sys/amd64/include/vmm.h

   1 /*-
   2  * SPDX-License-Identifier: BSD-2-Clause-FreeBSD
   3  *
   4  * Copyright (c) 2011 NetApp, Inc.
   5  * All rights reserved.
   6  *
   7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   8  * modification, are permitted provided that the following conditions
   9  * are met:
  10  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  11  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  12  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  14  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  15  *
  16  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY NETAPP, INC ``AS IS'' AND
  17  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  18  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  19  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL NETAPP, INC OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  20  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  21  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  22  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  23  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  24  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  25  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  26  * SUCH DAMAGE.
  27  *
  28  * $FreeBSD$
  29  */
  30
  31 #ifndef _VMM_H_
  32 #define _VMM_H_
  33
  34 #include <sys/sdt.h>
  35 #include <x86/segments.h>
  36
  37 struct vm_snapshot_meta;
  38
  39 #ifdef _KERNEL
  40 SDT_PROVIDER_DECLARE(vmm);
  41 #endif
  42
  43 enum vm_suspend_how {
  44         VM_SUSPEND_NONE,
  45         VM_SUSPEND_RESET,
  46         VM_SUSPEND_POWEROFF,
  47         VM_SUSPEND_HALT,
  48         VM_SUSPEND_TRIPLEFAULT,
  49         VM_SUSPEND_LAST
  50 };
  51
  52 /*
  53  * Identifiers for architecturally defined registers.
  54  */
  55 enum vm_reg_name {
  56         VM_REG_GUEST_RAX,
  57         VM_REG_GUEST_RBX,
  58         VM_REG_GUEST_RCX,
  59         VM_REG_GUEST_RDX,
  60         VM_REG_GUEST_RSI,
  61         VM_REG_GUEST_RDI,
  62         VM_REG_GUEST_RBP,
  63         VM_REG_GUEST_R8,
  64         VM_REG_GUEST_R9,
  65         VM_REG_GUEST_R10,
  66         VM_REG_GUEST_R11,
  67         VM_REG_GUEST_R12,
  68         VM_REG_GUEST_R13,
  69         VM_REG_GUEST_R14,
  70         VM_REG_GUEST_R15,
  71         VM_REG_GUEST_CR0,
  72         VM_REG_GUEST_CR3,
  73         VM_REG_GUEST_CR4,
  74         VM_REG_GUEST_DR7,
  75         VM_REG_GUEST_RSP,
  76         VM_REG_GUEST_RIP,
  77         VM_REG_GUEST_RFLAGS,
  78         VM_REG_GUEST_ES,
  79         VM_REG_GUEST_CS,
  80         VM_REG_GUEST_SS,
  81         VM_REG_GUEST_DS,
  82         VM_REG_GUEST_FS,
  83         VM_REG_GUEST_GS,
  84         VM_REG_GUEST_LDTR,
  85         VM_REG_GUEST_TR,
  86         VM_REG_GUEST_IDTR,
  87         VM_REG_GUEST_GDTR,
  88         VM_REG_GUEST_EFER,
  89         VM_REG_GUEST_CR2,
  90         VM_REG_GUEST_PDPTE0,
  91         VM_REG_GUEST_PDPTE1,
  92         VM_REG_GUEST_PDPTE2,
  93         VM_REG_GUEST_PDPTE3,
  94         VM_REG_GUEST_INTR_SHADOW,
  95         VM_REG_GUEST_DR0,
  96         VM_REG_GUEST_DR1,
  97         VM_REG_GUEST_DR2,
  98         VM_REG_GUEST_DR3,
  99         VM_REG_GUEST_DR6,
 100         VM_REG_GUEST_ENTRY_INST_LENGTH,
 101         VM_REG_LAST
 102 };
 103
 104 enum x2apic_state {
 105         X2APIC_DISABLED,
 106         X2APIC_ENABLED,
 107         X2APIC_STATE_LAST
 108 };
 109
 110 #define VM_INTINFO_VECTOR(info) ((info) & 0xff)
 111 #define VM_INTINFO_DEL_ERRCODE  0x800
 112 #define VM_INTINFO_RSVD         0x7ffff000
 113 #define VM_INTINFO_VALID        0x80000000
 114 #define VM_INTINFO_TYPE         0x700
 115 #define VM_INTINFO_HWINTR       (0 << 8)
 116 #define VM_INTINFO_NMI          (2 << 8)
 117 #define VM_INTINFO_HWEXCEPTION  (3 << 8)
 118 #define VM_INTINFO_SWINTR       (4 << 8)
 119
 120 /*
 121  * The VM name has to fit into the pathname length constraints of devfs,
 122  * governed primarily by SPECNAMELEN.  The length is the total number of
 123  * characters in the full path, relative to the mount point and not
 124  * including any leading '/' characters.
 125  * A prefix and a suffix are added to the name specified by the user.
 126  * The prefix is usually "vmm/" or "vmm.io/", but can be a few characters
 127  * longer for future use.
 128  * The suffix is a string that identifies a bootrom image or some similar
 129  * image that is attached to the VM. A separator character gets added to
 130  * the suffix automatically when generating the full path, so it must be
 131  * accounted for, reducing the effective length by 1.
 132  * The effective length of a VM name is 229 bytes for FreeBSD 13 and 37
 133  * bytes for FreeBSD 12.  A minimum length is set for safety and supports
 134  * a SPECNAMELEN as small as 32 on old systems.
 135  */
 136 #define VM_MAX_PREFIXLEN 10
 137 #define VM_MAX_SUFFIXLEN 15
 138 #define VM_MIN_NAMELEN   6
 139 #define VM_MAX_NAMELEN \
 140     (SPECNAMELEN - VM_MAX_PREFIXLEN - VM_MAX_SUFFIXLEN - 1)
 141
 142 #ifdef _KERNEL
 143 CTASSERT(VM_MAX_NAMELEN >= VM_MIN_NAMELEN);
 144
 145 struct vm;
 146 struct vm_exception;
 147 struct seg_desc;
 148 struct vm_exit;
 149 struct vm_run;
 150 struct vhpet;
 151 struct vioapic;
 152 struct vlapic;
 153 struct vmspace;
 154 struct vm_object;
 155 struct vm_guest_paging;
 156 struct pmap;
 157 enum snapshot_req;
 158
 159 struct vm_eventinfo {
 160         void    *rptr;          /* rendezvous cookie */
 161         int     *sptr;          /* suspend cookie */
 162         int     *iptr;          /* reqidle cookie */
 163 };
 164
 165 typedef int     (*vmm_init_func_t)(int ipinum);
 166 typedef int     (*vmm_cleanup_func_t)(void);
 167 typedef void    (*vmm_resume_func_t)(void);
 168 typedef void *  (*vmi_init_func_t)(struct vm *vm, struct pmap *pmap);
 169 typedef int     (*vmi_run_func_t)(void *vmi, int vcpu, register_t rip,
 170                     struct pmap *pmap, struct vm_eventinfo *info);
 171 typedef void    (*vmi_cleanup_func_t)(void *vmi);
 172 typedef int     (*vmi_get_register_t)(void *vmi, int vcpu, int num,
 173                                       uint64_t *retval);
 174 typedef int     (*vmi_set_register_t)(void *vmi, int vcpu, int num,
 175                                       uint64_t val);
 176 typedef int     (*vmi_get_desc_t)(void *vmi, int vcpu, int num,
 177                                   struct seg_desc *desc);
 178 typedef int     (*vmi_set_desc_t)(void *vmi, int vcpu, int num,
 179                                   struct seg_desc *desc);
 180 typedef int     (*vmi_get_cap_t)(void *vmi, int vcpu, int num, int *retval);
 181 typedef int     (*vmi_set_cap_t)(void *vmi, int vcpu, int num, int val);
 182 typedef struct vmspace * (*vmi_vmspace_alloc)(vm_offset_t min, vm_offset_t max);
 183 typedef void    (*vmi_vmspace_free)(struct vmspace *vmspace);
 184 typedef struct vlapic * (*vmi_vlapic_init)(void *vmi, int vcpu);
 185 typedef void    (*vmi_vlapic_cleanup)(void *vmi, struct vlapic *vlapic);
 186 typedef int     (*vmi_snapshot_t)(void *vmi, struct vm_snapshot_meta *meta);
 187 typedef int     (*vmi_snapshot_vmcx_t)(void *vmi, struct vm_snapshot_meta *meta,
 188                                        int vcpu);
 189 typedef int     (*vmi_restore_tsc_t)(void *vmi, int vcpuid, uint64_t now);
 190
 191 struct vmm_ops {
 192         vmm_init_func_t         modinit;        /* module wide initialization */
 193         vmm_cleanup_func_t      modcleanup;
 194         vmm_resume_func_t       modresume;
 195
 196         vmi_init_func_t         init;           /* vm-specific initialization */
 197         vmi_run_func_t          run;
 198         vmi_cleanup_func_t      cleanup;
 199         vmi_get_register_t      getreg;
 200         vmi_set_register_t      setreg;
 201         vmi_get_desc_t          getdesc;
 202         vmi_set_desc_t          setdesc;
 203         vmi_get_cap_t           getcap;
 204         vmi_set_cap_t           setcap;
 205         vmi_vmspace_alloc       vmspace_alloc;
 206         vmi_vmspace_free        vmspace_free;
 207         vmi_vlapic_init         vlapic_init;
 208         vmi_vlapic_cleanup      vlapic_cleanup;
 209
 210         /* checkpoint operations */
 211         vmi_snapshot_t          snapshot;
 212         vmi_snapshot_vmcx_t     vmcx_snapshot;
 213         vmi_restore_tsc_t       restore_tsc;
 214 };
 215
 216 extern const struct vmm_ops vmm_ops_intel;
 217 extern const struct vmm_ops vmm_ops_amd;
 218
 219 int vm_create(const char *name, struct vm **retvm);
 220 void vm_destroy(struct vm *vm);
 221 int vm_reinit(struct vm *vm);
 222 const char *vm_name(struct vm *vm);
 223 uint16_t vm_get_maxcpus(struct vm *vm);
 224 void vm_get_topology(struct vm *vm, uint16_t *sockets, uint16_t *cores,
 225     uint16_t *threads, uint16_t *maxcpus);
 226 int vm_set_topology(struct vm *vm, uint16_t sockets, uint16_t cores,
 227     uint16_t threads, uint16_t maxcpus);
 228
 229 /*
 230  * APIs that modify the guest memory map require all vcpus to be frozen.
 231  */
 232 int vm_mmap_memseg(struct vm *vm, vm_paddr_t gpa, int segid, vm_ooffset_t off,
 233     size_t len, int prot, int flags);
 234 int vm_munmap_memseg(struct vm *vm, vm_paddr_t gpa, size_t len);
 235 int vm_alloc_memseg(struct vm *vm, int ident, size_t len, bool sysmem);
 236 void vm_free_memseg(struct vm *vm, int ident);
 237 int vm_map_mmio(struct vm *vm, vm_paddr_t gpa, size_t len, vm_paddr_t hpa);
 238 int vm_unmap_mmio(struct vm *vm, vm_paddr_t gpa, size_t len);
 239 int vm_assign_pptdev(struct vm *vm, int bus, int slot, int func);
 240 int vm_unassign_pptdev(struct vm *vm, int bus, int slot, int func);
 241
 242 /*
 243  * APIs that inspect the guest memory map require only a *single* vcpu to
 244  * be frozen. This acts like a read lock on the guest memory map since any
 245  * modification requires *all* vcpus to be frozen.
 246  */
 247 int vm_mmap_getnext(struct vm *vm, vm_paddr_t *gpa, int *segid,
 248     vm_ooffset_t *segoff, size_t *len, int *prot, int *flags);
 249 int vm_get_memseg(struct vm *vm, int ident, size_t *len, bool *sysmem,
 250     struct vm_object **objptr);
 251 vm_paddr_t vmm_sysmem_maxaddr(struct vm *vm);
 252 void *vm_gpa_hold(struct vm *, int vcpuid, vm_paddr_t gpa, size_t len,
 253     int prot, void **cookie);
 254 void vm_gpa_release(void *cookie);
 255 bool vm_mem_allocated(struct vm *vm, int vcpuid, vm_paddr_t gpa);
 256
 257 int vm_get_register(struct vm *vm, int vcpu, int reg, uint64_t *retval);
 258 int vm_set_register(struct vm *vm, int vcpu, int reg, uint64_t val);
 259 int vm_get_seg_desc(struct vm *vm, int vcpu, int reg,
 260                     struct seg_desc *ret_desc);
 261 int vm_set_seg_desc(struct vm *vm, int vcpu, int reg,
 262                     struct seg_desc *desc);
 263 int vm_run(struct vm *vm, struct vm_run *vmrun);
 264 int vm_suspend(struct vm *vm, enum vm_suspend_how how);
 265 int vm_inject_nmi(struct vm *vm, int vcpu);
 266 int vm_nmi_pending(struct vm *vm, int vcpuid);
 267 void vm_nmi_clear(struct vm *vm, int vcpuid);
 268 int vm_inject_extint(struct vm *vm, int vcpu);
 269 int vm_extint_pending(struct vm *vm, int vcpuid);
 270 void vm_extint_clear(struct vm *vm, int vcpuid);
 271 struct vlapic *vm_lapic(struct vm *vm, int cpu);
 272 struct vioapic *vm_ioapic(struct vm *vm);
 273 struct vhpet *vm_hpet(struct vm *vm);
 274 int vm_get_capability(struct vm *vm, int vcpu, int type, int *val);
 275 int vm_set_capability(struct vm *vm, int vcpu, int type, int val);
 276 int vm_get_x2apic_state(struct vm *vm, int vcpu, enum x2apic_state *state);
 277 int vm_set_x2apic_state(struct vm *vm, int vcpu, enum x2apic_state state);
 278 int vm_apicid2vcpuid(struct vm *vm, int apicid);
 279 int vm_activate_cpu(struct vm *vm, int vcpu);
 280 int vm_suspend_cpu(struct vm *vm, int vcpu);
 281 int vm_resume_cpu(struct vm *vm, int vcpu);
 282 struct vm_exit *vm_exitinfo(struct vm *vm, int vcpuid);
 283 void vm_exit_suspended(struct vm *vm, int vcpuid, uint64_t rip);
 284 void vm_exit_debug(struct vm *vm, int vcpuid, uint64_t rip);
 285 void vm_exit_rendezvous(struct vm *vm, int vcpuid, uint64_t rip);
 286 void vm_exit_astpending(struct vm *vm, int vcpuid, uint64_t rip);
 287 void vm_exit_reqidle(struct vm *vm, int vcpuid, uint64_t rip);
 288 int vm_snapshot_req(struct vm *vm, struct vm_snapshot_meta *meta);
 289 int vm_restore_time(struct vm *vm);
 290
 291 #ifdef _SYS__CPUSET_H_
 292 /*
 293  * Rendezvous all vcpus specified in 'dest' and execute 'func(arg)'.
 294  * The rendezvous 'func(arg)' is not allowed to do anything that will
 295  * cause the thread to be put to sleep.
 296  *
 297  * If the rendezvous is being initiated from a vcpu context then the
 298  * 'vcpuid' must refer to that vcpu, otherwise it should be set to -1.
 299  *
 300  * The caller cannot hold any locks when initiating the rendezvous.
 301  *
 302  * The implementation of this API may cause vcpus other than those specified
 303  * by 'dest' to be stalled. The caller should not rely on any vcpus making
 304  * forward progress when the rendezvous is in progress.
 305  */
 306 typedef void (*vm_rendezvous_func_t)(struct vm *vm, int vcpuid, void *arg);
 307 int vm_smp_rendezvous(struct vm *vm, int vcpuid, cpuset_t dest,
 308     vm_rendezvous_func_t func, void *arg);
 309 cpuset_t vm_active_cpus(struct vm *vm);
 310 cpuset_t vm_debug_cpus(struct vm *vm);
 311 cpuset_t vm_suspended_cpus(struct vm *vm);
 312 #endif  /* _SYS__CPUSET_H_ */
 313
 314 static __inline int
 315 vcpu_rendezvous_pending(struct vm_eventinfo *info)
 316 {
 317
 318         return (*((uintptr_t *)(info->rptr)) != 0);
 319 }
 320
 321 static __inline int
 322 vcpu_suspended(struct vm_eventinfo *info)
 323 {
 324
 325         return (*info->sptr);
 326 }
 327
 328 static __inline int
 329 vcpu_reqidle(struct vm_eventinfo *info)
 330 {
 331
 332         return (*info->iptr);
 333 }
 334
 335 int vcpu_debugged(struct vm *vm, int vcpuid);
 336
 337 /*
 338  * Return true if device indicated by bus/slot/func is supposed to be a
 339  * pci passthrough device.
 340  *
 341  * Return false otherwise.
 342  */
 343 bool vmm_is_pptdev(int bus, int slot, int func);
 344
 345 void *vm_iommu_domain(struct vm *vm);
 346
 347 enum vcpu_state {
 348         VCPU_IDLE,
 349         VCPU_FROZEN,
 350         VCPU_RUNNING,
 351         VCPU_SLEEPING,
 352 };
 353
 354 int vcpu_set_state(struct vm *vm, int vcpu, enum vcpu_state state,
 355     bool from_idle);
 356 enum vcpu_state vcpu_get_state(struct vm *vm, int vcpu, int *hostcpu);
 357
 358 static int __inline
 359 vcpu_is_running(struct vm *vm, int vcpu, int *hostcpu)
 360 {
 361         return (vcpu_get_state(vm, vcpu, hostcpu) == VCPU_RUNNING);
 362 }
 363
 364 #ifdef _SYS_PROC_H_
 365 static int __inline
 366 vcpu_should_yield(struct vm *vm, int vcpu)
 367 {
 368
 369         if (curthread->td_flags & (TDF_ASTPENDING | TDF_NEEDRESCHED))
 370                 return (1);
 371         else if (curthread->td_owepreempt)
 372                 return (1);
 373         else
 374                 return (0);
 375 }
 376 #endif
 377
 378 void *vcpu_stats(struct vm *vm, int vcpu);
 379 void vcpu_notify_event(struct vm *vm, int vcpuid, bool lapic_intr);
 380 struct vmspace *vm_get_vmspace(struct vm *vm);
 381 struct vatpic *vm_atpic(struct vm *vm);
 382 struct vatpit *vm_atpit(struct vm *vm);
 383 struct vpmtmr *vm_pmtmr(struct vm *vm);
 384 struct vrtc *vm_rtc(struct vm *vm);
 385
 386 /*
 387  * Inject exception 'vector' into the guest vcpu. This function returns 0 on
 388  * success and non-zero on failure.
 389  *
 390  * Wrapper functions like 'vm_inject_gp()' should be preferred to calling
 391  * this function directly because they enforce the trap-like or fault-like
 392  * behavior of an exception.
 393  *
 394  * This function should only be called in the context of the thread that is
 395  * executing this vcpu.
 396  */
 397 int vm_inject_exception(struct vm *vm, int vcpuid, int vector, int err_valid,
 398     uint32_t errcode, int restart_instruction);
 399
 400 /*
 401  * This function is called after a VM-exit that occurred during exception or
 402  * interrupt delivery through the IDT. The format of 'intinfo' is described
 403  * in Figure 15-1, "EXITINTINFO for All Intercepts", APM, Vol 2.
 404  *
 405  * If a VM-exit handler completes the event delivery successfully then it
 406  * should call vm_exit_intinfo() to extinguish the pending event. For e.g.,
 407  * if the task switch emulation is triggered via a task gate then it should
 408  * call this function with 'intinfo=0' to indicate that the external event
 409  * is not pending anymore.
 410  *
 411  * Return value is 0 on success and non-zero on failure.
 412  */
 413 int vm_exit_intinfo(struct vm *vm, int vcpuid, uint64_t intinfo);
 414
 415 /*
 416  * This function is called before every VM-entry to retrieve a pending
 417  * event that should be injected into the guest. This function combines
 418  * nested events into a double or triple fault.
 419  *
 420  * Returns 0 if there are no events that need to be injected into the guest
 421  * and non-zero otherwise.
 422  */
 423 int vm_entry_intinfo(struct vm *vm, int vcpuid, uint64_t *info);
 424
 425 int vm_get_intinfo(struct vm *vm, int vcpuid, uint64_t *info1, uint64_t *info2);
 426
 427 /*
 428  * Function used to keep track of the guest's TSC offset. The
 429  * offset is used by the virutalization extensions to provide a consistent
 430  * value for the Time Stamp Counter to the guest.
 431  *
 432  * Return value is 0 on success and non-zero on failure.
 433  */
 434 int vm_set_tsc_offset(struct vm *vm, int vcpu_id, uint64_t offset);
 435
 436 enum vm_reg_name vm_segment_name(int seg_encoding);
 437
 438 struct vm_copyinfo {
 439         uint64_t        gpa;
 440         size_t          len;
 441         void            *hva;
 442         void            *cookie;
 443 };
 444
 445 /*
 446  * Set up 'copyinfo[]' to copy to/from guest linear address space starting
 447  * at 'gla' and 'len' bytes long. The 'prot' should be set to PROT_READ for
 448  * a copyin or PROT_WRITE for a copyout.
 449  *
 450  * retval       is_fault        Interpretation
 451  *   0             0            Success
 452  *   0             1            An exception was injected into the guest
 453  * EFAULT         N/A           Unrecoverable error
 454  *
 455  * The 'copyinfo[]' can be passed to 'vm_copyin()' or 'vm_copyout()' only if
 456  * the return value is 0. The 'copyinfo[]' resources should be freed by calling
 457  * 'vm_copy_teardown()' after the copy is done.
 458  */
 459 int vm_copy_setup(struct vm *vm, int vcpuid, struct vm_guest_paging *paging,
 460     uint64_t gla, size_t len, int prot, struct vm_copyinfo *copyinfo,
 461     int num_copyinfo, int *is_fault);
 462 void vm_copy_teardown(struct vm *vm, int vcpuid, struct vm_copyinfo *copyinfo,
 463     int num_copyinfo);
 464 void vm_copyin(struct vm *vm, int vcpuid, struct vm_copyinfo *copyinfo,
 465     void *kaddr, size_t len);
 466 void vm_copyout(struct vm *vm, int vcpuid, const void *kaddr,
 467     struct vm_copyinfo *copyinfo, size_t len);
 468
 469 int vcpu_trace_exceptions(struct vm *vm, int vcpuid);
 470 #endif  /* KERNEL */
 471
 472 #define VM_MAXCPU       16                      /* maximum virtual cpus */
 473
 474 /*
 475  * Identifiers for optional vmm capabilities
 476  */
 477 enum vm_cap_type {
 478         VM_CAP_HALT_EXIT,
 479         VM_CAP_MTRAP_EXIT,
 480         VM_CAP_PAUSE_EXIT,
 481         VM_CAP_UNRESTRICTED_GUEST,
 482         VM_CAP_ENABLE_INVPCID,
 483         VM_CAP_BPT_EXIT,
 484         VM_CAP_RDPID,
 485         VM_CAP_RDTSCP,
 486         VM_CAP_MAX
 487 };
 488
 489 enum vm_intr_trigger {
 490         EDGE_TRIGGER,
 491         LEVEL_TRIGGER
 492 };
 493
 494 /*
 495  * The 'access' field has the format specified in Table 21-2 of the Intel
 496  * Architecture Manual vol 3b.
 497  *
 498  * XXX The contents of the 'access' field are architecturally defined except
 499  * bit 16 - Segment Unusable.
 500  */
 501 struct seg_desc {
 502         uint64_t        base;
 503         uint32_t        limit;
 504         uint32_t        access;
 505 };
 506 #define SEG_DESC_TYPE(access)           ((access) & 0x001f)
 507 #define SEG_DESC_DPL(access)            (((access) >> 5) & 0x3)
 508 #define SEG_DESC_PRESENT(access)        (((access) & 0x0080) ? 1 : 0)
 509 #define SEG_DESC_DEF32(access)          (((access) & 0x4000) ? 1 : 0)
 510 #define SEG_DESC_GRANULARITY(access)    (((access) & 0x8000) ? 1 : 0)
 511 #define SEG_DESC_UNUSABLE(access)       (((access) & 0x10000) ? 1 : 0)
 512
 513 enum vm_cpu_mode {
 514         CPU_MODE_REAL,
 515         CPU_MODE_PROTECTED,
 516         CPU_MODE_COMPATIBILITY,         /* IA-32E mode (CS.L = 0) */
 517         CPU_MODE_64BIT,                 /* IA-32E mode (CS.L = 1) */
 518 };
 519
 520 enum vm_paging_mode {
 521         PAGING_MODE_FLAT,
 522         PAGING_MODE_32,
 523         PAGING_MODE_PAE,
 524         PAGING_MODE_64,
 525         PAGING_MODE_64_LA57,
 526 };
 527
 528 struct vm_guest_paging {
 529         uint64_t        cr3;
 530         int             cpl;
 531         enum vm_cpu_mode cpu_mode;
 532         enum vm_paging_mode paging_mode;
 533 };
 534
 535 /*
 536  * The data structures 'vie' and 'vie_op' are meant to be opaque to the
 537  * consumers of instruction decoding. The only reason why their contents
 538  * need to be exposed is because they are part of the 'vm_exit' structure.
 539  */
 540 struct vie_op {
 541         uint8_t         op_byte;        /* actual opcode byte */
 542         uint8_t         op_type;        /* type of operation (e.g. MOV) */
 543         uint16_t        op_flags;
 544 };
 545 _Static_assert(sizeof(struct vie_op) == 4, "ABI");
 546 _Static_assert(_Alignof(struct vie_op) == 2, "ABI");
 547
 548 #define VIE_INST_SIZE   15
 549 struct vie {
 550         uint8_t         inst[VIE_INST_SIZE];    /* instruction bytes */
 551         uint8_t         num_valid;              /* size of the instruction */
 552
 553 /* The following fields are all zeroed upon restart. */
 554 #define vie_startzero   num_processed
 555         uint8_t         num_processed;
 556
 557         uint8_t         addrsize:4, opsize:4;   /* address and operand sizes */
 558         uint8_t         rex_w:1,                /* REX prefix */
 559                         rex_r:1,
 560                         rex_x:1,
 561                         rex_b:1,
 562                         rex_present:1,
 563                         repz_present:1,         /* REP/REPE/REPZ prefix */
 564                         repnz_present:1,        /* REPNE/REPNZ prefix */
 565                         opsize_override:1,      /* Operand size override */
 566                         addrsize_override:1,    /* Address size override */
 567                         segment_override:1;     /* Segment override */
 568
 569         uint8_t         mod:2,                  /* ModRM byte */
 570                         reg:4,
 571                         rm:4;
 572
 573         uint8_t         ss:2,                   /* SIB byte */
 574                         vex_present:1,          /* VEX prefixed */
 575                         vex_l:1,                /* L bit */
 576                         index:4,                /* SIB byte */
 577                         base:4;                 /* SIB byte */
 578
 579         uint8_t         disp_bytes;
 580         uint8_t         imm_bytes;
 581
 582         uint8_t         scale;
 583
 584         uint8_t         vex_reg:4,              /* vvvv: first source register specifier */
 585                         vex_pp:2,               /* pp */
 586                         _sparebits:2;
 587
 588         uint8_t         _sparebytes[2];
 589
 590         int             base_register;          /* VM_REG_GUEST_xyz */
 591         int             index_register;         /* VM_REG_GUEST_xyz */
 592         int             segment_register;       /* VM_REG_GUEST_xyz */
 593
 594         int64_t         displacement;           /* optional addr displacement */
 595         int64_t         immediate;              /* optional immediate operand */
 596
 597         uint8_t         decoded;        /* set to 1 if successfully decoded */
 598
 599         uint8_t         _sparebyte;
 600
 601         struct vie_op   op;                     /* opcode description */
 602 };
 603 _Static_assert(sizeof(struct vie) == 64, "ABI");
 604 _Static_assert(__offsetof(struct vie, disp_bytes) == 22, "ABI");
 605 _Static_assert(__offsetof(struct vie, scale) == 24, "ABI");
 606 _Static_assert(__offsetof(struct vie, base_register) == 28, "ABI");
 607
 608 enum vm_exitcode {
 609         VM_EXITCODE_INOUT,
 610         VM_EXITCODE_VMX,
 611         VM_EXITCODE_BOGUS,
 612         VM_EXITCODE_RDMSR,
 613         VM_EXITCODE_WRMSR,
 614         VM_EXITCODE_HLT,
 615         VM_EXITCODE_MTRAP,
 616         VM_EXITCODE_PAUSE,
 617         VM_EXITCODE_PAGING,
 618         VM_EXITCODE_INST_EMUL,
 619         VM_EXITCODE_SPINUP_AP,
 620         VM_EXITCODE_DEPRECATED1,        /* used to be SPINDOWN_CPU */
 621         VM_EXITCODE_RENDEZVOUS,
 622         VM_EXITCODE_IOAPIC_EOI,
 623         VM_EXITCODE_SUSPENDED,
 624         VM_EXITCODE_INOUT_STR,
 625         VM_EXITCODE_TASK_SWITCH,
 626         VM_EXITCODE_MONITOR,
 627         VM_EXITCODE_MWAIT,
 628         VM_EXITCODE_SVM,
 629         VM_EXITCODE_REQIDLE,
 630         VM_EXITCODE_DEBUG,
 631         VM_EXITCODE_VMINSN,
 632         VM_EXITCODE_BPT,
 633         VM_EXITCODE_MAX
 634 };
 635
 636 struct vm_inout {
 637         uint16_t        bytes:3;        /* 1 or 2 or 4 */
 638         uint16_t        in:1;
 639         uint16_t        string:1;
 640         uint16_t        rep:1;
 641         uint16_t        port;
 642         uint32_t        eax;            /* valid for out */
 643 };
 644
 645 struct vm_inout_str {
 646         struct vm_inout inout;          /* must be the first element */
 647         struct vm_guest_paging paging;
 648         uint64_t        rflags;
 649         uint64_t        cr0;
 650         uint64_t        index;
 651         uint64_t        count;          /* rep=1 (%rcx), rep=0 (1) */
 652         int             addrsize;
 653         enum vm_reg_name seg_name;
 654         struct seg_desc seg_desc;
 655 };
 656
 657 enum task_switch_reason {
 658         TSR_CALL,
 659         TSR_IRET,
 660         TSR_JMP,
 661         TSR_IDT_GATE,   /* task gate in IDT */
 662 };
 663
 664 struct vm_task_switch {
 665         uint16_t        tsssel;         /* new TSS selector */
 666         int             ext;            /* task switch due to external event */
 667         uint32_t        errcode;
 668         int             errcode_valid;  /* push 'errcode' on the new stack */
 669         enum task_switch_reason reason;
 670         struct vm_guest_paging paging;
 671 };
 672
 673 struct vm_exit {
 674         enum vm_exitcode        exitcode;
 675         int                     inst_length;    /* 0 means unknown */
 676         uint64_t                rip;
 677         union {
 678                 struct vm_inout inout;
 679                 struct vm_inout_str inout_str;
 680                 struct {
 681                         uint64_t        gpa;
 682                         int             fault_type;
 683                 } paging;
 684                 struct {
 685                         uint64_t        gpa;
 686                         uint64_t        gla;
 687                         uint64_t        cs_base;
 688                         int             cs_d;           /* CS.D */
 689                         struct vm_guest_paging paging;
 690                         struct vie      vie;
 691                 } inst_emul;
 692                 /*
 693                  * VMX specific payload. Used when there is no "better"
 694                  * exitcode to represent the VM-exit.
 695                  */
 696                 struct {
 697                         int             status;         /* vmx inst status */
 698                         /*
 699                          * 'exit_reason' and 'exit_qualification' are valid
 700                          * only if 'status' is zero.
 701                          */
 702                         uint32_t        exit_reason;
 703                         uint64_t        exit_qualification;
 704                         /*
 705                          * 'inst_error' and 'inst_type' are valid
 706                          * only if 'status' is non-zero.
 707                          */
 708                         int             inst_type;
 709                         int             inst_error;
 710                 } vmx;
 711                 /*
 712                  * SVM specific payload.
 713                  */
 714                 struct {
 715                         uint64_t        exitcode;
 716                         uint64_t        exitinfo1;
 717                         uint64_t        exitinfo2;
 718                 } svm;
 719                 struct {
 720                         int             inst_length;
 721                 } bpt;
 722                 struct {
 723                         uint32_t        code;           /* ecx value */
 724                         uint64_t        wval;
 725                 } msr;
 726                 struct {
 727                         int             vcpu;
 728                         uint64_t        rip;
 729                 } spinup_ap;
 730                 struct {
 731                         uint64_t        rflags;
 732                         uint64_t        intr_status;
 733                 } hlt;
 734                 struct {
 735                         int             vector;
 736                 } ioapic_eoi;
 737                 struct {
 738                         enum vm_suspend_how how;
 739                 } suspended;
 740                 struct vm_task_switch task_switch;
 741         } u;
 742 };
 743
 744 /* APIs to inject faults into the guest */
 745 void vm_inject_fault(void *vm, int vcpuid, int vector, int errcode_valid,
 746     int errcode);
 747
 748 static __inline void
 749 vm_inject_ud(void *vm, int vcpuid)
 750 {
 751         vm_inject_fault(vm, vcpuid, IDT_UD, 0, 0);
 752 }
 753
 754 static __inline void
 755 vm_inject_gp(void *vm, int vcpuid)
 756 {
 757         vm_inject_fault(vm, vcpuid, IDT_GP, 1, 0);
 758 }
 759
 760 static __inline void
 761 vm_inject_ac(void *vm, int vcpuid, int errcode)
 762 {
 763         vm_inject_fault(vm, vcpuid, IDT_AC, 1, errcode);
 764 }
 765
 766 static __inline void
 767 vm_inject_ss(void *vm, int vcpuid, int errcode)
 768 {
 769         vm_inject_fault(vm, vcpuid, IDT_SS, 1, errcode);
 770 }
 771
 772 void vm_inject_pf(void *vm, int vcpuid, int error_code, uint64_t cr2);
 773
 774 int vm_restart_instruction(void *vm, int vcpuid);
 775
 776 #endif  /* _VMM_H_ */