e4c7bf3deac84b297f6ead054716777bd5698141
[linux-2.6-microblaze.git] / arch / x86 / kvm / mmu / paging_tmpl.h
1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only */
2 /*
3  * Kernel-based Virtual Machine driver for Linux
4  *
5  * This module enables machines with Intel VT-x extensions to run virtual
6  * machines without emulation or binary translation.
7  *
8  * MMU support
9  *
10  * Copyright (C) 2006 Qumranet, Inc.
11  * Copyright 2010 Red Hat, Inc. and/or its affiliates.
12  *
13  * Authors:
14  *   Yaniv Kamay  <yaniv@qumranet.com>
15  *   Avi Kivity   <avi@qumranet.com>
16  */
17
18 /*
19  * We need the mmu code to access both 32-bit and 64-bit guest ptes,
20  * so the code in this file is compiled twice, once per pte size.
21  */
22
23 #if PTTYPE == 64
24         #define pt_element_t u64
25         #define guest_walker guest_walker64
26         #define FNAME(name) paging##64_##name
27         #define PT_BASE_ADDR_MASK GUEST_PT64_BASE_ADDR_MASK
28         #define PT_LVL_ADDR_MASK(lvl) PT64_LVL_ADDR_MASK(lvl)
29         #define PT_LVL_OFFSET_MASK(lvl) PT64_LVL_OFFSET_MASK(lvl)
30         #define PT_INDEX(addr, level) PT64_INDEX(addr, level)
31         #define PT_LEVEL_BITS PT64_LEVEL_BITS
32         #define PT_GUEST_DIRTY_SHIFT PT_DIRTY_SHIFT
33         #define PT_GUEST_ACCESSED_SHIFT PT_ACCESSED_SHIFT
34         #define PT_HAVE_ACCESSED_DIRTY(mmu) true
35         #ifdef CONFIG_X86_64
36         #define PT_MAX_FULL_LEVELS PT64_ROOT_MAX_LEVEL
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 PT_GUEST_DIRTY_SHIFT PT_DIRTY_SHIFT
53         #define PT_GUEST_ACCESSED_SHIFT PT_ACCESSED_SHIFT
54         #define PT_HAVE_ACCESSED_DIRTY(mmu) true
55         #define CMPXCHG cmpxchg
56 #elif PTTYPE == PTTYPE_EPT
57         #define pt_element_t u64
58         #define guest_walker guest_walkerEPT
59         #define FNAME(name) ept_##name
60         #define PT_BASE_ADDR_MASK GUEST_PT64_BASE_ADDR_MASK
61         #define PT_LVL_ADDR_MASK(lvl) PT64_LVL_ADDR_MASK(lvl)
62         #define PT_LVL_OFFSET_MASK(lvl) PT64_LVL_OFFSET_MASK(lvl)
63         #define PT_INDEX(addr, level) PT64_INDEX(addr, level)
64         #define PT_LEVEL_BITS PT64_LEVEL_BITS
65         #define PT_GUEST_DIRTY_SHIFT 9
66         #define PT_GUEST_ACCESSED_SHIFT 8
67         #define PT_HAVE_ACCESSED_DIRTY(mmu) ((mmu)->ept_ad)
68         #define CMPXCHG cmpxchg64
69         #define PT_MAX_FULL_LEVELS PT64_ROOT_MAX_LEVEL
70 #else
71         #error Invalid PTTYPE value
72 #endif
73
74 #define PT_GUEST_DIRTY_MASK    (1 << PT_GUEST_DIRTY_SHIFT)
75 #define PT_GUEST_ACCESSED_MASK (1 << PT_GUEST_ACCESSED_SHIFT)
76
77 #define gpte_to_gfn_lvl FNAME(gpte_to_gfn_lvl)
78 #define gpte_to_gfn(pte) gpte_to_gfn_lvl((pte), PG_LEVEL_4K)
79
80 /*
81  * The guest_walker structure emulates the behavior of the hardware page
82  * table walker.
83  */
84 struct guest_walker {
85         int level;
86         unsigned max_level;
87         gfn_t table_gfn[PT_MAX_FULL_LEVELS];
88         pt_element_t ptes[PT_MAX_FULL_LEVELS];
89         pt_element_t prefetch_ptes[PTE_PREFETCH_NUM];
90         gpa_t pte_gpa[PT_MAX_FULL_LEVELS];
91         pt_element_t __user *ptep_user[PT_MAX_FULL_LEVELS];
92         bool pte_writable[PT_MAX_FULL_LEVELS];
93         unsigned int pt_access[PT_MAX_FULL_LEVELS];
94         unsigned int pte_access;
95         gfn_t gfn;
96         struct x86_exception fault;
97 };
98
99 static gfn_t gpte_to_gfn_lvl(pt_element_t gpte, int lvl)
100 {
101         return (gpte & PT_LVL_ADDR_MASK(lvl)) >> PAGE_SHIFT;
102 }
103
104 static inline void FNAME(protect_clean_gpte)(struct kvm_mmu *mmu, unsigned *access,
105                                              unsigned gpte)
106 {
107         unsigned mask;
108
109         /* dirty bit is not supported, so no need to track it */
110         if (!PT_HAVE_ACCESSED_DIRTY(mmu))
111                 return;
112
113         BUILD_BUG_ON(PT_WRITABLE_MASK != ACC_WRITE_MASK);
114
115         mask = (unsigned)~ACC_WRITE_MASK;
116         /* Allow write access to dirty gptes */
117         mask |= (gpte >> (PT_GUEST_DIRTY_SHIFT - PT_WRITABLE_SHIFT)) &
118                 PT_WRITABLE_MASK;
119         *access &= mask;
120 }
121
122 static inline int FNAME(is_present_gpte)(unsigned long pte)
123 {
124 #if PTTYPE != PTTYPE_EPT
125         return pte & PT_PRESENT_MASK;
126 #else
127         return pte & 7;
128 #endif
129 }
130
131 static bool FNAME(is_bad_mt_xwr)(struct rsvd_bits_validate *rsvd_check, u64 gpte)
132 {
133 #if PTTYPE != PTTYPE_EPT
134         return false;
135 #else
136         return __is_bad_mt_xwr(rsvd_check, gpte);
137 #endif
138 }
139
140 static bool FNAME(is_rsvd_bits_set)(struct kvm_mmu *mmu, u64 gpte, int level)
141 {
142         return __is_rsvd_bits_set(&mmu->guest_rsvd_check, gpte, level) ||
143                FNAME(is_bad_mt_xwr)(&mmu->guest_rsvd_check, gpte);
144 }
145
146 static int FNAME(cmpxchg_gpte)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu *mmu,
147                                pt_element_t __user *ptep_user, unsigned index,
148                                pt_element_t orig_pte, pt_element_t new_pte)
149 {
150         int npages;
151         pt_element_t ret;
152         pt_element_t *table;
153         struct page *page;
154
155         npages = get_user_pages_fast((unsigned long)ptep_user, 1, FOLL_WRITE, &page);
156         if (likely(npages == 1)) {
157                 table = kmap_atomic(page);
158                 ret = CMPXCHG(&table[index], orig_pte, new_pte);
159                 kunmap_atomic(table);
160
161                 kvm_release_page_dirty(page);
162         } else {
163                 struct vm_area_struct *vma;
164                 unsigned long vaddr = (unsigned long)ptep_user & PAGE_MASK;
165                 unsigned long pfn;
166                 unsigned long paddr;
167
168                 mmap_read_lock(current->mm);
169                 vma = find_vma_intersection(current->mm, vaddr, vaddr + PAGE_SIZE);
170                 if (!vma || !(vma->vm_flags & VM_PFNMAP)) {
171                         mmap_read_unlock(current->mm);
172                         return -EFAULT;
173                 }
174                 pfn = ((vaddr - vma->vm_start) >> PAGE_SHIFT) + vma->vm_pgoff;
175                 paddr = pfn << PAGE_SHIFT;
176                 table = memremap(paddr, PAGE_SIZE, MEMREMAP_WB);
177                 if (!table) {
178                         mmap_read_unlock(current->mm);
179                         return -EFAULT;
180                 }
181                 ret = CMPXCHG(&table[index], orig_pte, new_pte);
182                 memunmap(table);
183                 mmap_read_unlock(current->mm);
184         }
185
186         return (ret != orig_pte);
187 }
188
189 static bool FNAME(prefetch_invalid_gpte)(struct kvm_vcpu *vcpu,
190                                   struct kvm_mmu_page *sp, u64 *spte,
191                                   u64 gpte)
192 {
193         if (!FNAME(is_present_gpte)(gpte))
194                 goto no_present;
195
196         /* if accessed bit is not supported prefetch non accessed gpte */
197         if (PT_HAVE_ACCESSED_DIRTY(vcpu->arch.mmu) &&
198             !(gpte & PT_GUEST_ACCESSED_MASK))
199                 goto no_present;
200
201         if (FNAME(is_rsvd_bits_set)(vcpu->arch.mmu, gpte, PG_LEVEL_4K))
202                 goto no_present;
203
204         return false;
205
206 no_present:
207         drop_spte(vcpu->kvm, spte);
208         return true;
209 }
210
211 /*
212  * For PTTYPE_EPT, a page table can be executable but not readable
213  * on supported processors. Therefore, set_spte does not automatically
214  * set bit 0 if execute only is supported. Here, we repurpose ACC_USER_MASK
215  * to signify readability since it isn't used in the EPT case
216  */
217 static inline unsigned FNAME(gpte_access)(u64 gpte)
218 {
219         unsigned access;
220 #if PTTYPE == PTTYPE_EPT
221         access = ((gpte & VMX_EPT_WRITABLE_MASK) ? ACC_WRITE_MASK : 0) |
222                 ((gpte & VMX_EPT_EXECUTABLE_MASK) ? ACC_EXEC_MASK : 0) |
223                 ((gpte & VMX_EPT_READABLE_MASK) ? ACC_USER_MASK : 0);
224 #else
225         BUILD_BUG_ON(ACC_EXEC_MASK != PT_PRESENT_MASK);
226         BUILD_BUG_ON(ACC_EXEC_MASK != 1);
227         access = gpte & (PT_WRITABLE_MASK | PT_USER_MASK | PT_PRESENT_MASK);
228         /* Combine NX with P (which is set here) to get ACC_EXEC_MASK.  */
229         access ^= (gpte >> PT64_NX_SHIFT);
230 #endif
231
232         return access;
233 }
234
235 static int FNAME(update_accessed_dirty_bits)(struct kvm_vcpu *vcpu,
236                                              struct kvm_mmu *mmu,
237                                              struct guest_walker *walker,
238                                              gpa_t addr, int write_fault)
239 {
240         unsigned level, index;
241         pt_element_t pte, orig_pte;
242         pt_element_t __user *ptep_user;
243         gfn_t table_gfn;
244         int ret;
245
246         /* dirty/accessed bits are not supported, so no need to update them */
247         if (!PT_HAVE_ACCESSED_DIRTY(mmu))
248                 return 0;
249
250         for (level = walker->max_level; level >= walker->level; --level) {
251                 pte = orig_pte = walker->ptes[level - 1];
252                 table_gfn = walker->table_gfn[level - 1];
253                 ptep_user = walker->ptep_user[level - 1];
254                 index = offset_in_page(ptep_user) / sizeof(pt_element_t);
255                 if (!(pte & PT_GUEST_ACCESSED_MASK)) {
256                         trace_kvm_mmu_set_accessed_bit(table_gfn, index, sizeof(pte));
257                         pte |= PT_GUEST_ACCESSED_MASK;
258                 }
259                 if (level == walker->level && write_fault &&
260                                 !(pte & PT_GUEST_DIRTY_MASK)) {
261                         trace_kvm_mmu_set_dirty_bit(table_gfn, index, sizeof(pte));
262 #if PTTYPE == PTTYPE_EPT
263                         if (kvm_x86_ops.nested_ops->write_log_dirty(vcpu, addr))
264                                 return -EINVAL;
265 #endif
266                         pte |= PT_GUEST_DIRTY_MASK;
267                 }
268                 if (pte == orig_pte)
269                         continue;
270
271                 /*
272                  * If the slot is read-only, simply do not process the accessed
273                  * and dirty bits.  This is the correct thing to do if the slot
274                  * is ROM, and page tables in read-as-ROM/write-as-MMIO slots
275                  * are only supported if the accessed and dirty bits are already
276                  * set in the ROM (so that MMIO writes are never needed).
277                  *
278                  * Note that NPT does not allow this at all and faults, since
279                  * it always wants nested page table entries for the guest
280                  * page tables to be writable.  And EPT works but will simply
281                  * overwrite the read-only memory to set the accessed and dirty
282                  * bits.
283                  */
284                 if (unlikely(!walker->pte_writable[level - 1]))
285                         continue;
286
287                 ret = FNAME(cmpxchg_gpte)(vcpu, mmu, ptep_user, index, orig_pte, pte);
288                 if (ret)
289                         return ret;
290
291                 kvm_vcpu_mark_page_dirty(vcpu, table_gfn);
292                 walker->ptes[level - 1] = pte;
293         }
294         return 0;
295 }
296
297 static inline unsigned FNAME(gpte_pkeys)(struct kvm_vcpu *vcpu, u64 gpte)
298 {
299         unsigned pkeys = 0;
300 #if PTTYPE == 64
301         pte_t pte = {.pte = gpte};
302
303         pkeys = pte_flags_pkey(pte_flags(pte));
304 #endif
305         return pkeys;
306 }
307
308 static inline bool FNAME(is_last_gpte)(struct kvm_mmu *mmu,
309                                        unsigned int level, unsigned int gpte)
310 {
311         /*
312          * For EPT and PAE paging (both variants), bit 7 is either reserved at
313          * all level or indicates a huge page (ignoring CR3/EPTP).  In either
314          * case, bit 7 being set terminates the walk.
315          */
316 #if PTTYPE == 32
317         /*
318          * 32-bit paging requires special handling because bit 7 is ignored if
319          * CR4.PSE=0, not reserved.  Clear bit 7 in the gpte if the level is
320          * greater than the last level for which bit 7 is the PAGE_SIZE bit.
321          *
322          * The RHS has bit 7 set iff level < (2 + PSE).  If it is clear, bit 7
323          * is not reserved and does not indicate a large page at this level,
324          * so clear PT_PAGE_SIZE_MASK in gpte if that is the case.
325          */
326         gpte &= level - (PT32_ROOT_LEVEL + mmu->mmu_role.ext.cr4_pse);
327 #endif
328         /*
329          * PG_LEVEL_4K always terminates.  The RHS has bit 7 set
330          * iff level <= PG_LEVEL_4K, which for our purpose means
331          * level == PG_LEVEL_4K; set PT_PAGE_SIZE_MASK in gpte then.
332          */
333         gpte |= level - PG_LEVEL_4K - 1;
334
335         return gpte & PT_PAGE_SIZE_MASK;
336 }
337 /*
338  * Fetch a guest pte for a guest virtual address, or for an L2's GPA.
339  */
340 static int FNAME(walk_addr_generic)(struct guest_walker *walker,
341                                     struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu *mmu,
342                                     gpa_t addr, u32 access)
343 {
344         int ret;
345         pt_element_t pte;
346         pt_element_t __user *ptep_user;
347         gfn_t table_gfn;
348         u64 pt_access, pte_access;
349         unsigned index, accessed_dirty, pte_pkey;
350         unsigned nested_access;
351         gpa_t pte_gpa;
352         bool have_ad;
353         int offset;
354         u64 walk_nx_mask = 0;
355         const int write_fault = access & PFERR_WRITE_MASK;
356         const int user_fault  = access & PFERR_USER_MASK;
357         const int fetch_fault = access & PFERR_FETCH_MASK;
358         u16 errcode = 0;
359         gpa_t real_gpa;
360         gfn_t gfn;
361
362         trace_kvm_mmu_pagetable_walk(addr, access);
363 retry_walk:
364         walker->level = mmu->root_level;
365         pte           = mmu->get_guest_pgd(vcpu);
366         have_ad       = PT_HAVE_ACCESSED_DIRTY(mmu);
367
368 #if PTTYPE == 64
369         walk_nx_mask = 1ULL << PT64_NX_SHIFT;
370         if (walker->level == PT32E_ROOT_LEVEL) {
371                 pte = mmu->get_pdptr(vcpu, (addr >> 30) & 3);
372                 trace_kvm_mmu_paging_element(pte, walker->level);
373                 if (!FNAME(is_present_gpte)(pte))
374                         goto error;
375                 --walker->level;
376         }
377 #endif
378         walker->max_level = walker->level;
379         ASSERT(!(is_long_mode(vcpu) && !is_pae(vcpu)));
380
381         /*
382          * FIXME: on Intel processors, loads of the PDPTE registers for PAE paging
383          * by the MOV to CR instruction are treated as reads and do not cause the
384          * processor to set the dirty flag in any EPT paging-structure entry.
385          */
386         nested_access = (have_ad ? PFERR_WRITE_MASK : 0) | PFERR_USER_MASK;
387
388         pte_access = ~0;
389         ++walker->level;
390
391         do {
392                 unsigned long host_addr;
393
394                 pt_access = pte_access;
395                 --walker->level;
396
397                 index = PT_INDEX(addr, walker->level);
398                 table_gfn = gpte_to_gfn(pte);
399                 offset    = index * sizeof(pt_element_t);
400                 pte_gpa   = gfn_to_gpa(table_gfn) + offset;
401
402                 BUG_ON(walker->level < 1);
403                 walker->table_gfn[walker->level - 1] = table_gfn;
404                 walker->pte_gpa[walker->level - 1] = pte_gpa;
405
406                 real_gpa = mmu->translate_gpa(vcpu, gfn_to_gpa(table_gfn),
407                                               nested_access,
408                                               &walker->fault);
409
410                 /*
411                  * FIXME: This can happen if emulation (for of an INS/OUTS
412                  * instruction) triggers a nested page fault.  The exit
413                  * qualification / exit info field will incorrectly have
414                  * "guest page access" as the nested page fault's cause,
415                  * instead of "guest page structure access".  To fix this,
416                  * the x86_exception struct should be augmented with enough
417                  * information to fix the exit_qualification or exit_info_1
418                  * fields.
419                  */
420                 if (unlikely(real_gpa == UNMAPPED_GVA))
421                         return 0;
422
423                 host_addr = kvm_vcpu_gfn_to_hva_prot(vcpu, gpa_to_gfn(real_gpa),
424                                             &walker->pte_writable[walker->level - 1]);
425                 if (unlikely(kvm_is_error_hva(host_addr)))
426                         goto error;
427
428                 ptep_user = (pt_element_t __user *)((void *)host_addr + offset);
429                 if (unlikely(__get_user(pte, ptep_user)))
430                         goto error;
431                 walker->ptep_user[walker->level - 1] = ptep_user;
432
433                 trace_kvm_mmu_paging_element(pte, walker->level);
434
435                 /*
436                  * Inverting the NX it lets us AND it like other
437                  * permission bits.
438                  */
439                 pte_access = pt_access & (pte ^ walk_nx_mask);
440
441                 if (unlikely(!FNAME(is_present_gpte)(pte)))
442                         goto error;
443
444                 if (unlikely(FNAME(is_rsvd_bits_set)(mmu, pte, walker->level))) {
445                         errcode = PFERR_RSVD_MASK | PFERR_PRESENT_MASK;
446                         goto error;
447                 }
448
449                 walker->ptes[walker->level - 1] = pte;
450
451                 /* Convert to ACC_*_MASK flags for struct guest_walker.  */
452                 walker->pt_access[walker->level - 1] = FNAME(gpte_access)(pt_access ^ walk_nx_mask);
453         } while (!FNAME(is_last_gpte)(mmu, walker->level, pte));
454
455         pte_pkey = FNAME(gpte_pkeys)(vcpu, pte);
456         accessed_dirty = have_ad ? pte_access & PT_GUEST_ACCESSED_MASK : 0;
457
458         /* Convert to ACC_*_MASK flags for struct guest_walker.  */
459         walker->pte_access = FNAME(gpte_access)(pte_access ^ walk_nx_mask);
460         errcode = permission_fault(vcpu, mmu, walker->pte_access, pte_pkey, access);
461         if (unlikely(errcode))
462                 goto error;
463
464         gfn = gpte_to_gfn_lvl(pte, walker->level);
465         gfn += (addr & PT_LVL_OFFSET_MASK(walker->level)) >> PAGE_SHIFT;
466
467         if (PTTYPE == 32 && walker->level > PG_LEVEL_4K && is_cpuid_PSE36())
468                 gfn += pse36_gfn_delta(pte);
469
470         real_gpa = mmu->translate_gpa(vcpu, gfn_to_gpa(gfn), access, &walker->fault);
471         if (real_gpa == UNMAPPED_GVA)
472                 return 0;
473
474         walker->gfn = real_gpa >> PAGE_SHIFT;
475
476         if (!write_fault)
477                 FNAME(protect_clean_gpte)(mmu, &walker->pte_access, pte);
478         else
479                 /*
480                  * On a write fault, fold the dirty bit into accessed_dirty.
481                  * For modes without A/D bits support accessed_dirty will be
482                  * always clear.
483                  */
484                 accessed_dirty &= pte >>
485                         (PT_GUEST_DIRTY_SHIFT - PT_GUEST_ACCESSED_SHIFT);
486
487         if (unlikely(!accessed_dirty)) {
488                 ret = FNAME(update_accessed_dirty_bits)(vcpu, mmu, walker,
489                                                         addr, write_fault);
490                 if (unlikely(ret < 0))
491                         goto error;
492                 else if (ret)
493                         goto retry_walk;
494         }
495
496         pgprintk("%s: pte %llx pte_access %x pt_access %x\n",
497                  __func__, (u64)pte, walker->pte_access,
498                  walker->pt_access[walker->level - 1]);
499         return 1;
500
501 error:
502         errcode |= write_fault | user_fault;
503         if (fetch_fault && (is_efer_nx(mmu) || is_cr4_smep(mmu)))
504                 errcode |= PFERR_FETCH_MASK;
505
506         walker->fault.vector = PF_VECTOR;
507         walker->fault.error_code_valid = true;
508         walker->fault.error_code = errcode;
509
510 #if PTTYPE == PTTYPE_EPT
511         /*
512          * Use PFERR_RSVD_MASK in error_code to to tell if EPT
513          * misconfiguration requires to be injected. The detection is
514          * done by is_rsvd_bits_set() above.
515          *
516          * We set up the value of exit_qualification to inject:
517          * [2:0] - Derive from the access bits. The exit_qualification might be
518          *         out of date if it is serving an EPT misconfiguration.
519          * [5:3] - Calculated by the page walk of the guest EPT page tables
520          * [7:8] - Derived from [7:8] of real exit_qualification
521          *
522          * The other bits are set to 0.
523          */
524         if (!(errcode & PFERR_RSVD_MASK)) {
525                 vcpu->arch.exit_qualification &= 0x180;
526                 if (write_fault)
527                         vcpu->arch.exit_qualification |= EPT_VIOLATION_ACC_WRITE;
528                 if (user_fault)
529                         vcpu->arch.exit_qualification |= EPT_VIOLATION_ACC_READ;
530                 if (fetch_fault)
531                         vcpu->arch.exit_qualification |= EPT_VIOLATION_ACC_INSTR;
532                 vcpu->arch.exit_qualification |= (pte_access & 0x7) << 3;
533         }
534 #endif
535         walker->fault.address = addr;
536         walker->fault.nested_page_fault = mmu != vcpu->arch.walk_mmu;
537         walker->fault.async_page_fault = false;
538
539         trace_kvm_mmu_walker_error(walker->fault.error_code);
540         return 0;
541 }
542
543 static int FNAME(walk_addr)(struct guest_walker *walker,
544                             struct kvm_vcpu *vcpu, gpa_t addr, u32 access)
545 {
546         return FNAME(walk_addr_generic)(walker, vcpu, vcpu->arch.mmu, addr,
547                                         access);
548 }
549
550 #if PTTYPE != PTTYPE_EPT
551 static int FNAME(walk_addr_nested)(struct guest_walker *walker,
552                                    struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr,
553                                    u32 access)
554 {
555         return FNAME(walk_addr_generic)(walker, vcpu, &vcpu->arch.nested_mmu,
556                                         addr, access);
557 }
558 #endif
559
560 static bool
561 FNAME(prefetch_gpte)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu_page *sp,
562                      u64 *spte, pt_element_t gpte, bool no_dirty_log)
563 {
564         unsigned pte_access;
565         gfn_t gfn;
566         kvm_pfn_t pfn;
567
568         if (FNAME(prefetch_invalid_gpte)(vcpu, sp, spte, gpte))
569                 return false;
570
571         pgprintk("%s: gpte %llx spte %p\n", __func__, (u64)gpte, spte);
572
573         gfn = gpte_to_gfn(gpte);
574         pte_access = sp->role.access & FNAME(gpte_access)(gpte);
575         FNAME(protect_clean_gpte)(vcpu->arch.mmu, &pte_access, gpte);
576         pfn = pte_prefetch_gfn_to_pfn(vcpu, gfn,
577                         no_dirty_log && (pte_access & ACC_WRITE_MASK));
578         if (is_error_pfn(pfn))
579                 return false;
580
581         /*
582          * we call mmu_set_spte() with host_writable = true because
583          * pte_prefetch_gfn_to_pfn always gets a writable pfn.
584          */
585         mmu_set_spte(vcpu, spte, pte_access, false, PG_LEVEL_4K, gfn, pfn,
586                      true, true);
587
588         kvm_release_pfn_clean(pfn);
589         return true;
590 }
591
592 static bool FNAME(gpte_changed)(struct kvm_vcpu *vcpu,
593                                 struct guest_walker *gw, int level)
594 {
595         pt_element_t curr_pte;
596         gpa_t base_gpa, pte_gpa = gw->pte_gpa[level - 1];
597         u64 mask;
598         int r, index;
599
600         if (level == PG_LEVEL_4K) {
601                 mask = PTE_PREFETCH_NUM * sizeof(pt_element_t) - 1;
602                 base_gpa = pte_gpa & ~mask;
603                 index = (pte_gpa - base_gpa) / sizeof(pt_element_t);
604
605                 r = kvm_vcpu_read_guest_atomic(vcpu, base_gpa,
606                                 gw->prefetch_ptes, sizeof(gw->prefetch_ptes));
607                 curr_pte = gw->prefetch_ptes[index];
608         } else
609                 r = kvm_vcpu_read_guest_atomic(vcpu, pte_gpa,
610                                   &curr_pte, sizeof(curr_pte));
611
612         return r || curr_pte != gw->ptes[level - 1];
613 }
614
615 static void FNAME(pte_prefetch)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct guest_walker *gw,
616                                 u64 *sptep)
617 {
618         struct kvm_mmu_page *sp;
619         pt_element_t *gptep = gw->prefetch_ptes;
620         u64 *spte;
621         int i;
622
623         sp = sptep_to_sp(sptep);
624
625         if (sp->role.level > PG_LEVEL_4K)
626                 return;
627
628         /*
629          * If addresses are being invalidated, skip prefetching to avoid
630          * accidentally prefetching those addresses.
631          */
632         if (unlikely(vcpu->kvm->mmu_notifier_count))
633                 return;
634
635         if (sp->role.direct)
636                 return __direct_pte_prefetch(vcpu, sp, sptep);
637
638         i = (sptep - sp->spt) & ~(PTE_PREFETCH_NUM - 1);
639         spte = sp->spt + i;
640
641         for (i = 0; i < PTE_PREFETCH_NUM; i++, spte++) {
642                 if (spte == sptep)
643                         continue;
644
645                 if (is_shadow_present_pte(*spte))
646                         continue;
647
648                 if (!FNAME(prefetch_gpte)(vcpu, sp, spte, gptep[i], true))
649                         break;
650         }
651 }
652
653 /*
654  * Fetch a shadow pte for a specific level in the paging hierarchy.
655  * If the guest tries to write a write-protected page, we need to
656  * emulate this operation, return 1 to indicate this case.
657  */
658 static int FNAME(fetch)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_page_fault *fault,
659                          struct guest_walker *gw)
660 {
661         struct kvm_mmu_page *sp = NULL;
662         struct kvm_shadow_walk_iterator it;
663         unsigned int direct_access, access;
664         int top_level, ret;
665         gfn_t base_gfn = fault->gfn;
666
667         WARN_ON_ONCE(gw->gfn != base_gfn);
668         direct_access = gw->pte_access;
669
670         top_level = vcpu->arch.mmu->root_level;
671         if (top_level == PT32E_ROOT_LEVEL)
672                 top_level = PT32_ROOT_LEVEL;
673         /*
674          * Verify that the top-level gpte is still there.  Since the page
675          * is a root page, it is either write protected (and cannot be
676          * changed from now on) or it is invalid (in which case, we don't
677          * really care if it changes underneath us after this point).
678          */
679         if (FNAME(gpte_changed)(vcpu, gw, top_level))
680                 goto out_gpte_changed;
681
682         if (WARN_ON(!VALID_PAGE(vcpu->arch.mmu->root_hpa)))
683                 goto out_gpte_changed;
684
685         for (shadow_walk_init(&it, vcpu, fault->addr);
686              shadow_walk_okay(&it) && it.level > gw->level;
687              shadow_walk_next(&it)) {
688                 gfn_t table_gfn;
689
690                 clear_sp_write_flooding_count(it.sptep);
691                 drop_large_spte(vcpu, it.sptep);
692
693                 sp = NULL;
694                 if (!is_shadow_present_pte(*it.sptep)) {
695                         table_gfn = gw->table_gfn[it.level - 2];
696                         access = gw->pt_access[it.level - 2];
697                         sp = kvm_mmu_get_page(vcpu, table_gfn, fault->addr,
698                                               it.level-1, false, access);
699                         /*
700                          * We must synchronize the pagetable before linking it
701                          * because the guest doesn't need to flush tlb when
702                          * the gpte is changed from non-present to present.
703                          * Otherwise, the guest may use the wrong mapping.
704                          *
705                          * For PG_LEVEL_4K, kvm_mmu_get_page() has already
706                          * synchronized it transiently via kvm_sync_page().
707                          *
708                          * For higher level pagetable, we synchronize it via
709                          * the slower mmu_sync_children().  If it needs to
710                          * break, some progress has been made; return
711                          * RET_PF_RETRY and retry on the next #PF.
712                          * KVM_REQ_MMU_SYNC is not necessary but it
713                          * expedites the process.
714                          */
715                         if (sp->unsync_children &&
716                             mmu_sync_children(vcpu, sp, false))
717                                 return RET_PF_RETRY;
718                 }
719
720                 /*
721                  * Verify that the gpte in the page we've just write
722                  * protected is still there.
723                  */
724                 if (FNAME(gpte_changed)(vcpu, gw, it.level - 1))
725                         goto out_gpte_changed;
726
727                 if (sp)
728                         link_shadow_page(vcpu, it.sptep, sp);
729         }
730
731         kvm_mmu_hugepage_adjust(vcpu, fault);
732
733         trace_kvm_mmu_spte_requested(fault);
734
735         for (; shadow_walk_okay(&it); shadow_walk_next(&it)) {
736                 clear_sp_write_flooding_count(it.sptep);
737
738                 /*
739                  * We cannot overwrite existing page tables with an NX
740                  * large page, as the leaf could be executable.
741                  */
742                 if (fault->nx_huge_page_workaround_enabled)
743                         disallowed_hugepage_adjust(fault, *it.sptep, it.level);
744
745                 base_gfn = fault->gfn & ~(KVM_PAGES_PER_HPAGE(it.level) - 1);
746                 if (it.level == fault->goal_level)
747                         break;
748
749                 validate_direct_spte(vcpu, it.sptep, direct_access);
750
751                 drop_large_spte(vcpu, it.sptep);
752
753                 if (!is_shadow_present_pte(*it.sptep)) {
754                         sp = kvm_mmu_get_page(vcpu, base_gfn, fault->addr,
755                                               it.level - 1, true, direct_access);
756                         link_shadow_page(vcpu, it.sptep, sp);
757                         if (fault->huge_page_disallowed &&
758                             fault->req_level >= it.level)
759                                 account_huge_nx_page(vcpu->kvm, sp);
760                 }
761         }
762
763         if (WARN_ON_ONCE(it.level != fault->goal_level))
764                 return -EFAULT;
765
766         ret = mmu_set_spte(vcpu, it.sptep, gw->pte_access, fault->write,
767                            fault->goal_level, base_gfn, fault->pfn,
768                            fault->prefault, fault->map_writable);
769         if (ret == RET_PF_SPURIOUS)
770                 return ret;
771
772         FNAME(pte_prefetch)(vcpu, gw, it.sptep);
773         ++vcpu->stat.pf_fixed;
774         return ret;
775
776 out_gpte_changed:
777         return RET_PF_RETRY;
778 }
779
780  /*
781  * To see whether the mapped gfn can write its page table in the current
782  * mapping.
783  *
784  * It is the helper function of FNAME(page_fault). When guest uses large page
785  * size to map the writable gfn which is used as current page table, we should
786  * force kvm to use small page size to map it because new shadow page will be
787  * created when kvm establishes shadow page table that stop kvm using large
788  * page size. Do it early can avoid unnecessary #PF and emulation.
789  *
790  * @write_fault_to_shadow_pgtable will return true if the fault gfn is
791  * currently used as its page table.
792  *
793  * Note: the PDPT page table is not checked for PAE-32 bit guest. It is ok
794  * since the PDPT is always shadowed, that means, we can not use large page
795  * size to map the gfn which is used as PDPT.
796  */
797 static bool
798 FNAME(is_self_change_mapping)(struct kvm_vcpu *vcpu,
799                               struct guest_walker *walker, bool user_fault,
800                               bool *write_fault_to_shadow_pgtable)
801 {
802         int level;
803         gfn_t mask = ~(KVM_PAGES_PER_HPAGE(walker->level) - 1);
804         bool self_changed = false;
805
806         if (!(walker->pte_access & ACC_WRITE_MASK ||
807             (!is_cr0_wp(vcpu->arch.mmu) && !user_fault)))
808                 return false;
809
810         for (level = walker->level; level <= walker->max_level; level++) {
811                 gfn_t gfn = walker->gfn ^ walker->table_gfn[level - 1];
812
813                 self_changed |= !(gfn & mask);
814                 *write_fault_to_shadow_pgtable |= !gfn;
815         }
816
817         return self_changed;
818 }
819
820 /*
821  * Page fault handler.  There are several causes for a page fault:
822  *   - there is no shadow pte for the guest pte
823  *   - write access through a shadow pte marked read only so that we can set
824  *     the dirty bit
825  *   - write access to a shadow pte marked read only so we can update the page
826  *     dirty bitmap, when userspace requests it
827  *   - mmio access; in this case we will never install a present shadow pte
828  *   - normal guest page fault due to the guest pte marked not present, not
829  *     writable, or not executable
830  *
831  *  Returns: 1 if we need to emulate the instruction, 0 otherwise, or
832  *           a negative value on error.
833  */
834 static int FNAME(page_fault)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_page_fault *fault)
835 {
836         struct guest_walker walker;
837         int r;
838         unsigned long mmu_seq;
839         bool is_self_change_mapping;
840
841         pgprintk("%s: addr %lx err %x\n", __func__, fault->addr, fault->error_code);
842         WARN_ON_ONCE(fault->is_tdp);
843
844         /*
845          * Look up the guest pte for the faulting address.
846          * If PFEC.RSVD is set, this is a shadow page fault.
847          * The bit needs to be cleared before walking guest page tables.
848          */
849         r = FNAME(walk_addr)(&walker, vcpu, fault->addr,
850                              fault->error_code & ~PFERR_RSVD_MASK);
851
852         /*
853          * The page is not mapped by the guest.  Let the guest handle it.
854          */
855         if (!r) {
856                 pgprintk("%s: guest page fault\n", __func__);
857                 if (!fault->prefault)
858                         kvm_inject_emulated_page_fault(vcpu, &walker.fault);
859
860                 return RET_PF_RETRY;
861         }
862
863         fault->gfn = walker.gfn;
864         fault->slot = kvm_vcpu_gfn_to_memslot(vcpu, fault->gfn);
865
866         if (page_fault_handle_page_track(vcpu, fault)) {
867                 shadow_page_table_clear_flood(vcpu, fault->addr);
868                 return RET_PF_EMULATE;
869         }
870
871         r = mmu_topup_memory_caches(vcpu, true);
872         if (r)
873                 return r;
874
875         vcpu->arch.write_fault_to_shadow_pgtable = false;
876
877         is_self_change_mapping = FNAME(is_self_change_mapping)(vcpu,
878               &walker, fault->user, &vcpu->arch.write_fault_to_shadow_pgtable);
879
880         if (is_self_change_mapping)
881                 fault->max_level = PG_LEVEL_4K;
882         else
883                 fault->max_level = walker.level;
884
885         mmu_seq = vcpu->kvm->mmu_notifier_seq;
886         smp_rmb();
887
888         if (kvm_faultin_pfn(vcpu, fault, &r))
889                 return r;
890
891         if (handle_abnormal_pfn(vcpu, fault, walker.pte_access, &r))
892                 return r;
893
894         /*
895          * Do not change pte_access if the pfn is a mmio page, otherwise
896          * we will cache the incorrect access into mmio spte.
897          */
898         if (fault->write && !(walker.pte_access & ACC_WRITE_MASK) &&
899             !is_cr0_wp(vcpu->arch.mmu) && !fault->user && fault->slot) {
900                 walker.pte_access |= ACC_WRITE_MASK;
901                 walker.pte_access &= ~ACC_USER_MASK;
902
903                 /*
904                  * If we converted a user page to a kernel page,
905                  * so that the kernel can write to it when cr0.wp=0,
906                  * then we should prevent the kernel from executing it
907                  * if SMEP is enabled.
908                  */
909                 if (is_cr4_smep(vcpu->arch.mmu))
910                         walker.pte_access &= ~ACC_EXEC_MASK;
911         }
912
913         r = RET_PF_RETRY;
914         write_lock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
915         if (fault->slot && mmu_notifier_retry_hva(vcpu->kvm, mmu_seq, fault->hva))
916                 goto out_unlock;
917
918         kvm_mmu_audit(vcpu, AUDIT_PRE_PAGE_FAULT);
919         r = make_mmu_pages_available(vcpu);
920         if (r)
921                 goto out_unlock;
922         r = FNAME(fetch)(vcpu, fault, &walker);
923         kvm_mmu_audit(vcpu, AUDIT_POST_PAGE_FAULT);
924
925 out_unlock:
926         write_unlock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
927         kvm_release_pfn_clean(fault->pfn);
928         return r;
929 }
930
931 static gpa_t FNAME(get_level1_sp_gpa)(struct kvm_mmu_page *sp)
932 {
933         int offset = 0;
934
935         WARN_ON(sp->role.level != PG_LEVEL_4K);
936
937         if (PTTYPE == 32)
938                 offset = sp->role.quadrant << PT64_LEVEL_BITS;
939
940         return gfn_to_gpa(sp->gfn) + offset * sizeof(pt_element_t);
941 }
942
943 static void FNAME(invlpg)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t gva, hpa_t root_hpa)
944 {
945         struct kvm_shadow_walk_iterator iterator;
946         struct kvm_mmu_page *sp;
947         u64 old_spte;
948         int level;
949         u64 *sptep;
950
951         vcpu_clear_mmio_info(vcpu, gva);
952
953         /*
954          * No need to check return value here, rmap_can_add() can
955          * help us to skip pte prefetch later.
956          */
957         mmu_topup_memory_caches(vcpu, true);
958
959         if (!VALID_PAGE(root_hpa)) {
960                 WARN_ON(1);
961                 return;
962         }
963
964         write_lock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
965         for_each_shadow_entry_using_root(vcpu, root_hpa, gva, iterator) {
966                 level = iterator.level;
967                 sptep = iterator.sptep;
968
969                 sp = sptep_to_sp(sptep);
970                 old_spte = *sptep;
971                 if (is_last_spte(old_spte, level)) {
972                         pt_element_t gpte;
973                         gpa_t pte_gpa;
974
975                         if (!sp->unsync)
976                                 break;
977
978                         pte_gpa = FNAME(get_level1_sp_gpa)(sp);
979                         pte_gpa += (sptep - sp->spt) * sizeof(pt_element_t);
980
981                         mmu_page_zap_pte(vcpu->kvm, sp, sptep, NULL);
982                         if (is_shadow_present_pte(old_spte))
983                                 kvm_flush_remote_tlbs_with_address(vcpu->kvm,
984                                         sp->gfn, KVM_PAGES_PER_HPAGE(sp->role.level));
985
986                         if (!rmap_can_add(vcpu))
987                                 break;
988
989                         if (kvm_vcpu_read_guest_atomic(vcpu, pte_gpa, &gpte,
990                                                        sizeof(pt_element_t)))
991                                 break;
992
993                         FNAME(prefetch_gpte)(vcpu, sp, sptep, gpte, false);
994                 }
995
996                 if (!sp->unsync_children)
997                         break;
998         }
999         write_unlock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
1000 }
1001
1002 /* Note, @addr is a GPA when gva_to_gpa() translates an L2 GPA to an L1 GPA. */
1003 static gpa_t FNAME(gva_to_gpa)(struct kvm_vcpu *vcpu, gpa_t addr, u32 access,
1004                                struct x86_exception *exception)
1005 {
1006         struct guest_walker walker;
1007         gpa_t gpa = UNMAPPED_GVA;
1008         int r;
1009
1010         r = FNAME(walk_addr)(&walker, vcpu, addr, access);
1011
1012         if (r) {
1013                 gpa = gfn_to_gpa(walker.gfn);
1014                 gpa |= addr & ~PAGE_MASK;
1015         } else if (exception)
1016                 *exception = walker.fault;
1017
1018         return gpa;
1019 }
1020
1021 #if PTTYPE != PTTYPE_EPT
1022 /* Note, gva_to_gpa_nested() is only used to translate L2 GVAs. */
1023 static gpa_t FNAME(gva_to_gpa_nested)(struct kvm_vcpu *vcpu, gpa_t vaddr,
1024                                       u32 access,
1025                                       struct x86_exception *exception)
1026 {
1027         struct guest_walker walker;
1028         gpa_t gpa = UNMAPPED_GVA;
1029         int r;
1030
1031 #ifndef CONFIG_X86_64
1032         /* A 64-bit GVA should be impossible on 32-bit KVM. */
1033         WARN_ON_ONCE(vaddr >> 32);
1034 #endif
1035
1036         r = FNAME(walk_addr_nested)(&walker, vcpu, vaddr, access);
1037
1038         if (r) {
1039                 gpa = gfn_to_gpa(walker.gfn);
1040                 gpa |= vaddr & ~PAGE_MASK;
1041         } else if (exception)
1042                 *exception = walker.fault;
1043
1044         return gpa;
1045 }
1046 #endif
1047
1048 /*
1049  * Using the cached information from sp->gfns is safe because:
1050  * - The spte has a reference to the struct page, so the pfn for a given gfn
1051  *   can't change unless all sptes pointing to it are nuked first.
1052  *
1053  * Returns
1054  * < 0: the sp should be zapped
1055  *   0: the sp is synced and no tlb flushing is required
1056  * > 0: the sp is synced and tlb flushing is required
1057  */
1058 static int FNAME(sync_page)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu_page *sp)
1059 {
1060         union kvm_mmu_page_role mmu_role = vcpu->arch.mmu->mmu_role.base;
1061         int i;
1062         bool host_writable;
1063         gpa_t first_pte_gpa;
1064         int set_spte_ret = 0;
1065
1066         /*
1067          * Ignore various flags when verifying that it's safe to sync a shadow
1068          * page using the current MMU context.
1069          *
1070          *  - level: not part of the overall MMU role and will never match as the MMU's
1071          *           level tracks the root level
1072          *  - access: updated based on the new guest PTE
1073          *  - quadrant: not part of the overall MMU role (similar to level)
1074          */
1075         const union kvm_mmu_page_role sync_role_ign = {
1076                 .level = 0xf,
1077                 .access = 0x7,
1078                 .quadrant = 0x3,
1079         };
1080
1081         /*
1082          * Direct pages can never be unsync, and KVM should never attempt to
1083          * sync a shadow page for a different MMU context, e.g. if the role
1084          * differs then the memslot lookup (SMM vs. non-SMM) will be bogus, the
1085          * reserved bits checks will be wrong, etc...
1086          */
1087         if (WARN_ON_ONCE(sp->role.direct ||
1088                          (sp->role.word ^ mmu_role.word) & ~sync_role_ign.word))
1089                 return -1;
1090
1091         first_pte_gpa = FNAME(get_level1_sp_gpa)(sp);
1092
1093         for (i = 0; i < PT64_ENT_PER_PAGE; i++) {
1094                 unsigned pte_access;
1095                 pt_element_t gpte;
1096                 gpa_t pte_gpa;
1097                 gfn_t gfn;
1098
1099                 if (!sp->spt[i])
1100                         continue;
1101
1102                 pte_gpa = first_pte_gpa + i * sizeof(pt_element_t);
1103
1104                 if (kvm_vcpu_read_guest_atomic(vcpu, pte_gpa, &gpte,
1105                                                sizeof(pt_element_t)))
1106                         return -1;
1107
1108                 if (FNAME(prefetch_invalid_gpte)(vcpu, sp, &sp->spt[i], gpte)) {
1109                         set_spte_ret |= SET_SPTE_NEED_REMOTE_TLB_FLUSH;
1110                         continue;
1111                 }
1112
1113                 gfn = gpte_to_gfn(gpte);
1114                 pte_access = sp->role.access;
1115                 pte_access &= FNAME(gpte_access)(gpte);
1116                 FNAME(protect_clean_gpte)(vcpu->arch.mmu, &pte_access, gpte);
1117
1118                 if (sync_mmio_spte(vcpu, &sp->spt[i], gfn, pte_access))
1119                         continue;
1120
1121                 if (gfn != sp->gfns[i]) {
1122                         drop_spte(vcpu->kvm, &sp->spt[i]);
1123                         set_spte_ret |= SET_SPTE_NEED_REMOTE_TLB_FLUSH;
1124                         continue;
1125                 }
1126
1127                 host_writable = sp->spt[i] & shadow_host_writable_mask;
1128
1129                 set_spte_ret |= set_spte(vcpu, &sp->spt[i],
1130                                          pte_access, PG_LEVEL_4K,
1131                                          gfn, spte_to_pfn(sp->spt[i]),
1132                                          true, false, host_writable);
1133         }
1134
1135         return set_spte_ret & SET_SPTE_NEED_REMOTE_TLB_FLUSH;
1136 }
1137
1138 #undef pt_element_t
1139 #undef guest_walker
1140 #undef FNAME
1141 #undef PT_BASE_ADDR_MASK
1142 #undef PT_INDEX
1143 #undef PT_LVL_ADDR_MASK
1144 #undef PT_LVL_OFFSET_MASK
1145 #undef PT_LEVEL_BITS
1146 #undef PT_MAX_FULL_LEVELS
1147 #undef gpte_to_gfn
1148 #undef gpte_to_gfn_lvl
1149 #undef CMPXCHG
1150 #undef PT_GUEST_ACCESSED_MASK
1151 #undef PT_GUEST_DIRTY_MASK
1152 #undef PT_GUEST_DIRTY_SHIFT
1153 #undef PT_GUEST_ACCESSED_SHIFT
1154 #undef PT_HAVE_ACCESSED_DIRTY