arch/x86/kvm/paging_tmpl.h

   1 /*
   2  * Kernel-based Virtual Machine driver for Linux
   3  *
   4  * This module enables machines with Intel VT-x extensions to run virtual
   5  * machines without emulation or binary translation.
   6  *
   7  * MMU support
   8  *
   9  * Copyright (C) 2006 Qumranet, Inc.
  10  * Copyright 2010 Red Hat, Inc. and/or its affiliates.
  11  *
  12  * Authors:
  13  *   Yaniv Kamay  <yaniv@qumranet.com>
  14  *   Avi Kivity   <avi@qumranet.com>
  15  *
  16  * This work is licensed under the terms of the GNU GPL, version 2.  See
  17  * the COPYING file in the top-level directory.
  18  *
  19  */
  20
  21 /*
  22  * We need the mmu code to access both 32-bit and 64-bit guest ptes,
  23  * so the code in this file is compiled twice, once per pte size.
  24  */
  25
  26 #if PTTYPE == 64
  27         #define pt_element_t u64
  28         #define guest_walker guest_walker64
  29         #define FNAME(name) paging##64_##name
  30         #define PT_BASE_ADDR_MASK PT64_BASE_ADDR_MASK
  31         #define PT_LVL_ADDR_MASK(lvl) PT64_LVL_ADDR_MASK(lvl)
  32         #define PT_LVL_OFFSET_MASK(lvl) PT64_LVL_OFFSET_MASK(lvl)
  33         #define PT_INDEX(addr, level) PT64_INDEX(addr, level)
  34         #define PT_LEVEL_BITS PT64_LEVEL_BITS
  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 CMPXCHG cmpxchg
  53 #else
  54         #error Invalid PTTYPE value
  55 #endif
  56
  57 #define gpte_to_gfn_lvl FNAME(gpte_to_gfn_lvl)
  58 #define gpte_to_gfn(pte) gpte_to_gfn_lvl((pte), PT_PAGE_TABLE_LEVEL)
  59
  60 /*
  61  * The guest_walker structure emulates the behavior of the hardware page
  62  * table walker.
  63  */
  64 struct guest_walker {
  65         int level;
  66         gfn_t table_gfn[PT_MAX_FULL_LEVELS];
  67         pt_element_t ptes[PT_MAX_FULL_LEVELS];
  68         pt_element_t prefetch_ptes[PTE_PREFETCH_NUM];
  69         gpa_t pte_gpa[PT_MAX_FULL_LEVELS];
  70         unsigned pt_access;
  71         unsigned pte_access;
  72         gfn_t gfn;
  73         struct x86_exception fault;
  74 };
  75
  76 static gfn_t gpte_to_gfn_lvl(pt_element_t gpte, int lvl)
  77 {
  78         return (gpte & PT_LVL_ADDR_MASK(lvl)) >> PAGE_SHIFT;
  79 }
  80
  81 static int FNAME(cmpxchg_gpte)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu *mmu,
  82                                pt_element_t __user *ptep_user, unsigned index,
  83                                pt_element_t orig_pte, pt_element_t new_pte)
  84 {
  85         int npages;
  86         pt_element_t ret;
  87         pt_element_t *table;
  88         struct page *page;
  89
  90         npages = get_user_pages_fast((unsigned long)ptep_user, 1, 1, &page);
  91         /* Check if the user is doing something meaningless. */
  92         if (unlikely(npages != 1))
  93                 return -EFAULT;
  94
  95         table = kmap_atomic(page);
  96         ret = CMPXCHG(&table[index], orig_pte, new_pte);
  97         kunmap_atomic(table);
  98
  99         kvm_release_page_dirty(page);
 100
 101         return (ret != orig_pte);
 102 }
 103
 104 static unsigned FNAME(gpte_access)(struct kvm_vcpu *vcpu, pt_element_t gpte,
 105                                    bool last)
 106 {
 107         unsigned access;
 108
 109         access = (gpte & (PT_WRITABLE_MASK | PT_USER_MASK)) | ACC_EXEC_MASK;
 110         if (last && !is_dirty_gpte(gpte))
 111                 access &= ~ACC_WRITE_MASK;
 112
 113 #if PTTYPE == 64
 114         if (vcpu->arch.mmu.nx)
 115                 access &= ~(gpte >> PT64_NX_SHIFT);
 116 #endif
 117         return access;
 118 }
 119
 120 static bool FNAME(is_last_gpte)(struct guest_walker *walker,
 121                                 struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu *mmu,
 122                                 pt_element_t gpte)
 123 {
 124         if (walker->level == PT_PAGE_TABLE_LEVEL)
 125                 return true;
 126
 127         if ((walker->level == PT_DIRECTORY_LEVEL) && is_large_pte(gpte) &&
 128             (PTTYPE == 64 || is_pse(vcpu)))
 129                 return true;
 130
 131         if ((walker->level == PT_PDPE_LEVEL) && is_large_pte(gpte) &&
 132             (mmu->root_level == PT64_ROOT_LEVEL))
 133                 return true;
 134
 135         return false;
 136 }
 137
 138 /*
 139  * Fetch a guest pte for a guest virtual address
 140  */
 141 static int FNAME(walk_addr_generic)(struct guest_walker *walker,
 142                                     struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu *mmu,
 143                                     gva_t addr, u32 access)
 144 {
 145         pt_element_t pte;
 146         pt_element_t __user *uninitialized_var(ptep_user);
 147         gfn_t table_gfn;
 148         unsigned index, pt_access, uninitialized_var(pte_access);
 149         gpa_t pte_gpa;
 150         bool eperm, last_gpte;
 151         int offset;
 152         const int write_fault = access & PFERR_WRITE_MASK;
 153         const int user_fault  = access & PFERR_USER_MASK;
 154         const int fetch_fault = access & PFERR_FETCH_MASK;
 155         u16 errcode = 0;
 156
 157         trace_kvm_mmu_pagetable_walk(addr, write_fault, user_fault,
 158                                      fetch_fault);
 159 retry_walk:
 160         eperm = false;
 161         walker->level = mmu->root_level;
 162         pte           = mmu->get_cr3(vcpu);
 163
 164 #if PTTYPE == 64
 165         if (walker->level == PT32E_ROOT_LEVEL) {
 166                 pte = mmu->get_pdptr(vcpu, (addr >> 30) & 3);
 167                 trace_kvm_mmu_paging_element(pte, walker->level);
 168                 if (!is_present_gpte(pte))
 169                         goto error;
 170                 --walker->level;
 171         }
 172 #endif
 173         ASSERT((!is_long_mode(vcpu) && is_pae(vcpu)) ||
 174                (mmu->get_cr3(vcpu) & CR3_NONPAE_RESERVED_BITS) == 0);
 175
 176         pt_access = ACC_ALL;
 177
 178         for (;;) {
 179                 gfn_t real_gfn;
 180                 unsigned long host_addr;
 181
 182                 index = PT_INDEX(addr, walker->level);
 183
 184                 table_gfn = gpte_to_gfn(pte);
 185                 offset    = index * sizeof(pt_element_t);
 186                 pte_gpa   = gfn_to_gpa(table_gfn) + offset;
 187                 walker->table_gfn[walker->level - 1] = table_gfn;
 188                 walker->pte_gpa[walker->level - 1] = pte_gpa;
 189
 190                 real_gfn = mmu->translate_gpa(vcpu, gfn_to_gpa(table_gfn),
 191                                               PFERR_USER_MASK|PFERR_WRITE_MASK);
 192                 if (unlikely(real_gfn == UNMAPPED_GVA))
 193                         goto error;
 194                 real_gfn = gpa_to_gfn(real_gfn);
 195
 196                 host_addr = gfn_to_hva(vcpu->kvm, real_gfn);
 197                 if (unlikely(kvm_is_error_hva(host_addr)))
 198                         goto error;
 199
 200                 ptep_user = (pt_element_t __user *)((void *)host_addr + offset);
 201                 if (unlikely(__copy_from_user(&pte, ptep_user, sizeof(pte))))
 202                         goto error;
 203
 204                 trace_kvm_mmu_paging_element(pte, walker->level);
 205
 206                 if (unlikely(!is_present_gpte(pte)))
 207                         goto error;
 208
 209                 if (unlikely(is_rsvd_bits_set(&vcpu->arch.mmu, pte,
 210                                               walker->level))) {
 211                         errcode |= PFERR_RSVD_MASK | PFERR_PRESENT_MASK;
 212                         goto error;
 213                 }
 214
 215                 if (!check_write_user_access(vcpu, write_fault, user_fault,
 216                                           pte))
 217                         eperm = true;
 218
 219 #if PTTYPE == 64
 220                 if (unlikely(fetch_fault && (pte & PT64_NX_MASK)))
 221                         eperm = true;
 222 #endif
 223
 224                 last_gpte = FNAME(is_last_gpte)(walker, vcpu, mmu, pte);
 225                 if (last_gpte) {
 226                         pte_access = pt_access &
 227                                      FNAME(gpte_access)(vcpu, pte, true);
 228                         /* check if the kernel is fetching from user page */
 229                         if (unlikely(pte_access & PT_USER_MASK) &&
 230                             kvm_read_cr4_bits(vcpu, X86_CR4_SMEP))
 231                                 if (fetch_fault && !user_fault)
 232                                         eperm = true;
 233                 }
 234
 235                 if (!eperm && unlikely(!(pte & PT_ACCESSED_MASK))) {
 236                         int ret;
 237                         trace_kvm_mmu_set_accessed_bit(table_gfn, index,
 238                                                        sizeof(pte));
 239                         ret = FNAME(cmpxchg_gpte)(vcpu, mmu, ptep_user, index,
 240                                                   pte, pte|PT_ACCESSED_MASK);
 241                         if (unlikely(ret < 0))
 242                                 goto error;
 243                         else if (ret)
 244                                 goto retry_walk;
 245
 246                         mark_page_dirty(vcpu->kvm, table_gfn);
 247                         pte |= PT_ACCESSED_MASK;
 248                 }
 249
 250                 walker->ptes[walker->level - 1] = pte;
 251
 252                 if (last_gpte) {
 253                         int lvl = walker->level;
 254                         gpa_t real_gpa;
 255                         gfn_t gfn;
 256                         u32 ac;
 257
 258                         gfn = gpte_to_gfn_lvl(pte, lvl);
 259                         gfn += (addr & PT_LVL_OFFSET_MASK(lvl)) >> PAGE_SHIFT;
 260
 261                         if (PTTYPE == 32 &&
 262                             walker->level == PT_DIRECTORY_LEVEL &&
 263                             is_cpuid_PSE36())
 264                                 gfn += pse36_gfn_delta(pte);
 265
 266                         ac = write_fault | fetch_fault | user_fault;
 267
 268                         real_gpa = mmu->translate_gpa(vcpu, gfn_to_gpa(gfn),
 269                                                       ac);
 270                         if (real_gpa == UNMAPPED_GVA)
 271                                 return 0;
 272
 273                         walker->gfn = real_gpa >> PAGE_SHIFT;
 274
 275                         break;
 276                 }
 277
 278                 pt_access &= FNAME(gpte_access)(vcpu, pte, false);
 279                 --walker->level;
 280         }
 281
 282         if (unlikely(eperm)) {
 283                 errcode |= PFERR_PRESENT_MASK;
 284                 goto error;
 285         }
 286
 287         if (write_fault && unlikely(!is_dirty_gpte(pte))) {
 288                 int ret;
 289
 290                 trace_kvm_mmu_set_dirty_bit(table_gfn, index, sizeof(pte));
 291                 ret = FNAME(cmpxchg_gpte)(vcpu, mmu, ptep_user, index,
 292                                           pte, pte|PT_DIRTY_MASK);
 293                 if (unlikely(ret < 0))
 294                         goto error;
 295                 else if (ret)
 296                         goto retry_walk;
 297
 298                 mark_page_dirty(vcpu->kvm, table_gfn);
 299                 pte |= PT_DIRTY_MASK;
 300                 walker->ptes[walker->level - 1] = pte;
 301         }
 302
 303         walker->pt_access = pt_access;
 304         walker->pte_access = pte_access;
 305         pgprintk("%s: pte %llx pte_access %x pt_access %x\n",
 306                  __func__, (u64)pte, pte_access, pt_access);
 307         return 1;
 308
 309 error:
 310         errcode |= write_fault | user_fault;
 311         if (fetch_fault && (mmu->nx ||
 312                             kvm_read_cr4_bits(vcpu, X86_CR4_SMEP)))
 313                 errcode |= PFERR_FETCH_MASK;
 314
 315         walker->fault.vector = PF_VECTOR;
 316         walker->fault.error_code_valid = true;
 317         walker->fault.error_code = errcode;
 318         walker->fault.address = addr;
 319         walker->fault.nested_page_fault = mmu != vcpu->arch.walk_mmu;
 320
 321         trace_kvm_mmu_walker_error(walker->fault.error_code);
 322         return 0;
 323 }
 324
 325 static int FNAME(walk_addr)(struct guest_walker *walker,
 326                             struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr, u32 access)
 327 {
 328         return FNAME(walk_addr_generic)(walker, vcpu, &vcpu->arch.mmu, addr,
 329                                         access);
 330 }
 331
 332 static int FNAME(walk_addr_nested)(struct guest_walker *walker,
 333                                    struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr,
 334                                    u32 access)
 335 {
 336         return FNAME(walk_addr_generic)(walker, vcpu, &vcpu->arch.nested_mmu,
 337                                         addr, access);
 338 }
 339
 340 static bool FNAME(prefetch_invalid_gpte)(struct kvm_vcpu *vcpu,
 341                                     struct kvm_mmu_page *sp, u64 *spte,
 342                                     pt_element_t gpte)
 343 {
 344         if (is_rsvd_bits_set(&vcpu->arch.mmu, gpte, PT_PAGE_TABLE_LEVEL))
 345                 goto no_present;
 346
 347         if (!is_present_gpte(gpte))
 348                 goto no_present;
 349
 350         if (!(gpte & PT_ACCESSED_MASK))
 351                 goto no_present;
 352
 353         return false;
 354
 355 no_present:
 356         drop_spte(vcpu->kvm, spte);
 357         return true;
 358 }
 359
 360 static void FNAME(update_pte)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu_page *sp,
 361                               u64 *spte, const void *pte)
 362 {
 363         pt_element_t gpte;
 364         unsigned pte_access;
 365         pfn_t pfn;
 366
 367         gpte = *(const pt_element_t *)pte;
 368         if (FNAME(prefetch_invalid_gpte)(vcpu, sp, spte, gpte))
 369                 return;
 370
 371         pgprintk("%s: gpte %llx spte %p\n", __func__, (u64)gpte, spte);
 372         pte_access = sp->role.access & FNAME(gpte_access)(vcpu, gpte, true);
 373         pfn = gfn_to_pfn_atomic(vcpu->kvm, gpte_to_gfn(gpte));
 374         if (mmu_invalid_pfn(pfn)) {
 375                 kvm_release_pfn_clean(pfn);
 376                 return;
 377         }
 378
 379         /*
 380          * we call mmu_set_spte() with host_writable = true because that
 381          * vcpu->arch.update_pte.pfn was fetched from get_user_pages(write = 1).
 382          */
 383         mmu_set_spte(vcpu, spte, sp->role.access, pte_access, 0, 0,
 384                      NULL, PT_PAGE_TABLE_LEVEL,
 385                      gpte_to_gfn(gpte), pfn, true, true);
 386 }
 387
 388 static bool FNAME(gpte_changed)(struct kvm_vcpu *vcpu,
 389                                 struct guest_walker *gw, int level)
 390 {
 391         pt_element_t curr_pte;
 392         gpa_t base_gpa, pte_gpa = gw->pte_gpa[level - 1];
 393         u64 mask;
 394         int r, index;
 395
 396         if (level == PT_PAGE_TABLE_LEVEL) {
 397                 mask = PTE_PREFETCH_NUM * sizeof(pt_element_t) - 1;
 398                 base_gpa = pte_gpa & ~mask;
 399                 index = (pte_gpa - base_gpa) / sizeof(pt_element_t);
 400
 401                 r = kvm_read_guest_atomic(vcpu->kvm, base_gpa,
 402                                 gw->prefetch_ptes, sizeof(gw->prefetch_ptes));
 403                 curr_pte = gw->prefetch_ptes[index];
 404         } else
 405                 r = kvm_read_guest_atomic(vcpu->kvm, pte_gpa,
 406                                   &curr_pte, sizeof(curr_pte));
 407
 408         return r || curr_pte != gw->ptes[level - 1];
 409 }
 410
 411 static void FNAME(pte_prefetch)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct guest_walker *gw,
 412                                 u64 *sptep)
 413 {
 414         struct kvm_mmu_page *sp;
 415         pt_element_t *gptep = gw->prefetch_ptes;
 416         u64 *spte;
 417         int i;
 418
 419         sp = page_header(__pa(sptep));
 420
 421         if (sp->role.level > PT_PAGE_TABLE_LEVEL)
 422                 return;
 423
 424         if (sp->role.direct)
 425                 return __direct_pte_prefetch(vcpu, sp, sptep);
 426
 427         i = (sptep - sp->spt) & ~(PTE_PREFETCH_NUM - 1);
 428         spte = sp->spt + i;
 429
 430         for (i = 0; i < PTE_PREFETCH_NUM; i++, spte++) {
 431                 pt_element_t gpte;
 432                 unsigned pte_access;
 433                 gfn_t gfn;
 434                 pfn_t pfn;
 435
 436                 if (spte == sptep)
 437                         continue;
 438
 439                 if (is_shadow_present_pte(*spte))
 440                         continue;
 441
 442                 gpte = gptep[i];
 443
 444                 if (FNAME(prefetch_invalid_gpte)(vcpu, sp, spte, gpte))
 445                         continue;
 446
 447                 pte_access = sp->role.access & FNAME(gpte_access)(vcpu, gpte,
 448                                                                   true);
 449                 gfn = gpte_to_gfn(gpte);
 450                 pfn = pte_prefetch_gfn_to_pfn(vcpu, gfn,
 451                                       pte_access & ACC_WRITE_MASK);
 452                 if (mmu_invalid_pfn(pfn)) {
 453                         kvm_release_pfn_clean(pfn);
 454                         break;
 455                 }
 456
 457                 mmu_set_spte(vcpu, spte, sp->role.access, pte_access, 0, 0,
 458                              NULL, PT_PAGE_TABLE_LEVEL, gfn,
 459                              pfn, true, true);
 460         }
 461 }
 462
 463 /*
 464  * Fetch a shadow pte for a specific level in the paging hierarchy.
 465  */
 466 static u64 *FNAME(fetch)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr,
 467                          struct guest_walker *gw,
 468                          int user_fault, int write_fault, int hlevel,
 469                          int *emulate, pfn_t pfn, bool map_writable,
 470                          bool prefault)
 471 {
 472         unsigned access = gw->pt_access;
 473         struct kvm_mmu_page *sp = NULL;
 474         int top_level;
 475         unsigned direct_access;
 476         struct kvm_shadow_walk_iterator it;
 477
 478         if (!is_present_gpte(gw->ptes[gw->level - 1]))
 479                 return NULL;
 480
 481         direct_access = gw->pte_access;
 482
 483         top_level = vcpu->arch.mmu.root_level;
 484         if (top_level == PT32E_ROOT_LEVEL)
 485                 top_level = PT32_ROOT_LEVEL;
 486         /*
 487          * Verify that the top-level gpte is still there.  Since the page
 488          * is a root page, it is either write protected (and cannot be
 489          * changed from now on) or it is invalid (in which case, we don't
 490          * really care if it changes underneath us after this point).
 491          */
 492         if (FNAME(gpte_changed)(vcpu, gw, top_level))
 493                 goto out_gpte_changed;
 494
 495         for (shadow_walk_init(&it, vcpu, addr);
 496              shadow_walk_okay(&it) && it.level > gw->level;
 497              shadow_walk_next(&it)) {
 498                 gfn_t table_gfn;
 499
 500                 clear_sp_write_flooding_count(it.sptep);
 501                 drop_large_spte(vcpu, it.sptep);
 502
 503                 sp = NULL;
 504                 if (!is_shadow_present_pte(*it.sptep)) {
 505                         table_gfn = gw->table_gfn[it.level - 2];
 506                         sp = kvm_mmu_get_page(vcpu, table_gfn, addr, it.level-1,
 507                                               false, access, it.sptep);
 508                 }
 509
 510                 /*
 511                  * Verify that the gpte in the page we've just write
 512                  * protected is still there.
 513                  */
 514                 if (FNAME(gpte_changed)(vcpu, gw, it.level - 1))
 515                         goto out_gpte_changed;
 516
 517                 if (sp)
 518                         link_shadow_page(it.sptep, sp);
 519         }
 520
 521         for (;
 522              shadow_walk_okay(&it) && it.level > hlevel;
 523              shadow_walk_next(&it)) {
 524                 gfn_t direct_gfn;
 525
 526                 clear_sp_write_flooding_count(it.sptep);
 527                 validate_direct_spte(vcpu, it.sptep, direct_access);
 528
 529                 drop_large_spte(vcpu, it.sptep);
 530
 531                 if (is_shadow_present_pte(*it.sptep))
 532                         continue;
 533
 534                 direct_gfn = gw->gfn & ~(KVM_PAGES_PER_HPAGE(it.level) - 1);
 535
 536                 sp = kvm_mmu_get_page(vcpu, direct_gfn, addr, it.level-1,
 537                                       true, direct_access, it.sptep);
 538                 link_shadow_page(it.sptep, sp);
 539         }
 540
 541         clear_sp_write_flooding_count(it.sptep);
 542         mmu_set_spte(vcpu, it.sptep, access, gw->pte_access,
 543                      user_fault, write_fault, emulate, it.level,
 544                      gw->gfn, pfn, prefault, map_writable);
 545         FNAME(pte_prefetch)(vcpu, gw, it.sptep);
 546
 547         return it.sptep;
 548
 549 out_gpte_changed:
 550         if (sp)
 551                 kvm_mmu_put_page(sp, it.sptep);
 552         kvm_release_pfn_clean(pfn);
 553         return NULL;
 554 }
 555
 556 /*
 557  * Page fault handler.  There are several causes for a page fault:
 558  *   - there is no shadow pte for the guest pte
 559  *   - write access through a shadow pte marked read only so that we can set
 560  *     the dirty bit
 561  *   - write access to a shadow pte marked read only so we can update the page
 562  *     dirty bitmap, when userspace requests it
 563  *   - mmio access; in this case we will never install a present shadow pte
 564  *   - normal guest page fault due to the guest pte marked not present, not
 565  *     writable, or not executable
 566  *
 567  *  Returns: 1 if we need to emulate the instruction, 0 otherwise, or
 568  *           a negative value on error.
 569  */
 570 static int FNAME(page_fault)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr, u32 error_code,
 571                              bool prefault)
 572 {
 573         int write_fault = error_code & PFERR_WRITE_MASK;
 574         int user_fault = error_code & PFERR_USER_MASK;
 575         struct guest_walker walker;
 576         u64 *sptep;
 577         int emulate = 0;
 578         int r;
 579         pfn_t pfn;
 580         int level = PT_PAGE_TABLE_LEVEL;
 581         int force_pt_level;
 582         unsigned long mmu_seq;
 583         bool map_writable;
 584
 585         pgprintk("%s: addr %lx err %x\n", __func__, addr, error_code);
 586
 587         if (unlikely(error_code & PFERR_RSVD_MASK))
 588                 return handle_mmio_page_fault(vcpu, addr, error_code,
 589                                               mmu_is_nested(vcpu));
 590
 591         r = mmu_topup_memory_caches(vcpu);
 592         if (r)
 593                 return r;
 594
 595         /*
 596          * Look up the guest pte for the faulting address.
 597          */
 598         r = FNAME(walk_addr)(&walker, vcpu, addr, error_code);
 599
 600         /*
 601          * The page is not mapped by the guest.  Let the guest handle it.
 602          */
 603         if (!r) {
 604                 pgprintk("%s: guest page fault\n", __func__);
 605                 if (!prefault)
 606                         inject_page_fault(vcpu, &walker.fault);
 607
 608                 return 0;
 609         }
 610
 611         if (walker.level >= PT_DIRECTORY_LEVEL)
 612                 force_pt_level = mapping_level_dirty_bitmap(vcpu, walker.gfn);
 613         else
 614                 force_pt_level = 1;
 615         if (!force_pt_level) {
 616                 level = min(walker.level, mapping_level(vcpu, walker.gfn));
 617                 walker.gfn = walker.gfn & ~(KVM_PAGES_PER_HPAGE(level) - 1);
 618         }
 619
 620         mmu_seq = vcpu->kvm->mmu_notifier_seq;
 621         smp_rmb();
 622
 623         if (try_async_pf(vcpu, prefault, walker.gfn, addr, &pfn, write_fault,
 624                          &map_writable))
 625                 return 0;
 626
 627         if (handle_abnormal_pfn(vcpu, mmu_is_nested(vcpu) ? 0 : addr,
 628                                 walker.gfn, pfn, walker.pte_access, &r))
 629                 return r;
 630
 631         spin_lock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 632         if (mmu_notifier_retry(vcpu, mmu_seq))
 633                 goto out_unlock;
 634
 635         kvm_mmu_audit(vcpu, AUDIT_PRE_PAGE_FAULT);
 636         kvm_mmu_free_some_pages(vcpu);
 637         if (!force_pt_level)
 638                 transparent_hugepage_adjust(vcpu, &walker.gfn, &pfn, &level);
 639         sptep = FNAME(fetch)(vcpu, addr, &walker, user_fault, write_fault,
 640                              level, &emulate, pfn, map_writable, prefault);
 641         (void)sptep;
 642         pgprintk("%s: shadow pte %p %llx emulate %d\n", __func__,
 643                  sptep, *sptep, emulate);
 644
 645         ++vcpu->stat.pf_fixed;
 646         kvm_mmu_audit(vcpu, AUDIT_POST_PAGE_FAULT);
 647         spin_unlock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 648
 649         return emulate;
 650
 651 out_unlock:
 652         spin_unlock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 653         kvm_release_pfn_clean(pfn);
 654         return 0;
 655 }
 656
 657 static gpa_t FNAME(get_level1_sp_gpa)(struct kvm_mmu_page *sp)
 658 {
 659         int offset = 0;
 660
 661         WARN_ON(sp->role.level != PT_PAGE_TABLE_LEVEL);
 662
 663         if (PTTYPE == 32)
 664                 offset = sp->role.quadrant << PT64_LEVEL_BITS;
 665
 666         return gfn_to_gpa(sp->gfn) + offset * sizeof(pt_element_t);
 667 }
 668
 669 static void FNAME(invlpg)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t gva)
 670 {
 671         struct kvm_shadow_walk_iterator iterator;
 672         struct kvm_mmu_page *sp;
 673         int level;
 674         u64 *sptep;
 675
 676         vcpu_clear_mmio_info(vcpu, gva);
 677
 678         /*
 679          * No need to check return value here, rmap_can_add() can
 680          * help us to skip pte prefetch later.
 681          */
 682         mmu_topup_memory_caches(vcpu);
 683
 684         spin_lock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 685         for_each_shadow_entry(vcpu, gva, iterator) {
 686                 level = iterator.level;
 687                 sptep = iterator.sptep;
 688
 689                 sp = page_header(__pa(sptep));
 690                 if (is_last_spte(*sptep, level)) {
 691                         pt_element_t gpte;
 692                         gpa_t pte_gpa;
 693
 694                         if (!sp->unsync)
 695                                 break;
 696
 697                         pte_gpa = FNAME(get_level1_sp_gpa)(sp);
 698                         pte_gpa += (sptep - sp->spt) * sizeof(pt_element_t);
 699
 700                         if (mmu_page_zap_pte(vcpu->kvm, sp, sptep))
 701                                 kvm_flush_remote_tlbs(vcpu->kvm);
 702
 703                         if (!rmap_can_add(vcpu))
 704                                 break;
 705
 706                         if (kvm_read_guest_atomic(vcpu->kvm, pte_gpa, &gpte,
 707                                                   sizeof(pt_element_t)))
 708                                 break;
 709
 710                         FNAME(update_pte)(vcpu, sp, sptep, &gpte);
 711                 }
 712
 713                 if (!is_shadow_present_pte(*sptep) || !sp->unsync_children)
 714                         break;
 715         }
 716         spin_unlock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 717 }
 718
 719 static gpa_t FNAME(gva_to_gpa)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t vaddr, u32 access,
 720                                struct x86_exception *exception)
 721 {
 722         struct guest_walker walker;
 723         gpa_t gpa = UNMAPPED_GVA;
 724         int r;
 725
 726         r = FNAME(walk_addr)(&walker, vcpu, vaddr, access);
 727
 728         if (r) {
 729                 gpa = gfn_to_gpa(walker.gfn);
 730                 gpa |= vaddr & ~PAGE_MASK;
 731         } else if (exception)
 732                 *exception = walker.fault;
 733
 734         return gpa;
 735 }
 736
 737 static gpa_t FNAME(gva_to_gpa_nested)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t vaddr,
 738                                       u32 access,
 739                                       struct x86_exception *exception)
 740 {
 741         struct guest_walker walker;
 742         gpa_t gpa = UNMAPPED_GVA;
 743         int r;
 744
 745         r = FNAME(walk_addr_nested)(&walker, vcpu, vaddr, access);
 746
 747         if (r) {
 748                 gpa = gfn_to_gpa(walker.gfn);
 749                 gpa |= vaddr & ~PAGE_MASK;
 750         } else if (exception)
 751                 *exception = walker.fault;
 752
 753         return gpa;
 754 }
 755
 756 /*
 757  * Using the cached information from sp->gfns is safe because:
 758  * - The spte has a reference to the struct page, so the pfn for a given gfn
 759  *   can't change unless all sptes pointing to it are nuked first.
 760  *
 761  * Note:
 762  *   We should flush all tlbs if spte is dropped even though guest is
 763  *   responsible for it. Since if we don't, kvm_mmu_notifier_invalidate_page
 764  *   and kvm_mmu_notifier_invalidate_range_start detect the mapping page isn't
 765  *   used by guest then tlbs are not flushed, so guest is allowed to access the
 766  *   freed pages.
 767  *   And we increase kvm->tlbs_dirty to delay tlbs flush in this case.
 768  */
 769 static int FNAME(sync_page)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu_page *sp)
 770 {
 771         int i, nr_present = 0;
 772         bool host_writable;
 773         gpa_t first_pte_gpa;
 774
 775         /* direct kvm_mmu_page can not be unsync. */
 776         BUG_ON(sp->role.direct);
 777
 778         first_pte_gpa = FNAME(get_level1_sp_gpa)(sp);
 779
 780         for (i = 0; i < PT64_ENT_PER_PAGE; i++) {
 781                 unsigned pte_access;
 782                 pt_element_t gpte;
 783                 gpa_t pte_gpa;
 784                 gfn_t gfn;
 785
 786                 if (!sp->spt[i])
 787                         continue;
 788
 789                 pte_gpa = first_pte_gpa + i * sizeof(pt_element_t);
 790
 791                 if (kvm_read_guest_atomic(vcpu->kvm, pte_gpa, &gpte,
 792                                           sizeof(pt_element_t)))
 793                         return -EINVAL;
 794
 795                 if (FNAME(prefetch_invalid_gpte)(vcpu, sp, &sp->spt[i], gpte)) {
 796                         vcpu->kvm->tlbs_dirty++;
 797                         continue;
 798                 }
 799
 800                 gfn = gpte_to_gfn(gpte);
 801                 pte_access = sp->role.access;
 802                 pte_access &= FNAME(gpte_access)(vcpu, gpte, true);
 803
 804                 if (sync_mmio_spte(&sp->spt[i], gfn, pte_access, &nr_present))
 805                         continue;
 806
 807                 if (gfn != sp->gfns[i]) {
 808                         drop_spte(vcpu->kvm, &sp->spt[i]);
 809                         vcpu->kvm->tlbs_dirty++;
 810                         continue;
 811                 }
 812
 813                 nr_present++;
 814
 815                 host_writable = sp->spt[i] & SPTE_HOST_WRITEABLE;
 816
 817                 set_spte(vcpu, &sp->spt[i], pte_access, 0, 0,
 818                          PT_PAGE_TABLE_LEVEL, gfn,
 819                          spte_to_pfn(sp->spt[i]), true, false,
 820                          host_writable);
 821         }
 822
 823         return !nr_present;
 824 }
 825
 826 #undef pt_element_t
 827 #undef guest_walker
 828 #undef FNAME
 829 #undef PT_BASE_ADDR_MASK
 830 #undef PT_INDEX
 831 #undef PT_LVL_ADDR_MASK
 832 #undef PT_LVL_OFFSET_MASK
 833 #undef PT_LEVEL_BITS
 834 #undef PT_MAX_FULL_LEVELS
 835 #undef gpte_to_gfn
 836 #undef gpte_to_gfn_lvl
 837 #undef CMPXCHG