arch/x86/kvm/mtrr.c

   1 /*
   2  * vMTRR implementation
   3  *
   4  * Copyright (C) 2006 Qumranet, Inc.
   5  * Copyright 2010 Red Hat, Inc. and/or its affiliates.
   6  * Copyright(C) 2015 Intel Corporation.
   7  *
   8  * Authors:
   9  *   Yaniv Kamay  <yaniv@qumranet.com>
  10  *   Avi Kivity   <avi@qumranet.com>
  11  *   Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>
  12  *   Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
  13  *   Xiao Guangrong <guangrong.xiao@linux.intel.com>
  14  *
  15  * This work is licensed under the terms of the GNU GPL, version 2.  See
  16  * the COPYING file in the top-level directory.
  17  */
  18
  19 #include <linux/kvm_host.h>
  20 #include <asm/mtrr.h>
  21
  22 #include "cpuid.h"
  23 #include "mmu.h"
  24
  25 #define IA32_MTRR_DEF_TYPE_E            (1ULL << 11)
  26 #define IA32_MTRR_DEF_TYPE_FE           (1ULL << 10)
  27 #define IA32_MTRR_DEF_TYPE_TYPE_MASK    (0xff)
  28
  29 static bool msr_mtrr_valid(unsigned msr)
  30 {
  31         switch (msr) {
  32         case 0x200 ... 0x200 + 2 * KVM_NR_VAR_MTRR - 1:
  33         case MSR_MTRRfix64K_00000:
  34         case MSR_MTRRfix16K_80000:
  35         case MSR_MTRRfix16K_A0000:
  36         case MSR_MTRRfix4K_C0000:
  37         case MSR_MTRRfix4K_C8000:
  38         case MSR_MTRRfix4K_D0000:
  39         case MSR_MTRRfix4K_D8000:
  40         case MSR_MTRRfix4K_E0000:
  41         case MSR_MTRRfix4K_E8000:
  42         case MSR_MTRRfix4K_F0000:
  43         case MSR_MTRRfix4K_F8000:
  44         case MSR_MTRRdefType:
  45         case MSR_IA32_CR_PAT:
  46                 return true;
  47         case 0x2f8:
  48                 return true;
  49         }
  50         return false;
  51 }
  52
  53 static bool valid_pat_type(unsigned t)
  54 {
  55         return t < 8 && (1 << t) & 0xf3; /* 0, 1, 4, 5, 6, 7 */
  56 }
  57
  58 static bool valid_mtrr_type(unsigned t)
  59 {
  60         return t < 8 && (1 << t) & 0x73; /* 0, 1, 4, 5, 6 */
  61 }
  62
  63 bool kvm_mtrr_valid(struct kvm_vcpu *vcpu, u32 msr, u64 data)
  64 {
  65         int i;
  66         u64 mask;
  67
  68         if (!msr_mtrr_valid(msr))
  69                 return false;
  70
  71         if (msr == MSR_IA32_CR_PAT) {
  72                 for (i = 0; i < 8; i++)
  73                         if (!valid_pat_type((data >> (i * 8)) & 0xff))
  74                                 return false;
  75                 return true;
  76         } else if (msr == MSR_MTRRdefType) {
  77                 if (data & ~0xcff)
  78                         return false;
  79                 return valid_mtrr_type(data & 0xff);
  80         } else if (msr >= MSR_MTRRfix64K_00000 && msr <= MSR_MTRRfix4K_F8000) {
  81                 for (i = 0; i < 8 ; i++)
  82                         if (!valid_mtrr_type((data >> (i * 8)) & 0xff))
  83                                 return false;
  84                 return true;
  85         }
  86
  87         /* variable MTRRs */
  88         WARN_ON(!(msr >= 0x200 && msr < 0x200 + 2 * KVM_NR_VAR_MTRR));
  89
  90         mask = (~0ULL) << cpuid_maxphyaddr(vcpu);
  91         if ((msr & 1) == 0) {
  92                 /* MTRR base */
  93                 if (!valid_mtrr_type(data & 0xff))
  94                         return false;
  95                 mask |= 0xf00;
  96         } else
  97                 /* MTRR mask */
  98                 mask |= 0x7ff;
  99         if (data & mask) {
 100                 kvm_inject_gp(vcpu, 0);
 101                 return false;
 102         }
 103
 104         return true;
 105 }
 106 EXPORT_SYMBOL_GPL(kvm_mtrr_valid);
 107
 108 static bool mtrr_is_enabled(struct kvm_mtrr *mtrr_state)
 109 {
 110         return !!(mtrr_state->deftype & IA32_MTRR_DEF_TYPE_E);
 111 }
 112
 113 static bool fixed_mtrr_is_enabled(struct kvm_mtrr *mtrr_state)
 114 {
 115         return !!(mtrr_state->deftype & IA32_MTRR_DEF_TYPE_FE);
 116 }
 117
 118 static u8 mtrr_default_type(struct kvm_mtrr *mtrr_state)
 119 {
 120         return mtrr_state->deftype & IA32_MTRR_DEF_TYPE_TYPE_MASK;
 121 }
 122
 123 /*
 124 * Three terms are used in the following code:
 125 * - segment, it indicates the address segments covered by fixed MTRRs.
 126 * - unit, it corresponds to the MSR entry in the segment.
 127 * - range, a range is covered in one memory cache type.
 128 */
 129 struct fixed_mtrr_segment {
 130         u64 start;
 131         u64 end;
 132
 133         int range_shift;
 134
 135         /* the start position in kvm_mtrr.fixed_ranges[]. */
 136         int range_start;
 137 };
 138
 139 static struct fixed_mtrr_segment fixed_seg_table[] = {
 140         /* MSR_MTRRfix64K_00000, 1 unit. 64K fixed mtrr. */
 141         {
 142                 .start = 0x0,
 143                 .end = 0x80000,
 144                 .range_shift = 16, /* 64K */
 145                 .range_start = 0,
 146         },
 147
 148         /*
 149          * MSR_MTRRfix16K_80000 ... MSR_MTRRfix16K_A0000, 2 units,
 150          * 16K fixed mtrr.
 151          */
 152         {
 153                 .start = 0x80000,
 154                 .end = 0xc0000,
 155                 .range_shift = 14, /* 16K */
 156                 .range_start = 8,
 157         },
 158
 159         /*
 160          * MSR_MTRRfix4K_C0000 ... MSR_MTRRfix4K_F8000, 8 units,
 161          * 4K fixed mtrr.
 162          */
 163         {
 164                 .start = 0xc0000,
 165                 .end = 0x100000,
 166                 .range_shift = 12, /* 12K */
 167                 .range_start = 24,
 168         }
 169 };
 170
 171 /*
 172  * The size of unit is covered in one MSR, one MSR entry contains
 173  * 8 ranges so that unit size is always 8 * 2^range_shift.
 174  */
 175 static u64 fixed_mtrr_seg_unit_size(int seg)
 176 {
 177         return 8 << fixed_seg_table[seg].range_shift;
 178 }
 179
 180 static bool fixed_msr_to_seg_unit(u32 msr, int *seg, int *unit)
 181 {
 182         switch (msr) {
 183         case MSR_MTRRfix64K_00000:
 184                 *seg = 0;
 185                 *unit = 0;
 186                 break;
 187         case MSR_MTRRfix16K_80000 ... MSR_MTRRfix16K_A0000:
 188                 *seg = 1;
 189                 *unit = msr - MSR_MTRRfix16K_80000;
 190                 break;
 191         case MSR_MTRRfix4K_C0000 ... MSR_MTRRfix4K_F8000:
 192                 *seg = 2;
 193                 *unit = msr - MSR_MTRRfix4K_C0000;
 194                 break;
 195         default:
 196                 return false;
 197         }
 198
 199         return true;
 200 }
 201
 202 static void fixed_mtrr_seg_unit_range(int seg, int unit, u64 *start, u64 *end)
 203 {
 204         struct fixed_mtrr_segment *mtrr_seg = &fixed_seg_table[seg];
 205         u64 unit_size = fixed_mtrr_seg_unit_size(seg);
 206
 207         *start = mtrr_seg->start + unit * unit_size;
 208         *end = *start + unit_size;
 209         WARN_ON(*end > mtrr_seg->end);
 210 }
 211
 212 static int fixed_mtrr_seg_unit_range_index(int seg, int unit)
 213 {
 214         struct fixed_mtrr_segment *mtrr_seg = &fixed_seg_table[seg];
 215
 216         WARN_ON(mtrr_seg->start + unit * fixed_mtrr_seg_unit_size(seg)
 217                 > mtrr_seg->end);
 218
 219         /* each unit has 8 ranges. */
 220         return mtrr_seg->range_start + 8 * unit;
 221 }
 222
 223 static bool fixed_msr_to_range(u32 msr, u64 *start, u64 *end)
 224 {
 225         int seg, unit;
 226
 227         if (!fixed_msr_to_seg_unit(msr, &seg, &unit))
 228                 return false;
 229
 230         fixed_mtrr_seg_unit_range(seg, unit, start, end);
 231         return true;
 232 }
 233
 234 static int fixed_msr_to_range_index(u32 msr)
 235 {
 236         int seg, unit;
 237
 238         if (!fixed_msr_to_seg_unit(msr, &seg, &unit))
 239                 return -1;
 240
 241         return fixed_mtrr_seg_unit_range_index(seg, unit);
 242 }
 243
 244 static void update_mtrr(struct kvm_vcpu *vcpu, u32 msr)
 245 {
 246         struct kvm_mtrr *mtrr_state = &vcpu->arch.mtrr_state;
 247         gfn_t start, end, mask;
 248         int index;
 249
 250         if (msr == MSR_IA32_CR_PAT || !tdp_enabled ||
 251               !kvm_arch_has_noncoherent_dma(vcpu->kvm))
 252                 return;
 253
 254         if (!mtrr_is_enabled(mtrr_state) && msr != MSR_MTRRdefType)
 255                 return;
 256
 257         /* fixed MTRRs. */
 258         if (fixed_msr_to_range(msr, &start, &end)) {
 259                 if (!fixed_mtrr_is_enabled(mtrr_state))
 260                         return;
 261         } else if (msr == MSR_MTRRdefType) {
 262                 start = 0x0;
 263                 end = ~0ULL;
 264         } else {
 265                 /* variable range MTRRs. */
 266                 index = (msr - 0x200) / 2;
 267                 start = mtrr_state->var_ranges[index].base & PAGE_MASK;
 268                 mask = mtrr_state->var_ranges[index].mask & PAGE_MASK;
 269                 mask |= ~0ULL << cpuid_maxphyaddr(vcpu);
 270
 271                 end = ((start & mask) | ~mask) + 1;
 272         }
 273
 274         kvm_zap_gfn_range(vcpu->kvm, gpa_to_gfn(start), gpa_to_gfn(end));
 275 }
 276
 277 int kvm_mtrr_set_msr(struct kvm_vcpu *vcpu, u32 msr, u64 data)
 278 {
 279         int index;
 280
 281         if (!kvm_mtrr_valid(vcpu, msr, data))
 282                 return 1;
 283
 284         index = fixed_msr_to_range_index(msr);
 285         if (index >= 0)
 286                 *(u64 *)&vcpu->arch.mtrr_state.fixed_ranges[index] = data;
 287         else if (msr == MSR_MTRRdefType)
 288                 vcpu->arch.mtrr_state.deftype = data;
 289         else if (msr == MSR_IA32_CR_PAT)
 290                 vcpu->arch.pat = data;
 291         else {  /* Variable MTRRs */
 292                 int is_mtrr_mask;
 293
 294                 index = (msr - 0x200) / 2;
 295                 is_mtrr_mask = msr - 0x200 - 2 * index;
 296                 if (!is_mtrr_mask)
 297                         vcpu->arch.mtrr_state.var_ranges[index].base = data;
 298                 else
 299                         vcpu->arch.mtrr_state.var_ranges[index].mask = data;
 300         }
 301
 302         update_mtrr(vcpu, msr);
 303         return 0;
 304 }
 305
 306 int kvm_mtrr_get_msr(struct kvm_vcpu *vcpu, u32 msr, u64 *pdata)
 307 {
 308         int index;
 309
 310         /* MSR_MTRRcap is a readonly MSR. */
 311         if (msr == MSR_MTRRcap) {
 312                 /*
 313                  * SMRR = 0
 314                  * WC = 1
 315                  * FIX = 1
 316                  * VCNT = KVM_NR_VAR_MTRR
 317                  */
 318                 *pdata = 0x500 | KVM_NR_VAR_MTRR;
 319                 return 0;
 320         }
 321
 322         if (!msr_mtrr_valid(msr))
 323                 return 1;
 324
 325         index = fixed_msr_to_range_index(msr);
 326         if (index >= 0)
 327                 *pdata = *(u64 *)&vcpu->arch.mtrr_state.fixed_ranges[index];
 328         else if (msr == MSR_MTRRdefType)
 329                 *pdata = vcpu->arch.mtrr_state.deftype;
 330         else if (msr == MSR_IA32_CR_PAT)
 331                 *pdata = vcpu->arch.pat;
 332         else {  /* Variable MTRRs */
 333                 int is_mtrr_mask;
 334
 335                 index = (msr - 0x200) / 2;
 336                 is_mtrr_mask = msr - 0x200 - 2 * index;
 337                 if (!is_mtrr_mask)
 338                         *pdata = vcpu->arch.mtrr_state.var_ranges[index].base;
 339                 else
 340                         *pdata = vcpu->arch.mtrr_state.var_ranges[index].mask;
 341         }
 342
 343         return 0;
 344 }
 345
 346 u8 kvm_mtrr_get_guest_memory_type(struct kvm_vcpu *vcpu, gfn_t gfn)
 347 {
 348         struct kvm_mtrr *mtrr_state = &vcpu->arch.mtrr_state;
 349         u64 base, mask, start;
 350         int i, num_var_ranges, type;
 351         const int wt_wb_mask = (1 << MTRR_TYPE_WRBACK)
 352                                | (1 << MTRR_TYPE_WRTHROUGH);
 353
 354         start = gfn_to_gpa(gfn);
 355         num_var_ranges = KVM_NR_VAR_MTRR;
 356         type = -1;
 357
 358         /* MTRR is completely disabled, use UC for all of physical memory. */
 359         if (!mtrr_is_enabled(mtrr_state))
 360                 return MTRR_TYPE_UNCACHABLE;
 361
 362         /* Look in fixed ranges. Just return the type as per start */
 363         if (fixed_mtrr_is_enabled(mtrr_state) && (start < 0x100000)) {
 364                 int idx;
 365
 366                 if (start < 0x80000) {
 367                         idx = 0;
 368                         idx += (start >> 16);
 369                         return mtrr_state->fixed_ranges[idx];
 370                 } else if (start < 0xC0000) {
 371                         idx = 1 * 8;
 372                         idx += ((start - 0x80000) >> 14);
 373                         return mtrr_state->fixed_ranges[idx];
 374                 } else if (start < 0x1000000) {
 375                         idx = 3 * 8;
 376                         idx += ((start - 0xC0000) >> 12);
 377                         return mtrr_state->fixed_ranges[idx];
 378                 }
 379         }
 380
 381         /*
 382          * Look in variable ranges
 383          * Look of multiple ranges matching this address and pick type
 384          * as per MTRR precedence
 385          */
 386         for (i = 0; i < num_var_ranges; ++i) {
 387                 int curr_type;
 388
 389                 if (!(mtrr_state->var_ranges[i].mask & (1 << 11)))
 390                         continue;
 391
 392                 base = mtrr_state->var_ranges[i].base & PAGE_MASK;
 393                 mask = mtrr_state->var_ranges[i].mask & PAGE_MASK;
 394
 395                 if ((start & mask) != (base & mask))
 396                         continue;
 397
 398                 /*
 399                  * Please refer to Intel SDM Volume 3: 11.11.4.1 MTRR
 400                  * Precedences.
 401                  */
 402
 403                 curr_type = mtrr_state->var_ranges[i].base & 0xff;
 404                 if (type == -1) {
 405                         type = curr_type;
 406                         continue;
 407                 }
 408
 409                 /*
 410                  * If two or more variable memory ranges match and the
 411                  * memory types are identical, then that memory type is
 412                  * used.
 413                  */
 414                 if (type == curr_type)
 415                         continue;
 416
 417                 /*
 418                  * If two or more variable memory ranges match and one of
 419                  * the memory types is UC, the UC memory type used.
 420                  */
 421                 if (curr_type == MTRR_TYPE_UNCACHABLE)
 422                         return MTRR_TYPE_UNCACHABLE;
 423
 424                 /*
 425                  * If two or more variable memory ranges match and the
 426                  * memory types are WT and WB, the WT memory type is used.
 427                  */
 428                 if (((1 << type) & wt_wb_mask) &&
 429                       ((1 << curr_type) & wt_wb_mask)) {
 430                         type = MTRR_TYPE_WRTHROUGH;
 431                         continue;
 432                 }
 433
 434                 /*
 435                  * For overlaps not defined by the above rules, processor
 436                  * behavior is undefined.
 437                  */
 438
 439                 /* We use WB for this undefined behavior. :( */
 440                 return MTRR_TYPE_WRBACK;
 441         }
 442
 443         if (type != -1)
 444                 return type;
 445
 446         return mtrr_default_type(mtrr_state);
 447 }
 448 EXPORT_SYMBOL_GPL(kvm_mtrr_get_guest_memory_type);