arch/x86/kvm/mmu.h

   1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 */
   2 #ifndef __KVM_X86_MMU_H
   3 #define __KVM_X86_MMU_H
   4
   5 #include <linux/kvm_host.h>
   6 #include "kvm_cache_regs.h"
   7 #include "cpuid.h"
   8
   9 extern bool __read_mostly enable_mmio_caching;
  10
  11 #define PT_WRITABLE_SHIFT 1
  12 #define PT_USER_SHIFT 2
  13
  14 #define PT_PRESENT_MASK (1ULL << 0)
  15 #define PT_WRITABLE_MASK (1ULL << PT_WRITABLE_SHIFT)
  16 #define PT_USER_MASK (1ULL << PT_USER_SHIFT)
  17 #define PT_PWT_MASK (1ULL << 3)
  18 #define PT_PCD_MASK (1ULL << 4)
  19 #define PT_ACCESSED_SHIFT 5
  20 #define PT_ACCESSED_MASK (1ULL << PT_ACCESSED_SHIFT)
  21 #define PT_DIRTY_SHIFT 6
  22 #define PT_DIRTY_MASK (1ULL << PT_DIRTY_SHIFT)
  23 #define PT_PAGE_SIZE_SHIFT 7
  24 #define PT_PAGE_SIZE_MASK (1ULL << PT_PAGE_SIZE_SHIFT)
  25 #define PT_PAT_MASK (1ULL << 7)
  26 #define PT_GLOBAL_MASK (1ULL << 8)
  27 #define PT64_NX_SHIFT 63
  28 #define PT64_NX_MASK (1ULL << PT64_NX_SHIFT)
  29
  30 #define PT_PAT_SHIFT 7
  31 #define PT_DIR_PAT_SHIFT 12
  32 #define PT_DIR_PAT_MASK (1ULL << PT_DIR_PAT_SHIFT)
  33
  34 #define PT64_ROOT_5LEVEL 5
  35 #define PT64_ROOT_4LEVEL 4
  36 #define PT32_ROOT_LEVEL 2
  37 #define PT32E_ROOT_LEVEL 3
  38
  39 #define KVM_MMU_CR4_ROLE_BITS (X86_CR4_PSE | X86_CR4_PAE | X86_CR4_LA57 | \
  40                                X86_CR4_SMEP | X86_CR4_SMAP | X86_CR4_PKE)
  41
  42 #define KVM_MMU_CR0_ROLE_BITS (X86_CR0_PG | X86_CR0_WP)
  43 #define KVM_MMU_EFER_ROLE_BITS (EFER_LME | EFER_NX)
  44
  45 static __always_inline u64 rsvd_bits(int s, int e)
  46 {
  47         BUILD_BUG_ON(__builtin_constant_p(e) && __builtin_constant_p(s) && e < s);
  48
  49         if (__builtin_constant_p(e))
  50                 BUILD_BUG_ON(e > 63);
  51         else
  52                 e &= 63;
  53
  54         if (e < s)
  55                 return 0;
  56
  57         return ((2ULL << (e - s)) - 1) << s;
  58 }
  59
  60 /*
  61  * The number of non-reserved physical address bits irrespective of features
  62  * that repurpose legal bits, e.g. MKTME.
  63  */
  64 extern u8 __read_mostly shadow_phys_bits;
  65
  66 static inline gfn_t kvm_mmu_max_gfn(void)
  67 {
  68         /*
  69          * Note that this uses the host MAXPHYADDR, not the guest's.
  70          * EPT/NPT cannot support GPAs that would exceed host.MAXPHYADDR;
  71          * assuming KVM is running on bare metal, guest accesses beyond
  72          * host.MAXPHYADDR will hit a #PF(RSVD) and never cause a vmexit
  73          * (either EPT Violation/Misconfig or #NPF), and so KVM will never
  74          * install a SPTE for such addresses.  If KVM is running as a VM
  75          * itself, on the other hand, it might see a MAXPHYADDR that is less
  76          * than hardware's real MAXPHYADDR.  Using the host MAXPHYADDR
  77          * disallows such SPTEs entirely and simplifies the TDP MMU.
  78          */
  79         int max_gpa_bits = likely(tdp_enabled) ? shadow_phys_bits : 52;
  80
  81         return (1ULL << (max_gpa_bits - PAGE_SHIFT)) - 1;
  82 }
  83
  84 static inline u8 kvm_get_shadow_phys_bits(void)
  85 {
  86         /*
  87          * boot_cpu_data.x86_phys_bits is reduced when MKTME or SME are detected
  88          * in CPU detection code, but the processor treats those reduced bits as
  89          * 'keyID' thus they are not reserved bits. Therefore KVM needs to look at
  90          * the physical address bits reported by CPUID.
  91          */
  92         if (likely(boot_cpu_data.extended_cpuid_level >= 0x80000008))
  93                 return cpuid_eax(0x80000008) & 0xff;
  94
  95         /*
  96          * Quite weird to have VMX or SVM but not MAXPHYADDR; probably a VM with
  97          * custom CPUID.  Proceed with whatever the kernel found since these features
  98          * aren't virtualizable (SME/SEV also require CPUIDs higher than 0x80000008).
  99          */
 100         return boot_cpu_data.x86_phys_bits;
 101 }
 102
 103 void kvm_mmu_set_mmio_spte_mask(u64 mmio_value, u64 mmio_mask, u64 access_mask);
 104 void kvm_mmu_set_me_spte_mask(u64 me_value, u64 me_mask);
 105 void kvm_mmu_set_ept_masks(bool has_ad_bits, bool has_exec_only);
 106
 107 void kvm_init_mmu(struct kvm_vcpu *vcpu);
 108 void kvm_init_shadow_npt_mmu(struct kvm_vcpu *vcpu, unsigned long cr0,
 109                              unsigned long cr4, u64 efer, gpa_t nested_cr3);
 110 void kvm_init_shadow_ept_mmu(struct kvm_vcpu *vcpu, bool execonly,
 111                              int huge_page_level, bool accessed_dirty,
 112                              gpa_t new_eptp);
 113 bool kvm_can_do_async_pf(struct kvm_vcpu *vcpu);
 114 int kvm_handle_page_fault(struct kvm_vcpu *vcpu, u64 error_code,
 115                                 u64 fault_address, char *insn, int insn_len);
 116 void __kvm_mmu_refresh_passthrough_bits(struct kvm_vcpu *vcpu,
 117                                         struct kvm_mmu *mmu);
 118
 119 int kvm_mmu_load(struct kvm_vcpu *vcpu);
 120 void kvm_mmu_unload(struct kvm_vcpu *vcpu);
 121 void kvm_mmu_free_obsolete_roots(struct kvm_vcpu *vcpu);
 122 void kvm_mmu_sync_roots(struct kvm_vcpu *vcpu);
 123 void kvm_mmu_sync_prev_roots(struct kvm_vcpu *vcpu);
 124 void kvm_mmu_track_write(struct kvm_vcpu *vcpu, gpa_t gpa, const u8 *new,
 125                          int bytes);
 126
 127 static inline int kvm_mmu_reload(struct kvm_vcpu *vcpu)
 128 {
 129         if (likely(vcpu->arch.mmu->root.hpa != INVALID_PAGE))
 130                 return 0;
 131
 132         return kvm_mmu_load(vcpu);
 133 }
 134
 135 static inline unsigned long kvm_get_pcid(struct kvm_vcpu *vcpu, gpa_t cr3)
 136 {
 137         BUILD_BUG_ON((X86_CR3_PCID_MASK & PAGE_MASK) != 0);
 138
 139         return kvm_is_cr4_bit_set(vcpu, X86_CR4_PCIDE)
 140                ? cr3 & X86_CR3_PCID_MASK
 141                : 0;
 142 }
 143
 144 static inline unsigned long kvm_get_active_pcid(struct kvm_vcpu *vcpu)
 145 {
 146         return kvm_get_pcid(vcpu, kvm_read_cr3(vcpu));
 147 }
 148
 149 static inline void kvm_mmu_load_pgd(struct kvm_vcpu *vcpu)
 150 {
 151         u64 root_hpa = vcpu->arch.mmu->root.hpa;
 152
 153         if (!VALID_PAGE(root_hpa))
 154                 return;
 155
 156         static_call(kvm_x86_load_mmu_pgd)(vcpu, root_hpa,
 157                                           vcpu->arch.mmu->root_role.level);
 158 }
 159
 160 static inline void kvm_mmu_refresh_passthrough_bits(struct kvm_vcpu *vcpu,
 161                                                     struct kvm_mmu *mmu)
 162 {
 163         /*
 164          * When EPT is enabled, KVM may passthrough CR0.WP to the guest, i.e.
 165          * @mmu's snapshot of CR0.WP and thus all related paging metadata may
 166          * be stale.  Refresh CR0.WP and the metadata on-demand when checking
 167          * for permission faults.  Exempt nested MMUs, i.e. MMUs for shadowing
 168          * nEPT and nNPT, as CR0.WP is ignored in both cases.  Note, KVM does
 169          * need to refresh nested_mmu, a.k.a. the walker used to translate L2
 170          * GVAs to GPAs, as that "MMU" needs to honor L2's CR0.WP.
 171          */
 172         if (!tdp_enabled || mmu == &vcpu->arch.guest_mmu)
 173                 return;
 174
 175         __kvm_mmu_refresh_passthrough_bits(vcpu, mmu);
 176 }
 177
 178 /*
 179  * Check if a given access (described through the I/D, W/R and U/S bits of a
 180  * page fault error code pfec) causes a permission fault with the given PTE
 181  * access rights (in ACC_* format).
 182  *
 183  * Return zero if the access does not fault; return the page fault error code
 184  * if the access faults.
 185  */
 186 static inline u8 permission_fault(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_mmu *mmu,
 187                                   unsigned pte_access, unsigned pte_pkey,
 188                                   u64 access)
 189 {
 190         /* strip nested paging fault error codes */
 191         unsigned int pfec = access;
 192         unsigned long rflags = static_call(kvm_x86_get_rflags)(vcpu);
 193
 194         /*
 195          * For explicit supervisor accesses, SMAP is disabled if EFLAGS.AC = 1.
 196          * For implicit supervisor accesses, SMAP cannot be overridden.
 197          *
 198          * SMAP works on supervisor accesses only, and not_smap can
 199          * be set or not set when user access with neither has any bearing
 200          * on the result.
 201          *
 202          * We put the SMAP checking bit in place of the PFERR_RSVD_MASK bit;
 203          * this bit will always be zero in pfec, but it will be one in index
 204          * if SMAP checks are being disabled.
 205          */
 206         u64 implicit_access = access & PFERR_IMPLICIT_ACCESS;
 207         bool not_smap = ((rflags & X86_EFLAGS_AC) | implicit_access) == X86_EFLAGS_AC;
 208         int index = (pfec + (not_smap << PFERR_RSVD_BIT)) >> 1;
 209         u32 errcode = PFERR_PRESENT_MASK;
 210         bool fault;
 211
 212         kvm_mmu_refresh_passthrough_bits(vcpu, mmu);
 213
 214         fault = (mmu->permissions[index] >> pte_access) & 1;
 215
 216         WARN_ON(pfec & (PFERR_PK_MASK | PFERR_RSVD_MASK));
 217         if (unlikely(mmu->pkru_mask)) {
 218                 u32 pkru_bits, offset;
 219
 220                 /*
 221                 * PKRU defines 32 bits, there are 16 domains and 2
 222                 * attribute bits per domain in pkru.  pte_pkey is the
 223                 * index of the protection domain, so pte_pkey * 2 is
 224                 * is the index of the first bit for the domain.
 225                 */
 226                 pkru_bits = (vcpu->arch.pkru >> (pte_pkey * 2)) & 3;
 227
 228                 /* clear present bit, replace PFEC.RSVD with ACC_USER_MASK. */
 229                 offset = (pfec & ~1) +
 230                         ((pte_access & PT_USER_MASK) << (PFERR_RSVD_BIT - PT_USER_SHIFT));
 231
 232                 pkru_bits &= mmu->pkru_mask >> offset;
 233                 errcode |= -pkru_bits & PFERR_PK_MASK;
 234                 fault |= (pkru_bits != 0);
 235         }
 236
 237         return -(u32)fault & errcode;
 238 }
 239
 240 void kvm_zap_gfn_range(struct kvm *kvm, gfn_t gfn_start, gfn_t gfn_end);
 241
 242 int kvm_arch_write_log_dirty(struct kvm_vcpu *vcpu);
 243
 244 int kvm_mmu_post_init_vm(struct kvm *kvm);
 245 void kvm_mmu_pre_destroy_vm(struct kvm *kvm);
 246
 247 static inline bool kvm_shadow_root_allocated(struct kvm *kvm)
 248 {
 249         /*
 250          * Read shadow_root_allocated before related pointers. Hence, threads
 251          * reading shadow_root_allocated in any lock context are guaranteed to
 252          * see the pointers. Pairs with smp_store_release in
 253          * mmu_first_shadow_root_alloc.
 254          */
 255         return smp_load_acquire(&kvm->arch.shadow_root_allocated);
 256 }
 257
 258 #ifdef CONFIG_X86_64
 259 extern bool tdp_mmu_enabled;
 260 #else
 261 #define tdp_mmu_enabled false
 262 #endif
 263
 264 static inline bool kvm_memslots_have_rmaps(struct kvm *kvm)
 265 {
 266         return !tdp_mmu_enabled || kvm_shadow_root_allocated(kvm);
 267 }
 268
 269 static inline gfn_t gfn_to_index(gfn_t gfn, gfn_t base_gfn, int level)
 270 {
 271         /* KVM_HPAGE_GFN_SHIFT(PG_LEVEL_4K) must be 0. */
 272         return (gfn >> KVM_HPAGE_GFN_SHIFT(level)) -
 273                 (base_gfn >> KVM_HPAGE_GFN_SHIFT(level));
 274 }
 275
 276 static inline unsigned long
 277 __kvm_mmu_slot_lpages(struct kvm_memory_slot *slot, unsigned long npages,
 278                       int level)
 279 {
 280         return gfn_to_index(slot->base_gfn + npages - 1,
 281                             slot->base_gfn, level) + 1;
 282 }
 283
 284 static inline unsigned long
 285 kvm_mmu_slot_lpages(struct kvm_memory_slot *slot, int level)
 286 {
 287         return __kvm_mmu_slot_lpages(slot, slot->npages, level);
 288 }
 289
 290 static inline void kvm_update_page_stats(struct kvm *kvm, int level, int count)
 291 {
 292         atomic64_add(count, &kvm->stat.pages[level - 1]);
 293 }
 294
 295 gpa_t translate_nested_gpa(struct kvm_vcpu *vcpu, gpa_t gpa, u64 access,
 296                            struct x86_exception *exception);
 297
 298 static inline gpa_t kvm_translate_gpa(struct kvm_vcpu *vcpu,
 299                                       struct kvm_mmu *mmu,
 300                                       gpa_t gpa, u64 access,
 301                                       struct x86_exception *exception)
 302 {
 303         if (mmu != &vcpu->arch.nested_mmu)
 304                 return gpa;
 305         return translate_nested_gpa(vcpu, gpa, access, exception);
 306 }
 307 #endif