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 static bool FNAME(is_last_gpte)(struct guest_walker *walker,
 117                                 struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu *mmu,
 118                                 pt_element_t gpte)
 119 {
 120         if (walker->level == PT_PAGE_TABLE_LEVEL)
 121                 return true;
 122
 123         if ((walker->level == PT_DIRECTORY_LEVEL) && is_large_pte(gpte) &&
 124             (PTTYPE == 64 || is_pse(vcpu)))
 125                 return true;
 126
 127         if ((walker->level == PT_PDPE_LEVEL) && is_large_pte(gpte) &&
 128             (mmu->root_level == PT64_ROOT_LEVEL))
 129                 return true;
 130
 131         return false;
 132 }
 133
 134 /*
 135  * Fetch a guest pte for a guest virtual address
 136  */
 137 static int FNAME(walk_addr_generic)(struct guest_walker *walker,
 138                                     struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu *mmu,
 139                                     gva_t addr, u32 access)
 140 {
 141         pt_element_t pte;
 142         pt_element_t __user *uninitialized_var(ptep_user);
 143         gfn_t table_gfn;
 144         unsigned index, pt_access, uninitialized_var(pte_access);
 145         gpa_t pte_gpa;
 146         bool eperm;
 147         int offset;
 148         const int write_fault = access & PFERR_WRITE_MASK;
 149         const int user_fault  = access & PFERR_USER_MASK;
 150         const int fetch_fault = access & PFERR_FETCH_MASK;
 151         u16 errcode = 0;
 152
 153         trace_kvm_mmu_pagetable_walk(addr, write_fault, user_fault,
 154                                      fetch_fault);
 155 retry_walk:
 156         eperm = false;
 157         walker->level = mmu->root_level;
 158         pte           = mmu->get_cr3(vcpu);
 159
 160 #if PTTYPE == 64
 161         if (walker->level == PT32E_ROOT_LEVEL) {
 162                 pte = kvm_pdptr_read_mmu(vcpu, mmu, (addr >> 30) & 3);
 163                 trace_kvm_mmu_paging_element(pte, walker->level);
 164                 if (!is_present_gpte(pte))
 165                         goto error;
 166                 --walker->level;
 167         }
 168 #endif
 169         ASSERT((!is_long_mode(vcpu) && is_pae(vcpu)) ||
 170                (mmu->get_cr3(vcpu) & CR3_NONPAE_RESERVED_BITS) == 0);
 171
 172         pt_access = ACC_ALL;
 173
 174         for (;;) {
 175                 gfn_t real_gfn;
 176                 unsigned long host_addr;
 177
 178                 index = PT_INDEX(addr, walker->level);
 179
 180                 table_gfn = gpte_to_gfn(pte);
 181                 offset    = index * sizeof(pt_element_t);
 182                 pte_gpa   = gfn_to_gpa(table_gfn) + offset;
 183                 walker->table_gfn[walker->level - 1] = table_gfn;
 184                 walker->pte_gpa[walker->level - 1] = pte_gpa;
 185
 186                 real_gfn = mmu->translate_gpa(vcpu, gfn_to_gpa(table_gfn),
 187                                               PFERR_USER_MASK|PFERR_WRITE_MASK);
 188                 if (unlikely(real_gfn == UNMAPPED_GVA))
 189                         goto error;
 190                 real_gfn = gpa_to_gfn(real_gfn);
 191
 192                 host_addr = gfn_to_hva(vcpu->kvm, real_gfn);
 193                 if (unlikely(kvm_is_error_hva(host_addr)))
 194                         goto error;
 195
 196                 ptep_user = (pt_element_t __user *)((void *)host_addr + offset);
 197                 if (unlikely(__copy_from_user(&pte, ptep_user, sizeof(pte))))
 198                         goto error;
 199
 200                 trace_kvm_mmu_paging_element(pte, walker->level);
 201
 202                 if (unlikely(!is_present_gpte(pte)))
 203                         goto error;
 204
 205                 if (unlikely(is_rsvd_bits_set(&vcpu->arch.mmu, pte,
 206                                               walker->level))) {
 207                         errcode |= PFERR_RSVD_MASK | PFERR_PRESENT_MASK;
 208                         goto error;
 209                 }
 210
 211                 if (!check_write_user_access(vcpu, write_fault, user_fault,
 212                                           pte))
 213                         eperm = true;
 214
 215 #if PTTYPE == 64
 216                 if (unlikely(fetch_fault && (pte & PT64_NX_MASK)))
 217                         eperm = true;
 218 #endif
 219
 220                 if (!eperm && unlikely(!(pte & PT_ACCESSED_MASK))) {
 221                         int ret;
 222                         trace_kvm_mmu_set_accessed_bit(table_gfn, index,
 223                                                        sizeof(pte));
 224                         ret = FNAME(cmpxchg_gpte)(vcpu, mmu, ptep_user, index,
 225                                                   pte, pte|PT_ACCESSED_MASK);
 226                         if (unlikely(ret < 0))
 227                                 goto error;
 228                         else if (ret)
 229                                 goto retry_walk;
 230
 231                         mark_page_dirty(vcpu->kvm, table_gfn);
 232                         pte |= PT_ACCESSED_MASK;
 233                 }
 234
 235                 pte_access = pt_access & FNAME(gpte_access)(vcpu, pte);
 236
 237                 walker->ptes[walker->level - 1] = pte;
 238
 239                 if (FNAME(is_last_gpte)(walker, vcpu, mmu, pte)) {
 240                         int lvl = walker->level;
 241                         gpa_t real_gpa;
 242                         gfn_t gfn;
 243                         u32 ac;
 244
 245                         /* check if the kernel is fetching from user page */
 246                         if (unlikely(pte_access & PT_USER_MASK) &&
 247                             kvm_read_cr4_bits(vcpu, X86_CR4_SMEP))
 248                                 if (fetch_fault && !user_fault)
 249                                         eperm = true;
 250
 251                         gfn = gpte_to_gfn_lvl(pte, lvl);
 252                         gfn += (addr & PT_LVL_OFFSET_MASK(lvl)) >> PAGE_SHIFT;
 253
 254                         if (PTTYPE == 32 &&
 255                             walker->level == PT_DIRECTORY_LEVEL &&
 256                             is_cpuid_PSE36())
 257                                 gfn += pse36_gfn_delta(pte);
 258
 259                         ac = write_fault | fetch_fault | user_fault;
 260
 261                         real_gpa = mmu->translate_gpa(vcpu, gfn_to_gpa(gfn),
 262                                                       ac);
 263                         if (real_gpa == UNMAPPED_GVA)
 264                                 return 0;
 265
 266                         walker->gfn = real_gpa >> PAGE_SHIFT;
 267
 268                         break;
 269                 }
 270
 271                 pt_access = pte_access;
 272                 --walker->level;
 273         }
 274
 275         if (unlikely(eperm)) {
 276                 errcode |= PFERR_PRESENT_MASK;
 277                 goto error;
 278         }
 279
 280         if (write_fault && unlikely(!is_dirty_gpte(pte))) {
 281                 int ret;
 282
 283                 trace_kvm_mmu_set_dirty_bit(table_gfn, index, sizeof(pte));
 284                 ret = FNAME(cmpxchg_gpte)(vcpu, mmu, ptep_user, index,
 285                                           pte, pte|PT_DIRTY_MASK);
 286                 if (unlikely(ret < 0))
 287                         goto error;
 288                 else if (ret)
 289                         goto retry_walk;
 290
 291                 mark_page_dirty(vcpu->kvm, table_gfn);
 292                 pte |= PT_DIRTY_MASK;
 293                 walker->ptes[walker->level - 1] = pte;
 294         }
 295
 296         walker->pt_access = pt_access;
 297         walker->pte_access = pte_access;
 298         pgprintk("%s: pte %llx pte_access %x pt_access %x\n",
 299                  __func__, (u64)pte, pte_access, pt_access);
 300         return 1;
 301
 302 error:
 303         errcode |= write_fault | user_fault;
 304         if (fetch_fault && (mmu->nx ||
 305                             kvm_read_cr4_bits(vcpu, X86_CR4_SMEP)))
 306                 errcode |= PFERR_FETCH_MASK;
 307
 308         walker->fault.vector = PF_VECTOR;
 309         walker->fault.error_code_valid = true;
 310         walker->fault.error_code = errcode;
 311         walker->fault.address = addr;
 312         walker->fault.nested_page_fault = mmu != vcpu->arch.walk_mmu;
 313
 314         trace_kvm_mmu_walker_error(walker->fault.error_code);
 315         return 0;
 316 }
 317
 318 static int FNAME(walk_addr)(struct guest_walker *walker,
 319                             struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr, u32 access)
 320 {
 321         return FNAME(walk_addr_generic)(walker, vcpu, &vcpu->arch.mmu, addr,
 322                                         access);
 323 }
 324
 325 static int FNAME(walk_addr_nested)(struct guest_walker *walker,
 326                                    struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr,
 327                                    u32 access)
 328 {
 329         return FNAME(walk_addr_generic)(walker, vcpu, &vcpu->arch.nested_mmu,
 330                                         addr, access);
 331 }
 332
 333 static bool FNAME(prefetch_invalid_gpte)(struct kvm_vcpu *vcpu,
 334                                     struct kvm_mmu_page *sp, u64 *spte,
 335                                     pt_element_t gpte)
 336 {
 337         u64 nonpresent = shadow_trap_nonpresent_pte;
 338
 339         if (is_rsvd_bits_set(&vcpu->arch.mmu, gpte, PT_PAGE_TABLE_LEVEL))
 340                 goto no_present;
 341
 342         if (!is_present_gpte(gpte)) {
 343                 if (!sp->unsync)
 344                         nonpresent = shadow_notrap_nonpresent_pte;
 345                 goto no_present;
 346         }
 347
 348         if (!(gpte & PT_ACCESSED_MASK))
 349                 goto no_present;
 350
 351         return false;
 352
 353 no_present:
 354         drop_spte(vcpu->kvm, spte, nonpresent);
 355         return true;
 356 }
 357
 358 static void FNAME(update_pte)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu_page *sp,
 359                               u64 *spte, const void *pte)
 360 {
 361         pt_element_t gpte;
 362         unsigned pte_access;
 363         pfn_t pfn;
 364
 365         gpte = *(const pt_element_t *)pte;
 366         if (FNAME(prefetch_invalid_gpte)(vcpu, sp, spte, gpte))
 367                 return;
 368
 369         pgprintk("%s: gpte %llx spte %p\n", __func__, (u64)gpte, spte);
 370         pte_access = sp->role.access & FNAME(gpte_access)(vcpu, gpte);
 371         pfn = gfn_to_pfn_atomic(vcpu->kvm, gpte_to_gfn(gpte));
 372         if (is_error_pfn(pfn)) {
 373                 kvm_release_pfn_clean(pfn);
 374                 return;
 375         }
 376
 377         /*
 378          * we call mmu_set_spte() with host_writable = true because that
 379          * vcpu->arch.update_pte.pfn was fetched from get_user_pages(write = 1).
 380          */
 381         mmu_set_spte(vcpu, spte, sp->role.access, pte_access, 0, 0,
 382                      is_dirty_gpte(gpte), NULL, PT_PAGE_TABLE_LEVEL,
 383                      gpte_to_gfn(gpte), pfn, true, true);
 384 }
 385
 386 static bool FNAME(gpte_changed)(struct kvm_vcpu *vcpu,
 387                                 struct guest_walker *gw, int level)
 388 {
 389         pt_element_t curr_pte;
 390         gpa_t base_gpa, pte_gpa = gw->pte_gpa[level - 1];
 391         u64 mask;
 392         int r, index;
 393
 394         if (level == PT_PAGE_TABLE_LEVEL) {
 395                 mask = PTE_PREFETCH_NUM * sizeof(pt_element_t) - 1;
 396                 base_gpa = pte_gpa & ~mask;
 397                 index = (pte_gpa - base_gpa) / sizeof(pt_element_t);
 398
 399                 r = kvm_read_guest_atomic(vcpu->kvm, base_gpa,
 400                                 gw->prefetch_ptes, sizeof(gw->prefetch_ptes));
 401                 curr_pte = gw->prefetch_ptes[index];
 402         } else
 403                 r = kvm_read_guest_atomic(vcpu->kvm, pte_gpa,
 404                                   &curr_pte, sizeof(curr_pte));
 405
 406         return r || curr_pte != gw->ptes[level - 1];
 407 }
 408
 409 static void FNAME(pte_prefetch)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct guest_walker *gw,
 410                                 u64 *sptep)
 411 {
 412         struct kvm_mmu_page *sp;
 413         pt_element_t *gptep = gw->prefetch_ptes;
 414         u64 *spte;
 415         int i;
 416
 417         sp = page_header(__pa(sptep));
 418
 419         if (sp->role.level > PT_PAGE_TABLE_LEVEL)
 420                 return;
 421
 422         if (sp->role.direct)
 423                 return __direct_pte_prefetch(vcpu, sp, sptep);
 424
 425         i = (sptep - sp->spt) & ~(PTE_PREFETCH_NUM - 1);
 426         spte = sp->spt + i;
 427
 428         for (i = 0; i < PTE_PREFETCH_NUM; i++, spte++) {
 429                 pt_element_t gpte;
 430                 unsigned pte_access;
 431                 gfn_t gfn;
 432                 pfn_t pfn;
 433                 bool dirty;
 434
 435                 if (spte == sptep)
 436                         continue;
 437
 438                 if (*spte != shadow_trap_nonpresent_pte)
 439                         continue;
 440
 441                 gpte = gptep[i];
 442
 443                 if (FNAME(prefetch_invalid_gpte)(vcpu, sp, spte, gpte))
 444                         continue;
 445
 446                 pte_access = sp->role.access & FNAME(gpte_access)(vcpu, gpte);
 447                 gfn = gpte_to_gfn(gpte);
 448                 dirty = is_dirty_gpte(gpte);
 449                 pfn = pte_prefetch_gfn_to_pfn(vcpu, gfn,
 450                                       (pte_access & ACC_WRITE_MASK) && dirty);
 451                 if (is_error_pfn(pfn)) {
 452                         kvm_release_pfn_clean(pfn);
 453                         break;
 454                 }
 455
 456                 mmu_set_spte(vcpu, spte, sp->role.access, pte_access, 0, 0,
 457                              dirty, NULL, PT_PAGE_TABLE_LEVEL, gfn,
 458                              pfn, true, true);
 459         }
 460 }
 461
 462 /*
 463  * Fetch a shadow pte for a specific level in the paging hierarchy.
 464  */
 465 static u64 *FNAME(fetch)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr,
 466                          struct guest_walker *gw,
 467                          int user_fault, int write_fault, int hlevel,
 468                          int *ptwrite, pfn_t pfn, bool map_writable,
 469                          bool prefault)
 470 {
 471         unsigned access = gw->pt_access;
 472         struct kvm_mmu_page *sp = NULL;
 473         bool dirty = is_dirty_gpte(gw->ptes[gw->level - 1]);
 474         int top_level;
 475         unsigned direct_access;
 476         struct kvm_shadow_walk_iterator it;
 477
 478         if (!is_present_gpte(gw->ptes[gw->level - 1]))
 479                 return NULL;
 480
 481         direct_access = gw->pt_access & gw->pte_access;
 482         if (!dirty)
 483                 direct_access &= ~ACC_WRITE_MASK;
 484
 485         top_level = vcpu->arch.mmu.root_level;
 486         if (top_level == PT32E_ROOT_LEVEL)
 487                 top_level = PT32_ROOT_LEVEL;
 488         /*
 489          * Verify that the top-level gpte is still there.  Since the page
 490          * is a root page, it is either write protected (and cannot be
 491          * changed from now on) or it is invalid (in which case, we don't
 492          * really care if it changes underneath us after this point).
 493          */
 494         if (FNAME(gpte_changed)(vcpu, gw, top_level))
 495                 goto out_gpte_changed;
 496
 497         for (shadow_walk_init(&it, vcpu, addr);
 498              shadow_walk_okay(&it) && it.level > gw->level;
 499              shadow_walk_next(&it)) {
 500                 gfn_t table_gfn;
 501
 502                 drop_large_spte(vcpu, it.sptep);
 503
 504                 sp = NULL;
 505                 if (!is_shadow_present_pte(*it.sptep)) {
 506                         table_gfn = gw->table_gfn[it.level - 2];
 507                         sp = kvm_mmu_get_page(vcpu, table_gfn, addr, it.level-1,
 508                                               false, access, it.sptep);
 509                 }
 510
 511                 /*
 512                  * Verify that the gpte in the page we've just write
 513                  * protected is still there.
 514                  */
 515                 if (FNAME(gpte_changed)(vcpu, gw, it.level - 1))
 516                         goto out_gpte_changed;
 517
 518                 if (sp)
 519                         link_shadow_page(it.sptep, sp);
 520         }
 521
 522         for (;
 523              shadow_walk_okay(&it) && it.level > hlevel;
 524              shadow_walk_next(&it)) {
 525                 gfn_t direct_gfn;
 526
 527                 validate_direct_spte(vcpu, it.sptep, direct_access);
 528
 529                 drop_large_spte(vcpu, it.sptep);
 530
 531                 if (is_shadow_present_pte(*it.sptep))
 532                         continue;
 533
 534                 direct_gfn = gw->gfn & ~(KVM_PAGES_PER_HPAGE(it.level) - 1);
 535
 536                 sp = kvm_mmu_get_page(vcpu, direct_gfn, addr, it.level-1,
 537                                       true, direct_access, it.sptep);
 538                 link_shadow_page(it.sptep, sp);
 539         }
 540
 541         mmu_set_spte(vcpu, it.sptep, access, gw->pte_access & access,
 542                      user_fault, write_fault, dirty, ptwrite, it.level,
 543                      gw->gfn, pfn, prefault, map_writable);
 544         FNAME(pte_prefetch)(vcpu, gw, it.sptep);
 545
 546         return it.sptep;
 547
 548 out_gpte_changed:
 549         if (sp)
 550                 kvm_mmu_put_page(sp, it.sptep);
 551         kvm_release_pfn_clean(pfn);
 552         return NULL;
 553 }
 554
 555 /*
 556  * Page fault handler.  There are several causes for a page fault:
 557  *   - there is no shadow pte for the guest pte
 558  *   - write access through a shadow pte marked read only so that we can set
 559  *     the dirty bit
 560  *   - write access to a shadow pte marked read only so we can update the page
 561  *     dirty bitmap, when userspace requests it
 562  *   - mmio access; in this case we will never install a present shadow pte
 563  *   - normal guest page fault due to the guest pte marked not present, not
 564  *     writable, or not executable
 565  *
 566  *  Returns: 1 if we need to emulate the instruction, 0 otherwise, or
 567  *           a negative value on error.
 568  */
 569 static int FNAME(page_fault)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr, u32 error_code,
 570                              bool prefault)
 571 {
 572         int write_fault = error_code & PFERR_WRITE_MASK;
 573         int user_fault = error_code & PFERR_USER_MASK;
 574         struct guest_walker walker;
 575         u64 *sptep;
 576         int write_pt = 0;
 577         int r;
 578         pfn_t pfn;
 579         int level = PT_PAGE_TABLE_LEVEL;
 580         int force_pt_level;
 581         unsigned long mmu_seq;
 582         bool map_writable;
 583
 584         pgprintk("%s: addr %lx err %x\n", __func__, addr, error_code);
 585
 586         r = mmu_topup_memory_caches(vcpu);
 587         if (r)
 588                 return r;
 589
 590         /*
 591          * Look up the guest pte for the faulting address.
 592          */
 593         r = FNAME(walk_addr)(&walker, vcpu, addr, error_code);
 594
 595         /*
 596          * The page is not mapped by the guest.  Let the guest handle it.
 597          */
 598         if (!r) {
 599                 pgprintk("%s: guest page fault\n", __func__);
 600                 if (!prefault) {
 601                         inject_page_fault(vcpu, &walker.fault);
 602                         /* reset fork detector */
 603                         vcpu->arch.last_pt_write_count = 0;
 604                 }
 605                 return 0;
 606         }
 607
 608         if (walker.level >= PT_DIRECTORY_LEVEL)
 609                 force_pt_level = mapping_level_dirty_bitmap(vcpu, walker.gfn);
 610         else
 611                 force_pt_level = 1;
 612         if (!force_pt_level) {
 613                 level = min(walker.level, mapping_level(vcpu, walker.gfn));
 614                 walker.gfn = walker.gfn & ~(KVM_PAGES_PER_HPAGE(level) - 1);
 615         }
 616
 617         mmu_seq = vcpu->kvm->mmu_notifier_seq;
 618         smp_rmb();
 619
 620         if (try_async_pf(vcpu, prefault, walker.gfn, addr, &pfn, write_fault,
 621                          &map_writable))
 622                 return 0;
 623
 624         /* mmio */
 625         if (is_error_pfn(pfn)) {
 626                 unsigned access = walker.pte_access;
 627                 bool dirty = is_dirty_gpte(walker.ptes[walker.level - 1]);
 628
 629                 if (!dirty)
 630                         access &= ~ACC_WRITE_MASK;
 631
 632                 return kvm_handle_bad_page(vcpu, mmu_is_nested(vcpu) ? 0 :
 633                                            addr, access, walker.gfn, pfn);
 634         }
 635
 636         spin_lock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 637         if (mmu_notifier_retry(vcpu, mmu_seq))
 638                 goto out_unlock;
 639
 640         trace_kvm_mmu_audit(vcpu, AUDIT_PRE_PAGE_FAULT);
 641         kvm_mmu_free_some_pages(vcpu);
 642         if (!force_pt_level)
 643                 transparent_hugepage_adjust(vcpu, &walker.gfn, &pfn, &level);
 644         sptep = FNAME(fetch)(vcpu, addr, &walker, user_fault, write_fault,
 645                              level, &write_pt, pfn, map_writable, prefault);
 646         (void)sptep;
 647         pgprintk("%s: shadow pte %p %llx ptwrite %d\n", __func__,
 648                  sptep, *sptep, write_pt);
 649
 650         if (!write_pt)
 651                 vcpu->arch.last_pt_write_count = 0; /* reset fork detector */
 652
 653         ++vcpu->stat.pf_fixed;
 654         trace_kvm_mmu_audit(vcpu, AUDIT_POST_PAGE_FAULT);
 655         spin_unlock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 656
 657         return write_pt;
 658
 659 out_unlock:
 660         spin_unlock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 661         kvm_release_pfn_clean(pfn);
 662         return 0;
 663 }
 664
 665 static void FNAME(invlpg)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t gva)
 666 {
 667         struct kvm_shadow_walk_iterator iterator;
 668         struct kvm_mmu_page *sp;
 669         gpa_t pte_gpa = -1;
 670         int level;
 671         u64 *sptep;
 672         int need_flush = 0;
 673
 674         vcpu_clear_mmio_info(vcpu, gva);
 675
 676         spin_lock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 677
 678         for_each_shadow_entry(vcpu, gva, iterator) {
 679                 level = iterator.level;
 680                 sptep = iterator.sptep;
 681
 682                 sp = page_header(__pa(sptep));
 683                 if (is_last_spte(*sptep, level)) {
 684                         int offset, shift;
 685
 686                         if (!sp->unsync)
 687                                 break;
 688
 689                         shift = PAGE_SHIFT -
 690                                   (PT_LEVEL_BITS - PT64_LEVEL_BITS) * level;
 691                         offset = sp->role.quadrant << shift;
 692
 693                         pte_gpa = (sp->gfn << PAGE_SHIFT) + offset;
 694                         pte_gpa += (sptep - sp->spt) * sizeof(pt_element_t);
 695
 696                         if (is_shadow_present_pte(*sptep)) {
 697                                 if (is_large_pte(*sptep))
 698                                         --vcpu->kvm->stat.lpages;
 699                                 drop_spte(vcpu->kvm, sptep,
 700                                           shadow_trap_nonpresent_pte);
 701                                 need_flush = 1;
 702                         } else
 703                                 __set_spte(sptep, shadow_trap_nonpresent_pte);
 704                         break;
 705                 }
 706
 707                 if (!is_shadow_present_pte(*sptep) || !sp->unsync_children)
 708                         break;
 709         }
 710
 711         if (need_flush)
 712                 kvm_flush_remote_tlbs(vcpu->kvm);
 713
 714         atomic_inc(&vcpu->kvm->arch.invlpg_counter);
 715
 716         spin_unlock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 717
 718         if (pte_gpa == -1)
 719                 return;
 720
 721         if (mmu_topup_memory_caches(vcpu))
 722                 return;
 723         kvm_mmu_pte_write(vcpu, pte_gpa, NULL, sizeof(pt_element_t), 0);
 724 }
 725
 726 static gpa_t FNAME(gva_to_gpa)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t vaddr, u32 access,
 727                                struct x86_exception *exception)
 728 {
 729         struct guest_walker walker;
 730         gpa_t gpa = UNMAPPED_GVA;
 731         int r;
 732
 733         r = FNAME(walk_addr)(&walker, vcpu, vaddr, access);
 734
 735         if (r) {
 736                 gpa = gfn_to_gpa(walker.gfn);
 737                 gpa |= vaddr & ~PAGE_MASK;
 738         } else if (exception)
 739                 *exception = walker.fault;
 740
 741         return gpa;
 742 }
 743
 744 static gpa_t FNAME(gva_to_gpa_nested)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t vaddr,
 745                                       u32 access,
 746                                       struct x86_exception *exception)
 747 {
 748         struct guest_walker walker;
 749         gpa_t gpa = UNMAPPED_GVA;
 750         int r;
 751
 752         r = FNAME(walk_addr_nested)(&walker, vcpu, vaddr, access);
 753
 754         if (r) {
 755                 gpa = gfn_to_gpa(walker.gfn);
 756                 gpa |= vaddr & ~PAGE_MASK;
 757         } else if (exception)
 758                 *exception = walker.fault;
 759
 760         return gpa;
 761 }
 762
 763 static void FNAME(prefetch_page)(struct kvm_vcpu *vcpu,
 764                                  struct kvm_mmu_page *sp)
 765 {
 766         int i, j, offset, r;
 767         pt_element_t pt[256 / sizeof(pt_element_t)];
 768         gpa_t pte_gpa;
 769
 770         if (sp->role.direct
 771             || (PTTYPE == 32 && sp->role.level > PT_PAGE_TABLE_LEVEL)) {
 772                 nonpaging_prefetch_page(vcpu, sp);
 773                 return;
 774         }
 775
 776         pte_gpa = gfn_to_gpa(sp->gfn);
 777         if (PTTYPE == 32) {
 778                 offset = sp->role.quadrant << PT64_LEVEL_BITS;
 779                 pte_gpa += offset * sizeof(pt_element_t);
 780         }
 781
 782         for (i = 0; i < PT64_ENT_PER_PAGE; i += ARRAY_SIZE(pt)) {
 783                 r = kvm_read_guest_atomic(vcpu->kvm, pte_gpa, pt, sizeof pt);
 784                 pte_gpa += ARRAY_SIZE(pt) * sizeof(pt_element_t);
 785                 for (j = 0; j < ARRAY_SIZE(pt); ++j)
 786                         if (r || is_present_gpte(pt[j]))
 787                                 sp->spt[i+j] = shadow_trap_nonpresent_pte;
 788                         else
 789                                 sp->spt[i+j] = shadow_notrap_nonpresent_pte;
 790         }
 791 }
 792
 793 /*
 794  * Using the cached information from sp->gfns is safe because:
 795  * - The spte has a reference to the struct page, so the pfn for a given gfn
 796  *   can't change unless all sptes pointing to it are nuked first.
 797  *
 798  * Note:
 799  *   We should flush all tlbs if spte is dropped even though guest is
 800  *   responsible for it. Since if we don't, kvm_mmu_notifier_invalidate_page
 801  *   and kvm_mmu_notifier_invalidate_range_start detect the mapping page isn't
 802  *   used by guest then tlbs are not flushed, so guest is allowed to access the
 803  *   freed pages.
 804  *   And we increase kvm->tlbs_dirty to delay tlbs flush in this case.
 805  */
 806 static int FNAME(sync_page)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu_page *sp)
 807 {
 808         int i, offset, nr_present;
 809         bool host_writable;
 810         gpa_t first_pte_gpa;
 811
 812         offset = nr_present = 0;
 813
 814         /* direct kvm_mmu_page can not be unsync. */
 815         BUG_ON(sp->role.direct);
 816
 817         if (PTTYPE == 32)
 818                 offset = sp->role.quadrant << PT64_LEVEL_BITS;
 819
 820         first_pte_gpa = gfn_to_gpa(sp->gfn) + offset * sizeof(pt_element_t);
 821
 822         for (i = 0; i < PT64_ENT_PER_PAGE; i++) {
 823                 unsigned pte_access;
 824                 pt_element_t gpte;
 825                 gpa_t pte_gpa;
 826                 gfn_t gfn;
 827
 828                 if (!is_shadow_present_pte(sp->spt[i]))
 829                         continue;
 830
 831                 pte_gpa = first_pte_gpa + i * sizeof(pt_element_t);
 832
 833                 if (kvm_read_guest_atomic(vcpu->kvm, pte_gpa, &gpte,
 834                                           sizeof(pt_element_t)))
 835                         return -EINVAL;
 836
 837                 gfn = gpte_to_gfn(gpte);
 838
 839                 if (FNAME(prefetch_invalid_gpte)(vcpu, sp, &sp->spt[i], gpte)) {
 840                         vcpu->kvm->tlbs_dirty++;
 841                         continue;
 842                 }
 843
 844                 if (gfn != sp->gfns[i]) {
 845                         drop_spte(vcpu->kvm, &sp->spt[i],
 846                                       shadow_trap_nonpresent_pte);
 847                         vcpu->kvm->tlbs_dirty++;
 848                         continue;
 849                 }
 850
 851                 nr_present++;
 852                 pte_access = sp->role.access & FNAME(gpte_access)(vcpu, gpte);
 853                 host_writable = sp->spt[i] & SPTE_HOST_WRITEABLE;
 854
 855                 set_spte(vcpu, &sp->spt[i], pte_access, 0, 0,
 856                          is_dirty_gpte(gpte), PT_PAGE_TABLE_LEVEL, gfn,
 857                          spte_to_pfn(sp->spt[i]), true, false,
 858                          host_writable);
 859         }
 860
 861         return !nr_present;
 862 }
 863
 864 #undef pt_element_t
 865 #undef guest_walker
 866 #undef FNAME
 867 #undef PT_BASE_ADDR_MASK
 868 #undef PT_INDEX
 869 #undef PT_LVL_ADDR_MASK
 870 #undef PT_LVL_OFFSET_MASK
 871 #undef PT_LEVEL_BITS
 872 #undef PT_MAX_FULL_LEVELS
 873 #undef gpte_to_gfn
 874 #undef gpte_to_gfn_lvl
 875 #undef CMPXCHG