tools/testing/selftests/kvm/set_memory_region_test.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 #define _GNU_SOURCE /* for program_invocation_short_name */
   3 #include <fcntl.h>
   4 #include <pthread.h>
   5 #include <sched.h>
   6 #include <semaphore.h>
   7 #include <signal.h>
   8 #include <stdio.h>
   9 #include <stdlib.h>
  10 #include <string.h>
  11 #include <sys/ioctl.h>
  12 #include <sys/mman.h>
  13
  14 #include <linux/compiler.h>
  15
  16 #include <test_util.h>
  17 #include <kvm_util.h>
  18 #include <processor.h>
  19
  20 #define VCPU_ID 0
  21
  22 /*
  23  * s390x needs at least 1MB alignment, and the x86_64 MOVE/DELETE tests need a
  24  * 2MB sized and aligned region so that the initial region corresponds to
  25  * exactly one large page.
  26  */
  27 #define MEM_REGION_SIZE         0x200000
  28
  29 #ifdef __x86_64__
  30 /*
  31  * Somewhat arbitrary location and slot, intended to not overlap anything.
  32  */
  33 #define MEM_REGION_GPA          0xc0000000
  34 #define MEM_REGION_SLOT         10
  35
  36 static const uint64_t MMIO_VAL = 0xbeefull;
  37
  38 extern const uint64_t final_rip_start;
  39 extern const uint64_t final_rip_end;
  40
  41 static sem_t vcpu_ready;
  42
  43 static inline uint64_t guest_spin_on_val(uint64_t spin_val)
  44 {
  45         uint64_t val;
  46
  47         do {
  48                 val = READ_ONCE(*((uint64_t *)MEM_REGION_GPA));
  49         } while (val == spin_val);
  50
  51         GUEST_SYNC(0);
  52         return val;
  53 }
  54
  55 static void *vcpu_worker(void *data)
  56 {
  57         struct kvm_vm *vm = data;
  58         struct kvm_run *run;
  59         struct ucall uc;
  60         uint64_t cmd;
  61
  62         /*
  63          * Loop until the guest is done.  Re-enter the guest on all MMIO exits,
  64          * which will occur if the guest attempts to access a memslot after it
  65          * has been deleted or while it is being moved .
  66          */
  67         run = vcpu_state(vm, VCPU_ID);
  68
  69         while (1) {
  70                 vcpu_run(vm, VCPU_ID);
  71
  72                 if (run->exit_reason == KVM_EXIT_IO) {
  73                         cmd = get_ucall(vm, VCPU_ID, &uc);
  74                         if (cmd != UCALL_SYNC)
  75                                 break;
  76
  77                         sem_post(&vcpu_ready);
  78                         continue;
  79                 }
  80
  81                 if (run->exit_reason != KVM_EXIT_MMIO)
  82                         break;
  83
  84                 TEST_ASSERT(!run->mmio.is_write, "Unexpected exit mmio write");
  85                 TEST_ASSERT(run->mmio.len == 8,
  86                             "Unexpected exit mmio size = %u", run->mmio.len);
  87
  88                 TEST_ASSERT(run->mmio.phys_addr == MEM_REGION_GPA,
  89                             "Unexpected exit mmio address = 0x%llx",
  90                             run->mmio.phys_addr);
  91                 memcpy(run->mmio.data, &MMIO_VAL, 8);
  92         }
  93
  94         if (run->exit_reason == KVM_EXIT_IO && cmd == UCALL_ABORT)
  95                 TEST_FAIL("%s at %s:%ld, val = %lu", (const char *)uc.args[0],
  96                           __FILE__, uc.args[1], uc.args[2]);
  97
  98         return NULL;
  99 }
 100
 101 static void wait_for_vcpu(void)
 102 {
 103         struct timespec ts;
 104
 105         TEST_ASSERT(!clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &ts),
 106                     "clock_gettime() failed: %d\n", errno);
 107
 108         ts.tv_sec += 2;
 109         TEST_ASSERT(!sem_timedwait(&vcpu_ready, &ts),
 110                     "sem_timedwait() failed: %d\n", errno);
 111
 112         /* Wait for the vCPU thread to reenter the guest. */
 113         usleep(100000);
 114 }
 115
 116 static struct kvm_vm *spawn_vm(pthread_t *vcpu_thread, void *guest_code)
 117 {
 118         struct kvm_vm *vm;
 119         uint64_t *hva;
 120         uint64_t gpa;
 121
 122         vm = vm_create_default(VCPU_ID, 0, guest_code);
 123
 124         vm_userspace_mem_region_add(vm, VM_MEM_SRC_ANONYMOUS_THP,
 125                                     MEM_REGION_GPA, MEM_REGION_SLOT,
 126                                     MEM_REGION_SIZE / getpagesize(), 0);
 127
 128         /*
 129          * Allocate and map two pages so that the GPA accessed by guest_code()
 130          * stays valid across the memslot move.
 131          */
 132         gpa = vm_phy_pages_alloc(vm, 2, MEM_REGION_GPA, MEM_REGION_SLOT);
 133         TEST_ASSERT(gpa == MEM_REGION_GPA, "Failed vm_phy_pages_alloc\n");
 134
 135         virt_map(vm, MEM_REGION_GPA, MEM_REGION_GPA, 2, 0);
 136
 137         /* Ditto for the host mapping so that both pages can be zeroed. */
 138         hva = addr_gpa2hva(vm, MEM_REGION_GPA);
 139         memset(hva, 0, 2 * 4096);
 140
 141         pthread_create(vcpu_thread, NULL, vcpu_worker, vm);
 142
 143         /* Ensure the guest thread is spun up. */
 144         wait_for_vcpu();
 145
 146         return vm;
 147 }
 148
 149
 150 static void guest_code_move_memory_region(void)
 151 {
 152         uint64_t val;
 153
 154         GUEST_SYNC(0);
 155
 156         /*
 157          * Spin until the memory region is moved to a misaligned address.  This
 158          * may or may not trigger MMIO, as the window where the memslot is
 159          * invalid is quite small.
 160          */
 161         val = guest_spin_on_val(0);
 162         GUEST_ASSERT_1(val == 1 || val == MMIO_VAL, val);
 163
 164         /* Spin until the memory region is realigned. */
 165         val = guest_spin_on_val(MMIO_VAL);
 166         GUEST_ASSERT_1(val == 1, val);
 167
 168         GUEST_DONE();
 169 }
 170
 171 static void test_move_memory_region(void)
 172 {
 173         pthread_t vcpu_thread;
 174         struct kvm_vm *vm;
 175         uint64_t *hva;
 176
 177         vm = spawn_vm(&vcpu_thread, guest_code_move_memory_region);
 178
 179         hva = addr_gpa2hva(vm, MEM_REGION_GPA);
 180
 181         /*
 182          * Shift the region's base GPA.  The guest should not see "2" as the
 183          * hva->gpa translation is misaligned, i.e. the guest is accessing a
 184          * different host pfn.
 185          */
 186         vm_mem_region_move(vm, MEM_REGION_SLOT, MEM_REGION_GPA - 4096);
 187         WRITE_ONCE(*hva, 2);
 188
 189         /*
 190          * The guest _might_ see an invalid memslot and trigger MMIO, but it's
 191          * a tiny window.  Spin and defer the sync until the memslot is
 192          * restored and guest behavior is once again deterministic.
 193          */
 194         usleep(100000);
 195
 196         /*
 197          * Note, value in memory needs to be changed *before* restoring the
 198          * memslot, else the guest could race the update and see "2".
 199          */
 200         WRITE_ONCE(*hva, 1);
 201
 202         /* Restore the original base, the guest should see "1". */
 203         vm_mem_region_move(vm, MEM_REGION_SLOT, MEM_REGION_GPA);
 204         wait_for_vcpu();
 205         /* Defered sync from when the memslot was misaligned (above). */
 206         wait_for_vcpu();
 207
 208         pthread_join(vcpu_thread, NULL);
 209
 210         kvm_vm_free(vm);
 211 }
 212
 213 static void guest_code_delete_memory_region(void)
 214 {
 215         uint64_t val;
 216
 217         GUEST_SYNC(0);
 218
 219         /* Spin until the memory region is deleted. */
 220         val = guest_spin_on_val(0);
 221         GUEST_ASSERT_1(val == MMIO_VAL, val);
 222
 223         /* Spin until the memory region is recreated. */
 224         val = guest_spin_on_val(MMIO_VAL);
 225         GUEST_ASSERT_1(val == 0, val);
 226
 227         /* Spin until the memory region is deleted. */
 228         val = guest_spin_on_val(0);
 229         GUEST_ASSERT_1(val == MMIO_VAL, val);
 230
 231         asm("1:\n\t"
 232             ".pushsection .rodata\n\t"
 233             ".global final_rip_start\n\t"
 234             "final_rip_start: .quad 1b\n\t"
 235             ".popsection");
 236
 237         /* Spin indefinitely (until the code memslot is deleted). */
 238         guest_spin_on_val(MMIO_VAL);
 239
 240         asm("1:\n\t"
 241             ".pushsection .rodata\n\t"
 242             ".global final_rip_end\n\t"
 243             "final_rip_end: .quad 1b\n\t"
 244             ".popsection");
 245
 246         GUEST_ASSERT_1(0, 0);
 247 }
 248
 249 static void test_delete_memory_region(void)
 250 {
 251         pthread_t vcpu_thread;
 252         struct kvm_regs regs;
 253         struct kvm_run *run;
 254         struct kvm_vm *vm;
 255
 256         vm = spawn_vm(&vcpu_thread, guest_code_delete_memory_region);
 257
 258         /* Delete the memory region, the guest should not die. */
 259         vm_mem_region_delete(vm, MEM_REGION_SLOT);
 260         wait_for_vcpu();
 261
 262         /* Recreate the memory region.  The guest should see "0". */
 263         vm_userspace_mem_region_add(vm, VM_MEM_SRC_ANONYMOUS_THP,
 264                                     MEM_REGION_GPA, MEM_REGION_SLOT,
 265                                     MEM_REGION_SIZE / getpagesize(), 0);
 266         wait_for_vcpu();
 267
 268         /* Delete the region again so that there's only one memslot left. */
 269         vm_mem_region_delete(vm, MEM_REGION_SLOT);
 270         wait_for_vcpu();
 271
 272         /*
 273          * Delete the primary memslot.  This should cause an emulation error or
 274          * shutdown due to the page tables getting nuked.
 275          */
 276         vm_mem_region_delete(vm, 0);
 277
 278         pthread_join(vcpu_thread, NULL);
 279
 280         run = vcpu_state(vm, VCPU_ID);
 281
 282         TEST_ASSERT(run->exit_reason == KVM_EXIT_SHUTDOWN ||
 283                     run->exit_reason == KVM_EXIT_INTERNAL_ERROR,
 284                     "Unexpected exit reason = %d", run->exit_reason);
 285
 286         vcpu_regs_get(vm, VCPU_ID, &regs);
 287
 288         /*
 289          * On AMD, after KVM_EXIT_SHUTDOWN the VMCB has been reinitialized already,
 290          * so the instruction pointer would point to the reset vector.
 291          */
 292         if (run->exit_reason == KVM_EXIT_INTERNAL_ERROR)
 293                 TEST_ASSERT(regs.rip >= final_rip_start &&
 294                             regs.rip < final_rip_end,
 295                             "Bad rip, expected 0x%lx - 0x%lx, got 0x%llx\n",
 296                             final_rip_start, final_rip_end, regs.rip);
 297
 298         kvm_vm_free(vm);
 299 }
 300
 301 static void test_zero_memory_regions(void)
 302 {
 303         struct kvm_run *run;
 304         struct kvm_vm *vm;
 305
 306         pr_info("Testing KVM_RUN with zero added memory regions\n");
 307
 308         vm = vm_create(VM_MODE_DEFAULT, 0, O_RDWR);
 309         vm_vcpu_add(vm, VCPU_ID);
 310
 311         TEST_ASSERT(!ioctl(vm_get_fd(vm), KVM_SET_NR_MMU_PAGES, 64),
 312                     "KVM_SET_NR_MMU_PAGES failed, errno = %d\n", errno);
 313         vcpu_run(vm, VCPU_ID);
 314
 315         run = vcpu_state(vm, VCPU_ID);
 316         TEST_ASSERT(run->exit_reason == KVM_EXIT_INTERNAL_ERROR,
 317                     "Unexpected exit_reason = %u\n", run->exit_reason);
 318
 319         kvm_vm_free(vm);
 320 }
 321 #endif /* __x86_64__ */
 322
 323 /*
 324  * Test it can be added memory slots up to KVM_CAP_NR_MEMSLOTS, then any
 325  * tentative to add further slots should fail.
 326  */
 327 static void test_add_max_memory_regions(void)
 328 {
 329         int ret;
 330         struct kvm_vm *vm;
 331         uint32_t max_mem_slots;
 332         uint32_t slot;
 333         uint64_t guest_addr = 0x0;
 334         uint64_t mem_reg_npages;
 335         void *mem;
 336
 337         max_mem_slots = kvm_check_cap(KVM_CAP_NR_MEMSLOTS);
 338         TEST_ASSERT(max_mem_slots > 0,
 339                     "KVM_CAP_NR_MEMSLOTS should be greater than 0");
 340         pr_info("Allowed number of memory slots: %i\n", max_mem_slots);
 341
 342         vm = vm_create(VM_MODE_DEFAULT, 0, O_RDWR);
 343
 344         mem_reg_npages = vm_calc_num_guest_pages(VM_MODE_DEFAULT, MEM_REGION_SIZE);
 345
 346         /* Check it can be added memory slots up to the maximum allowed */
 347         pr_info("Adding slots 0..%i, each memory region with %dK size\n",
 348                 (max_mem_slots - 1), MEM_REGION_SIZE >> 10);
 349         for (slot = 0; slot < max_mem_slots; slot++) {
 350                 vm_userspace_mem_region_add(vm, VM_MEM_SRC_ANONYMOUS,
 351                                             guest_addr, slot, mem_reg_npages,
 352                                             0);
 353                 guest_addr += MEM_REGION_SIZE;
 354         }
 355
 356         /* Check it cannot be added memory slots beyond the limit */
 357         mem = mmap(NULL, MEM_REGION_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE,
 358                    MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
 359         TEST_ASSERT(mem != MAP_FAILED, "Failed to mmap() host");
 360
 361         ret = ioctl(vm_get_fd(vm), KVM_SET_USER_MEMORY_REGION,
 362                     &(struct kvm_userspace_memory_region) {slot, 0, guest_addr,
 363                     MEM_REGION_SIZE, (uint64_t) mem});
 364         TEST_ASSERT(ret == -1 && errno == EINVAL,
 365                     "Adding one more memory slot should fail with EINVAL");
 366
 367         munmap(mem, MEM_REGION_SIZE);
 368         kvm_vm_free(vm);
 369 }
 370
 371 int main(int argc, char *argv[])
 372 {
 373 #ifdef __x86_64__
 374         int i, loops;
 375 #endif
 376
 377         /* Tell stdout not to buffer its content */
 378         setbuf(stdout, NULL);
 379
 380 #ifdef __x86_64__
 381         /*
 382          * FIXME: the zero-memslot test fails on aarch64 and s390x because
 383          * KVM_RUN fails with ENOEXEC or EFAULT.
 384          */
 385         test_zero_memory_regions();
 386 #endif
 387
 388         test_add_max_memory_regions();
 389
 390 #ifdef __x86_64__
 391         if (argc > 1)
 392                 loops = atoi(argv[1]);
 393         else
 394                 loops = 10;
 395
 396         pr_info("Testing MOVE of in-use region, %d loops\n", loops);
 397         for (i = 0; i < loops; i++)
 398                 test_move_memory_region();
 399
 400         pr_info("Testing DELETE of in-use region, %d loops\n", loops);
 401         for (i = 0; i < loops; i++)
 402                 test_delete_memory_region();
 403 #endif
 404
 405         return 0;
 406 }