KVM: x86: Add support for "protected VMs" that can utilize private memory
authorSean Christopherson <seanjc@google.com>
Fri, 27 Oct 2023 18:22:05 +0000 (11:22 -0700)
committerPaolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Tue, 14 Nov 2023 13:01:05 +0000 (08:01 -0500)
Add a new x86 VM type, KVM_X86_SW_PROTECTED_VM, to serve as a development
and testing vehicle for Confidential (CoCo) VMs, and potentially to even
become a "real" product in the distant future, e.g. a la pKVM.

The private memory support in KVM x86 is aimed at AMD's SEV-SNP and
Intel's TDX, but those technologies are extremely complex (understatement),
difficult to debug, don't support running as nested guests, and require
hardware that's isn't universally accessible.  I.e. relying SEV-SNP or TDX
for maintaining guest private memory isn't a realistic option.

At the very least, KVM_X86_SW_PROTECTED_VM will enable a variety of
selftests for guest_memfd and private memory support without requiring
unique hardware.

Signed-off-by: Sean Christopherson <seanjc@google.com>
Reviewed-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Message-Id: <20231027182217.3615211-24-seanjc@google.com>
Reviewed-by: Fuad Tabba <tabba@google.com>
Tested-by: Fuad Tabba <tabba@google.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Documentation/virt/kvm/api.rst
arch/x86/include/asm/kvm_host.h
arch/x86/include/uapi/asm/kvm.h
arch/x86/kvm/Kconfig
arch/x86/kvm/mmu/mmu_internal.h
arch/x86/kvm/x86.c
include/uapi/linux/kvm.h
virt/kvm/Kconfig

index 726c87c..926241e 100644 (file)
@@ -147,10 +147,29 @@ described as 'basic' will be available.
 The new VM has no virtual cpus and no memory.
 You probably want to use 0 as machine type.
 
+X86:
+^^^^
+
+Supported X86 VM types can be queried via KVM_CAP_VM_TYPES.
+
+S390:
+^^^^^
+
 In order to create user controlled virtual machines on S390, check
 KVM_CAP_S390_UCONTROL and use the flag KVM_VM_S390_UCONTROL as
 privileged user (CAP_SYS_ADMIN).
 
+MIPS:
+^^^^^
+
+To use hardware assisted virtualization on MIPS (VZ ASE) rather than
+the default trap & emulate implementation (which changes the virtual
+memory layout to fit in user mode), check KVM_CAP_MIPS_VZ and use the
+flag KVM_VM_MIPS_VZ.
+
+ARM64:
+^^^^^^
+
 On arm64, the physical address size for a VM (IPA Size limit) is limited
 to 40bits by default. The limit can be configured if the host supports the
 extension KVM_CAP_ARM_VM_IPA_SIZE. When supported, use
@@ -8765,6 +8784,19 @@ block sizes is exposed in KVM_CAP_ARM_SUPPORTED_BLOCK_SIZES as a
 64-bit bitmap (each bit describing a block size). The default value is
 0, to disable the eager page splitting.
 
+8.41 KVM_CAP_VM_TYPES
+---------------------
+
+:Capability: KVM_CAP_MEMORY_ATTRIBUTES
+:Architectures: x86
+:Type: system ioctl
+
+This capability returns a bitmap of support VM types.  The 1-setting of bit @n
+means the VM type with value @n is supported.  Possible values of @n are::
+
+  #define KVM_X86_DEFAULT_VM   0
+  #define KVM_X86_SW_PROTECTED_VM      1
+
 9. Known KVM API problems
 =========================
 
index 75ab0da..a565a2e 100644 (file)
@@ -1255,6 +1255,7 @@ enum kvm_apicv_inhibit {
 };
 
 struct kvm_arch {
+       unsigned long vm_type;
        unsigned long n_used_mmu_pages;
        unsigned long n_requested_mmu_pages;
        unsigned long n_max_mmu_pages;
@@ -2089,6 +2090,12 @@ void kvm_mmu_new_pgd(struct kvm_vcpu *vcpu, gpa_t new_pgd);
 void kvm_configure_mmu(bool enable_tdp, int tdp_forced_root_level,
                       int tdp_max_root_level, int tdp_huge_page_level);
 
+#ifdef CONFIG_KVM_PRIVATE_MEM
+#define kvm_arch_has_private_mem(kvm) ((kvm)->arch.vm_type != KVM_X86_DEFAULT_VM)
+#else
+#define kvm_arch_has_private_mem(kvm) false
+#endif
+
 static inline u16 kvm_read_ldt(void)
 {
        u16 ldt;
@@ -2137,14 +2144,10 @@ enum {
 #define HF_SMM_INSIDE_NMI_MASK (1 << 2)
 
 # define KVM_MAX_NR_ADDRESS_SPACES     2
+/* SMM is currently unsupported for guests with private memory. */
+# define kvm_arch_nr_memslot_as_ids(kvm) (kvm_arch_has_private_mem(kvm) ? 1 : 2)
 # define kvm_arch_vcpu_memslots_id(vcpu) ((vcpu)->arch.hflags & HF_SMM_MASK ? 1 : 0)
 # define kvm_memslots_for_spte_role(kvm, role) __kvm_memslots(kvm, (role).smm)
-
-static inline int kvm_arch_nr_memslot_as_ids(struct kvm *kvm)
-{
-       return KVM_MAX_NR_ADDRESS_SPACES;
-}
-
 #else
 # define kvm_memslots_for_spte_role(kvm, role) __kvm_memslots(kvm, 0)
 #endif
index 1a6a1f9..a448d09 100644 (file)
@@ -562,4 +562,7 @@ struct kvm_pmu_event_filter {
 /* x86-specific KVM_EXIT_HYPERCALL flags. */
 #define KVM_EXIT_HYPERCALL_LONG_MODE   BIT(0)
 
+#define KVM_X86_DEFAULT_VM     0
+#define KVM_X86_SW_PROTECTED_VM        1
+
 #endif /* _ASM_X86_KVM_H */
index e613836..c1716e8 100644 (file)
@@ -77,6 +77,18 @@ config KVM_WERROR
 
          If in doubt, say "N".
 
+config KVM_SW_PROTECTED_VM
+       bool "Enable support for KVM software-protected VMs"
+       depends on EXPERT
+       depends on X86_64
+       select KVM_GENERIC_PRIVATE_MEM
+       help
+         Enable support for KVM software-protected VMs.  Currently "protected"
+         means the VM can be backed with memory provided by
+         KVM_CREATE_GUEST_MEMFD.
+
+         If unsure, say "N".
+
 config KVM_INTEL
        tristate "KVM for Intel (and compatible) processors support"
        depends on KVM && IA32_FEAT_CTL
index 86c7cb6..b66a7d4 100644 (file)
@@ -297,6 +297,7 @@ static inline int kvm_mmu_do_page_fault(struct kvm_vcpu *vcpu, gpa_t cr2_or_gpa,
                .max_level = KVM_MAX_HUGEPAGE_LEVEL,
                .req_level = PG_LEVEL_4K,
                .goal_level = PG_LEVEL_4K,
+               .is_private = kvm_mem_is_private(vcpu->kvm, cr2_or_gpa >> PAGE_SHIFT),
        };
        int r;
 
index f521c97..6d0772b 100644 (file)
@@ -4548,6 +4548,13 @@ static int kvm_ioctl_get_supported_hv_cpuid(struct kvm_vcpu *vcpu,
        return 0;
 }
 
+static bool kvm_is_vm_type_supported(unsigned long type)
+{
+       return type == KVM_X86_DEFAULT_VM ||
+              (type == KVM_X86_SW_PROTECTED_VM &&
+               IS_ENABLED(CONFIG_KVM_SW_PROTECTED_VM) && tdp_enabled);
+}
+
 int kvm_vm_ioctl_check_extension(struct kvm *kvm, long ext)
 {
        int r = 0;
@@ -4739,6 +4746,11 @@ int kvm_vm_ioctl_check_extension(struct kvm *kvm, long ext)
        case KVM_CAP_X86_NOTIFY_VMEXIT:
                r = kvm_caps.has_notify_vmexit;
                break;
+       case KVM_CAP_VM_TYPES:
+               r = BIT(KVM_X86_DEFAULT_VM);
+               if (kvm_is_vm_type_supported(KVM_X86_SW_PROTECTED_VM))
+                       r |= BIT(KVM_X86_SW_PROTECTED_VM);
+               break;
        default:
                break;
        }
@@ -12436,9 +12448,11 @@ int kvm_arch_init_vm(struct kvm *kvm, unsigned long type)
        int ret;
        unsigned long flags;
 
-       if (type)
+       if (!kvm_is_vm_type_supported(type))
                return -EINVAL;
 
+       kvm->arch.vm_type = type;
+
        ret = kvm_page_track_init(kvm);
        if (ret)
                goto out;
index 8eb10f5..e9cb2df 100644 (file)
@@ -1227,6 +1227,7 @@ struct kvm_ppc_resize_hpt {
 #define KVM_CAP_MEMORY_FAULT_INFO 232
 #define KVM_CAP_MEMORY_ATTRIBUTES 233
 #define KVM_CAP_GUEST_MEMFD 234
+#define KVM_CAP_VM_TYPES 235
 
 #ifdef KVM_CAP_IRQ_ROUTING
 
index 08afef0..2c96458 100644 (file)
@@ -104,3 +104,8 @@ config KVM_GENERIC_MEMORY_ATTRIBUTES
 config KVM_PRIVATE_MEM
        select XARRAY_MULTI
        bool
+
+config KVM_GENERIC_PRIVATE_MEM
+       select KVM_GENERIC_MEMORY_ATTRIBUTES
+       select KVM_PRIVATE_MEM
+       bool