KVM: MMU: fast invalidate all mmio sptes
authorXiao Guangrong <xiaoguangrong@linux.vnet.ibm.com>
Fri, 7 Jun 2013 08:51:26 +0000 (16:51 +0800)
committerGleb Natapov <gleb@redhat.com>
Thu, 27 Jun 2013 11:20:36 +0000 (14:20 +0300)
This patch tries to introduce a very simple and scale way to invalidate
all mmio sptes - it need not walk any shadow pages and hold mmu-lock

KVM maintains a global mmio valid generation-number which is stored in
kvm->memslots.generation and every mmio spte stores the current global
generation-number into his available bits when it is created

When KVM need zap all mmio sptes, it just simply increase the global
generation-number. When guests do mmio access, KVM intercepts a MMIO #PF
then it walks the shadow page table and get the mmio spte. If the
generation-number on the spte does not equal the global generation-number,
it will go to the normal #PF handler to update the mmio spte

Since 19 bits are used to store generation-number on mmio spte, we zap all
mmio sptes when the number is round

Signed-off-by: Xiao Guangrong <xiaoguangrong@linux.vnet.ibm.com>
Reviewed-by: Gleb Natapov <gleb@redhat.com>
Reviewed-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
arch/x86/include/asm/kvm_host.h
arch/x86/kvm/mmu.c
arch/x86/kvm/mmu.h
arch/x86/kvm/paging_tmpl.h
arch/x86/kvm/vmx.c
arch/x86/kvm/x86.c

index 1f98c1b..90d05ed 100644 (file)
@@ -773,7 +773,7 @@ void kvm_mmu_write_protect_pt_masked(struct kvm *kvm,
                                     struct kvm_memory_slot *slot,
                                     gfn_t gfn_offset, unsigned long mask);
 void kvm_mmu_zap_all(struct kvm *kvm);
-void kvm_mmu_zap_mmio_sptes(struct kvm *kvm);
+void kvm_mmu_invalidate_mmio_sptes(struct kvm *kvm);
 unsigned int kvm_mmu_calculate_mmu_pages(struct kvm *kvm);
 void kvm_mmu_change_mmu_pages(struct kvm *kvm, unsigned int kvm_nr_mmu_pages);
 
index 476d155..3e893cd 100644 (file)
@@ -205,9 +205,11 @@ EXPORT_SYMBOL_GPL(kvm_mmu_set_mmio_spte_mask);
 #define MMIO_SPTE_GEN_LOW_SHIFT                3
 #define MMIO_SPTE_GEN_HIGH_SHIFT       52
 
+#define MMIO_GEN_SHIFT                 19
 #define MMIO_GEN_LOW_SHIFT             9
 #define MMIO_GEN_LOW_MASK              ((1 << MMIO_GEN_LOW_SHIFT) - 1)
-#define MMIO_MAX_GEN                   ((1 << 19) - 1)
+#define MMIO_GEN_MASK                  ((1 << MMIO_GEN_SHIFT) - 1)
+#define MMIO_MAX_GEN                   ((1 << MMIO_GEN_SHIFT) - 1)
 
 static u64 generation_mmio_spte_mask(unsigned int gen)
 {
@@ -231,17 +233,23 @@ static unsigned int get_mmio_spte_generation(u64 spte)
        return gen;
 }
 
+static unsigned int kvm_current_mmio_generation(struct kvm *kvm)
+{
+       return kvm_memslots(kvm)->generation & MMIO_GEN_MASK;
+}
+
 static void mark_mmio_spte(struct kvm *kvm, u64 *sptep, u64 gfn,
                           unsigned access)
 {
        struct kvm_mmu_page *sp =  page_header(__pa(sptep));
-       u64 mask = generation_mmio_spte_mask(0);
+       unsigned int gen = kvm_current_mmio_generation(kvm);
+       u64 mask = generation_mmio_spte_mask(gen);
 
        access &= ACC_WRITE_MASK | ACC_USER_MASK;
        mask |= shadow_mmio_mask | access | gfn << PAGE_SHIFT;
        sp->mmio_cached = true;
 
-       trace_mark_mmio_spte(sptep, gfn, access, 0);
+       trace_mark_mmio_spte(sptep, gfn, access, gen);
        mmu_spte_set(sptep, mask);
 }
 
@@ -273,6 +281,12 @@ static bool set_mmio_spte(struct kvm *kvm, u64 *sptep, gfn_t gfn,
        return false;
 }
 
+static bool check_mmio_spte(struct kvm *kvm, u64 spte)
+{
+       return likely(get_mmio_spte_generation(spte) ==
+                       kvm_current_mmio_generation(kvm));
+}
+
 static inline u64 rsvd_bits(int s, int e)
 {
        return ((1ULL << (e - s + 1)) - 1) << s;
@@ -3237,6 +3251,9 @@ int handle_mmio_page_fault_common(struct kvm_vcpu *vcpu, u64 addr, bool direct)
                gfn_t gfn = get_mmio_spte_gfn(spte);
                unsigned access = get_mmio_spte_access(spte);
 
+               if (!check_mmio_spte(vcpu->kvm, spte))
+                       return RET_MMIO_PF_INVALID;
+
                if (direct)
                        addr = 0;
 
@@ -3278,8 +3295,12 @@ static int nonpaging_page_fault(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t gva,
 
        pgprintk("%s: gva %lx error %x\n", __func__, gva, error_code);
 
-       if (unlikely(error_code & PFERR_RSVD_MASK))
-               return handle_mmio_page_fault(vcpu, gva, error_code, true);
+       if (unlikely(error_code & PFERR_RSVD_MASK)) {
+               r = handle_mmio_page_fault(vcpu, gva, error_code, true);
+
+               if (likely(r != RET_MMIO_PF_INVALID))
+                       return r;
+       }
 
        r = mmu_topup_memory_caches(vcpu);
        if (r)
@@ -3355,8 +3376,12 @@ static int tdp_page_fault(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t gpa, u32 error_code,
        ASSERT(vcpu);
        ASSERT(VALID_PAGE(vcpu->arch.mmu.root_hpa));
 
-       if (unlikely(error_code & PFERR_RSVD_MASK))
-               return handle_mmio_page_fault(vcpu, gpa, error_code, true);
+       if (unlikely(error_code & PFERR_RSVD_MASK)) {
+               r = handle_mmio_page_fault(vcpu, gpa, error_code, true);
+
+               if (likely(r != RET_MMIO_PF_INVALID))
+                       return r;
+       }
 
        r = mmu_topup_memory_caches(vcpu);
        if (r)
@@ -4329,7 +4354,7 @@ void kvm_mmu_invalidate_zap_all_pages(struct kvm *kvm)
        spin_unlock(&kvm->mmu_lock);
 }
 
-void kvm_mmu_zap_mmio_sptes(struct kvm *kvm)
+static void kvm_mmu_zap_mmio_sptes(struct kvm *kvm)
 {
        struct kvm_mmu_page *sp, *node;
        LIST_HEAD(invalid_list);
@@ -4352,6 +4377,19 @@ static bool kvm_has_zapped_obsolete_pages(struct kvm *kvm)
        return unlikely(!list_empty_careful(&kvm->arch.zapped_obsolete_pages));
 }
 
+void kvm_mmu_invalidate_mmio_sptes(struct kvm *kvm)
+{
+       /*
+        * The very rare case: if the generation-number is round,
+        * zap all shadow pages.
+        *
+        * The max value is MMIO_MAX_GEN - 1 since it is not called
+        * when mark memslot invalid.
+        */
+       if (unlikely(kvm_current_mmio_generation(kvm) >= (MMIO_MAX_GEN - 1)))
+               kvm_mmu_zap_mmio_sptes(kvm);
+}
+
 static int mmu_shrink(struct shrinker *shrink, struct shrink_control *sc)
 {
        struct kvm *kvm;
index ba6a19c..5b59c57 100644 (file)
@@ -56,12 +56,15 @@ void kvm_mmu_set_mmio_spte_mask(u64 mmio_mask);
 /*
  * Return values of handle_mmio_page_fault_common:
  * RET_MMIO_PF_EMULATE: it is a real mmio page fault, emulate the instruction
- *                      directly.
+ *                     directly.
+ * RET_MMIO_PF_INVALID: invalid spte is detected then let the real page
+ *                     fault path update the mmio spte.
  * RET_MMIO_PF_RETRY: let CPU fault again on the address.
  * RET_MMIO_PF_BUG: bug is detected.
  */
 enum {
        RET_MMIO_PF_EMULATE = 1,
+       RET_MMIO_PF_INVALID = 2,
        RET_MMIO_PF_RETRY = 0,
        RET_MMIO_PF_BUG = -1
 };
index fb50fa6..7769699 100644 (file)
@@ -552,9 +552,12 @@ static int FNAME(page_fault)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr, u32 error_code,
 
        pgprintk("%s: addr %lx err %x\n", __func__, addr, error_code);
 
-       if (unlikely(error_code & PFERR_RSVD_MASK))
-               return handle_mmio_page_fault(vcpu, addr, error_code,
+       if (unlikely(error_code & PFERR_RSVD_MASK)) {
+               r = handle_mmio_page_fault(vcpu, addr, error_code,
                                              mmu_is_nested(vcpu));
+               if (likely(r != RET_MMIO_PF_INVALID))
+                       return r;
+       };
 
        r = mmu_topup_memory_caches(vcpu);
        if (r)
index 85c8d51..f4a5b3f 100644 (file)
@@ -5369,6 +5369,10 @@ static int handle_ept_misconfig(struct kvm_vcpu *vcpu)
        if (likely(ret == RET_MMIO_PF_EMULATE))
                return x86_emulate_instruction(vcpu, gpa, 0, NULL, 0) ==
                                              EMULATE_DONE;
+
+       if (unlikely(ret == RET_MMIO_PF_INVALID))
+               return kvm_mmu_page_fault(vcpu, gpa, 0, NULL, 0);
+
        if (unlikely(ret == RET_MMIO_PF_RETRY))
                return 1;
 
index 15cf34d..aac5ffc 100644 (file)
@@ -7084,8 +7084,7 @@ void kvm_arch_commit_memory_region(struct kvm *kvm,
         * If memory slot is created, or moved, we need to clear all
         * mmio sptes.
         */
-       if ((change == KVM_MR_CREATE) || (change == KVM_MR_MOVE))
-               kvm_mmu_zap_mmio_sptes(kvm);
+       kvm_mmu_invalidate_mmio_sptes(kvm);
 }
 
 void kvm_arch_flush_shadow_all(struct kvm *kvm)