 710         if (need_flush)
 711                 kvm_flush_remote_tlbs(vcpu->kvm);
 712
 713         atomic_inc(&vcpu->kvm->arch.invlpg_counter);
 714
 715         spin_unlock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 716
 717         if (pte_gpa == -1)
 718                 return;
 719
 720         if (mmu_topup_memory_caches(vcpu))
 721                 return;
 722         kvm_mmu_pte_write(vcpu, pte_gpa, NULL, sizeof(pt_element_t), 0);
 723 }
 724
 725 static gpa_t FNAME(gva_to_gpa)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t vaddr, u32 access,
 726                                struct x86_exception *exception)
 727 {
 728         struct guest_walker walker;
 729         gpa_t gpa = UNMAPPED_GVA;
 730         int r;
 731
 732         r = FNAME(walk_addr)(&walker, vcpu, vaddr, access);
 733
 734         if (r) {
 735                 gpa = gfn_to_gpa(walker.gfn);
 736                 gpa |= vaddr & ~PAGE_MASK;
 737         } else if (exception)
 738                 *exception = walker.fault;
 739
 740         return gpa;
 741 }
 742
 743 static gpa_t FNAME(gva_to_gpa_nested)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t vaddr,
 744                                       u32 access,
 745                                       struct x86_exception *exception)
 746 {
 747         struct guest_walker walker;
 748         gpa_t gpa = UNMAPPED_GVA;
 749         int r;
 750
 751         r = FNAME(walk_addr_nested)(&walker, vcpu, vaddr, access);
 752
 753         if (r) {
 754                 gpa = gfn_to_gpa(walker.gfn);
 755                 gpa |= vaddr & ~PAGE_MASK;
 756         } else if (exception)
 757                 *exception = walker.fault;
 758
 759         return gpa;
 760 }
 761
 762 static void FNAME(prefetch_page)(struct kvm_vcpu *vcpu,
 763                                  struct kvm_mmu_page *sp)
 764 {
 765         int i, j, offset, r;
 766         pt_element_t pt[256 / sizeof(pt_element_t)];
 767         gpa_t pte_gpa;
 768
 769         if (sp->role.direct
 770             || (PTTYPE == 32 && sp->role.level > PT_PAGE_TABLE_LEVEL)) {
 771                 nonpaging_prefetch_page(vcpu, sp);
 772                 return;
 773         }
 774
 775         pte_gpa = gfn_to_gpa(sp->gfn);
 776         if (PTTYPE == 32) {
 777                 offset = sp->role.quadrant << PT64_LEVEL_BITS;
 778                 pte_gpa += offset * sizeof(pt_element_t);
 779         }
 780
 781         for (i = 0; i < PT64_ENT_PER_PAGE; i += ARRAY_SIZE(pt)) {
 782                 r = kvm_read_guest_atomic(vcpu->kvm, pte_gpa, pt, sizeof pt);
 783                 pte_gpa += ARRAY_SIZE(pt) * sizeof(pt_element_t);
 784                 for (j = 0; j < ARRAY_SIZE(pt); ++j)
 785                         if (r || is_present_gpte(pt[j]))
 786                                 sp->spt[i+j] = shadow_trap_nonpresent_pte;
 787                         else
 788                                 sp->spt[i+j] = shadow_notrap_nonpresent_pte;
 789         }
 790 }
 791
 792 /*
 793  * Using the cached information from sp->gfns is safe because:
 794  * - The spte has a reference to the struct page, so the pfn for a given gfn
 795  *   can't change unless all sptes pointing to it are nuked first.
 796  *
 797  * Note:
 798  *   We should flush all tlbs if spte is dropped even though guest is
 799  *   responsible for it. Since if we don't, kvm_mmu_notifier_invalidate_page
 800  *   and kvm_mmu_notifier_invalidate_range_start detect the mapping page isn't
 801  *   used by guest then tlbs are not flushed, so guest is allowed to access the
 802  *   freed pages.
 803  *   And we increase kvm->tlbs_dirty to delay tlbs flush in this case.
 804  */
 805 static int FNAME(sync_page)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu_page *sp)
 806 {
 807         int i, offset, nr_present;
 808         bool host_writable;
 809         gpa_t first_pte_gpa;
 810
 811         offset = nr_present = 0;
 812
 813         /* direct kvm_mmu_page can not be unsync. */
 814         BUG_ON(sp->role.direct);
 815
 816         if (PTTYPE == 32)
 817                 offset = sp->role.quadrant << PT64_LEVEL_BITS;
 818
 819         first_pte_gpa = gfn_to_gpa(sp->gfn) + offset * sizeof(pt_element_t);
 820
 821         for (i = 0; i < PT64_ENT_PER_PAGE; i++) {
 822                 unsigned pte_access;
 823                 pt_element_t gpte;
 824                 gpa_t pte_gpa;
 825                 gfn_t gfn;
 826
 827                 if (!is_shadow_present_pte(sp->spt[i]))
 828                         continue;
 829
 830                 pte_gpa = first_pte_gpa + i * sizeof(pt_element_t);
 831
 832                 if (kvm_read_guest_atomic(vcpu->kvm, pte_gpa, &gpte,
 833                                           sizeof(pt_element_t)))
 834                         return -EINVAL;
 835
 836                 gfn = gpte_to_gfn(gpte);
 837
 838                 if (FNAME(prefetch_invalid_gpte)(vcpu, sp, &sp->spt[i], gpte)) {
 839                         vcpu->kvm->tlbs_dirty++;
 840                         continue;
 841                 }
 842
 843                 if (gfn != sp->gfns[i]) {
 844                         drop_spte(vcpu->kvm, &sp->spt[i],
 845                                       shadow_trap_nonpresent_pte);
 846                         vcpu->kvm->tlbs_dirty++;
 847                         continue;
 848                 }
 849
 850                 nr_present++;
 851                 pte_access = sp->role.access & FNAME(gpte_access)(vcpu, gpte);
 852                 host_writable = sp->spt[i] & SPTE_HOST_WRITEABLE;
 853
 854                 set_spte(vcpu, &sp->spt[i], pte_access, 0, 0,
 855                          is_dirty_gpte(gpte), PT_PAGE_TABLE_LEVEL, gfn,
 856                          spte_to_pfn(sp->spt[i]), true, false,
 857                          host_writable);
 858         }
 859
 860         return !nr_present;
 861 }
 862
 863 #undef pt_element_t
 864 #undef guest_walker
 865 #undef FNAME
 866 #undef PT_BASE_ADDR_MASK
 867 #undef PT_INDEX
 868 #undef PT_LVL_ADDR_MASK
 869 #undef PT_LVL_OFFSET_MASK
 870 #undef PT_LEVEL_BITS
 871 #undef PT_MAX_FULL_LEVELS
 872 #undef gpte_to_gfn
 873 #undef gpte_to_gfn_lvl
 874 #undef CMPXCHG