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                                    bool last)
 106 {
 107         unsigned access;
 108
 109         access = (gpte & (PT_WRITABLE_MASK | PT_USER_MASK)) | ACC_EXEC_MASK;
 110         if (last && !is_dirty_gpte(gpte))
 111                 access &= ~ACC_WRITE_MASK;
 112
 113 #if PTTYPE == 64
 114         if (vcpu->arch.mmu.nx)
 115                 access &= ~(gpte >> PT64_NX_SHIFT);
 116 #endif
 117         return access;
 118 }
 119
 120 static bool FNAME(is_last_gpte)(struct guest_walker *walker,
 121                                 struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu *mmu,
 122                                 pt_element_t gpte)
 123 {
 124         if (walker->level == PT_PAGE_TABLE_LEVEL)
 125                 return true;
 126
 127         if ((walker->level == PT_DIRECTORY_LEVEL) && is_large_pte(gpte) &&
 128             (PTTYPE == 64 || is_pse(vcpu)))
 129                 return true;
 130
 131         if ((walker->level == PT_PDPE_LEVEL) && is_large_pte(gpte) &&
 132             (mmu->root_level == PT64_ROOT_LEVEL))
 133                 return true;
 134
 135         return false;
 136 }
 137
 138 /*
 139  * Fetch a guest pte for a guest virtual address
 140  */
 141 static int FNAME(walk_addr_generic)(struct guest_walker *walker,
 142                                     struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu *mmu,
 143                                     gva_t addr, u32 access)
 144 {
 145         pt_element_t pte;
 146         pt_element_t __user *uninitialized_var(ptep_user);
 147         gfn_t table_gfn;
 148         unsigned index, pt_access, uninitialized_var(pte_access);
 149         gpa_t pte_gpa;
 150         bool eperm;
 151         int offset;
 152         const int write_fault = access & PFERR_WRITE_MASK;
 153         const int user_fault  = access & PFERR_USER_MASK;
 154         const int fetch_fault = access & PFERR_FETCH_MASK;
 155         u16 errcode = 0;
 156
 157         trace_kvm_mmu_pagetable_walk(addr, write_fault, user_fault,
 158                                      fetch_fault);
 159 retry_walk:
 160         eperm = false;
 161         walker->level = mmu->root_level;
 162         pte           = mmu->get_cr3(vcpu);
 163
 164 #if PTTYPE == 64
 165         if (walker->level == PT32E_ROOT_LEVEL) {
 166                 pte = kvm_pdptr_read_mmu(vcpu, mmu, (addr >> 30) & 3);
 167                 trace_kvm_mmu_paging_element(pte, walker->level);
 168                 if (!is_present_gpte(pte))
 169                         goto error;
 170                 --walker->level;
 171         }
 172 #endif
 173         ASSERT((!is_long_mode(vcpu) && is_pae(vcpu)) ||
 174                (mmu->get_cr3(vcpu) & CR3_NONPAE_RESERVED_BITS) == 0);
 175
 176         pt_access = ACC_ALL;
 177
 178         for (;;) {
 179                 gfn_t real_gfn;
 180                 unsigned long host_addr;
 181
 182                 index = PT_INDEX(addr, walker->level);
 183
 184                 table_gfn = gpte_to_gfn(pte);
 185                 offset    = index * sizeof(pt_element_t);
 186                 pte_gpa   = gfn_to_gpa(table_gfn) + offset;
 187                 walker->table_gfn[walker->level - 1] = table_gfn;
 188                 walker->pte_gpa[walker->level - 1] = pte_gpa;
 189
 190                 real_gfn = mmu->translate_gpa(vcpu, gfn_to_gpa(table_gfn),
 191                                               PFERR_USER_MASK|PFERR_WRITE_MASK);
 192                 if (unlikely(real_gfn == UNMAPPED_GVA))
 193                         goto error;
 194                 real_gfn = gpa_to_gfn(real_gfn);
 195
 196                 host_addr = gfn_to_hva(vcpu->kvm, real_gfn);
 197                 if (unlikely(kvm_is_error_hva(host_addr)))
 198                         goto error;
 199
 200                 ptep_user = (pt_element_t __user *)((void *)host_addr + offset);
 201                 if (unlikely(__copy_from_user(&pte, ptep_user, sizeof(pte))))
 202                         goto error;
 203
 204                 trace_kvm_mmu_paging_element(pte, walker->level);
 205
 206                 if (unlikely(!is_present_gpte(pte)))
 207                         goto error;
 208
 209                 if (unlikely(is_rsvd_bits_set(&vcpu->arch.mmu, pte,
 210                                               walker->level))) {
 211                         errcode |= PFERR_RSVD_MASK | PFERR_PRESENT_MASK;
 212                         goto error;
 213                 }
 214
 215                 if (!check_write_user_access(vcpu, write_fault, user_fault,
 216                                           pte))
 217                         eperm = true;
 218
 219 #if PTTYPE == 64
 220                 if (unlikely(fetch_fault && (pte & PT64_NX_MASK)))
 221                         eperm = true;
 222 #endif
 223
 224                 if (!eperm && unlikely(!(pte & PT_ACCESSED_MASK))) {
 225                         int ret;
 226                         trace_kvm_mmu_set_accessed_bit(table_gfn, index,
 227                                                        sizeof(pte));
 228                         ret = FNAME(cmpxchg_gpte)(vcpu, mmu, ptep_user, index,
 229                                                   pte, pte|PT_ACCESSED_MASK);
 230                         if (unlikely(ret < 0))
 231                                 goto error;
 232                         else if (ret)
 233                                 goto retry_walk;
 234
 235                         mark_page_dirty(vcpu->kvm, table_gfn);
 236                         pte |= PT_ACCESSED_MASK;
 237                 }
 238
 239                 walker->ptes[walker->level - 1] = pte;
 240
 241                 if (FNAME(is_last_gpte)(walker, vcpu, mmu, pte)) {
 242                         int lvl = walker->level;
 243                         gpa_t real_gpa;
 244                         gfn_t gfn;
 245                         u32 ac;
 246
 247                         /* check if the kernel is fetching from user page */
 248                         if (unlikely(pte_access & PT_USER_MASK) &&
 249                             kvm_read_cr4_bits(vcpu, X86_CR4_SMEP))
 250                                 if (fetch_fault && !user_fault)
 251                                         eperm = true;
 252
 253                         gfn = gpte_to_gfn_lvl(pte, lvl);
 254                         gfn += (addr & PT_LVL_OFFSET_MASK(lvl)) >> PAGE_SHIFT;
 255
 256                         if (PTTYPE == 32 &&
 257                             walker->level == PT_DIRECTORY_LEVEL &&
 258                             is_cpuid_PSE36())
 259                                 gfn += pse36_gfn_delta(pte);
 260
 261                         ac = write_fault | fetch_fault | user_fault;
 262
 263                         real_gpa = mmu->translate_gpa(vcpu, gfn_to_gpa(gfn),
 264                                                       ac);
 265                         if (real_gpa == UNMAPPED_GVA)
 266                                 return 0;
 267
 268                         walker->gfn = real_gpa >> PAGE_SHIFT;
 269
 270                         break;
 271                 }
 272
 273                 pt_access &= FNAME(gpte_access)(vcpu, pte, false);
 274                 --walker->level;
 275         }
 276
 277         if (unlikely(eperm)) {
 278                 errcode |= PFERR_PRESENT_MASK;
 279                 goto error;
 280         }
 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                         goto error;
 290                 else if (ret)
 291                         goto retry_walk;
 292
 293                 mark_page_dirty(vcpu->kvm, table_gfn);
 294                 pte |= PT_DIRTY_MASK;
 295                 walker->ptes[walker->level - 1] = pte;
 296         }
 297
 298         pte_access = pt_access & FNAME(gpte_access)(vcpu, pte, true);
 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         errcode |= write_fault | user_fault;
 307         if (fetch_fault && (mmu->nx ||
 308                             kvm_read_cr4_bits(vcpu, X86_CR4_SMEP)))
 309                 errcode |= PFERR_FETCH_MASK;
 310
 311         walker->fault.vector = PF_VECTOR;
 312         walker->fault.error_code_valid = true;
 313         walker->fault.error_code = errcode;
 314         walker->fault.address = addr;
 315         walker->fault.nested_page_fault = mmu != vcpu->arch.walk_mmu;
 316
 317         trace_kvm_mmu_walker_error(walker->fault.error_code);
 318         return 0;
 319 }
 320
 321 static int FNAME(walk_addr)(struct guest_walker *walker,
 322                             struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr, u32 access)
 323 {
 324         return FNAME(walk_addr_generic)(walker, vcpu, &vcpu->arch.mmu, addr,
 325                                         access);
 326 }
 327
 328 static int FNAME(walk_addr_nested)(struct guest_walker *walker,
 329                                    struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr,
 330                                    u32 access)
 331 {
 332         return FNAME(walk_addr_generic)(walker, vcpu, &vcpu->arch.nested_mmu,
 333                                         addr, access);
 334 }
 335
 336 static bool FNAME(prefetch_invalid_gpte)(struct kvm_vcpu *vcpu,
 337                                     struct kvm_mmu_page *sp, u64 *spte,
 338                                     pt_element_t gpte)
 339 {
 340         u64 nonpresent = shadow_trap_nonpresent_pte;
 341
 342         if (is_rsvd_bits_set(&vcpu->arch.mmu, gpte, PT_PAGE_TABLE_LEVEL))
 343                 goto no_present;
 344
 345         if (!is_present_gpte(gpte)) {
 346                 if (!sp->unsync)
 347                         nonpresent = shadow_notrap_nonpresent_pte;
 348                 goto no_present;
 349         }
 350
 351         if (!(gpte & PT_ACCESSED_MASK))
 352                 goto no_present;
 353
 354         return false;
 355
 356 no_present:
 357         drop_spte(vcpu->kvm, spte, nonpresent);
 358         return true;
 359 }
 360
 361 static void FNAME(update_pte)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu_page *sp,
 362                               u64 *spte, const void *pte)
 363 {
 364         pt_element_t gpte;
 365         unsigned pte_access;
 366         pfn_t pfn;
 367
 368         gpte = *(const pt_element_t *)pte;
 369         if (FNAME(prefetch_invalid_gpte)(vcpu, sp, spte, gpte))
 370                 return;
 371
 372         pgprintk("%s: gpte %llx spte %p\n", __func__, (u64)gpte, spte);
 373         pte_access = sp->role.access & FNAME(gpte_access)(vcpu, gpte, true);
 374         pfn = gfn_to_pfn_atomic(vcpu->kvm, gpte_to_gfn(gpte));
 375         if (is_error_pfn(pfn)) {
 376                 kvm_release_pfn_clean(pfn);
 377                 return;
 378         }
 379
 380         /*
 381          * we call mmu_set_spte() with host_writable = true because that
 382          * vcpu->arch.update_pte.pfn was fetched from get_user_pages(write = 1).
 383          */
 384         mmu_set_spte(vcpu, spte, sp->role.access, pte_access, 0, 0,
 385                      NULL, PT_PAGE_TABLE_LEVEL,
 386                      gpte_to_gfn(gpte), pfn, true, true);
 387 }
 388
 389 static bool FNAME(gpte_changed)(struct kvm_vcpu *vcpu,
 390                                 struct guest_walker *gw, int level)
 391 {
 392         pt_element_t curr_pte;
 393         gpa_t base_gpa, pte_gpa = gw->pte_gpa[level - 1];
 394         u64 mask;
 395         int r, index;
 396
 397         if (level == PT_PAGE_TABLE_LEVEL) {
 398                 mask = PTE_PREFETCH_NUM * sizeof(pt_element_t) - 1;
 399                 base_gpa = pte_gpa & ~mask;
 400                 index = (pte_gpa - base_gpa) / sizeof(pt_element_t);
 401
 402                 r = kvm_read_guest_atomic(vcpu->kvm, base_gpa,
 403                                 gw->prefetch_ptes, sizeof(gw->prefetch_ptes));
 404                 curr_pte = gw->prefetch_ptes[index];
 405         } else
 406                 r = kvm_read_guest_atomic(vcpu->kvm, pte_gpa,
 407                                   &curr_pte, sizeof(curr_pte));
 408
 409         return r || curr_pte != gw->ptes[level - 1];
 410 }
 411
 412 static void FNAME(pte_prefetch)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct guest_walker *gw,
 413                                 u64 *sptep)
 414 {
 415         struct kvm_mmu_page *sp;
 416         pt_element_t *gptep = gw->prefetch_ptes;
 417         u64 *spte;
 418         int i;
 419
 420         sp = page_header(__pa(sptep));
 421
 422         if (sp->role.level > PT_PAGE_TABLE_LEVEL)
 423                 return;
 424
 425         if (sp->role.direct)
 426                 return __direct_pte_prefetch(vcpu, sp, sptep);
 427
 428         i = (sptep - sp->spt) & ~(PTE_PREFETCH_NUM - 1);
 429         spte = sp->spt + i;
 430
 431         for (i = 0; i < PTE_PREFETCH_NUM; i++, spte++) {
 432                 pt_element_t gpte;
 433                 unsigned pte_access;
 434                 gfn_t gfn;
 435                 pfn_t pfn;
 436
 437                 if (spte == sptep)
 438                         continue;
 439
 440                 if (*spte != shadow_trap_nonpresent_pte)
 441                         continue;
 442
 443                 gpte = gptep[i];
 444
 445                 if (FNAME(prefetch_invalid_gpte)(vcpu, sp, spte, gpte))
 446                         continue;
 447
 448                 pte_access = sp->role.access & FNAME(gpte_access)(vcpu, gpte,
 449                                                                   true);
 450                 gfn = gpte_to_gfn(gpte);
 451                 pfn = pte_prefetch_gfn_to_pfn(vcpu, gfn,
 452                                       pte_access & ACC_WRITE_MASK);
 453                 if (is_error_pfn(pfn)) {
 454                         kvm_release_pfn_clean(pfn);
 455                         break;
 456                 }
 457
 458                 mmu_set_spte(vcpu, spte, sp->role.access, pte_access, 0, 0,
 459                              NULL, PT_PAGE_TABLE_LEVEL, gfn,
 460                              pfn, true, true);
 461         }
 462 }
 463
 464 /*
 465  * Fetch a shadow pte for a specific level in the paging hierarchy.
 466  */
 467 static u64 *FNAME(fetch)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr,
 468                          struct guest_walker *gw,
 469                          int user_fault, int write_fault, int hlevel,
 470                          int *ptwrite, pfn_t pfn, bool map_writable,
 471                          bool prefault)
 472 {
 473         unsigned access = gw->pt_access;
 474         struct kvm_mmu_page *sp = NULL;
 475         int top_level;
 476         unsigned direct_access;
 477         struct kvm_shadow_walk_iterator it;
 478
 479         if (!is_present_gpte(gw->ptes[gw->level - 1]))
 480                 return NULL;
 481
 482         direct_access = gw->pte_access;
 483
 484         top_level = vcpu->arch.mmu.root_level;
 485         if (top_level == PT32E_ROOT_LEVEL)
 486                 top_level = PT32_ROOT_LEVEL;
 487         /*
 488          * Verify that the top-level gpte is still there.  Since the page
 489          * is a root page, it is either write protected (and cannot be
 490          * changed from now on) or it is invalid (in which case, we don't
 491          * really care if it changes underneath us after this point).
 492          */
 493         if (FNAME(gpte_changed)(vcpu, gw, top_level))
 494                 goto out_gpte_changed;
 495
 496         for (shadow_walk_init(&it, vcpu, addr);
 497              shadow_walk_okay(&it) && it.level > gw->level;
 498              shadow_walk_next(&it)) {
 499                 gfn_t table_gfn;
 500
 501                 drop_large_spte(vcpu, it.sptep);
 502
 503                 sp = NULL;
 504                 if (!is_shadow_present_pte(*it.sptep)) {
 505                         table_gfn = gw->table_gfn[it.level - 2];
 506                         sp = kvm_mmu_get_page(vcpu, table_gfn, addr, it.level-1,
 507                                               false, access, it.sptep);
 508                 }
 509
 510                 /*
 511                  * Verify that the gpte in the page we've just write
 512                  * protected is still there.
 513                  */
 514                 if (FNAME(gpte_changed)(vcpu, gw, it.level - 1))
 515                         goto out_gpte_changed;
 516
 517                 if (sp)
 518                         link_shadow_page(it.sptep, sp);
 519         }
 520
 521         for (;
 522              shadow_walk_okay(&it) && it.level > hlevel;
 523              shadow_walk_next(&it)) {
 524                 gfn_t direct_gfn;
 525
 526                 validate_direct_spte(vcpu, it.sptep, direct_access);
 527
 528                 drop_large_spte(vcpu, it.sptep);
 529
 530                 if (is_shadow_present_pte(*it.sptep))
 531                         continue;
 532
 533                 direct_gfn = gw->gfn & ~(KVM_PAGES_PER_HPAGE(it.level) - 1);
 534
 535                 sp = kvm_mmu_get_page(vcpu, direct_gfn, addr, it.level-1,
 536                                       true, direct_access, it.sptep);
 537                 link_shadow_page(it.sptep, sp);
 538         }
 539
 540         mmu_set_spte(vcpu, it.sptep, access, gw->pte_access,
 541                      user_fault, write_fault, ptwrite, it.level,
 542                      gw->gfn, pfn, prefault, map_writable);
 543         FNAME(pte_prefetch)(vcpu, gw, it.sptep);
 544
 545         return it.sptep;
 546
 547 out_gpte_changed:
 548         if (sp)
 549                 kvm_mmu_put_page(sp, it.sptep);
 550         kvm_release_pfn_clean(pfn);
 551         return NULL;
 552 }
 553
 554 /*
 555  * Page fault handler.  There are several causes for a page fault:
 556  *   - there is no shadow pte for the guest pte
 557  *   - write access through a shadow pte marked read only so that we can set
 558  *     the dirty bit
 559  *   - write access to a shadow pte marked read only so we can update the page
 560  *     dirty bitmap, when userspace requests it
 561  *   - mmio access; in this case we will never install a present shadow pte
 562  *   - normal guest page fault due to the guest pte marked not present, not
 563  *     writable, or not executable
 564  *
 565  *  Returns: 1 if we need to emulate the instruction, 0 otherwise, or
 566  *           a negative value on error.
 567  */
 568 static int FNAME(page_fault)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr, u32 error_code,
 569                              bool prefault)
 570 {
 571         int write_fault = error_code & PFERR_WRITE_MASK;
 572         int user_fault = error_code & PFERR_USER_MASK;
 573         struct guest_walker walker;
 574         u64 *sptep;
 575         int write_pt = 0;
 576         int r;
 577         pfn_t pfn;
 578         int level = PT_PAGE_TABLE_LEVEL;
 579         int force_pt_level;
 580         unsigned long mmu_seq;
 581         bool map_writable;
 582
 583         pgprintk("%s: addr %lx err %x\n", __func__, addr, error_code);
 584
 585         r = mmu_topup_memory_caches(vcpu);
 586         if (r)
 587                 return r;
 588
 589         /*
 590          * Look up the guest pte for the faulting address.
 591          */
 592         r = FNAME(walk_addr)(&walker, vcpu, addr, error_code);
 593
 594         /*
 595          * The page is not mapped by the guest.  Let the guest handle it.
 596          */
 597         if (!r) {
 598                 pgprintk("%s: guest page fault\n", __func__);
 599                 if (!prefault) {
 600                         inject_page_fault(vcpu, &walker.fault);
 601                         /* reset fork detector */
 602                         vcpu->arch.last_pt_write_count = 0;
 603                 }
 604                 return 0;
 605         }
 606
 607         if (walker.level >= PT_DIRECTORY_LEVEL)
 608                 force_pt_level = mapping_level_dirty_bitmap(vcpu, walker.gfn);
 609         else
 610                 force_pt_level = 1;
 611         if (!force_pt_level) {
 612                 level = min(walker.level, mapping_level(vcpu, walker.gfn));
 613                 walker.gfn = walker.gfn & ~(KVM_PAGES_PER_HPAGE(level) - 1);
 614         }
 615
 616         mmu_seq = vcpu->kvm->mmu_notifier_seq;
 617         smp_rmb();
 618
 619         if (try_async_pf(vcpu, prefault, walker.gfn, addr, &pfn, write_fault,
 620                          &map_writable))
 621                 return 0;
 622
 623         /* mmio */
 624         if (is_error_pfn(pfn))
 625                 return kvm_handle_bad_page(vcpu, mmu_is_nested(vcpu) ? 0 :
 626                                       addr, walker.pte_access, walker.gfn, pfn);
 627         spin_lock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 628         if (mmu_notifier_retry(vcpu, mmu_seq))
 629                 goto out_unlock;
 630
 631         trace_kvm_mmu_audit(vcpu, AUDIT_PRE_PAGE_FAULT);
 632         kvm_mmu_free_some_pages(vcpu);
 633         if (!force_pt_level)
 634                 transparent_hugepage_adjust(vcpu, &walker.gfn, &pfn, &level);
 635         sptep = FNAME(fetch)(vcpu, addr, &walker, user_fault, write_fault,
 636                              level, &write_pt, pfn, map_writable, prefault);
 637         (void)sptep;
 638         pgprintk("%s: shadow pte %p %llx ptwrite %d\n", __func__,
 639                  sptep, *sptep, write_pt);
 640
 641         if (!write_pt)
 642                 vcpu->arch.last_pt_write_count = 0; /* reset fork detector */
 643
 644         ++vcpu->stat.pf_fixed;
 645         trace_kvm_mmu_audit(vcpu, AUDIT_POST_PAGE_FAULT);
 646         spin_unlock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 647
 648         return write_pt;
 649
 650 out_unlock:
 651         spin_unlock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 652         kvm_release_pfn_clean(pfn);
 653         return 0;
 654 }
 655
 656 static void FNAME(invlpg)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t gva)
 657 {
 658         struct kvm_shadow_walk_iterator iterator;
 659         struct kvm_mmu_page *sp;
 660         gpa_t pte_gpa = -1;
 661         int level;
 662         u64 *sptep;
 663         int need_flush = 0;
 664
 665         vcpu_clear_mmio_info(vcpu, gva);
 666
 667         spin_lock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 668
 669         for_each_shadow_entry(vcpu, gva, iterator) {
 670                 level = iterator.level;
 671                 sptep = iterator.sptep;
 672
 673                 sp = page_header(__pa(sptep));
 674                 if (is_last_spte(*sptep, level)) {
 675                         int offset, shift;
 676
 677                         if (!sp->unsync)
 678                                 break;
 679
 680                         shift = PAGE_SHIFT -
 681                                   (PT_LEVEL_BITS - PT64_LEVEL_BITS) * level;
 682                         offset = sp->role.quadrant << shift;
 683
 684                         pte_gpa = (sp->gfn << PAGE_SHIFT) + offset;
 685                         pte_gpa += (sptep - sp->spt) * sizeof(pt_element_t);
 686
 687                         if (is_shadow_present_pte(*sptep)) {
 688                                 if (is_large_pte(*sptep))
 689                                         --vcpu->kvm->stat.lpages;
 690                                 drop_spte(vcpu->kvm, sptep,
 691                                           shadow_trap_nonpresent_pte);
 692                                 need_flush = 1;
 693                         } else
 694                                 __set_spte(sptep, shadow_trap_nonpresent_pte);
 695                         break;
 696                 }
 697
 698                 if (!is_shadow_present_pte(*sptep) || !sp->unsync_children)
 699                         break;
 700         }
 701
 702         if (need_flush)
 703                 kvm_flush_remote_tlbs(vcpu->kvm);
 704
 705         atomic_inc(&vcpu->kvm->arch.invlpg_counter);
 706
 707         spin_unlock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 708
 709         if (pte_gpa == -1)
 710                 return;
 711
 712         if (mmu_topup_memory_caches(vcpu))
 713                 return;
 714         kvm_mmu_pte_write(vcpu, pte_gpa, NULL, sizeof(pt_element_t), 0);
 715 }
 716
 717 static gpa_t FNAME(gva_to_gpa)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t vaddr, u32 access,
 718                                struct x86_exception *exception)
 719 {
 720         struct guest_walker walker;
 721         gpa_t gpa = UNMAPPED_GVA;
 722         int r;
 723
 724         r = FNAME(walk_addr)(&walker, vcpu, vaddr, access);
 725
 726         if (r) {
 727                 gpa = gfn_to_gpa(walker.gfn);
 728                 gpa |= vaddr & ~PAGE_MASK;
 729         } else if (exception)
 730                 *exception = walker.fault;
 731
 732         return gpa;
 733 }
 734
 735 static gpa_t FNAME(gva_to_gpa_nested)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t vaddr,
 736                                       u32 access,
 737                                       struct x86_exception *exception)
 738 {
 739         struct guest_walker walker;
 740         gpa_t gpa = UNMAPPED_GVA;
 741         int r;
 742
 743         r = FNAME(walk_addr_nested)(&walker, vcpu, vaddr, access);
 744
 745         if (r) {
 746                 gpa = gfn_to_gpa(walker.gfn);
 747                 gpa |= vaddr & ~PAGE_MASK;
 748         } else if (exception)
 749                 *exception = walker.fault;
 750
 751         return gpa;
 752 }
 753
 754 static void FNAME(prefetch_page)(struct kvm_vcpu *vcpu,
 755                                  struct kvm_mmu_page *sp)
 756 {
 757         int i, j, offset, r;
 758         pt_element_t pt[256 / sizeof(pt_element_t)];
 759         gpa_t pte_gpa;
 760
 761         if (sp->role.direct
 762             || (PTTYPE == 32 && sp->role.level > PT_PAGE_TABLE_LEVEL)) {
 763                 nonpaging_prefetch_page(vcpu, sp);
 764                 return;
 765         }
 766
 767         pte_gpa = gfn_to_gpa(sp->gfn);
 768         if (PTTYPE == 32) {
 769                 offset = sp->role.quadrant << PT64_LEVEL_BITS;
 770                 pte_gpa += offset * sizeof(pt_element_t);
 771         }
 772
 773         for (i = 0; i < PT64_ENT_PER_PAGE; i += ARRAY_SIZE(pt)) {
 774                 r = kvm_read_guest_atomic(vcpu->kvm, pte_gpa, pt, sizeof pt);
 775                 pte_gpa += ARRAY_SIZE(pt) * sizeof(pt_element_t);
 776                 for (j = 0; j < ARRAY_SIZE(pt); ++j)
 777                         if (r || is_present_gpte(pt[j]))
 778                                 sp->spt[i+j] = shadow_trap_nonpresent_pte;
 779                         else
 780                                 sp->spt[i+j] = shadow_notrap_nonpresent_pte;
 781         }
 782 }
 783
 784 /*
 785  * Using the cached information from sp->gfns is safe because:
 786  * - The spte has a reference to the struct page, so the pfn for a given gfn
 787  *   can't change unless all sptes pointing to it are nuked first.
 788  *
 789  * Note:
 790  *   We should flush all tlbs if spte is dropped even though guest is
 791  *   responsible for it. Since if we don't, kvm_mmu_notifier_invalidate_page
 792  *   and kvm_mmu_notifier_invalidate_range_start detect the mapping page isn't
 793  *   used by guest then tlbs are not flushed, so guest is allowed to access the
 794  *   freed pages.
 795  *   And we increase kvm->tlbs_dirty to delay tlbs flush in this case.
 796  */
 797 static int FNAME(sync_page)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu_page *sp)
 798 {
 799         int i, offset, nr_present;
 800         bool host_writable;
 801         gpa_t first_pte_gpa;
 802
 803         offset = nr_present = 0;
 804
 805         /* direct kvm_mmu_page can not be unsync. */
 806         BUG_ON(sp->role.direct);
 807
 808         if (PTTYPE == 32)
 809                 offset = sp->role.quadrant << PT64_LEVEL_BITS;
 810
 811         first_pte_gpa = gfn_to_gpa(sp->gfn) + offset * sizeof(pt_element_t);
 812
 813         for (i = 0; i < PT64_ENT_PER_PAGE; i++) {
 814                 unsigned pte_access;
 815                 pt_element_t gpte;
 816                 gpa_t pte_gpa;
 817                 gfn_t gfn;
 818
 819                 if (!is_shadow_present_pte(sp->spt[i]))
 820                         continue;
 821
 822                 pte_gpa = first_pte_gpa + i * sizeof(pt_element_t);
 823
 824                 if (kvm_read_guest_atomic(vcpu->kvm, pte_gpa, &gpte,
 825                                           sizeof(pt_element_t)))
 826                         return -EINVAL;
 827
 828                 gfn = gpte_to_gfn(gpte);
 829
 830                 if (FNAME(prefetch_invalid_gpte)(vcpu, sp, &sp->spt[i], gpte)) {
 831                         vcpu->kvm->tlbs_dirty++;
 832                         continue;
 833                 }
 834
 835                 if (gfn != sp->gfns[i]) {
 836                         drop_spte(vcpu->kvm, &sp->spt[i],
 837                                       shadow_trap_nonpresent_pte);
 838                         vcpu->kvm->tlbs_dirty++;
 839                         continue;
 840                 }
 841
 842                 nr_present++;
 843                 pte_access = sp->role.access & FNAME(gpte_access)(vcpu, gpte,
 844                                                                   true);
 845                 host_writable = sp->spt[i] & SPTE_HOST_WRITEABLE;
 846
 847                 set_spte(vcpu, &sp->spt[i], pte_access, 0, 0,
 848                          PT_PAGE_TABLE_LEVEL, gfn,
 849                          spte_to_pfn(sp->spt[i]), true, false,
 850                          host_writable);
 851         }
 852
 853         return !nr_present;
 854 }
 855
 856 #undef pt_element_t
 857 #undef guest_walker
 858 #undef FNAME
 859 #undef PT_BASE_ADDR_MASK
 860 #undef PT_INDEX
 861 #undef PT_LVL_ADDR_MASK
 862 #undef PT_LVL_OFFSET_MASK
 863 #undef PT_LEVEL_BITS
 864 #undef PT_MAX_FULL_LEVELS
 865 #undef gpte_to_gfn
 866 #undef gpte_to_gfn_lvl
 867 #undef CMPXCHG