]> www.pilppa.org Git - linux-2.6-omap-h63xx.git/blob - drivers/lguest/interrupts_and_traps.c
Allow guest to specify syscall vector to use.
[linux-2.6-omap-h63xx.git] / drivers / lguest / interrupts_and_traps.c
1 /*P:800 Interrupts (traps) are complicated enough to earn their own file.
2  * There are three classes of interrupts:
3  *
4  * 1) Real hardware interrupts which occur while we're running the Guest,
5  * 2) Interrupts for virtual devices attached to the Guest, and
6  * 3) Traps and faults from the Guest.
7  *
8  * Real hardware interrupts must be delivered to the Host, not the Guest.
9  * Virtual interrupts must be delivered to the Guest, but we make them look
10  * just like real hardware would deliver them.  Traps from the Guest can be set
11  * up to go directly back into the Guest, but sometimes the Host wants to see
12  * them first, so we also have a way of "reflecting" them into the Guest as if
13  * they had been delivered to it directly. :*/
14 #include <linux/uaccess.h>
15 #include <linux/interrupt.h>
16 #include <linux/module.h>
17 #include "lg.h"
18
19 /* Allow Guests to use a non-128 (ie. non-Linux) syscall trap. */
20 static unsigned int syscall_vector = SYSCALL_VECTOR;
21 module_param(syscall_vector, uint, 0444);
22
23 /* The address of the interrupt handler is split into two bits: */
24 static unsigned long idt_address(u32 lo, u32 hi)
25 {
26         return (lo & 0x0000FFFF) | (hi & 0xFFFF0000);
27 }
28
29 /* The "type" of the interrupt handler is a 4 bit field: we only support a
30  * couple of types. */
31 static int idt_type(u32 lo, u32 hi)
32 {
33         return (hi >> 8) & 0xF;
34 }
35
36 /* An IDT entry can't be used unless the "present" bit is set. */
37 static int idt_present(u32 lo, u32 hi)
38 {
39         return (hi & 0x8000);
40 }
41
42 /* We need a helper to "push" a value onto the Guest's stack, since that's a
43  * big part of what delivering an interrupt does. */
44 static void push_guest_stack(struct lguest *lg, unsigned long *gstack, u32 val)
45 {
46         /* Stack grows upwards: move stack then write value. */
47         *gstack -= 4;
48         lgwrite_u32(lg, *gstack, val);
49 }
50
51 /*H:210 The set_guest_interrupt() routine actually delivers the interrupt or
52  * trap.  The mechanics of delivering traps and interrupts to the Guest are the
53  * same, except some traps have an "error code" which gets pushed onto the
54  * stack as well: the caller tells us if this is one.
55  *
56  * "lo" and "hi" are the two parts of the Interrupt Descriptor Table for this
57  * interrupt or trap.  It's split into two parts for traditional reasons: gcc
58  * on i386 used to be frightened by 64 bit numbers.
59  *
60  * We set up the stack just like the CPU does for a real interrupt, so it's
61  * identical for the Guest (and the standard "iret" instruction will undo
62  * it). */
63 static void set_guest_interrupt(struct lguest *lg, u32 lo, u32 hi, int has_err)
64 {
65         unsigned long gstack;
66         u32 eflags, ss, irq_enable;
67
68         /* There are two cases for interrupts: one where the Guest is already
69          * in the kernel, and a more complex one where the Guest is in
70          * userspace.  We check the privilege level to find out. */
71         if ((lg->regs->ss&0x3) != GUEST_PL) {
72                 /* The Guest told us their kernel stack with the SET_STACK
73                  * hypercall: both the virtual address and the segment */
74                 gstack = guest_pa(lg, lg->esp1);
75                 ss = lg->ss1;
76                 /* We push the old stack segment and pointer onto the new
77                  * stack: when the Guest does an "iret" back from the interrupt
78                  * handler the CPU will notice they're dropping privilege
79                  * levels and expect these here. */
80                 push_guest_stack(lg, &gstack, lg->regs->ss);
81                 push_guest_stack(lg, &gstack, lg->regs->esp);
82         } else {
83                 /* We're staying on the same Guest (kernel) stack. */
84                 gstack = guest_pa(lg, lg->regs->esp);
85                 ss = lg->regs->ss;
86         }
87
88         /* Remember that we never let the Guest actually disable interrupts, so
89          * the "Interrupt Flag" bit is always set.  We copy that bit from the
90          * Guest's "irq_enabled" field into the eflags word: the Guest copies
91          * it back in "lguest_iret". */
92         eflags = lg->regs->eflags;
93         if (get_user(irq_enable, &lg->lguest_data->irq_enabled) == 0
94             && !(irq_enable & X86_EFLAGS_IF))
95                 eflags &= ~X86_EFLAGS_IF;
96
97         /* An interrupt is expected to push three things on the stack: the old
98          * "eflags" word, the old code segment, and the old instruction
99          * pointer. */
100         push_guest_stack(lg, &gstack, eflags);
101         push_guest_stack(lg, &gstack, lg->regs->cs);
102         push_guest_stack(lg, &gstack, lg->regs->eip);
103
104         /* For the six traps which supply an error code, we push that, too. */
105         if (has_err)
106                 push_guest_stack(lg, &gstack, lg->regs->errcode);
107
108         /* Now we've pushed all the old state, we change the stack, the code
109          * segment and the address to execute. */
110         lg->regs->ss = ss;
111         lg->regs->esp = gstack + lg->page_offset;
112         lg->regs->cs = (__KERNEL_CS|GUEST_PL);
113         lg->regs->eip = idt_address(lo, hi);
114
115         /* There are two kinds of interrupt handlers: 0xE is an "interrupt
116          * gate" which expects interrupts to be disabled on entry. */
117         if (idt_type(lo, hi) == 0xE)
118                 if (put_user(0, &lg->lguest_data->irq_enabled))
119                         kill_guest(lg, "Disabling interrupts");
120 }
121
122 /*H:200
123  * Virtual Interrupts.
124  *
125  * maybe_do_interrupt() gets called before every entry to the Guest, to see if
126  * we should divert the Guest to running an interrupt handler. */
127 void maybe_do_interrupt(struct lguest *lg)
128 {
129         unsigned int irq;
130         DECLARE_BITMAP(blk, LGUEST_IRQS);
131         struct desc_struct *idt;
132
133         /* If the Guest hasn't even initialized yet, we can do nothing. */
134         if (!lg->lguest_data)
135                 return;
136
137         /* Take our "irqs_pending" array and remove any interrupts the Guest
138          * wants blocked: the result ends up in "blk". */
139         if (copy_from_user(&blk, lg->lguest_data->blocked_interrupts,
140                            sizeof(blk)))
141                 return;
142
143         bitmap_andnot(blk, lg->irqs_pending, blk, LGUEST_IRQS);
144
145         /* Find the first interrupt. */
146         irq = find_first_bit(blk, LGUEST_IRQS);
147         /* None?  Nothing to do */
148         if (irq >= LGUEST_IRQS)
149                 return;
150
151         /* They may be in the middle of an iret, where they asked us never to
152          * deliver interrupts. */
153         if (lg->regs->eip >= lg->noirq_start && lg->regs->eip < lg->noirq_end)
154                 return;
155
156         /* If they're halted, interrupts restart them. */
157         if (lg->halted) {
158                 /* Re-enable interrupts. */
159                 if (put_user(X86_EFLAGS_IF, &lg->lguest_data->irq_enabled))
160                         kill_guest(lg, "Re-enabling interrupts");
161                 lg->halted = 0;
162         } else {
163                 /* Otherwise we check if they have interrupts disabled. */
164                 u32 irq_enabled;
165                 if (get_user(irq_enabled, &lg->lguest_data->irq_enabled))
166                         irq_enabled = 0;
167                 if (!irq_enabled)
168                         return;
169         }
170
171         /* Look at the IDT entry the Guest gave us for this interrupt.  The
172          * first 32 (FIRST_EXTERNAL_VECTOR) entries are for traps, so we skip
173          * over them. */
174         idt = &lg->arch.idt[FIRST_EXTERNAL_VECTOR+irq];
175         /* If they don't have a handler (yet?), we just ignore it */
176         if (idt_present(idt->a, idt->b)) {
177                 /* OK, mark it no longer pending and deliver it. */
178                 clear_bit(irq, lg->irqs_pending);
179                 /* set_guest_interrupt() takes the interrupt descriptor and a
180                  * flag to say whether this interrupt pushes an error code onto
181                  * the stack as well: virtual interrupts never do. */
182                 set_guest_interrupt(lg, idt->a, idt->b, 0);
183         }
184
185         /* Every time we deliver an interrupt, we update the timestamp in the
186          * Guest's lguest_data struct.  It would be better for the Guest if we
187          * did this more often, but it can actually be quite slow: doing it
188          * here is a compromise which means at least it gets updated every
189          * timer interrupt. */
190         write_timestamp(lg);
191 }
192 /*:*/
193
194 /* Linux uses trap 128 for system calls.  Plan9 uses 64, and Ron Minnich sent
195  * me a patch, so we support that too.  It'd be a big step for lguest if half
196  * the Plan 9 user base were to start using it.
197  *
198  * Actually now I think of it, it's possible that Ron *is* half the Plan 9
199  * userbase.  Oh well. */
200 static bool could_be_syscall(unsigned int num)
201 {
202         /* Normal Linux SYSCALL_VECTOR or reserved vector? */
203         return num == SYSCALL_VECTOR || num == syscall_vector;
204 }
205
206 /* The syscall vector it wants must be unused by Host. */
207 bool check_syscall_vector(struct lguest *lg)
208 {
209         u32 vector;
210
211         if (get_user(vector, &lg->lguest_data->syscall_vec))
212                 return false;
213
214         return could_be_syscall(vector);
215 }
216
217 int init_interrupts(void)
218 {
219         /* If they want some strange system call vector, reserve it now */
220         if (syscall_vector != SYSCALL_VECTOR
221             && test_and_set_bit(syscall_vector, used_vectors)) {
222                 printk("lg: couldn't reserve syscall %u\n", syscall_vector);
223                 return -EBUSY;
224         }
225         return 0;
226 }
227
228 void free_interrupts(void)
229 {
230         if (syscall_vector != SYSCALL_VECTOR)
231                 clear_bit(syscall_vector, used_vectors);
232 }
233
234 /*H:220 Now we've got the routines to deliver interrupts, delivering traps
235  * like page fault is easy.  The only trick is that Intel decided that some
236  * traps should have error codes: */
237 static int has_err(unsigned int trap)
238 {
239         return (trap == 8 || (trap >= 10 && trap <= 14) || trap == 17);
240 }
241
242 /* deliver_trap() returns true if it could deliver the trap. */
243 int deliver_trap(struct lguest *lg, unsigned int num)
244 {
245         /* Trap numbers are always 8 bit, but we set an impossible trap number
246          * for traps inside the Switcher, so check that here. */
247         if (num >= ARRAY_SIZE(lg->arch.idt))
248                 return 0;
249
250         /* Early on the Guest hasn't set the IDT entries (or maybe it put a
251          * bogus one in): if we fail here, the Guest will be killed. */
252         if (!idt_present(lg->arch.idt[num].a, lg->arch.idt[num].b))
253                 return 0;
254         set_guest_interrupt(lg, lg->arch.idt[num].a, lg->arch.idt[num].b, has_err(num));
255         return 1;
256 }
257
258 /*H:250 Here's the hard part: returning to the Host every time a trap happens
259  * and then calling deliver_trap() and re-entering the Guest is slow.
260  * Particularly because Guest userspace system calls are traps (trap 128).
261  *
262  * So we'd like to set up the IDT to tell the CPU to deliver traps directly
263  * into the Guest.  This is possible, but the complexities cause the size of
264  * this file to double!  However, 150 lines of code is worth writing for taking
265  * system calls down from 1750ns to 270ns.  Plus, if lguest didn't do it, all
266  * the other hypervisors would tease it.
267  *
268  * This routine indicates if a particular trap number could be delivered
269  * directly. */
270 static int direct_trap(unsigned int num)
271 {
272         /* Hardware interrupts don't go to the Guest at all (except system
273          * call). */
274         if (num >= FIRST_EXTERNAL_VECTOR && !could_be_syscall(num))
275                 return 0;
276
277         /* The Host needs to see page faults (for shadow paging and to save the
278          * fault address), general protection faults (in/out emulation) and
279          * device not available (TS handling), and of course, the hypercall
280          * trap. */
281         return num != 14 && num != 13 && num != 7 && num != LGUEST_TRAP_ENTRY;
282 }
283 /*:*/
284
285 /*M:005 The Guest has the ability to turn its interrupt gates into trap gates,
286  * if it is careful.  The Host will let trap gates can go directly to the
287  * Guest, but the Guest needs the interrupts atomically disabled for an
288  * interrupt gate.  It can do this by pointing the trap gate at instructions
289  * within noirq_start and noirq_end, where it can safely disable interrupts. */
290
291 /*M:006 The Guests do not use the sysenter (fast system call) instruction,
292  * because it's hardcoded to enter privilege level 0 and so can't go direct.
293  * It's about twice as fast as the older "int 0x80" system call, so it might
294  * still be worthwhile to handle it in the Switcher and lcall down to the
295  * Guest.  The sysenter semantics are hairy tho: search for that keyword in
296  * entry.S :*/
297
298 /*H:260 When we make traps go directly into the Guest, we need to make sure
299  * the kernel stack is valid (ie. mapped in the page tables).  Otherwise, the
300  * CPU trying to deliver the trap will fault while trying to push the interrupt
301  * words on the stack: this is called a double fault, and it forces us to kill
302  * the Guest.
303  *
304  * Which is deeply unfair, because (literally!) it wasn't the Guests' fault. */
305 void pin_stack_pages(struct lguest *lg)
306 {
307         unsigned int i;
308
309         /* Depending on the CONFIG_4KSTACKS option, the Guest can have one or
310          * two pages of stack space. */
311         for (i = 0; i < lg->stack_pages; i++)
312                 /* The stack grows *upwards*, so the address we're given is the
313                  * start of the page after the kernel stack.  Subtract one to
314                  * get back onto the first stack page, and keep subtracting to
315                  * get to the rest of the stack pages. */
316                 pin_page(lg, lg->esp1 - 1 - i * PAGE_SIZE);
317 }
318
319 /* Direct traps also mean that we need to know whenever the Guest wants to use
320  * a different kernel stack, so we can change the IDT entries to use that
321  * stack.  The IDT entries expect a virtual address, so unlike most addresses
322  * the Guest gives us, the "esp" (stack pointer) value here is virtual, not
323  * physical.
324  *
325  * In Linux each process has its own kernel stack, so this happens a lot: we
326  * change stacks on each context switch. */
327 void guest_set_stack(struct lguest *lg, u32 seg, u32 esp, unsigned int pages)
328 {
329         /* You are not allowd have a stack segment with privilege level 0: bad
330          * Guest! */
331         if ((seg & 0x3) != GUEST_PL)
332                 kill_guest(lg, "bad stack segment %i", seg);
333         /* We only expect one or two stack pages. */
334         if (pages > 2)
335                 kill_guest(lg, "bad stack pages %u", pages);
336         /* Save where the stack is, and how many pages */
337         lg->ss1 = seg;
338         lg->esp1 = esp;
339         lg->stack_pages = pages;
340         /* Make sure the new stack pages are mapped */
341         pin_stack_pages(lg);
342 }
343
344 /* All this reference to mapping stacks leads us neatly into the other complex
345  * part of the Host: page table handling. */
346
347 /*H:235 This is the routine which actually checks the Guest's IDT entry and
348  * transfers it into our entry in "struct lguest": */
349 static void set_trap(struct lguest *lg, struct desc_struct *trap,
350                      unsigned int num, u32 lo, u32 hi)
351 {
352         u8 type = idt_type(lo, hi);
353
354         /* We zero-out a not-present entry */
355         if (!idt_present(lo, hi)) {
356                 trap->a = trap->b = 0;
357                 return;
358         }
359
360         /* We only support interrupt and trap gates. */
361         if (type != 0xE && type != 0xF)
362                 kill_guest(lg, "bad IDT type %i", type);
363
364         /* We only copy the handler address, present bit, privilege level and
365          * type.  The privilege level controls where the trap can be triggered
366          * manually with an "int" instruction.  This is usually GUEST_PL,
367          * except for system calls which userspace can use. */
368         trap->a = ((__KERNEL_CS|GUEST_PL)<<16) | (lo&0x0000FFFF);
369         trap->b = (hi&0xFFFFEF00);
370 }
371
372 /*H:230 While we're here, dealing with delivering traps and interrupts to the
373  * Guest, we might as well complete the picture: how the Guest tells us where
374  * it wants them to go.  This would be simple, except making traps fast
375  * requires some tricks.
376  *
377  * We saw the Guest setting Interrupt Descriptor Table (IDT) entries with the
378  * LHCALL_LOAD_IDT_ENTRY hypercall before: that comes here. */
379 void load_guest_idt_entry(struct lguest *lg, unsigned int num, u32 lo, u32 hi)
380 {
381         /* Guest never handles: NMI, doublefault, spurious interrupt or
382          * hypercall.  We ignore when it tries to set them. */
383         if (num == 2 || num == 8 || num == 15 || num == LGUEST_TRAP_ENTRY)
384                 return;
385
386         /* Mark the IDT as changed: next time the Guest runs we'll know we have
387          * to copy this again. */
388         lg->changed |= CHANGED_IDT;
389
390         /* Check that the Guest doesn't try to step outside the bounds. */
391         if (num >= ARRAY_SIZE(lg->arch.idt))
392                 kill_guest(lg, "Setting idt entry %u", num);
393         else
394                 set_trap(lg, &lg->arch.idt[num], num, lo, hi);
395 }
396
397 /* The default entry for each interrupt points into the Switcher routines which
398  * simply return to the Host.  The run_guest() loop will then call
399  * deliver_trap() to bounce it back into the Guest. */
400 static void default_idt_entry(struct desc_struct *idt,
401                               int trap,
402                               const unsigned long handler)
403 {
404         /* A present interrupt gate. */
405         u32 flags = 0x8e00;
406
407         /* Set the privilege level on the entry for the hypercall: this allows
408          * the Guest to use the "int" instruction to trigger it. */
409         if (trap == LGUEST_TRAP_ENTRY)
410                 flags |= (GUEST_PL << 13);
411
412         /* Now pack it into the IDT entry in its weird format. */
413         idt->a = (LGUEST_CS<<16) | (handler&0x0000FFFF);
414         idt->b = (handler&0xFFFF0000) | flags;
415 }
416
417 /* When the Guest first starts, we put default entries into the IDT. */
418 void setup_default_idt_entries(struct lguest_ro_state *state,
419                                const unsigned long *def)
420 {
421         unsigned int i;
422
423         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(state->guest_idt); i++)
424                 default_idt_entry(&state->guest_idt[i], i, def[i]);
425 }
426
427 /*H:240 We don't use the IDT entries in the "struct lguest" directly, instead
428  * we copy them into the IDT which we've set up for Guests on this CPU, just
429  * before we run the Guest.  This routine does that copy. */
430 void copy_traps(const struct lguest *lg, struct desc_struct *idt,
431                 const unsigned long *def)
432 {
433         unsigned int i;
434
435         /* We can simply copy the direct traps, otherwise we use the default
436          * ones in the Switcher: they will return to the Host. */
437         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(lg->arch.idt); i++) {
438                 /* If no Guest can ever override this trap, leave it alone. */
439                 if (!direct_trap(i))
440                         continue;
441
442                 /* Only trap gates (type 15) can go direct to the Guest.
443                  * Interrupt gates (type 14) disable interrupts as they are
444                  * entered, which we never let the Guest do.  Not present
445                  * entries (type 0x0) also can't go direct, of course. */
446                 if (idt_type(lg->arch.idt[i].a, lg->arch.idt[i].b) == 0xF)
447                         idt[i] = lg->arch.idt[i];
448                 else
449                         /* Reset it to the default. */
450                         default_idt_entry(&idt[i], i, def[i]);
451         }
452 }
453
454 void guest_set_clockevent(struct lguest *lg, unsigned long delta)
455 {
456         ktime_t expires;
457
458         if (unlikely(delta == 0)) {
459                 /* Clock event device is shutting down. */
460                 hrtimer_cancel(&lg->hrt);
461                 return;
462         }
463
464         expires = ktime_add_ns(ktime_get_real(), delta);
465         hrtimer_start(&lg->hrt, expires, HRTIMER_MODE_ABS);
466 }
467
468 static enum hrtimer_restart clockdev_fn(struct hrtimer *timer)
469 {
470         struct lguest *lg = container_of(timer, struct lguest, hrt);
471
472         set_bit(0, lg->irqs_pending);
473         if (lg->halted)
474                 wake_up_process(lg->tsk);
475         return HRTIMER_NORESTART;
476 }
477
478 void init_clockdev(struct lguest *lg)
479 {
480         hrtimer_init(&lg->hrt, CLOCK_REALTIME, HRTIMER_MODE_ABS);
481         lg->hrt.function = clockdev_fn;
482 }