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         unsigned max_level;
  67         gfn_t table_gfn[PT_MAX_FULL_LEVELS];
  68         pt_element_t ptes[PT_MAX_FULL_LEVELS];
  69         pt_element_t prefetch_ptes[PTE_PREFETCH_NUM];
  70         gpa_t pte_gpa[PT_MAX_FULL_LEVELS];
  71         pt_element_t __user *ptep_user[PT_MAX_FULL_LEVELS];
  72         unsigned pt_access;
  73         unsigned pte_access;
  74         gfn_t gfn;
  75         struct x86_exception fault;
  76 };
  77
  78 static gfn_t gpte_to_gfn_lvl(pt_element_t gpte, int lvl)
  79 {
  80         return (gpte & PT_LVL_ADDR_MASK(lvl)) >> PAGE_SHIFT;
  81 }
  82
  83 static int FNAME(cmpxchg_gpte)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu *mmu,
  84                                pt_element_t __user *ptep_user, unsigned index,
  85                                pt_element_t orig_pte, pt_element_t new_pte)
  86 {
  87         int npages;
  88         pt_element_t ret;
  89         pt_element_t *table;
  90         struct page *page;
  91
  92         npages = get_user_pages_fast((unsigned long)ptep_user, 1, 1, &page);
  93         /* Check if the user is doing something meaningless. */
  94         if (unlikely(npages != 1))
  95                 return -EFAULT;
  96
  97         table = kmap_atomic(page);
  98         ret = CMPXCHG(&table[index], orig_pte, new_pte);
  99         kunmap_atomic(table);
 100
 101         kvm_release_page_dirty(page);
 102
 103         return (ret != orig_pte);
 104 }
 105
 106 static int FNAME(update_accessed_dirty_bits)(struct kvm_vcpu *vcpu,
 107                                              struct kvm_mmu *mmu,
 108                                              struct guest_walker *walker,
 109                                              int write_fault)
 110 {
 111         unsigned level, index;
 112         pt_element_t pte, orig_pte;
 113         pt_element_t __user *ptep_user;
 114         gfn_t table_gfn;
 115         int ret;
 116
 117         for (level = walker->max_level; level >= walker->level; --level) {
 118                 pte = orig_pte = walker->ptes[level - 1];
 119                 table_gfn = walker->table_gfn[level - 1];
 120                 ptep_user = walker->ptep_user[level - 1];
 121                 index = offset_in_page(ptep_user) / sizeof(pt_element_t);
 122                 if (!(pte & PT_ACCESSED_MASK)) {
 123                         trace_kvm_mmu_set_accessed_bit(table_gfn, index, sizeof(pte));
 124                         pte |= PT_ACCESSED_MASK;
 125                 }
 126                 if (level == walker->level && write_fault && !is_dirty_gpte(pte)) {
 127                         trace_kvm_mmu_set_dirty_bit(table_gfn, index, sizeof(pte));
 128                         pte |= PT_DIRTY_MASK;
 129                 }
 130                 if (pte == orig_pte)
 131                         continue;
 132
 133                 ret = FNAME(cmpxchg_gpte)(vcpu, mmu, ptep_user, index, orig_pte, pte);
 134                 if (ret)
 135                         return ret;
 136
 137                 mark_page_dirty(vcpu->kvm, table_gfn);
 138                 walker->ptes[level] = pte;
 139         }
 140         return 0;
 141 }
 142
 143 /*
 144  * Fetch a guest pte for a guest virtual address
 145  */
 146 static int FNAME(walk_addr_generic)(struct guest_walker *walker,
 147                                     struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu *mmu,
 148                                     gva_t addr, u32 access)
 149 {
 150         int ret;
 151         pt_element_t pte;
 152         pt_element_t __user *uninitialized_var(ptep_user);
 153         gfn_t table_gfn;
 154         unsigned index, pt_access, pte_access, accessed_dirty;
 155         gpa_t pte_gpa;
 156         int offset;
 157         const int write_fault = access & PFERR_WRITE_MASK;
 158         const int user_fault  = access & PFERR_USER_MASK;
 159         const int fetch_fault = access & PFERR_FETCH_MASK;
 160         u16 errcode = 0;
 161         gpa_t real_gpa;
 162         gfn_t gfn;
 163
 164         trace_kvm_mmu_pagetable_walk(addr, access);
 165 retry_walk:
 166         walker->level = mmu->root_level;
 167         pte           = mmu->get_cr3(vcpu);
 168
 169 #if PTTYPE == 64
 170         if (walker->level == PT32E_ROOT_LEVEL) {
 171                 pte = mmu->get_pdptr(vcpu, (addr >> 30) & 3);
 172                 trace_kvm_mmu_paging_element(pte, walker->level);
 173                 if (!is_present_gpte(pte))
 174                         goto error;
 175                 --walker->level;
 176         }
 177 #endif
 178         walker->max_level = walker->level;
 179         ASSERT((!is_long_mode(vcpu) && is_pae(vcpu)) ||
 180                (mmu->get_cr3(vcpu) & CR3_NONPAE_RESERVED_BITS) == 0);
 181
 182         accessed_dirty = PT_ACCESSED_MASK;
 183         pt_access = pte_access = ACC_ALL;
 184         ++walker->level;
 185
 186         do {
 187                 gfn_t real_gfn;
 188                 unsigned long host_addr;
 189
 190                 pt_access &= pte_access;
 191                 --walker->level;
 192
 193                 index = PT_INDEX(addr, walker->level);
 194
 195                 table_gfn = gpte_to_gfn(pte);
 196                 offset    = index * sizeof(pt_element_t);
 197                 pte_gpa   = gfn_to_gpa(table_gfn) + offset;
 198                 walker->table_gfn[walker->level - 1] = table_gfn;
 199                 walker->pte_gpa[walker->level - 1] = pte_gpa;
 200
 201                 real_gfn = mmu->translate_gpa(vcpu, gfn_to_gpa(table_gfn),
 202                                               PFERR_USER_MASK|PFERR_WRITE_MASK);
 203                 if (unlikely(real_gfn == UNMAPPED_GVA))
 204                         goto error;
 205                 real_gfn = gpa_to_gfn(real_gfn);
 206
 207                 host_addr = gfn_to_hva(vcpu->kvm, real_gfn);
 208                 if (unlikely(kvm_is_error_hva(host_addr)))
 209                         goto error;
 210
 211                 ptep_user = (pt_element_t __user *)((void *)host_addr + offset);
 212                 if (unlikely(__copy_from_user(&pte, ptep_user, sizeof(pte))))
 213                         goto error;
 214                 walker->ptep_user[walker->level - 1] = ptep_user;
 215
 216                 trace_kvm_mmu_paging_element(pte, walker->level);
 217
 218                 if (unlikely(!is_present_gpte(pte)))
 219                         goto error;
 220
 221                 if (unlikely(is_rsvd_bits_set(&vcpu->arch.mmu, pte,
 222                                               walker->level))) {
 223                         errcode |= PFERR_RSVD_MASK | PFERR_PRESENT_MASK;
 224                         goto error;
 225                 }
 226
 227                 accessed_dirty &= pte;
 228                 pte_access = pt_access & gpte_access(vcpu, pte);
 229
 230                 walker->ptes[walker->level - 1] = pte;
 231         } while (!is_last_gpte(mmu, walker->level, pte));
 232
 233         if (unlikely(permission_fault(mmu, pte_access, access))) {
 234                 errcode |= PFERR_PRESENT_MASK;
 235                 goto error;
 236         }
 237
 238         gfn = gpte_to_gfn_lvl(pte, walker->level);
 239         gfn += (addr & PT_LVL_OFFSET_MASK(walker->level)) >> PAGE_SHIFT;
 240
 241         if (PTTYPE == 32 && walker->level == PT_DIRECTORY_LEVEL && is_cpuid_PSE36())
 242                 gfn += pse36_gfn_delta(pte);
 243
 244         real_gpa = mmu->translate_gpa(vcpu, gfn_to_gpa(gfn), access);
 245         if (real_gpa == UNMAPPED_GVA)
 246                 return 0;
 247
 248         walker->gfn = real_gpa >> PAGE_SHIFT;
 249
 250         if (!write_fault)
 251                 protect_clean_gpte(&pte_access, pte);
 252         else
 253                 /*
 254                  * On a write fault, fold the dirty bit into accessed_dirty by
 255                  * shifting it one place right.
 256                  */
 257                 accessed_dirty &= pte >> (PT_DIRTY_SHIFT - PT_ACCESSED_SHIFT);
 258
 259         if (unlikely(!accessed_dirty)) {
 260                 ret = FNAME(update_accessed_dirty_bits)(vcpu, mmu, walker, write_fault);
 261                 if (unlikely(ret < 0))
 262                         goto error;
 263                 else if (ret)
 264                         goto retry_walk;
 265         }
 266
 267         walker->pt_access = pt_access;
 268         walker->pte_access = pte_access;
 269         pgprintk("%s: pte %llx pte_access %x pt_access %x\n",
 270                  __func__, (u64)pte, pte_access, pt_access);
 271         return 1;
 272
 273 error:
 274         errcode |= write_fault | user_fault;
 275         if (fetch_fault && (mmu->nx ||
 276                             kvm_read_cr4_bits(vcpu, X86_CR4_SMEP)))
 277                 errcode |= PFERR_FETCH_MASK;
 278
 279         walker->fault.vector = PF_VECTOR;
 280         walker->fault.error_code_valid = true;
 281         walker->fault.error_code = errcode;
 282         walker->fault.address = addr;
 283         walker->fault.nested_page_fault = mmu != vcpu->arch.walk_mmu;
 284
 285         trace_kvm_mmu_walker_error(walker->fault.error_code);
 286         return 0;
 287 }
 288
 289 static int FNAME(walk_addr)(struct guest_walker *walker,
 290                             struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr, u32 access)
 291 {
 292         return FNAME(walk_addr_generic)(walker, vcpu, &vcpu->arch.mmu, addr,
 293                                         access);
 294 }
 295
 296 static int FNAME(walk_addr_nested)(struct guest_walker *walker,
 297                                    struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr,
 298                                    u32 access)
 299 {
 300         return FNAME(walk_addr_generic)(walker, vcpu, &vcpu->arch.nested_mmu,
 301                                         addr, access);
 302 }
 303
 304 static bool
 305 FNAME(prefetch_gpte)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu_page *sp,
 306                      u64 *spte, pt_element_t gpte, bool no_dirty_log)
 307 {
 308         unsigned pte_access;
 309         gfn_t gfn;
 310         pfn_t pfn;
 311
 312         if (prefetch_invalid_gpte(vcpu, sp, spte, gpte))
 313                 return false;
 314
 315         pgprintk("%s: gpte %llx spte %p\n", __func__, (u64)gpte, spte);
 316
 317         gfn = gpte_to_gfn(gpte);
 318         pte_access = sp->role.access & gpte_access(vcpu, gpte);
 319         protect_clean_gpte(&pte_access, gpte);
 320         pfn = pte_prefetch_gfn_to_pfn(vcpu, gfn,
 321                         no_dirty_log && (pte_access & ACC_WRITE_MASK));
 322         if (is_error_pfn(pfn))
 323                 return false;
 324
 325         /*
 326          * we call mmu_set_spte() with host_writable = true because
 327          * pte_prefetch_gfn_to_pfn always gets a writable pfn.
 328          */
 329         mmu_set_spte(vcpu, spte, pte_access, 0, NULL, PT_PAGE_TABLE_LEVEL,
 330                      gfn, pfn, true, true);
 331
 332         return true;
 333 }
 334
 335 static void FNAME(update_pte)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu_page *sp,
 336                               u64 *spte, const void *pte)
 337 {
 338         pt_element_t gpte = *(const pt_element_t *)pte;
 339
 340         FNAME(prefetch_gpte)(vcpu, sp, spte, gpte, false);
 341 }
 342
 343 static bool FNAME(gpte_changed)(struct kvm_vcpu *vcpu,
 344                                 struct guest_walker *gw, int level)
 345 {
 346         pt_element_t curr_pte;
 347         gpa_t base_gpa, pte_gpa = gw->pte_gpa[level - 1];
 348         u64 mask;
 349         int r, index;
 350
 351         if (level == PT_PAGE_TABLE_LEVEL) {
 352                 mask = PTE_PREFETCH_NUM * sizeof(pt_element_t) - 1;
 353                 base_gpa = pte_gpa & ~mask;
 354                 index = (pte_gpa - base_gpa) / sizeof(pt_element_t);
 355
 356                 r = kvm_read_guest_atomic(vcpu->kvm, base_gpa,
 357                                 gw->prefetch_ptes, sizeof(gw->prefetch_ptes));
 358                 curr_pte = gw->prefetch_ptes[index];
 359         } else
 360                 r = kvm_read_guest_atomic(vcpu->kvm, pte_gpa,
 361                                   &curr_pte, sizeof(curr_pte));
 362
 363         return r || curr_pte != gw->ptes[level - 1];
 364 }
 365
 366 static void FNAME(pte_prefetch)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct guest_walker *gw,
 367                                 u64 *sptep)
 368 {
 369         struct kvm_mmu_page *sp;
 370         pt_element_t *gptep = gw->prefetch_ptes;
 371         u64 *spte;
 372         int i;
 373
 374         sp = page_header(__pa(sptep));
 375
 376         if (sp->role.level > PT_PAGE_TABLE_LEVEL)
 377                 return;
 378
 379         if (sp->role.direct)
 380                 return __direct_pte_prefetch(vcpu, sp, sptep);
 381
 382         i = (sptep - sp->spt) & ~(PTE_PREFETCH_NUM - 1);
 383         spte = sp->spt + i;
 384
 385         for (i = 0; i < PTE_PREFETCH_NUM; i++, spte++) {
 386                 if (spte == sptep)
 387                         continue;
 388
 389                 if (is_shadow_present_pte(*spte))
 390                         continue;
 391
 392                 if (!FNAME(prefetch_gpte)(vcpu, sp, spte, gptep[i], true))
 393                         break;
 394         }
 395 }
 396
 397 /*
 398  * Fetch a shadow pte for a specific level in the paging hierarchy.
 399  * If the guest tries to write a write-protected page, we need to
 400  * emulate this operation, return 1 to indicate this case.
 401  */
 402 static int FNAME(fetch)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr,
 403                          struct guest_walker *gw,
 404                          int write_fault, int hlevel,
 405                          pfn_t pfn, bool map_writable, bool prefault)
 406 {
 407         struct kvm_mmu_page *sp = NULL;
 408         struct kvm_shadow_walk_iterator it;
 409         unsigned direct_access, access = gw->pt_access;
 410         int top_level, emulate = 0;
 411
 412         direct_access = gw->pte_access;
 413
 414         top_level = vcpu->arch.mmu.root_level;
 415         if (top_level == PT32E_ROOT_LEVEL)
 416                 top_level = PT32_ROOT_LEVEL;
 417         /*
 418          * Verify that the top-level gpte is still there.  Since the page
 419          * is a root page, it is either write protected (and cannot be
 420          * changed from now on) or it is invalid (in which case, we don't
 421          * really care if it changes underneath us after this point).
 422          */
 423         if (FNAME(gpte_changed)(vcpu, gw, top_level))
 424                 goto out_gpte_changed;
 425
 426         if (!VALID_PAGE(vcpu->arch.mmu.root_hpa))
 427                 goto out_gpte_changed;
 428
 429         for (shadow_walk_init(&it, vcpu, addr);
 430              shadow_walk_okay(&it) && it.level > gw->level;
 431              shadow_walk_next(&it)) {
 432                 gfn_t table_gfn;
 433
 434                 clear_sp_write_flooding_count(it.sptep);
 435                 drop_large_spte(vcpu, it.sptep);
 436
 437                 sp = NULL;
 438                 if (!is_shadow_present_pte(*it.sptep)) {
 439                         table_gfn = gw->table_gfn[it.level - 2];
 440                         sp = kvm_mmu_get_page(vcpu, table_gfn, addr, it.level-1,
 441                                               false, access, it.sptep);
 442                 }
 443
 444                 /*
 445                  * Verify that the gpte in the page we've just write
 446                  * protected is still there.
 447                  */
 448                 if (FNAME(gpte_changed)(vcpu, gw, it.level - 1))
 449                         goto out_gpte_changed;
 450
 451                 if (sp)
 452                         link_shadow_page(it.sptep, sp);
 453         }
 454
 455         for (;
 456              shadow_walk_okay(&it) && it.level > hlevel;
 457              shadow_walk_next(&it)) {
 458                 gfn_t direct_gfn;
 459
 460                 clear_sp_write_flooding_count(it.sptep);
 461                 validate_direct_spte(vcpu, it.sptep, direct_access);
 462
 463                 drop_large_spte(vcpu, it.sptep);
 464
 465                 if (is_shadow_present_pte(*it.sptep))
 466                         continue;
 467
 468                 direct_gfn = gw->gfn & ~(KVM_PAGES_PER_HPAGE(it.level) - 1);
 469
 470                 sp = kvm_mmu_get_page(vcpu, direct_gfn, addr, it.level-1,
 471                                       true, direct_access, it.sptep);
 472                 link_shadow_page(it.sptep, sp);
 473         }
 474
 475         clear_sp_write_flooding_count(it.sptep);
 476         mmu_set_spte(vcpu, it.sptep, gw->pte_access, write_fault, &emulate,
 477                      it.level, gw->gfn, pfn, prefault, map_writable);
 478         FNAME(pte_prefetch)(vcpu, gw, it.sptep);
 479
 480         return emulate;
 481
 482 out_gpte_changed:
 483         if (sp)
 484                 kvm_mmu_put_page(sp, it.sptep);
 485         kvm_release_pfn_clean(pfn);
 486         return 0;
 487 }
 488
 489  /*
 490  * To see whether the mapped gfn can write its page table in the current
 491  * mapping.
 492  *
 493  * It is the helper function of FNAME(page_fault). When guest uses large page
 494  * size to map the writable gfn which is used as current page table, we should
 495  * force kvm to use small page size to map it because new shadow page will be
 496  * created when kvm establishes shadow page table that stop kvm using large
 497  * page size. Do it early can avoid unnecessary #PF and emulation.
 498  *
 499  * @write_fault_to_shadow_pgtable will return true if the fault gfn is
 500  * currently used as its page table.
 501  *
 502  * Note: the PDPT page table is not checked for PAE-32 bit guest. It is ok
 503  * since the PDPT is always shadowed, that means, we can not use large page
 504  * size to map the gfn which is used as PDPT.
 505  */
 506 static bool
 507 FNAME(is_self_change_mapping)(struct kvm_vcpu *vcpu,
 508                               struct guest_walker *walker, int user_fault,
 509                               bool *write_fault_to_shadow_pgtable)
 510 {
 511         int level;
 512         gfn_t mask = ~(KVM_PAGES_PER_HPAGE(walker->level) - 1);
 513         bool self_changed = false;
 514
 515         if (!(walker->pte_access & ACC_WRITE_MASK ||
 516               (!is_write_protection(vcpu) && !user_fault)))
 517                 return false;
 518
 519         for (level = walker->level; level <= walker->max_level; level++) {
 520                 gfn_t gfn = walker->gfn ^ walker->table_gfn[level - 1];
 521
 522                 self_changed |= !(gfn & mask);
 523                 *write_fault_to_shadow_pgtable |= !gfn;
 524         }
 525
 526         return self_changed;
 527 }
 528
 529 /*
 530  * Page fault handler.  There are several causes for a page fault:
 531  *   - there is no shadow pte for the guest pte
 532  *   - write access through a shadow pte marked read only so that we can set
 533  *     the dirty bit
 534  *   - write access to a shadow pte marked read only so we can update the page
 535  *     dirty bitmap, when userspace requests it
 536  *   - mmio access; in this case we will never install a present shadow pte
 537  *   - normal guest page fault due to the guest pte marked not present, not
 538  *     writable, or not executable
 539  *
 540  *  Returns: 1 if we need to emulate the instruction, 0 otherwise, or
 541  *           a negative value on error.
 542  */
 543 static int FNAME(page_fault)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t addr, u32 error_code,
 544                              bool prefault)
 545 {
 546         int write_fault = error_code & PFERR_WRITE_MASK;
 547         int user_fault = error_code & PFERR_USER_MASK;
 548         struct guest_walker walker;
 549         int r;
 550         pfn_t pfn;
 551         int level = PT_PAGE_TABLE_LEVEL;
 552         int force_pt_level;
 553         unsigned long mmu_seq;
 554         bool map_writable, is_self_change_mapping;
 555
 556         pgprintk("%s: addr %lx err %x\n", __func__, addr, error_code);
 557
 558         if (unlikely(error_code & PFERR_RSVD_MASK))
 559                 return handle_mmio_page_fault(vcpu, addr, error_code,
 560                                               mmu_is_nested(vcpu));
 561
 562         r = mmu_topup_memory_caches(vcpu);
 563         if (r)
 564                 return r;
 565
 566         /*
 567          * Look up the guest pte for the faulting address.
 568          */
 569         r = FNAME(walk_addr)(&walker, vcpu, addr, error_code);
 570
 571         /*
 572          * The page is not mapped by the guest.  Let the guest handle it.
 573          */
 574         if (!r) {
 575                 pgprintk("%s: guest page fault\n", __func__);
 576                 if (!prefault)
 577                         inject_page_fault(vcpu, &walker.fault);
 578
 579                 return 0;
 580         }
 581
 582         vcpu->arch.write_fault_to_shadow_pgtable = false;
 583
 584         is_self_change_mapping = FNAME(is_self_change_mapping)(vcpu,
 585               &walker, user_fault, &vcpu->arch.write_fault_to_shadow_pgtable);
 586
 587         if (walker.level >= PT_DIRECTORY_LEVEL)
 588                 force_pt_level = mapping_level_dirty_bitmap(vcpu, walker.gfn)
 589                    || is_self_change_mapping;
 590         else
 591                 force_pt_level = 1;
 592         if (!force_pt_level) {
 593                 level = min(walker.level, mapping_level(vcpu, walker.gfn));
 594                 walker.gfn = walker.gfn & ~(KVM_PAGES_PER_HPAGE(level) - 1);
 595         }
 596
 597         mmu_seq = vcpu->kvm->mmu_notifier_seq;
 598         smp_rmb();
 599
 600         if (try_async_pf(vcpu, prefault, walker.gfn, addr, &pfn, write_fault,
 601                          &map_writable))
 602                 return 0;
 603
 604         if (handle_abnormal_pfn(vcpu, mmu_is_nested(vcpu) ? 0 : addr,
 605                                 walker.gfn, pfn, walker.pte_access, &r))
 606                 return r;
 607
 608         /*
 609          * Do not change pte_access if the pfn is a mmio page, otherwise
 610          * we will cache the incorrect access into mmio spte.
 611          */
 612         if (write_fault && !(walker.pte_access & ACC_WRITE_MASK) &&
 613              !is_write_protection(vcpu) && !user_fault &&
 614               !is_noslot_pfn(pfn)) {
 615                 walker.pte_access |= ACC_WRITE_MASK;
 616                 walker.pte_access &= ~ACC_USER_MASK;
 617
 618                 /*
 619                  * If we converted a user page to a kernel page,
 620                  * so that the kernel can write to it when cr0.wp=0,
 621                  * then we should prevent the kernel from executing it
 622                  * if SMEP is enabled.
 623                  */
 624                 if (kvm_read_cr4_bits(vcpu, X86_CR4_SMEP))
 625                         walker.pte_access &= ~ACC_EXEC_MASK;
 626         }
 627
 628         spin_lock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 629         if (mmu_notifier_retry(vcpu->kvm, mmu_seq))
 630                 goto out_unlock;
 631
 632         kvm_mmu_audit(vcpu, AUDIT_PRE_PAGE_FAULT);
 633         make_mmu_pages_available(vcpu);
 634         if (!force_pt_level)
 635                 transparent_hugepage_adjust(vcpu, &walker.gfn, &pfn, &level);
 636         r = FNAME(fetch)(vcpu, addr, &walker, write_fault,
 637                          level, pfn, map_writable, prefault);
 638         ++vcpu->stat.pf_fixed;
 639         kvm_mmu_audit(vcpu, AUDIT_POST_PAGE_FAULT);
 640         spin_unlock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 641
 642         return r;
 643
 644 out_unlock:
 645         spin_unlock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 646         kvm_release_pfn_clean(pfn);
 647         return 0;
 648 }
 649
 650 static gpa_t FNAME(get_level1_sp_gpa)(struct kvm_mmu_page *sp)
 651 {
 652         int offset = 0;
 653
 654         WARN_ON(sp->role.level != PT_PAGE_TABLE_LEVEL);
 655
 656         if (PTTYPE == 32)
 657                 offset = sp->role.quadrant << PT64_LEVEL_BITS;
 658
 659         return gfn_to_gpa(sp->gfn) + offset * sizeof(pt_element_t);
 660 }
 661
 662 static void FNAME(invlpg)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t gva)
 663 {
 664         struct kvm_shadow_walk_iterator iterator;
 665         struct kvm_mmu_page *sp;
 666         int level;
 667         u64 *sptep;
 668
 669         vcpu_clear_mmio_info(vcpu, gva);
 670
 671         /*
 672          * No need to check return value here, rmap_can_add() can
 673          * help us to skip pte prefetch later.
 674          */
 675         mmu_topup_memory_caches(vcpu);
 676
 677         if (!VALID_PAGE(vcpu->arch.mmu.root_hpa)) {
 678                 WARN_ON(1);
 679                 return;
 680         }
 681
 682         spin_lock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 683         for_each_shadow_entry(vcpu, gva, iterator) {
 684                 level = iterator.level;
 685                 sptep = iterator.sptep;
 686
 687                 sp = page_header(__pa(sptep));
 688                 if (is_last_spte(*sptep, level)) {
 689                         pt_element_t gpte;
 690                         gpa_t pte_gpa;
 691
 692                         if (!sp->unsync)
 693                                 break;
 694
 695                         pte_gpa = FNAME(get_level1_sp_gpa)(sp);
 696                         pte_gpa += (sptep - sp->spt) * sizeof(pt_element_t);
 697
 698                         if (mmu_page_zap_pte(vcpu->kvm, sp, sptep))
 699                                 kvm_flush_remote_tlbs(vcpu->kvm);
 700
 701                         if (!rmap_can_add(vcpu))
 702                                 break;
 703
 704                         if (kvm_read_guest_atomic(vcpu->kvm, pte_gpa, &gpte,
 705                                                   sizeof(pt_element_t)))
 706                                 break;
 707
 708                         FNAME(update_pte)(vcpu, sp, sptep, &gpte);
 709                 }
 710
 711                 if (!is_shadow_present_pte(*sptep) || !sp->unsync_children)
 712                         break;
 713         }
 714         spin_unlock(&vcpu->kvm->mmu_lock);
 715 }
 716
 717 static gpa_t FNAME(gva_to_gpa)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t vaddr, u32 access,
 718                                struct x86_exception *exception)
 719 {
 720         struct guest_walker walker;
 721         gpa_t gpa = UNMAPPED_GVA;
 722         int r;
 723
 724         r = FNAME(walk_addr)(&walker, vcpu, vaddr, access);
 725
 726         if (r) {
 727                 gpa = gfn_to_gpa(walker.gfn);
 728                 gpa |= vaddr & ~PAGE_MASK;
 729         } else if (exception)
 730                 *exception = walker.fault;
 731
 732         return gpa;
 733 }
 734
 735 static gpa_t FNAME(gva_to_gpa_nested)(struct kvm_vcpu *vcpu, gva_t vaddr,
 736                                       u32 access,
 737                                       struct x86_exception *exception)
 738 {
 739         struct guest_walker walker;
 740         gpa_t gpa = UNMAPPED_GVA;
 741         int r;
 742
 743         r = FNAME(walk_addr_nested)(&walker, vcpu, vaddr, access);
 744
 745         if (r) {
 746                 gpa = gfn_to_gpa(walker.gfn);
 747                 gpa |= vaddr & ~PAGE_MASK;
 748         } else if (exception)
 749                 *exception = walker.fault;
 750
 751         return gpa;
 752 }
 753
 754 /*
 755  * Using the cached information from sp->gfns is safe because:
 756  * - The spte has a reference to the struct page, so the pfn for a given gfn
 757  *   can't change unless all sptes pointing to it are nuked first.
 758  *
 759  * Note:
 760  *   We should flush all tlbs if spte is dropped even though guest is
 761  *   responsible for it. Since if we don't, kvm_mmu_notifier_invalidate_page
 762  *   and kvm_mmu_notifier_invalidate_range_start detect the mapping page isn't
 763  *   used by guest then tlbs are not flushed, so guest is allowed to access the
 764  *   freed pages.
 765  *   And we increase kvm->tlbs_dirty to delay tlbs flush in this case.
 766  */
 767 static int FNAME(sync_page)(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu_page *sp)
 768 {
 769         int i, nr_present = 0;
 770         bool host_writable;
 771         gpa_t first_pte_gpa;
 772
 773         /* direct kvm_mmu_page can not be unsync. */
 774         BUG_ON(sp->role.direct);
 775
 776         first_pte_gpa = FNAME(get_level1_sp_gpa)(sp);
 777
 778         for (i = 0; i < PT64_ENT_PER_PAGE; i++) {
 779                 unsigned pte_access;
 780                 pt_element_t gpte;
 781                 gpa_t pte_gpa;
 782                 gfn_t gfn;
 783
 784                 if (!sp->spt[i])
 785                         continue;
 786
 787                 pte_gpa = first_pte_gpa + i * sizeof(pt_element_t);
 788
 789                 if (kvm_read_guest_atomic(vcpu->kvm, pte_gpa, &gpte,
 790                                           sizeof(pt_element_t)))
 791                         return -EINVAL;
 792
 793                 if (prefetch_invalid_gpte(vcpu, sp, &sp->spt[i], gpte)) {
 794                         vcpu->kvm->tlbs_dirty++;
 795                         continue;
 796                 }
 797
 798                 gfn = gpte_to_gfn(gpte);
 799                 pte_access = sp->role.access;
 800                 pte_access &= gpte_access(vcpu, gpte);
 801                 protect_clean_gpte(&pte_access, gpte);
 802
 803                 if (sync_mmio_spte(&sp->spt[i], gfn, pte_access, &nr_present))
 804                         continue;
 805
 806                 if (gfn != sp->gfns[i]) {
 807                         drop_spte(vcpu->kvm, &sp->spt[i]);
 808                         vcpu->kvm->tlbs_dirty++;
 809                         continue;
 810                 }
 811
 812                 nr_present++;
 813
 814                 host_writable = sp->spt[i] & SPTE_HOST_WRITEABLE;
 815
 816                 set_spte(vcpu, &sp->spt[i], pte_access,
 817                          PT_PAGE_TABLE_LEVEL, gfn,
 818                          spte_to_pfn(sp->spt[i]), true, false,
 819                          host_writable);
 820         }
 821
 822         return !nr_present;
 823 }
 824
 825 #undef pt_element_t
 826 #undef guest_walker
 827 #undef FNAME
 828 #undef PT_BASE_ADDR_MASK
 829 #undef PT_INDEX
 830 #undef PT_LVL_ADDR_MASK
 831 #undef PT_LVL_OFFSET_MASK
 832 #undef PT_LEVEL_BITS
 833 #undef PT_MAX_FULL_LEVELS
 834 #undef gpte_to_gfn
 835 #undef gpte_to_gfn_lvl
 836 #undef CMPXCHG