arch/x86/kvm/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 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 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 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 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 4
  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), PT_PAGE_TABLE_LEVEL)
  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 pt_access;
  94         unsigned 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 int FNAME(cmpxchg_gpte)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu *mmu,
 132                                pt_element_t __user *ptep_user, unsigned index,
 133                                pt_element_t orig_pte, pt_element_t new_pte)
 134 {
 135         int npages;
 136         pt_element_t ret;
 137         pt_element_t *table;
 138         struct page *page;
 139
 140         npages = get_user_pages_fast((unsigned long)ptep_user, 1, FOLL_WRITE, &page);
 141         if (likely(npages == 1)) {
 142                 table = kmap_atomic(page);
 143                 ret = CMPXCHG(&table[index], orig_pte, new_pte);
 144                 kunmap_atomic(table);
 145
 146                 kvm_release_page_dirty(page);
 147         } else {
 148                 struct vm_area_struct *vma;
 149                 unsigned long vaddr = (unsigned long)ptep_user & PAGE_MASK;
 150                 unsigned long pfn;
 151                 unsigned long paddr;
 152
 153                 down_read(&current->mm->mmap_sem);
 154                 vma = find_vma_intersection(current->mm, vaddr, vaddr + PAGE_SIZE);
 155                 if (!vma || !(vma->vm_flags & VM_PFNMAP)) {
 156                         up_read(&current->mm->mmap_sem);
 157                         return -EFAULT;
 158                 }
 159                 pfn = ((vaddr - vma->vm_start) >> PAGE_SHIFT) + vma->vm_pgoff;
 160                 paddr = pfn << PAGE_SHIFT;
 161                 table = memremap(paddr, PAGE_SIZE, MEMREMAP_WB);
 162                 if (!table) {
 163                         up_read(&current->mm->mmap_sem);
 164                         return -EFAULT;
 165                 }
 166                 ret = CMPXCHG(&table[index], orig_pte, new_pte);
 167                 memunmap(table);
 168                 up_read(&current->mm->mmap_sem);
 169         }
 170
 171         return (ret != orig_pte);
 172 }
 173
 174 static bool FNAME(prefetch_invalid_gpte)(struct kvm_vcpu *vcpu,
 175                                   struct kvm_mmu_page *sp, u64 *spte,
 176                                   u64 gpte)
 177 {
 178         if (is_rsvd_bits_set(vcpu->arch.mmu, gpte, PT_PAGE_TABLE_LEVEL))
 179                 goto no_present;
 180
 181         if (!FNAME(is_present_gpte)(gpte))
 182                 goto no_present;
 183
 184         /* if accessed bit is not supported prefetch non accessed gpte */
 185         if (PT_HAVE_ACCESSED_DIRTY(vcpu->arch.mmu) &&
 186             !(gpte & PT_GUEST_ACCESSED_MASK))
 187                 goto no_present;
 188
 189         return false;
 190
 191 no_present:
 192         drop_spte(vcpu->kvm, spte);
 193         return true;
 194 }
 195
 196 /*
 197  * For PTTYPE_EPT, a page table can be executable but not readable
 198  * on supported processors. Therefore, set_spte does not automatically
 199  * set bit 0 if execute only is supported. Here, we repurpose ACC_USER_MASK
 200  * to signify readability since it isn't used in the EPT case
 201  */
 202 static inline unsigned FNAME(gpte_access)(u64 gpte)
 203 {
 204         unsigned access;
 205 #if PTTYPE == PTTYPE_EPT
 206         access = ((gpte & VMX_EPT_WRITABLE_MASK) ? ACC_WRITE_MASK : 0) |
 207                 ((gpte & VMX_EPT_EXECUTABLE_MASK) ? ACC_EXEC_MASK : 0) |
 208                 ((gpte & VMX_EPT_READABLE_MASK) ? ACC_USER_MASK : 0);
 209 #else
 210         BUILD_BUG_ON(ACC_EXEC_MASK != PT_PRESENT_MASK);
 211         BUILD_BUG_ON(ACC_EXEC_MASK != 1);
 212         access = gpte & (PT_WRITABLE_MASK | PT_USER_MASK | PT_PRESENT_MASK);
 213         /* Combine NX with P (which is set here) to get ACC_EXEC_MASK.  */
 214         access ^= (gpte >> PT64_NX_SHIFT);
 215 #endif
 216
 217         return access;
 218 }
 219
 220 static int FNAME(update_accessed_dirty_bits)(struct kvm_vcpu *vcpu,
 221                                              struct kvm_mmu *mmu,
 222                                              struct guest_walker *walker,
 223                                              int write_fault)
 224 {
 225         unsigned level, index;
 226         pt_element_t pte, orig_pte;
 227         pt_element_t __user *ptep_user;
 228         gfn_t table_gfn;
 229         int ret;
 230
 231         /* dirty/accessed bits are not supported, so no need to update them */
 232         if (!PT_HAVE_ACCESSED_DIRTY(mmu))
 233                 return 0;
 234
 235         for (level = walker->max_level; level >= walker->level; --level) {
 236                 pte = orig_pte = walker->ptes[level - 1];
 237                 table_gfn = walker->table_gfn[level - 1];
 238                 ptep_user = walker->ptep_user[level - 1];
 239                 index = offset_in_page(ptep_user) / sizeof(pt_element_t);
 240                 if (!(pte & PT_GUEST_ACCESSED_MASK)) {
 241                         trace_kvm_mmu_set_accessed_bit(table_gfn, index, sizeof(pte));
 242                         pte |= PT_GUEST_ACCESSED_MASK;
 243                 }
 244                 if (level == walker->level && write_fault &&
 245                                 !(pte & PT_GUEST_DIRTY_MASK)) {
 246                         trace_kvm_mmu_set_dirty_bit(table_gfn, index, sizeof(pte));
 247 #if PTTYPE == PTTYPE_EPT
 248                         if (kvm_arch_write_log_dirty(vcpu))
 249                                 return -EINVAL;
 250 #endif
 251                         pte |= PT_GUEST_DIRTY_MASK;
 252                 }
 253                 if (pte == orig_pte)
 254                         continue;
 255
 256                 /*
 257                  * If the slot is read-only, simply do not process the accessed
 258                  * and dirty bits.  This is the correct thing to do if the slot
 259                  * is ROM, and page tables in read-as-ROM/write-as-MMIO slots
 260                  * are only supported if the accessed and dirty bits are already
 261                  * set in the ROM (so that MMIO writes are never needed).
 262                  *
 263                  * Note that NPT does not allow this at all and faults, since
 264                  * it always wants nested page table entries for the guest
 265                  * page tables to be writable.  And EPT works but will simply
 266                  * overwrite the read-only memory to set the accessed and dirty
 267                  * bits.
 268                  */
 269                 if (unlikely(!walker->pte_writable[level - 1]))
 270                         continue;
 271
 272                 ret = FNAME(cmpxchg_gpte)(vcpu, mmu, ptep_user, index, orig_pte, pte);
 273                 if (ret)
 274                         return ret;
 275
 276                 kvm_vcpu_mark_page_dirty(vcpu, table_gfn);
 277                 walker->ptes[level - 1] = pte;
 278         }
 279         return 0;
 280 }
 281
 282 static inline unsigned FNAME(gpte_pkeys)(struct kvm_vcpu *vcpu, u64 gpte)
 283 {
 284         unsigned pkeys = 0;
 285 #if PTTYPE == 64
 286         pte_t pte = {.pte = gpte};
 287
 288         pkeys = pte_flags_pkey(pte_flags(pte));
 289 #endif
 290         return pkeys;
 291 }
 292
 293 /*
 294  * Fetch a guest pte for a guest virtual address
 295  */
 296 static int FNAME(walk_addr_generic)(struct guest_walker *walker,
 297                                     struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu *mmu,
 298                                     gva_t addr, u32 access)
 299 {
 300         int ret;
 301         pt_element_t pte;
 302         pt_element_t __user *uninitialized_var(ptep_user);
 303         gfn_t table_gfn;
 304         u64 pt_access, pte_access;
 305         unsigned index, accessed_dirty, pte_pkey;
 306         unsigned nested_access;
 307         gpa_t pte_gpa;
 308         bool have_ad;
 309         int offset;
 310         u64 walk_nx_mask = 0;
 311         const int write_fault = access & PFERR_WRITE_MASK;
 312         const int user_fault  = access & PFERR_USER_MASK;
 313         const int fetch_fault = access & PFERR_FETCH_MASK;
 314         u16 errcode = 0;
 315         gpa_t real_gpa;
 316         gfn_t gfn;
 317
 318         trace_kvm_mmu_pagetable_walk(addr, access);
 319 retry_walk:
 320         walker->level = mmu->root_level;
 321         pte           = mmu->get_cr3(vcpu);
 322         have_ad       = PT_HAVE_ACCESSED_DIRTY(mmu);
 323
 324 #if PTTYPE == 64
 325         walk_nx_mask = 1ULL << PT64_NX_SHIFT;
 326         if (walker->level == PT32E_ROOT_LEVEL) {
 327                 pte = mmu->get_pdptr(vcpu, (addr >> 30) & 3);
 328                 trace_kvm_mmu_paging_element(pte, walker->level);
 329                 if (!FNAME(is_present_gpte)(pte))
 330                         goto error;
 331                 --walker->level;
 332         }
 333 #endif
 334         walker->max_level = walker->level;
 335         ASSERT(!(is_long_mode(vcpu) && !is_pae(vcpu)));
 336
 337         /*
 338          * FIXME: on Intel processors, loads of the PDPTE registers for PAE paging
 339          * by the MOV to CR instruction are treated as reads and do not cause the
 340          * processor to set the dirty flag in any EPT paging-structure entry.
 341          */
 342         nested_access = (have_ad ? PFERR_WRITE_MASK : 0) | PFERR_USER_MASK;
 343
 344         pte_access = ~0;
 345         ++walker->level;
 346
 347         do {
 348                 gfn_t real_gfn;
 349                 unsigned long host_addr;
 350
 351                 pt_access = pte_access;
 352                 --walker->level;
 353
 354                 index = PT_INDEX(addr, walker->level);
 355                 table_gfn = gpte_to_gfn(pte);
 356                 offset    = index * sizeof(pt_element_t);
 357                 pte_gpa   = gfn_to_gpa(table_gfn) + offset;
 358
 359                 BUG_ON(walker->level < 1);
 360                 walker->table_gfn[walker->level - 1] = table_gfn;
 361                 walker->pte_gpa[walker->level - 1] = pte_gpa;
 362
 363                 real_gfn = mmu->translate_gpa(vcpu, gfn_to_gpa(table_gfn),
 364                                               nested_access,
 365                                               &walker->fault);
 366
 367                 /*
 368                  * FIXME: This can happen if emulation (for of an INS/OUTS
 369                  * instruction) triggers a nested page fault.  The exit
 370                  * qualification / exit info field will incorrectly have
 371                  * "guest page access" as the nested page fault's cause,
 372                  * instead of "guest page structure access".  To fix this,
 373                  * the x86_exception struct should be augmented with enough
 374                  * information to fix the exit_qualification or exit_info_1
 375                  * fields.
 376                  */
 377                 if (unlikely(real_gfn == UNMAPPED_GVA))
 378                         return 0;
 379
 380                 real_gfn = gpa_to_gfn(real_gfn);
 381
 382                 host_addr = kvm_vcpu_gfn_to_hva_prot(vcpu, real_gfn,
 383                                             &walker->pte_writable[walker->level - 1]);
 384                 if (unlikely(kvm_is_error_hva(host_addr)))
 385                         goto error;
 386
 387                 ptep_user = (pt_element_t __user *)((void *)host_addr + offset);
 388                 if (unlikely(__copy_from_user(&pte, ptep_user, sizeof(pte))))
 389                         goto error;
 390                 walker->ptep_user[walker->level - 1] = ptep_user;
 391
 392                 trace_kvm_mmu_paging_element(pte, walker->level);
 393
 394                 /*
 395                  * Inverting the NX it lets us AND it like other
 396                  * permission bits.
 397                  */
 398                 pte_access = pt_access & (pte ^ walk_nx_mask);
 399
 400                 if (unlikely(!FNAME(is_present_gpte)(pte)))
 401                         goto error;
 402
 403                 if (unlikely(is_rsvd_bits_set(mmu, pte, walker->level))) {
 404                         errcode = PFERR_RSVD_MASK | PFERR_PRESENT_MASK;
 405                         goto error;
 406                 }
 407
 408                 walker->ptes[walker->level - 1] = pte;
 409         } while (!is_last_gpte(mmu, walker->level, pte));
 410
 411         pte_pkey = FNAME(gpte_pkeys)(vcpu, pte);
 412         accessed_dirty = have_ad ? pte_access & PT_GUEST_ACCESSED_MASK : 0;
 413
 414         /* Convert to ACC_*_MASK flags for struct guest_walker.  */
 415         walker->pt_access = FNAME(gpte_access)(pt_access ^ walk_nx_mask);
 416         walker->pte_access = FNAME(gpte_access)(pte_access ^ walk_nx_mask);
 417         errcode = permission_fault(vcpu, mmu, walker->pte_access, pte_pkey, access);
 418         if (unlikely(errcode))
 419                 goto error;
 420
 421         gfn = gpte_to_gfn_lvl(pte, walker->level);
 422         gfn += (addr & PT_LVL_OFFSET_MASK(walker->level)) >> PAGE_SHIFT;
 423
 424         if (PTTYPE == 32 && walker->level == PT_DIRECTORY_LEVEL && is_cpuid_PSE36())
 425                 gfn += pse36_gfn_delta(pte);
 426
 427         real_gpa = mmu->translate_gpa(vcpu, gfn_to_gpa(gfn), access, &walker->fault);
 428         if (real_gpa == UNMAPPED_GVA)
 429                 return 0;
 430
 431         walker->gfn = real_gpa >> PAGE_SHIFT;
 432
 433         if (!write_fault)
 434                 FNAME(protect_clean_gpte)(mmu, &walker->pte_access, pte);
 435         else
 436                 /*
 437                  * On a write fault, fold the dirty bit into accessed_dirty.
 438                  * For modes without A/D bits support accessed_dirty will be
 439                  * always clear.
 440                  */
 441                 accessed_dirty &= pte >>
 442                         (PT_GUEST_DIRTY_SHIFT - PT_GUEST_ACCESSED_SHIFT);
 443
 444         if (unlikely(!accessed_dirty)) {
 445                 ret = FNAME(update_accessed_dirty_bits)(vcpu, mmu, walker, write_fault);
 446                 if (unlikely(ret < 0))
 447                         goto error;
 448                 else if (ret)
 449                         goto retry_walk;
 450         }
 451
 452         pgprintk("%s: pte %llx pte_access %x pt_access %x\n",
 453                  __func__, (u64)pte, walker->pte_access, walker->pt_access);
 454         return 1;
 455
 456 error:
 457         errcode |= write_fault | user_fault;
 458         if (fetch_fault && (mmu->nx ||
 459                             kvm_read_cr4_bits(vcpu, X86_CR4_SMEP)))
 460                 errcode |= PFERR_FETCH_MASK;
 461
 462         walker->fault.vector = PF_VECTOR;
 463         walker->fault.error_code_valid = true;
 464         walker->fault.error_code = errcode;
 465
 466 #if PTTYPE == PTTYPE_EPT
 467         /*
 468          * Use PFERR_RSVD_MASK in error_code to to tell if EPT
 469          * misconfiguration requires to be injected. The detection is
 470          * done by is_rsvd_bits_set() above.
 471          *
 472          * We set up the value of exit_qualification to inject:
 473          * [2:0] - Derive from the access bits. The exit_qualification might be
 474          *         out of date if it is serving an EPT misconfiguration.
 475          * [5:3] - Calculated by the page walk of the guest EPT page tables
 476          * [7:8] - Derived from [7:8] of real exit_qualification
 477          *
 478          * The other bits are set to 0.
 479          */
 480         if (!(errcode & PFERR_RSVD_MASK)) {
 481                 vcpu->arch.exit_qualification &= 0x180;
 482                 if (write_fault)
 483                         vcpu->arch.exit_qualification |= EPT_VIOLATION_ACC_WRITE;
 484                 if (user_fault)
 485                         vcpu->arch.exit_qualification |= EPT_VIOLATION_ACC_READ;
 486                 if (fetch_fault)
 487                         vcpu->arch.exit_qualification |= EPT_VIOLATION_ACC_INSTR;
 488                 vcpu->arch.exit_qualification |= (pte_access & 0x7) << 3;
 489         }
 490 #endif
 491         walker->fault.address = addr;
 492         walker->fault.nested_page_fault = mmu != vcpu->arch.walk_mmu;
 493
 494         trace_kvm_mmu_walker_error(walker->fault.error_code);
 495         return 0;
 496 }
 497
 498 static int FNAME(walk_addr)(struct guest_walker *walker,
 499                             struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr, u32 access)
 500 {
 501         return FNAME(walk_addr_generic)(walker, vcpu, vcpu->arch.mmu, addr,
 502                                         access);
 503 }
 504
 505 #if PTTYPE != PTTYPE_EPT
 506 static int FNAME(walk_addr_nested)(struct guest_walker *walker,
 507                                    struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr,
 508                                    u32 access)
 509 {
 510         return FNAME(walk_addr_generic)(walker, vcpu, &vcpu->arch.nested_mmu,
 511                                         addr, access);
 512 }
 513 #endif
 514
 515 static bool
 516 FNAME(prefetch_gpte)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu_page *sp,
 517                      u64 *spte, pt_element_t gpte, bool no_dirty_log)
 518 {
 519         unsigned pte_access;
 520         gfn_t gfn;
 521         kvm_pfn_t pfn;
 522
 523         if (FNAME(prefetch_invalid_gpte)(vcpu, sp, spte, gpte))
 524                 return false;
 525
 526         pgprintk("%s: gpte %llx spte %p\n", __func__, (u64)gpte, spte);
 527
 528         gfn = gpte_to_gfn(gpte);
 529         pte_access = sp->role.access & FNAME(gpte_access)(gpte);
 530         FNAME(protect_clean_gpte)(vcpu->arch.mmu, &pte_access, gpte);
 531         pfn = pte_prefetch_gfn_to_pfn(vcpu, gfn,
 532                         no_dirty_log && (pte_access & ACC_WRITE_MASK));
 533         if (is_error_pfn(pfn))
 534                 return false;
 535
 536         /*
 537          * we call mmu_set_spte() with host_writable = true because
 538          * pte_prefetch_gfn_to_pfn always gets a writable pfn.
 539          */
 540         mmu_set_spte(vcpu, spte, pte_access, 0, PT_PAGE_TABLE_LEVEL, gfn, pfn,
 541                      true, true);
 542
 543         return true;
 544 }
 545
 546 static void FNAME(update_pte)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu_page *sp,
 547                               u64 *spte, const void *pte)
 548 {
 549         pt_element_t gpte = *(const pt_element_t *)pte;
 550
 551         FNAME(prefetch_gpte)(vcpu, sp, spte, gpte, false);
 552 }
 553
 554 static bool FNAME(gpte_changed)(struct kvm_vcpu *vcpu,
 555                                 struct guest_walker *gw, int level)
 556 {
 557         pt_element_t curr_pte;
 558         gpa_t base_gpa, pte_gpa = gw->pte_gpa[level - 1];
 559         u64 mask;
 560         int r, index;
 561
 562         if (level == PT_PAGE_TABLE_LEVEL) {
 563                 mask = PTE_PREFETCH_NUM * sizeof(pt_element_t) - 1;
 564                 base_gpa = pte_gpa & ~mask;
 565                 index = (pte_gpa - base_gpa) / sizeof(pt_element_t);
 566
 567                 r = kvm_vcpu_read_guest_atomic(vcpu, base_gpa,
 568                                 gw->prefetch_ptes, sizeof(gw->prefetch_ptes));
 569                 curr_pte = gw->prefetch_ptes[index];
 570         } else
 571                 r = kvm_vcpu_read_guest_atomic(vcpu, pte_gpa,
 572                                   &curr_pte, sizeof(curr_pte));
 573
 574         return r || curr_pte != gw->ptes[level - 1];
 575 }
 576
 577 static void FNAME(pte_prefetch)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct guest_walker *gw,
 578                                 u64 *sptep)
 579 {
 580         struct kvm_mmu_page *sp;
 581         pt_element_t *gptep = gw->prefetch_ptes;
 582         u64 *spte;
 583         int i;
 584
 585         sp = page_header(__pa(sptep));
 586
 587         if (sp->role.level > PT_PAGE_TABLE_LEVEL)
 588                 return;
 589
 590         if (sp->role.direct)
 591                 return __direct_pte_prefetch(vcpu, sp, sptep);
 592
 593         i = (sptep - sp->spt) & ~(PTE_PREFETCH_NUM - 1);
 594         spte = sp->spt + i;
 595
 596         for (i = 0; i < PTE_PREFETCH_NUM; i++, spte++) {
 597                 if (spte == sptep)
 598                         continue;
 599
 600                 if (is_shadow_present_pte(*spte))
 601                         continue;
 602
 603                 if (!FNAME(prefetch_gpte)(vcpu, sp, spte, gptep[i], true))
 604                         break;
 605         }
 606 }
 607
 608 /*
 609  * Fetch a shadow pte for a specific level in the paging hierarchy.
 610  * If the guest tries to write a write-protected page, we need to
 611  * emulate this operation, return 1 to indicate this case.
 612  */
 613 static int FNAME(fetch)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr,
 614                          struct guest_walker *gw,
 615                          int write_fault, int hlevel,
 616                          kvm_pfn_t pfn, bool map_writable, bool prefault)
 617 {
 618         struct kvm_mmu_page *sp = NULL;
 619         struct kvm_shadow_walk_iterator it;
 620         unsigned direct_access, access = gw->pt_access;
 621         int top_level, ret;
 622
 623         direct_access = gw->pte_access;
 624
 625         top_level = vcpu->arch.mmu->root_level;
 626         if (top_level == PT32E_ROOT_LEVEL)
 627                 top_level = PT32_ROOT_LEVEL;
 628         /*
 629          * Verify that the top-level gpte is still there.  Since the page
 630          * is a root page, it is either write protected (and cannot be
 631          * changed from now on) or it is invalid (in which case, we don't
 632          * really care if it changes underneath us after this point).
 633          */
 634         if (FNAME(gpte_changed)(vcpu, gw, top_level))
 635                 goto out_gpte_changed;
 636
 637         if (!VALID_PAGE(vcpu->arch.mmu->root_hpa))
 638                 goto out_gpte_changed;
 639
 640         for (shadow_walk_init(&it, vcpu, addr);
 641              shadow_walk_okay(&it) && it.level > gw->level;
 642              shadow_walk_next(&it)) {
 643                 gfn_t table_gfn;
 644
 645                 clear_sp_write_flooding_count(it.sptep);
 646                 drop_large_spte(vcpu, it.sptep);
 647
 648                 sp = NULL;
 649                 if (!is_shadow_present_pte(*it.sptep)) {
 650                         table_gfn = gw->table_gfn[it.level - 2];
 651                         sp = kvm_mmu_get_page(vcpu, table_gfn, addr, it.level-1,
 652                                               false, access);
 653                 }
 654
 655                 /*
 656                  * Verify that the gpte in the page we've just write
 657                  * protected is still there.
 658                  */
 659                 if (FNAME(gpte_changed)(vcpu, gw, it.level - 1))
 660                         goto out_gpte_changed;
 661
 662                 if (sp)
 663                         link_shadow_page(vcpu, it.sptep, sp);
 664         }
 665
 666         for (;
 667              shadow_walk_okay(&it) && it.level > hlevel;
 668              shadow_walk_next(&it)) {
 669                 gfn_t direct_gfn;
 670
 671                 clear_sp_write_flooding_count(it.sptep);
 672                 validate_direct_spte(vcpu, it.sptep, direct_access);
 673
 674                 drop_large_spte(vcpu, it.sptep);
 675
 676                 if (is_shadow_present_pte(*it.sptep))
 677                         continue;
 678
 679                 direct_gfn = gw->gfn & ~(KVM_PAGES_PER_HPAGE(it.level) - 1);
 680
 681                 sp = kvm_mmu_get_page(vcpu, direct_gfn, addr, it.level-1,
 682                                       true, direct_access);
 683                 link_shadow_page(vcpu, it.sptep, sp);
 684         }
 685
 686         clear_sp_write_flooding_count(it.sptep);
 687         ret = mmu_set_spte(vcpu, it.sptep, gw->pte_access, write_fault,
 688                            it.level, gw->gfn, pfn, prefault, map_writable);
 689         FNAME(pte_prefetch)(vcpu, gw, it.sptep);
 690
 691         return ret;
 692
 693 out_gpte_changed:
 694         kvm_release_pfn_clean(pfn);
 695         return RET_PF_RETRY;
 696 }
 697
 698  /*
 699  * To see whether the mapped gfn can write its page table in the current
 700  * mapping.
 701  *
 702  * It is the helper function of FNAME(page_fault). When guest uses large page
 703  * size to map the writable gfn which is used as current page table, we should
 704  * force kvm to use small page size to map it because new shadow page will be
 705  * created when kvm establishes shadow page table that stop kvm using large
 706  * page size. Do it early can avoid unnecessary #PF and emulation.
 707  *
 708  * @write_fault_to_shadow_pgtable will return true if the fault gfn is
 709  * currently used as its page table.
 710  *
 711  * Note: the PDPT page table is not checked for PAE-32 bit guest. It is ok
 712  * since the PDPT is always shadowed, that means, we can not use large page
 713  * size to map the gfn which is used as PDPT.
 714  */
 715 static bool
 716 FNAME(is_self_change_mapping)(struct kvm_vcpu *vcpu,
 717                               struct guest_walker *walker, int user_fault,
 718                               bool *write_fault_to_shadow_pgtable)
 719 {
 720         int level;
 721         gfn_t mask = ~(KVM_PAGES_PER_HPAGE(walker->level) - 1);
 722         bool self_changed = false;
 723
 724         if (!(walker->pte_access & ACC_WRITE_MASK ||
 725               (!is_write_protection(vcpu) && !user_fault)))
 726                 return false;
 727
 728         for (level = walker->level; level <= walker->max_level; level++) {
 729                 gfn_t gfn = walker->gfn ^ walker->table_gfn[level - 1];
 730
 731                 self_changed |= !(gfn & mask);
 732                 *write_fault_to_shadow_pgtable |= !gfn;
 733         }
 734
 735         return self_changed;
 736 }
 737
 738 /*
 739  * Page fault handler.  There are several causes for a page fault:
 740  *   - there is no shadow pte for the guest pte
 741  *   - write access through a shadow pte marked read only so that we can set
 742  *     the dirty bit
 743  *   - write access to a shadow pte marked read only so we can update the page
 744  *     dirty bitmap, when userspace requests it
 745  *   - mmio access; in this case we will never install a present shadow pte
 746  *   - normal guest page fault due to the guest pte marked not present, not
 747  *     writable, or not executable
 748  *
 749  *  Returns: 1 if we need to emulate the instruction, 0 otherwise, or
 750  *           a negative value on error.
 751  */
 752 static int FNAME(page_fault)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr, u32 error_code,
 753                              bool prefault)
 754 {
 755         int write_fault = error_code & PFERR_WRITE_MASK;
 756         int user_fault = error_code & PFERR_USER_MASK;
 757         struct guest_walker walker;
 758         int r;
 759         kvm_pfn_t pfn;
 760         int level = PT_PAGE_TABLE_LEVEL;
 761         bool force_pt_level = false;
 762         unsigned long mmu_seq;
 763         bool map_writable, is_self_change_mapping;
 764
 765         pgprintk("%s: addr %lx err %x\n", __func__, addr, error_code);
 766
 767         r = mmu_topup_memory_caches(vcpu);
 768         if (r)
 769                 return r;
 770
 771         /*
 772          * If PFEC.RSVD is set, this is a shadow page fault.
 773          * The bit needs to be cleared before walking guest page tables.
 774          */
 775         error_code &= ~PFERR_RSVD_MASK;
 776
 777         /*
 778          * Look up the guest pte for the faulting address.
 779          */
 780         r = FNAME(walk_addr)(&walker, vcpu, addr, error_code);
 781
 782         /*
 783          * The page is not mapped by the guest.  Let the guest handle it.
 784          */
 785         if (!r) {
 786                 pgprintk("%s: guest page fault\n", __func__);
 787                 if (!prefault)
 788                         inject_page_fault(vcpu, &walker.fault);
 789
 790                 return RET_PF_RETRY;
 791         }
 792
 793         if (page_fault_handle_page_track(vcpu, error_code, walker.gfn)) {
 794                 shadow_page_table_clear_flood(vcpu, addr);
 795                 return RET_PF_EMULATE;
 796         }
 797
 798         vcpu->arch.write_fault_to_shadow_pgtable = false;
 799
 800         is_self_change_mapping = FNAME(is_self_change_mapping)(vcpu,
 801               &walker, user_fault, &vcpu->arch.write_fault_to_shadow_pgtable);
 802
 803         if (walker.level >= PT_DIRECTORY_LEVEL && !is_self_change_mapping) {
 804                 level = mapping_level(vcpu, walker.gfn, &force_pt_level);
 805                 if (likely(!force_pt_level)) {
 806                         level = min(walker.level, level);
 807                         walker.gfn = walker.gfn & ~(KVM_PAGES_PER_HPAGE(level) - 1);
 808                 }
 809         } else
 810                 force_pt_level = true;
 811
 812         mmu_seq = vcpu->kvm->mmu_notifier_seq;
 813         smp_rmb();
 814
 815         if (try_async_pf(vcpu, prefault, walker.gfn, addr, &pfn, write_fault,
 816                          &map_writable))
 817                 return RET_PF_RETRY;
 818
 819         if (handle_abnormal_pfn(vcpu, addr, walker.gfn, pfn, walker.pte_access, &r))
 820                 return r;
 821
 822         /*
 823          * Do not change pte_access if the pfn is a mmio page, otherwise
 824          * we will cache the incorrect access into mmio spte.
 825          */
 826         if (write_fault && !(walker.pte_access & ACC_WRITE_MASK) &&
 827              !is_write_protection(vcpu) && !user_fault &&
 828               !is_noslot_pfn(pfn)) {
 829                 walker.pte_access |= ACC_WRITE_MASK;
 830                 walker.pte_access &= ~ACC_USER_MASK;
 831
 832                 /*
 833                  * If we converted a user page to a kernel page,
 834                  * so that the kernel can write to it when cr0.wp=0,
 835                  * then we should prevent the kernel from executing it
 836                  * if SMEP is enabled.
 837                  */
 838                 if (kvm_read_cr4_bits(vcpu, X86_CR4_SMEP))
 839                         walker.pte_access &= ~ACC_EXEC_MASK;
 840         }
 841
 842         spin_lock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 843         if (mmu_notifier_retry(vcpu->kvm, mmu_seq))
 844                 goto out_unlock;
 845
 846         kvm_mmu_audit(vcpu, AUDIT_PRE_PAGE_FAULT);
 847         if (make_mmu_pages_available(vcpu) < 0)
 848                 goto out_unlock;
 849         if (!force_pt_level)
 850                 transparent_hugepage_adjust(vcpu, &walker.gfn, &pfn, &level);
 851         r = FNAME(fetch)(vcpu, addr, &walker, write_fault,
 852                          level, pfn, map_writable, prefault);
 853         ++vcpu->stat.pf_fixed;
 854         kvm_mmu_audit(vcpu, AUDIT_POST_PAGE_FAULT);
 855         spin_unlock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 856
 857         return r;
 858
 859 out_unlock:
 860         spin_unlock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 861         kvm_release_pfn_clean(pfn);
 862         return RET_PF_RETRY;
 863 }
 864
 865 static gpa_t FNAME(get_level1_sp_gpa)(struct kvm_mmu_page *sp)
 866 {
 867         int offset = 0;
 868
 869         WARN_ON(sp->role.level != PT_PAGE_TABLE_LEVEL);
 870
 871         if (PTTYPE == 32)
 872                 offset = sp->role.quadrant << PT64_LEVEL_BITS;
 873
 874         return gfn_to_gpa(sp->gfn) + offset * sizeof(pt_element_t);
 875 }
 876
 877 static void FNAME(invlpg)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t gva, hpa_t root_hpa)
 878 {
 879         struct kvm_shadow_walk_iterator iterator;
 880         struct kvm_mmu_page *sp;
 881         int level;
 882         u64 *sptep;
 883
 884         vcpu_clear_mmio_info(vcpu, gva);
 885
 886         /*
 887          * No need to check return value here, rmap_can_add() can
 888          * help us to skip pte prefetch later.
 889          */
 890         mmu_topup_memory_caches(vcpu);
 891
 892         if (!VALID_PAGE(root_hpa)) {
 893                 WARN_ON(1);
 894                 return;
 895         }
 896
 897         spin_lock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 898         for_each_shadow_entry_using_root(vcpu, root_hpa, gva, iterator) {
 899                 level = iterator.level;
 900                 sptep = iterator.sptep;
 901
 902                 sp = page_header(__pa(sptep));
 903                 if (is_last_spte(*sptep, level)) {
 904                         pt_element_t gpte;
 905                         gpa_t pte_gpa;
 906
 907                         if (!sp->unsync)
 908                                 break;
 909
 910                         pte_gpa = FNAME(get_level1_sp_gpa)(sp);
 911                         pte_gpa += (sptep - sp->spt) * sizeof(pt_element_t);
 912
 913                         if (mmu_page_zap_pte(vcpu->kvm, sp, sptep))
 914                                 kvm_flush_remote_tlbs_with_address(vcpu->kvm,
 915                                         sp->gfn, KVM_PAGES_PER_HPAGE(sp->role.level));
 916
 917                         if (!rmap_can_add(vcpu))
 918                                 break;
 919
 920                         if (kvm_vcpu_read_guest_atomic(vcpu, pte_gpa, &gpte,
 921                                                        sizeof(pt_element_t)))
 922                                 break;
 923
 924                         FNAME(update_pte)(vcpu, sp, sptep, &gpte);
 925                 }
 926
 927                 if (!is_shadow_present_pte(*sptep) || !sp->unsync_children)
 928                         break;
 929         }
 930         spin_unlock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 931 }
 932
 933 static gpa_t FNAME(gva_to_gpa)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t vaddr, u32 access,
 934                                struct x86_exception *exception)
 935 {
 936         struct guest_walker walker;
 937         gpa_t gpa = UNMAPPED_GVA;
 938         int r;
 939
 940         r = FNAME(walk_addr)(&walker, vcpu, vaddr, access);
 941
 942         if (r) {
 943                 gpa = gfn_to_gpa(walker.gfn);
 944                 gpa |= vaddr & ~PAGE_MASK;
 945         } else if (exception)
 946                 *exception = walker.fault;
 947
 948         return gpa;
 949 }
 950
 951 #if PTTYPE != PTTYPE_EPT
 952 static gpa_t FNAME(gva_to_gpa_nested)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t vaddr,
 953                                       u32 access,
 954                                       struct x86_exception *exception)
 955 {
 956         struct guest_walker walker;
 957         gpa_t gpa = UNMAPPED_GVA;
 958         int r;
 959
 960         r = FNAME(walk_addr_nested)(&walker, vcpu, vaddr, access);
 961
 962         if (r) {
 963                 gpa = gfn_to_gpa(walker.gfn);
 964                 gpa |= vaddr & ~PAGE_MASK;
 965         } else if (exception)
 966                 *exception = walker.fault;
 967
 968         return gpa;
 969 }
 970 #endif
 971
 972 /*
 973  * Using the cached information from sp->gfns is safe because:
 974  * - The spte has a reference to the struct page, so the pfn for a given gfn
 975  *   can't change unless all sptes pointing to it are nuked first.
 976  *
 977  * Note:
 978  *   We should flush all tlbs if spte is dropped even though guest is
 979  *   responsible for it. Since if we don't, kvm_mmu_notifier_invalidate_page
 980  *   and kvm_mmu_notifier_invalidate_range_start detect the mapping page isn't
 981  *   used by guest then tlbs are not flushed, so guest is allowed to access the
 982  *   freed pages.
 983  *   And we increase kvm->tlbs_dirty to delay tlbs flush in this case.
 984  */
 985 static int FNAME(sync_page)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu_page *sp)
 986 {
 987         int i, nr_present = 0;
 988         bool host_writable;
 989         gpa_t first_pte_gpa;
 990         int set_spte_ret = 0;
 991
 992         /* direct kvm_mmu_page can not be unsync. */
 993         BUG_ON(sp->role.direct);
 994
 995         first_pte_gpa = FNAME(get_level1_sp_gpa)(sp);
 996
 997         for (i = 0; i < PT64_ENT_PER_PAGE; i++) {
 998                 unsigned pte_access;
 999                 pt_element_t gpte;
1000                 gpa_t pte_gpa;
1001                 gfn_t gfn;
1002
1003                 if (!sp->spt[i])
1004                         continue;
1005
1006                 pte_gpa = first_pte_gpa + i * sizeof(pt_element_t);
1007
1008                 if (kvm_vcpu_read_guest_atomic(vcpu, pte_gpa, &gpte,
1009                                                sizeof(pt_element_t)))
1010                         return 0;
1011
1012                 if (FNAME(prefetch_invalid_gpte)(vcpu, sp, &sp->spt[i], gpte)) {
1013                         /*
1014                          * Update spte before increasing tlbs_dirty to make
1015                          * sure no tlb flush is lost after spte is zapped; see
1016                          * the comments in kvm_flush_remote_tlbs().
1017                          */
1018                         smp_wmb();
1019                         vcpu->kvm->tlbs_dirty++;
1020                         continue;
1021                 }
1022
1023                 gfn = gpte_to_gfn(gpte);
1024                 pte_access = sp->role.access;
1025                 pte_access &= FNAME(gpte_access)(gpte);
1026                 FNAME(protect_clean_gpte)(vcpu->arch.mmu, &pte_access, gpte);
1027
1028                 if (sync_mmio_spte(vcpu, &sp->spt[i], gfn, pte_access,
1029                       &nr_present))
1030                         continue;
1031
1032                 if (gfn != sp->gfns[i]) {
1033                         drop_spte(vcpu->kvm, &sp->spt[i]);
1034                         /*
1035                          * The same as above where we are doing
1036                          * prefetch_invalid_gpte().
1037                          */
1038                         smp_wmb();
1039                         vcpu->kvm->tlbs_dirty++;
1040                         continue;
1041                 }
1042
1043                 nr_present++;
1044
1045                 host_writable = sp->spt[i] & SPTE_HOST_WRITEABLE;
1046
1047                 set_spte_ret |= set_spte(vcpu, &sp->spt[i],
1048                                          pte_access, PT_PAGE_TABLE_LEVEL,
1049                                          gfn, spte_to_pfn(sp->spt[i]),
1050                                          true, false, host_writable);
1051         }
1052
1053         if (set_spte_ret & SET_SPTE_NEED_REMOTE_TLB_FLUSH)
1054                 kvm_flush_remote_tlbs(vcpu->kvm);
1055
1056         return nr_present;
1057 }
1058
1059 #undef pt_element_t
1060 #undef guest_walker
1061 #undef FNAME
1062 #undef PT_BASE_ADDR_MASK
1063 #undef PT_INDEX
1064 #undef PT_LVL_ADDR_MASK
1065 #undef PT_LVL_OFFSET_MASK
1066 #undef PT_LEVEL_BITS
1067 #undef PT_MAX_FULL_LEVELS
1068 #undef gpte_to_gfn
1069 #undef gpte_to_gfn_lvl
1070 #undef CMPXCHG
1071 #undef PT_GUEST_ACCESSED_MASK
1072 #undef PT_GUEST_DIRTY_MASK
1073 #undef PT_GUEST_DIRTY_SHIFT
1074 #undef PT_GUEST_ACCESSED_SHIFT
1075 #undef PT_HAVE_ACCESSED_DIRTY