Remove fixed limit on number of guests, and lguests array.
[powerpc.git] / drivers / lguest / core.c
1 /*P:400 This contains run_guest() which actually calls into the Host<->Guest
2  * Switcher and analyzes the return, such as determining if the Guest wants the
3  * Host to do something.  This file also contains useful helper routines, and a
4  * couple of non-obvious setup and teardown pieces which were implemented after
5  * days of debugging pain. :*/
6 #include <linux/module.h>
7 #include <linux/stringify.h>
8 #include <linux/stddef.h>
9 #include <linux/io.h>
10 #include <linux/mm.h>
11 #include <linux/vmalloc.h>
12 #include <linux/cpu.h>
13 #include <linux/freezer.h>
14 #include <asm/paravirt.h>
15 #include <asm/desc.h>
16 #include <asm/pgtable.h>
17 #include <asm/uaccess.h>
18 #include <asm/poll.h>
19 #include <asm/highmem.h>
20 #include <asm/asm-offsets.h>
21 #include <asm/i387.h>
22 #include "lg.h"
23
24 /* Found in switcher.S */
25 extern char start_switcher_text[], end_switcher_text[], switch_to_guest[];
26 extern unsigned long default_idt_entries[];
27
28 /* Every guest maps the core switcher code. */
29 #define SHARED_SWITCHER_PAGES \
30         DIV_ROUND_UP(end_switcher_text - start_switcher_text, PAGE_SIZE)
31 /* Pages for switcher itself, then two pages per cpu */
32 #define TOTAL_SWITCHER_PAGES (SHARED_SWITCHER_PAGES + 2 * NR_CPUS)
33
34 /* We map at -4M for ease of mapping into the guest (one PTE page). */
35 #define SWITCHER_ADDR 0xFFC00000
36
37 static struct vm_struct *switcher_vma;
38 static struct page **switcher_page;
39
40 static int cpu_had_pge;
41 static struct {
42         unsigned long offset;
43         unsigned short segment;
44 } lguest_entry;
45
46 /* This One Big lock protects all inter-guest data structures. */
47 DEFINE_MUTEX(lguest_lock);
48 static DEFINE_PER_CPU(struct lguest *, last_guest);
49
50 /* Offset from where switcher.S was compiled to where we've copied it */
51 static unsigned long switcher_offset(void)
52 {
53         return SWITCHER_ADDR - (unsigned long)start_switcher_text;
54 }
55
56 /* This cpu's struct lguest_pages. */
57 static struct lguest_pages *lguest_pages(unsigned int cpu)
58 {
59         return &(((struct lguest_pages *)
60                   (SWITCHER_ADDR + SHARED_SWITCHER_PAGES*PAGE_SIZE))[cpu]);
61 }
62
63 /*H:010 We need to set up the Switcher at a high virtual address.  Remember the
64  * Switcher is a few hundred bytes of assembler code which actually changes the
65  * CPU to run the Guest, and then changes back to the Host when a trap or
66  * interrupt happens.
67  *
68  * The Switcher code must be at the same virtual address in the Guest as the
69  * Host since it will be running as the switchover occurs.
70  *
71  * Trying to map memory at a particular address is an unusual thing to do, so
72  * it's not a simple one-liner.  We also set up the per-cpu parts of the
73  * Switcher here.
74  */
75 static __init int map_switcher(void)
76 {
77         int i, err;
78         struct page **pagep;
79
80         /*
81          * Map the Switcher in to high memory.
82          *
83          * It turns out that if we choose the address 0xFFC00000 (4MB under the
84          * top virtual address), it makes setting up the page tables really
85          * easy.
86          */
87
88         /* We allocate an array of "struct page"s.  map_vm_area() wants the
89          * pages in this form, rather than just an array of pointers. */
90         switcher_page = kmalloc(sizeof(switcher_page[0])*TOTAL_SWITCHER_PAGES,
91                                 GFP_KERNEL);
92         if (!switcher_page) {
93                 err = -ENOMEM;
94                 goto out;
95         }
96
97         /* Now we actually allocate the pages.  The Guest will see these pages,
98          * so we make sure they're zeroed. */
99         for (i = 0; i < TOTAL_SWITCHER_PAGES; i++) {
100                 unsigned long addr = get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
101                 if (!addr) {
102                         err = -ENOMEM;
103                         goto free_some_pages;
104                 }
105                 switcher_page[i] = virt_to_page(addr);
106         }
107
108         /* Now we reserve the "virtual memory area" we want: 0xFFC00000
109          * (SWITCHER_ADDR).  We might not get it in theory, but in practice
110          * it's worked so far. */
111         switcher_vma = __get_vm_area(TOTAL_SWITCHER_PAGES * PAGE_SIZE,
112                                        VM_ALLOC, SWITCHER_ADDR, VMALLOC_END);
113         if (!switcher_vma) {
114                 err = -ENOMEM;
115                 printk("lguest: could not map switcher pages high\n");
116                 goto free_pages;
117         }
118
119         /* This code actually sets up the pages we've allocated to appear at
120          * SWITCHER_ADDR.  map_vm_area() takes the vma we allocated above, the
121          * kind of pages we're mapping (kernel pages), and a pointer to our
122          * array of struct pages.  It increments that pointer, but we don't
123          * care. */
124         pagep = switcher_page;
125         err = map_vm_area(switcher_vma, PAGE_KERNEL, &pagep);
126         if (err) {
127                 printk("lguest: map_vm_area failed: %i\n", err);
128                 goto free_vma;
129         }
130
131         /* Now the switcher is mapped at the right address, we can't fail!
132          * Copy in the compiled-in Switcher code (from switcher.S). */
133         memcpy(switcher_vma->addr, start_switcher_text,
134                end_switcher_text - start_switcher_text);
135
136         /* Most of the switcher.S doesn't care that it's been moved; on Intel,
137          * jumps are relative, and it doesn't access any references to external
138          * code or data.
139          *
140          * The only exception is the interrupt handlers in switcher.S: their
141          * addresses are placed in a table (default_idt_entries), so we need to
142          * update the table with the new addresses.  switcher_offset() is a
143          * convenience function which returns the distance between the builtin
144          * switcher code and the high-mapped copy we just made. */
145         for (i = 0; i < IDT_ENTRIES; i++)
146                 default_idt_entries[i] += switcher_offset();
147
148         /*
149          * Set up the Switcher's per-cpu areas.
150          *
151          * Each CPU gets two pages of its own within the high-mapped region
152          * (aka. "struct lguest_pages").  Much of this can be initialized now,
153          * but some depends on what Guest we are running (which is set up in
154          * copy_in_guest_info()).
155          */
156         for_each_possible_cpu(i) {
157                 /* lguest_pages() returns this CPU's two pages. */
158                 struct lguest_pages *pages = lguest_pages(i);
159                 /* This is a convenience pointer to make the code fit one
160                  * statement to a line. */
161                 struct lguest_ro_state *state = &pages->state;
162
163                 /* The Global Descriptor Table: the Host has a different one
164                  * for each CPU.  We keep a descriptor for the GDT which says
165                  * where it is and how big it is (the size is actually the last
166                  * byte, not the size, hence the "-1"). */
167                 state->host_gdt_desc.size = GDT_SIZE-1;
168                 state->host_gdt_desc.address = (long)get_cpu_gdt_table(i);
169
170                 /* All CPUs on the Host use the same Interrupt Descriptor
171                  * Table, so we just use store_idt(), which gets this CPU's IDT
172                  * descriptor. */
173                 store_idt(&state->host_idt_desc);
174
175                 /* The descriptors for the Guest's GDT and IDT can be filled
176                  * out now, too.  We copy the GDT & IDT into ->guest_gdt and
177                  * ->guest_idt before actually running the Guest. */
178                 state->guest_idt_desc.size = sizeof(state->guest_idt)-1;
179                 state->guest_idt_desc.address = (long)&state->guest_idt;
180                 state->guest_gdt_desc.size = sizeof(state->guest_gdt)-1;
181                 state->guest_gdt_desc.address = (long)&state->guest_gdt;
182
183                 /* We know where we want the stack to be when the Guest enters
184                  * the switcher: in pages->regs.  The stack grows upwards, so
185                  * we start it at the end of that structure. */
186                 state->guest_tss.esp0 = (long)(&pages->regs + 1);
187                 /* And this is the GDT entry to use for the stack: we keep a
188                  * couple of special LGUEST entries. */
189                 state->guest_tss.ss0 = LGUEST_DS;
190
191                 /* x86 can have a finegrained bitmap which indicates what I/O
192                  * ports the process can use.  We set it to the end of our
193                  * structure, meaning "none". */
194                 state->guest_tss.io_bitmap_base = sizeof(state->guest_tss);
195
196                 /* Some GDT entries are the same across all Guests, so we can
197                  * set them up now. */
198                 setup_default_gdt_entries(state);
199                 /* Most IDT entries are the same for all Guests, too.*/
200                 setup_default_idt_entries(state, default_idt_entries);
201
202                 /* The Host needs to be able to use the LGUEST segments on this
203                  * CPU, too, so put them in the Host GDT. */
204                 get_cpu_gdt_table(i)[GDT_ENTRY_LGUEST_CS] = FULL_EXEC_SEGMENT;
205                 get_cpu_gdt_table(i)[GDT_ENTRY_LGUEST_DS] = FULL_SEGMENT;
206         }
207
208         /* In the Switcher, we want the %cs segment register to use the
209          * LGUEST_CS GDT entry: we've put that in the Host and Guest GDTs, so
210          * it will be undisturbed when we switch.  To change %cs and jump we
211          * need this structure to feed to Intel's "lcall" instruction. */
212         lguest_entry.offset = (long)switch_to_guest + switcher_offset();
213         lguest_entry.segment = LGUEST_CS;
214
215         printk(KERN_INFO "lguest: mapped switcher at %p\n",
216                switcher_vma->addr);
217         /* And we succeeded... */
218         return 0;
219
220 free_vma:
221         vunmap(switcher_vma->addr);
222 free_pages:
223         i = TOTAL_SWITCHER_PAGES;
224 free_some_pages:
225         for (--i; i >= 0; i--)
226                 __free_pages(switcher_page[i], 0);
227         kfree(switcher_page);
228 out:
229         return err;
230 }
231 /*:*/
232
233 /* Cleaning up the mapping when the module is unloaded is almost...
234  * too easy. */
235 static void unmap_switcher(void)
236 {
237         unsigned int i;
238
239         /* vunmap() undoes *both* map_vm_area() and __get_vm_area(). */
240         vunmap(switcher_vma->addr);
241         /* Now we just need to free the pages we copied the switcher into */
242         for (i = 0; i < TOTAL_SWITCHER_PAGES; i++)
243                 __free_pages(switcher_page[i], 0);
244 }
245
246 /*H:130 Our Guest is usually so well behaved; it never tries to do things it
247  * isn't allowed to.  Unfortunately, Linux's paravirtual infrastructure isn't
248  * quite complete, because it doesn't contain replacements for the Intel I/O
249  * instructions.  As a result, the Guest sometimes fumbles across one during
250  * the boot process as it probes for various things which are usually attached
251  * to a PC.
252  *
253  * When the Guest uses one of these instructions, we get trap #13 (General
254  * Protection Fault) and come here.  We see if it's one of those troublesome
255  * instructions and skip over it.  We return true if we did. */
256 static int emulate_insn(struct lguest *lg)
257 {
258         u8 insn;
259         unsigned int insnlen = 0, in = 0, shift = 0;
260         /* The eip contains the *virtual* address of the Guest's instruction:
261          * guest_pa just subtracts the Guest's page_offset. */
262         unsigned long physaddr = guest_pa(lg, lg->regs->eip);
263
264         /* The guest_pa() function only works for Guest kernel addresses, but
265          * that's all we're trying to do anyway. */
266         if (lg->regs->eip < lg->page_offset)
267                 return 0;
268
269         /* Decoding x86 instructions is icky. */
270         lgread(lg, &insn, physaddr, 1);
271
272         /* 0x66 is an "operand prefix".  It means it's using the upper 16 bits
273            of the eax register. */
274         if (insn == 0x66) {
275                 shift = 16;
276                 /* The instruction is 1 byte so far, read the next byte. */
277                 insnlen = 1;
278                 lgread(lg, &insn, physaddr + insnlen, 1);
279         }
280
281         /* We can ignore the lower bit for the moment and decode the 4 opcodes
282          * we need to emulate. */
283         switch (insn & 0xFE) {
284         case 0xE4: /* in     <next byte>,%al */
285                 insnlen += 2;
286                 in = 1;
287                 break;
288         case 0xEC: /* in     (%dx),%al */
289                 insnlen += 1;
290                 in = 1;
291                 break;
292         case 0xE6: /* out    %al,<next byte> */
293                 insnlen += 2;
294                 break;
295         case 0xEE: /* out    %al,(%dx) */
296                 insnlen += 1;
297                 break;
298         default:
299                 /* OK, we don't know what this is, can't emulate. */
300                 return 0;
301         }
302
303         /* If it was an "IN" instruction, they expect the result to be read
304          * into %eax, so we change %eax.  We always return all-ones, which
305          * traditionally means "there's nothing there". */
306         if (in) {
307                 /* Lower bit tells is whether it's a 16 or 32 bit access */
308                 if (insn & 0x1)
309                         lg->regs->eax = 0xFFFFFFFF;
310                 else
311                         lg->regs->eax |= (0xFFFF << shift);
312         }
313         /* Finally, we've "done" the instruction, so move past it. */
314         lg->regs->eip += insnlen;
315         /* Success! */
316         return 1;
317 }
318 /*:*/
319
320 /*L:305
321  * Dealing With Guest Memory.
322  *
323  * When the Guest gives us (what it thinks is) a physical address, we can use
324  * the normal copy_from_user() & copy_to_user() on the corresponding place in
325  * the memory region allocated by the Launcher.
326  *
327  * But we can't trust the Guest: it might be trying to access the Launcher
328  * code.  We have to check that the range is below the pfn_limit the Launcher
329  * gave us.  We have to make sure that addr + len doesn't give us a false
330  * positive by overflowing, too. */
331 int lguest_address_ok(const struct lguest *lg,
332                       unsigned long addr, unsigned long len)
333 {
334         return (addr+len) / PAGE_SIZE < lg->pfn_limit && (addr+len >= addr);
335 }
336
337 /* This is a convenient routine to get a 32-bit value from the Guest (a very
338  * common operation).  Here we can see how useful the kill_lguest() routine we
339  * met in the Launcher can be: we return a random value (0) instead of needing
340  * to return an error. */
341 u32 lgread_u32(struct lguest *lg, unsigned long addr)
342 {
343         u32 val = 0;
344
345         /* Don't let them access lguest binary. */
346         if (!lguest_address_ok(lg, addr, sizeof(val))
347             || get_user(val, (u32 *)(lg->mem_base + addr)) != 0)
348                 kill_guest(lg, "bad read address %#lx: pfn_limit=%u membase=%p", addr, lg->pfn_limit, lg->mem_base);
349         return val;
350 }
351
352 /* Same thing for writing a value. */
353 void lgwrite_u32(struct lguest *lg, unsigned long addr, u32 val)
354 {
355         if (!lguest_address_ok(lg, addr, sizeof(val))
356             || put_user(val, (u32 *)(lg->mem_base + addr)) != 0)
357                 kill_guest(lg, "bad write address %#lx", addr);
358 }
359
360 /* This routine is more generic, and copies a range of Guest bytes into a
361  * buffer.  If the copy_from_user() fails, we fill the buffer with zeroes, so
362  * the caller doesn't end up using uninitialized kernel memory. */
363 void lgread(struct lguest *lg, void *b, unsigned long addr, unsigned bytes)
364 {
365         if (!lguest_address_ok(lg, addr, bytes)
366             || copy_from_user(b, lg->mem_base + addr, bytes) != 0) {
367                 /* copy_from_user should do this, but as we rely on it... */
368                 memset(b, 0, bytes);
369                 kill_guest(lg, "bad read address %#lx len %u", addr, bytes);
370         }
371 }
372
373 /* Similarly, our generic routine to copy into a range of Guest bytes. */
374 void lgwrite(struct lguest *lg, unsigned long addr, const void *b,
375              unsigned bytes)
376 {
377         if (!lguest_address_ok(lg, addr, bytes)
378             || copy_to_user(lg->mem_base + addr, b, bytes) != 0)
379                 kill_guest(lg, "bad write address %#lx len %u", addr, bytes);
380 }
381 /* (end of memory access helper routines) :*/
382
383 static void set_ts(void)
384 {
385         u32 cr0;
386
387         cr0 = read_cr0();
388         if (!(cr0 & 8))
389                 write_cr0(cr0|8);
390 }
391
392 /*S:010
393  * We are getting close to the Switcher.
394  *
395  * Remember that each CPU has two pages which are visible to the Guest when it
396  * runs on that CPU.  This has to contain the state for that Guest: we copy the
397  * state in just before we run the Guest.
398  *
399  * Each Guest has "changed" flags which indicate what has changed in the Guest
400  * since it last ran.  We saw this set in interrupts_and_traps.c and
401  * segments.c.
402  */
403 static void copy_in_guest_info(struct lguest *lg, struct lguest_pages *pages)
404 {
405         /* Copying all this data can be quite expensive.  We usually run the
406          * same Guest we ran last time (and that Guest hasn't run anywhere else
407          * meanwhile).  If that's not the case, we pretend everything in the
408          * Guest has changed. */
409         if (__get_cpu_var(last_guest) != lg || lg->last_pages != pages) {
410                 __get_cpu_var(last_guest) = lg;
411                 lg->last_pages = pages;
412                 lg->changed = CHANGED_ALL;
413         }
414
415         /* These copies are pretty cheap, so we do them unconditionally: */
416         /* Save the current Host top-level page directory. */
417         pages->state.host_cr3 = __pa(current->mm->pgd);
418         /* Set up the Guest's page tables to see this CPU's pages (and no
419          * other CPU's pages). */
420         map_switcher_in_guest(lg, pages);
421         /* Set up the two "TSS" members which tell the CPU what stack to use
422          * for traps which do directly into the Guest (ie. traps at privilege
423          * level 1). */
424         pages->state.guest_tss.esp1 = lg->esp1;
425         pages->state.guest_tss.ss1 = lg->ss1;
426
427         /* Copy direct-to-Guest trap entries. */
428         if (lg->changed & CHANGED_IDT)
429                 copy_traps(lg, pages->state.guest_idt, default_idt_entries);
430
431         /* Copy all GDT entries which the Guest can change. */
432         if (lg->changed & CHANGED_GDT)
433                 copy_gdt(lg, pages->state.guest_gdt);
434         /* If only the TLS entries have changed, copy them. */
435         else if (lg->changed & CHANGED_GDT_TLS)
436                 copy_gdt_tls(lg, pages->state.guest_gdt);
437
438         /* Mark the Guest as unchanged for next time. */
439         lg->changed = 0;
440 }
441
442 /* Finally: the code to actually call into the Switcher to run the Guest. */
443 static void run_guest_once(struct lguest *lg, struct lguest_pages *pages)
444 {
445         /* This is a dummy value we need for GCC's sake. */
446         unsigned int clobber;
447
448         /* Copy the guest-specific information into this CPU's "struct
449          * lguest_pages". */
450         copy_in_guest_info(lg, pages);
451
452         /* Set the trap number to 256 (impossible value).  If we fault while
453          * switching to the Guest (bad segment registers or bug), this will
454          * cause us to abort the Guest. */
455         lg->regs->trapnum = 256;
456
457         /* Now: we push the "eflags" register on the stack, then do an "lcall".
458          * This is how we change from using the kernel code segment to using
459          * the dedicated lguest code segment, as well as jumping into the
460          * Switcher.
461          *
462          * The lcall also pushes the old code segment (KERNEL_CS) onto the
463          * stack, then the address of this call.  This stack layout happens to
464          * exactly match the stack of an interrupt... */
465         asm volatile("pushf; lcall *lguest_entry"
466                      /* This is how we tell GCC that %eax ("a") and %ebx ("b")
467                       * are changed by this routine.  The "=" means output. */
468                      : "=a"(clobber), "=b"(clobber)
469                      /* %eax contains the pages pointer.  ("0" refers to the
470                       * 0-th argument above, ie "a").  %ebx contains the
471                       * physical address of the Guest's top-level page
472                       * directory. */
473                      : "0"(pages), "1"(__pa(lg->pgdirs[lg->pgdidx].pgdir))
474                      /* We tell gcc that all these registers could change,
475                       * which means we don't have to save and restore them in
476                       * the Switcher. */
477                      : "memory", "%edx", "%ecx", "%edi", "%esi");
478 }
479 /*:*/
480
481 /*H:030 Let's jump straight to the the main loop which runs the Guest.
482  * Remember, this is called by the Launcher reading /dev/lguest, and we keep
483  * going around and around until something interesting happens. */
484 int run_guest(struct lguest *lg, unsigned long __user *user)
485 {
486         /* We stop running once the Guest is dead. */
487         while (!lg->dead) {
488                 /* We need to initialize this, otherwise gcc complains.  It's
489                  * not (yet) clever enough to see that it's initialized when we
490                  * need it. */
491                 unsigned int cr2 = 0; /* Damn gcc */
492
493                 /* First we run any hypercalls the Guest wants done: either in
494                  * the hypercall ring in "struct lguest_data", or directly by
495                  * using int 31 (LGUEST_TRAP_ENTRY). */
496                 do_hypercalls(lg);
497                 /* It's possible the Guest did a SEND_DMA hypercall to the
498                  * Launcher, in which case we return from the read() now. */
499                 if (lg->dma_is_pending) {
500                         if (put_user(lg->pending_dma, user) ||
501                             put_user(lg->pending_key, user+1))
502                                 return -EFAULT;
503                         return sizeof(unsigned long)*2;
504                 }
505
506                 /* Check for signals */
507                 if (signal_pending(current))
508                         return -ERESTARTSYS;
509
510                 /* If Waker set break_out, return to Launcher. */
511                 if (lg->break_out)
512                         return -EAGAIN;
513
514                 /* Check if there are any interrupts which can be delivered
515                  * now: if so, this sets up the hander to be executed when we
516                  * next run the Guest. */
517                 maybe_do_interrupt(lg);
518
519                 /* All long-lived kernel loops need to check with this horrible
520                  * thing called the freezer.  If the Host is trying to suspend,
521                  * it stops us. */
522                 try_to_freeze();
523
524                 /* Just make absolutely sure the Guest is still alive.  One of
525                  * those hypercalls could have been fatal, for example. */
526                 if (lg->dead)
527                         break;
528
529                 /* If the Guest asked to be stopped, we sleep.  The Guest's
530                  * clock timer or LHCALL_BREAK from the Waker will wake us. */
531                 if (lg->halted) {
532                         set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
533                         schedule();
534                         continue;
535                 }
536
537                 /* OK, now we're ready to jump into the Guest.  First we put up
538                  * the "Do Not Disturb" sign: */
539                 local_irq_disable();
540
541                 /* Remember the awfully-named TS bit?  If the Guest has asked
542                  * to set it we set it now, so we can trap and pass that trap
543                  * to the Guest if it uses the FPU. */
544                 if (lg->ts)
545                         set_ts();
546
547                 /* SYSENTER is an optimized way of doing system calls.  We
548                  * can't allow it because it always jumps to privilege level 0.
549                  * A normal Guest won't try it because we don't advertise it in
550                  * CPUID, but a malicious Guest (or malicious Guest userspace
551                  * program) could, so we tell the CPU to disable it before
552                  * running the Guest. */
553                 if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_SEP))
554                         wrmsr(MSR_IA32_SYSENTER_CS, 0, 0);
555
556                 /* Now we actually run the Guest.  It will pop back out when
557                  * something interesting happens, and we can examine its
558                  * registers to see what it was doing. */
559                 run_guest_once(lg, lguest_pages(raw_smp_processor_id()));
560
561                 /* The "regs" pointer contains two extra entries which are not
562                  * really registers: a trap number which says what interrupt or
563                  * trap made the switcher code come back, and an error code
564                  * which some traps set.  */
565
566                 /* If the Guest page faulted, then the cr2 register will tell
567                  * us the bad virtual address.  We have to grab this now,
568                  * because once we re-enable interrupts an interrupt could
569                  * fault and thus overwrite cr2, or we could even move off to a
570                  * different CPU. */
571                 if (lg->regs->trapnum == 14)
572                         cr2 = read_cr2();
573                 /* Similarly, if we took a trap because the Guest used the FPU,
574                  * we have to restore the FPU it expects to see. */
575                 else if (lg->regs->trapnum == 7)
576                         math_state_restore();
577
578                 /* Restore SYSENTER if it's supposed to be on. */
579                 if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_SEP))
580                         wrmsr(MSR_IA32_SYSENTER_CS, __KERNEL_CS, 0);
581
582                 /* Now we're ready to be interrupted or moved to other CPUs */
583                 local_irq_enable();
584
585                 /* OK, so what happened? */
586                 switch (lg->regs->trapnum) {
587                 case 13: /* We've intercepted a GPF. */
588                         /* Check if this was one of those annoying IN or OUT
589                          * instructions which we need to emulate.  If so, we
590                          * just go back into the Guest after we've done it. */
591                         if (lg->regs->errcode == 0) {
592                                 if (emulate_insn(lg))
593                                         continue;
594                         }
595                         break;
596                 case 14: /* We've intercepted a page fault. */
597                         /* The Guest accessed a virtual address that wasn't
598                          * mapped.  This happens a lot: we don't actually set
599                          * up most of the page tables for the Guest at all when
600                          * we start: as it runs it asks for more and more, and
601                          * we set them up as required. In this case, we don't
602                          * even tell the Guest that the fault happened.
603                          *
604                          * The errcode tells whether this was a read or a
605                          * write, and whether kernel or userspace code. */
606                         if (demand_page(lg, cr2, lg->regs->errcode))
607                                 continue;
608
609                         /* OK, it's really not there (or not OK): the Guest
610                          * needs to know.  We write out the cr2 value so it
611                          * knows where the fault occurred.
612                          *
613                          * Note that if the Guest were really messed up, this
614                          * could happen before it's done the INITIALIZE
615                          * hypercall, so lg->lguest_data will be NULL */
616                         if (lg->lguest_data
617                             && put_user(cr2, &lg->lguest_data->cr2))
618                                 kill_guest(lg, "Writing cr2");
619                         break;
620                 case 7: /* We've intercepted a Device Not Available fault. */
621                         /* If the Guest doesn't want to know, we already
622                          * restored the Floating Point Unit, so we just
623                          * continue without telling it. */
624                         if (!lg->ts)
625                                 continue;
626                         break;
627                 case 32 ... 255:
628                         /* These values mean a real interrupt occurred, in
629                          * which case the Host handler has already been run.
630                          * We just do a friendly check if another process
631                          * should now be run, then fall through to loop
632                          * around: */
633                         cond_resched();
634                 case LGUEST_TRAP_ENTRY: /* Handled at top of loop */
635                         continue;
636                 }
637
638                 /* If we get here, it's a trap the Guest wants to know
639                  * about. */
640                 if (deliver_trap(lg, lg->regs->trapnum))
641                         continue;
642
643                 /* If the Guest doesn't have a handler (either it hasn't
644                  * registered any yet, or it's one of the faults we don't let
645                  * it handle), it dies with a cryptic error message. */
646                 kill_guest(lg, "unhandled trap %li at %#lx (%#lx)",
647                            lg->regs->trapnum, lg->regs->eip,
648                            lg->regs->trapnum == 14 ? cr2 : lg->regs->errcode);
649         }
650         /* The Guest is dead => "No such file or directory" */
651         return -ENOENT;
652 }
653
654 /* Now we can look at each of the routines this calls, in increasing order of
655  * complexity: do_hypercalls(), emulate_insn(), maybe_do_interrupt(),
656  * deliver_trap() and demand_page().  After all those, we'll be ready to
657  * examine the Switcher, and our philosophical understanding of the Host/Guest
658  * duality will be complete. :*/
659 static void adjust_pge(void *on)
660 {
661         if (on)
662                 write_cr4(read_cr4() | X86_CR4_PGE);
663         else
664                 write_cr4(read_cr4() & ~X86_CR4_PGE);
665 }
666
667 /*H:000
668  * Welcome to the Host!
669  *
670  * By this point your brain has been tickled by the Guest code and numbed by
671  * the Launcher code; prepare for it to be stretched by the Host code.  This is
672  * the heart.  Let's begin at the initialization routine for the Host's lg
673  * module.
674  */
675 static int __init init(void)
676 {
677         int err;
678
679         /* Lguest can't run under Xen, VMI or itself.  It does Tricky Stuff. */
680         if (paravirt_enabled()) {
681                 printk("lguest is afraid of %s\n", pv_info.name);
682                 return -EPERM;
683         }
684
685         /* First we put the Switcher up in very high virtual memory. */
686         err = map_switcher();
687         if (err)
688                 return err;
689
690         /* Now we set up the pagetable implementation for the Guests. */
691         err = init_pagetables(switcher_page, SHARED_SWITCHER_PAGES);
692         if (err) {
693                 unmap_switcher();
694                 return err;
695         }
696
697         /* The I/O subsystem needs some things initialized. */
698         lguest_io_init();
699
700         /* /dev/lguest needs to be registered. */
701         err = lguest_device_init();
702         if (err) {
703                 free_pagetables();
704                 unmap_switcher();
705                 return err;
706         }
707
708         /* Finally, we need to turn off "Page Global Enable".  PGE is an
709          * optimization where page table entries are specially marked to show
710          * they never change.  The Host kernel marks all the kernel pages this
711          * way because it's always present, even when userspace is running.
712          *
713          * Lguest breaks this: unbeknownst to the rest of the Host kernel, we
714          * switch to the Guest kernel.  If you don't disable this on all CPUs,
715          * you'll get really weird bugs that you'll chase for two days.
716          *
717          * I used to turn PGE off every time we switched to the Guest and back
718          * on when we return, but that slowed the Switcher down noticibly. */
719
720         /* We don't need the complexity of CPUs coming and going while we're
721          * doing this. */
722         lock_cpu_hotplug();
723         if (cpu_has_pge) { /* We have a broader idea of "global". */
724                 /* Remember that this was originally set (for cleanup). */
725                 cpu_had_pge = 1;
726                 /* adjust_pge is a helper function which sets or unsets the PGE
727                  * bit on its CPU, depending on the argument (0 == unset). */
728                 on_each_cpu(adjust_pge, (void *)0, 0, 1);
729                 /* Turn off the feature in the global feature set. */
730                 clear_bit(X86_FEATURE_PGE, boot_cpu_data.x86_capability);
731         }
732         unlock_cpu_hotplug();
733
734         /* All good! */
735         return 0;
736 }
737
738 /* Cleaning up is just the same code, backwards.  With a little French. */
739 static void __exit fini(void)
740 {
741         lguest_device_remove();
742         free_pagetables();
743         unmap_switcher();
744
745         /* If we had PGE before we started, turn it back on now. */
746         lock_cpu_hotplug();
747         if (cpu_had_pge) {
748                 set_bit(X86_FEATURE_PGE, boot_cpu_data.x86_capability);
749                 /* adjust_pge's argument "1" means set PGE. */
750                 on_each_cpu(adjust_pge, (void *)1, 0, 1);
751         }
752         unlock_cpu_hotplug();
753 }
754
755 /* The Host side of lguest can be a module.  This is a nice way for people to
756  * play with it.  */
757 module_init(init);
758 module_exit(fini);
759 MODULE_LICENSE("GPL");
760 MODULE_AUTHOR("Rusty Russell <rusty@rustcorp.com.au>");