]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/vmm/vmm.c
Merge ^/head r284737 through r285152.
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / amd64 / vmm / vmm.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 2011 NetApp, Inc.
3  * All rights reserved.
4  *
5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
6  * modification, are permitted provided that the following conditions
7  * are met:
8  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
9  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
10  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
11  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
12  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
13  *
14  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY NETAPP, INC ``AS IS'' AND
15  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
16  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
17  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL NETAPP, INC OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
18  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
19  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
20  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
21  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
22  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
23  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
24  * SUCH DAMAGE.
25  *
26  * $FreeBSD$
27  */
28
29 #include <sys/cdefs.h>
30 __FBSDID("$FreeBSD$");
31
32 #include <sys/param.h>
33 #include <sys/systm.h>
34 #include <sys/kernel.h>
35 #include <sys/module.h>
36 #include <sys/sysctl.h>
37 #include <sys/malloc.h>
38 #include <sys/pcpu.h>
39 #include <sys/lock.h>
40 #include <sys/mutex.h>
41 #include <sys/proc.h>
42 #include <sys/rwlock.h>
43 #include <sys/sched.h>
44 #include <sys/smp.h>
45 #include <sys/systm.h>
46
47 #include <vm/vm.h>
48 #include <vm/vm_object.h>
49 #include <vm/vm_page.h>
50 #include <vm/pmap.h>
51 #include <vm/vm_map.h>
52 #include <vm/vm_extern.h>
53 #include <vm/vm_param.h>
54
55 #include <machine/cpu.h>
56 #include <machine/vm.h>
57 #include <machine/pcb.h>
58 #include <machine/smp.h>
59 #include <x86/psl.h>
60 #include <x86/apicreg.h>
61 #include <machine/vmparam.h>
62
63 #include <machine/vmm.h>
64 #include <machine/vmm_dev.h>
65 #include <machine/vmm_instruction_emul.h>
66
67 #include "vmm_ioport.h"
68 #include "vmm_ktr.h"
69 #include "vmm_host.h"
70 #include "vmm_mem.h"
71 #include "vmm_util.h"
72 #include "vatpic.h"
73 #include "vatpit.h"
74 #include "vhpet.h"
75 #include "vioapic.h"
76 #include "vlapic.h"
77 #include "vpmtmr.h"
78 #include "vrtc.h"
79 #include "vmm_stat.h"
80 #include "vmm_lapic.h"
81
82 #include "io/ppt.h"
83 #include "io/iommu.h"
84
85 struct vlapic;
86
87 /*
88  * Initialization:
89  * (a) allocated when vcpu is created
90  * (i) initialized when vcpu is created and when it is reinitialized
91  * (o) initialized the first time the vcpu is created
92  * (x) initialized before use
93  */
94 struct vcpu {
95         struct mtx      mtx;            /* (o) protects 'state' and 'hostcpu' */
96         enum vcpu_state state;          /* (o) vcpu state */
97         int             hostcpu;        /* (o) vcpu's host cpu */
98         int             reqidle;        /* (i) request vcpu to idle */
99         struct vlapic   *vlapic;        /* (i) APIC device model */
100         enum x2apic_state x2apic_state; /* (i) APIC mode */
101         uint64_t        exitintinfo;    /* (i) events pending at VM exit */
102         int             nmi_pending;    /* (i) NMI pending */
103         int             extint_pending; /* (i) INTR pending */
104         int     exception_pending;      /* (i) exception pending */
105         int     exc_vector;             /* (x) exception collateral */
106         int     exc_errcode_valid;
107         uint32_t exc_errcode;
108         struct savefpu  *guestfpu;      /* (a,i) guest fpu state */
109         uint64_t        guest_xcr0;     /* (i) guest %xcr0 register */
110         void            *stats;         /* (a,i) statistics */
111         struct vm_exit  exitinfo;       /* (x) exit reason and collateral */
112         uint64_t        nextrip;        /* (x) next instruction to execute */
113 };
114
115 #define vcpu_lock_initialized(v) mtx_initialized(&((v)->mtx))
116 #define vcpu_lock_init(v)       mtx_init(&((v)->mtx), "vcpu lock", 0, MTX_SPIN)
117 #define vcpu_lock(v)            mtx_lock_spin(&((v)->mtx))
118 #define vcpu_unlock(v)          mtx_unlock_spin(&((v)->mtx))
119 #define vcpu_assert_locked(v)   mtx_assert(&((v)->mtx), MA_OWNED)
120
121 struct mem_seg {
122         size_t  len;
123         bool    sysmem;
124         struct vm_object *object;
125 };
126 #define VM_MAX_MEMSEGS  2
127
128 struct mem_map {
129         vm_paddr_t      gpa;
130         size_t          len;
131         vm_ooffset_t    segoff;
132         int             segid;
133         int             prot;
134         int             flags;
135 };
136 #define VM_MAX_MEMMAPS  4
137
138 /*
139  * Initialization:
140  * (o) initialized the first time the VM is created
141  * (i) initialized when VM is created and when it is reinitialized
142  * (x) initialized before use
143  */
144 struct vm {
145         void            *cookie;                /* (i) cpu-specific data */
146         void            *iommu;                 /* (x) iommu-specific data */
147         struct vhpet    *vhpet;                 /* (i) virtual HPET */
148         struct vioapic  *vioapic;               /* (i) virtual ioapic */
149         struct vatpic   *vatpic;                /* (i) virtual atpic */
150         struct vatpit   *vatpit;                /* (i) virtual atpit */
151         struct vpmtmr   *vpmtmr;                /* (i) virtual ACPI PM timer */
152         struct vrtc     *vrtc;                  /* (o) virtual RTC */
153         volatile cpuset_t active_cpus;          /* (i) active vcpus */
154         int             suspend;                /* (i) stop VM execution */
155         volatile cpuset_t suspended_cpus;       /* (i) suspended vcpus */
156         volatile cpuset_t halted_cpus;          /* (x) cpus in a hard halt */
157         cpuset_t        rendezvous_req_cpus;    /* (x) rendezvous requested */
158         cpuset_t        rendezvous_done_cpus;   /* (x) rendezvous finished */
159         void            *rendezvous_arg;        /* (x) rendezvous func/arg */
160         vm_rendezvous_func_t rendezvous_func;
161         struct mtx      rendezvous_mtx;         /* (o) rendezvous lock */
162         struct mem_map  mem_maps[VM_MAX_MEMMAPS]; /* (i) guest address space */
163         struct mem_seg  mem_segs[VM_MAX_MEMSEGS]; /* (o) guest memory regions */
164         struct vmspace  *vmspace;               /* (o) guest's address space */
165         char            name[VM_MAX_NAMELEN];   /* (o) virtual machine name */
166         struct vcpu     vcpu[VM_MAXCPU];        /* (i) guest vcpus */
167 };
168
169 static int vmm_initialized;
170
171 static struct vmm_ops *ops;
172 #define VMM_INIT(num)   (ops != NULL ? (*ops->init)(num) : 0)
173 #define VMM_CLEANUP()   (ops != NULL ? (*ops->cleanup)() : 0)
174 #define VMM_RESUME()    (ops != NULL ? (*ops->resume)() : 0)
175
176 #define VMINIT(vm, pmap) (ops != NULL ? (*ops->vminit)(vm, pmap): NULL)
177 #define VMRUN(vmi, vcpu, rip, pmap, evinfo) \
178         (ops != NULL ? (*ops->vmrun)(vmi, vcpu, rip, pmap, evinfo) : ENXIO)
179 #define VMCLEANUP(vmi)  (ops != NULL ? (*ops->vmcleanup)(vmi) : NULL)
180 #define VMSPACE_ALLOC(min, max) \
181         (ops != NULL ? (*ops->vmspace_alloc)(min, max) : NULL)
182 #define VMSPACE_FREE(vmspace) \
183         (ops != NULL ? (*ops->vmspace_free)(vmspace) : ENXIO)
184 #define VMGETREG(vmi, vcpu, num, retval)                \
185         (ops != NULL ? (*ops->vmgetreg)(vmi, vcpu, num, retval) : ENXIO)
186 #define VMSETREG(vmi, vcpu, num, val)           \
187         (ops != NULL ? (*ops->vmsetreg)(vmi, vcpu, num, val) : ENXIO)
188 #define VMGETDESC(vmi, vcpu, num, desc)         \
189         (ops != NULL ? (*ops->vmgetdesc)(vmi, vcpu, num, desc) : ENXIO)
190 #define VMSETDESC(vmi, vcpu, num, desc)         \
191         (ops != NULL ? (*ops->vmsetdesc)(vmi, vcpu, num, desc) : ENXIO)
192 #define VMGETCAP(vmi, vcpu, num, retval)        \
193         (ops != NULL ? (*ops->vmgetcap)(vmi, vcpu, num, retval) : ENXIO)
194 #define VMSETCAP(vmi, vcpu, num, val)           \
195         (ops != NULL ? (*ops->vmsetcap)(vmi, vcpu, num, val) : ENXIO)
196 #define VLAPIC_INIT(vmi, vcpu)                  \
197         (ops != NULL ? (*ops->vlapic_init)(vmi, vcpu) : NULL)
198 #define VLAPIC_CLEANUP(vmi, vlapic)             \
199         (ops != NULL ? (*ops->vlapic_cleanup)(vmi, vlapic) : NULL)
200
201 #define fpu_start_emulating()   load_cr0(rcr0() | CR0_TS)
202 #define fpu_stop_emulating()    clts()
203
204 static MALLOC_DEFINE(M_VM, "vm", "vm");
205
206 /* statistics */
207 static VMM_STAT(VCPU_TOTAL_RUNTIME, "vcpu total runtime");
208
209 SYSCTL_NODE(_hw, OID_AUTO, vmm, CTLFLAG_RW, NULL, NULL);
210
211 /*
212  * Halt the guest if all vcpus are executing a HLT instruction with
213  * interrupts disabled.
214  */
215 static int halt_detection_enabled = 1;
216 SYSCTL_INT(_hw_vmm, OID_AUTO, halt_detection, CTLFLAG_RDTUN,
217     &halt_detection_enabled, 0,
218     "Halt VM if all vcpus execute HLT with interrupts disabled");
219
220 static int vmm_ipinum;
221 SYSCTL_INT(_hw_vmm, OID_AUTO, ipinum, CTLFLAG_RD, &vmm_ipinum, 0,
222     "IPI vector used for vcpu notifications");
223
224 static int trace_guest_exceptions;
225 SYSCTL_INT(_hw_vmm, OID_AUTO, trace_guest_exceptions, CTLFLAG_RDTUN,
226     &trace_guest_exceptions, 0,
227     "Trap into hypervisor on all guest exceptions and reflect them back");
228
229 static int vmm_force_iommu = 0;
230 TUNABLE_INT("hw.vmm.force_iommu", &vmm_force_iommu);
231 SYSCTL_INT(_hw_vmm, OID_AUTO, force_iommu, CTLFLAG_RDTUN, &vmm_force_iommu, 0,
232     "Force use of I/O MMU even if no passthrough devices were found.");
233
234 static void vm_free_memmap(struct vm *vm, int ident);
235 static bool sysmem_mapping(struct vm *vm, struct mem_map *mm);
236 static void vcpu_notify_event_locked(struct vcpu *vcpu, bool lapic_intr);
237
238 #ifdef KTR
239 static const char *
240 vcpu_state2str(enum vcpu_state state)
241 {
242
243         switch (state) {
244         case VCPU_IDLE:
245                 return ("idle");
246         case VCPU_FROZEN:
247                 return ("frozen");
248         case VCPU_RUNNING:
249                 return ("running");
250         case VCPU_SLEEPING:
251                 return ("sleeping");
252         default:
253                 return ("unknown");
254         }
255 }
256 #endif
257
258 static void
259 vcpu_cleanup(struct vm *vm, int i, bool destroy)
260 {
261         struct vcpu *vcpu = &vm->vcpu[i];
262
263         VLAPIC_CLEANUP(vm->cookie, vcpu->vlapic);
264         if (destroy) {
265                 vmm_stat_free(vcpu->stats);     
266                 fpu_save_area_free(vcpu->guestfpu);
267         }
268 }
269
270 static void
271 vcpu_init(struct vm *vm, int vcpu_id, bool create)
272 {
273         struct vcpu *vcpu;
274
275         KASSERT(vcpu_id >= 0 && vcpu_id < VM_MAXCPU,
276             ("vcpu_init: invalid vcpu %d", vcpu_id));
277           
278         vcpu = &vm->vcpu[vcpu_id];
279
280         if (create) {
281                 KASSERT(!vcpu_lock_initialized(vcpu), ("vcpu %d already "
282                     "initialized", vcpu_id));
283                 vcpu_lock_init(vcpu);
284                 vcpu->state = VCPU_IDLE;
285                 vcpu->hostcpu = NOCPU;
286                 vcpu->guestfpu = fpu_save_area_alloc();
287                 vcpu->stats = vmm_stat_alloc();
288         }
289
290         vcpu->vlapic = VLAPIC_INIT(vm->cookie, vcpu_id);
291         vm_set_x2apic_state(vm, vcpu_id, X2APIC_DISABLED);
292         vcpu->reqidle = 0;
293         vcpu->exitintinfo = 0;
294         vcpu->nmi_pending = 0;
295         vcpu->extint_pending = 0;
296         vcpu->exception_pending = 0;
297         vcpu->guest_xcr0 = XFEATURE_ENABLED_X87;
298         fpu_save_area_reset(vcpu->guestfpu);
299         vmm_stat_init(vcpu->stats);
300 }
301
302 int
303 vcpu_trace_exceptions(struct vm *vm, int vcpuid)
304 {
305
306         return (trace_guest_exceptions);
307 }
308
309 struct vm_exit *
310 vm_exitinfo(struct vm *vm, int cpuid)
311 {
312         struct vcpu *vcpu;
313
314         if (cpuid < 0 || cpuid >= VM_MAXCPU)
315                 panic("vm_exitinfo: invalid cpuid %d", cpuid);
316
317         vcpu = &vm->vcpu[cpuid];
318
319         return (&vcpu->exitinfo);
320 }
321
322 static void
323 vmm_resume(void)
324 {
325         VMM_RESUME();
326 }
327
328 static int
329 vmm_init(void)
330 {
331         int error;
332
333         vmm_host_state_init();
334
335         vmm_ipinum = lapic_ipi_alloc(&IDTVEC(justreturn));
336         if (vmm_ipinum < 0)
337                 vmm_ipinum = IPI_AST;
338
339         error = vmm_mem_init();
340         if (error)
341                 return (error);
342         
343         if (vmm_is_intel())
344                 ops = &vmm_ops_intel;
345         else if (vmm_is_amd())
346                 ops = &vmm_ops_amd;
347         else
348                 return (ENXIO);
349
350         vmm_resume_p = vmm_resume;
351
352         return (VMM_INIT(vmm_ipinum));
353 }
354
355 static int
356 vmm_handler(module_t mod, int what, void *arg)
357 {
358         int error;
359
360         switch (what) {
361         case MOD_LOAD:
362                 vmmdev_init();
363                 if (vmm_force_iommu || ppt_avail_devices() > 0)
364                         iommu_init();
365                 error = vmm_init();
366                 if (error == 0)
367                         vmm_initialized = 1;
368                 break;
369         case MOD_UNLOAD:
370                 error = vmmdev_cleanup();
371                 if (error == 0) {
372                         vmm_resume_p = NULL;
373                         iommu_cleanup();
374                         if (vmm_ipinum != IPI_AST)
375                                 lapic_ipi_free(vmm_ipinum);
376                         error = VMM_CLEANUP();
377                         /*
378                          * Something bad happened - prevent new
379                          * VMs from being created
380                          */
381                         if (error)
382                                 vmm_initialized = 0;
383                 }
384                 break;
385         default:
386                 error = 0;
387                 break;
388         }
389         return (error);
390 }
391
392 static moduledata_t vmm_kmod = {
393         "vmm",
394         vmm_handler,
395         NULL
396 };
397
398 /*
399  * vmm initialization has the following dependencies:
400  *
401  * - iommu initialization must happen after the pci passthru driver has had
402  *   a chance to attach to any passthru devices (after SI_SUB_CONFIGURE).
403  *
404  * - VT-x initialization requires smp_rendezvous() and therefore must happen
405  *   after SMP is fully functional (after SI_SUB_SMP).
406  */
407 DECLARE_MODULE(vmm, vmm_kmod, SI_SUB_SMP + 1, SI_ORDER_ANY);
408 MODULE_VERSION(vmm, 1);
409
410 static void
411 vm_init(struct vm *vm, bool create)
412 {
413         int i;
414
415         vm->cookie = VMINIT(vm, vmspace_pmap(vm->vmspace));
416         vm->iommu = NULL;
417         vm->vioapic = vioapic_init(vm);
418         vm->vhpet = vhpet_init(vm);
419         vm->vatpic = vatpic_init(vm);
420         vm->vatpit = vatpit_init(vm);
421         vm->vpmtmr = vpmtmr_init(vm);
422         if (create)
423                 vm->vrtc = vrtc_init(vm);
424
425         CPU_ZERO(&vm->active_cpus);
426
427         vm->suspend = 0;
428         CPU_ZERO(&vm->suspended_cpus);
429
430         for (i = 0; i < VM_MAXCPU; i++)
431                 vcpu_init(vm, i, create);
432 }
433
434 int
435 vm_create(const char *name, struct vm **retvm)
436 {
437         struct vm *vm;
438         struct vmspace *vmspace;
439
440         /*
441          * If vmm.ko could not be successfully initialized then don't attempt
442          * to create the virtual machine.
443          */
444         if (!vmm_initialized)
445                 return (ENXIO);
446
447         if (name == NULL || strlen(name) >= VM_MAX_NAMELEN)
448                 return (EINVAL);
449
450         vmspace = VMSPACE_ALLOC(0, VM_MAXUSER_ADDRESS);
451         if (vmspace == NULL)
452                 return (ENOMEM);
453
454         vm = malloc(sizeof(struct vm), M_VM, M_WAITOK | M_ZERO);
455         strcpy(vm->name, name);
456         vm->vmspace = vmspace;
457         mtx_init(&vm->rendezvous_mtx, "vm rendezvous lock", 0, MTX_DEF);
458
459         vm_init(vm, true);
460
461         *retvm = vm;
462         return (0);
463 }
464
465 static void
466 vm_cleanup(struct vm *vm, bool destroy)
467 {
468         struct mem_map *mm;
469         int i;
470
471         ppt_unassign_all(vm);
472
473         if (vm->iommu != NULL)
474                 iommu_destroy_domain(vm->iommu);
475
476         if (destroy)
477                 vrtc_cleanup(vm->vrtc);
478         else
479                 vrtc_reset(vm->vrtc);
480         vpmtmr_cleanup(vm->vpmtmr);
481         vatpit_cleanup(vm->vatpit);
482         vhpet_cleanup(vm->vhpet);
483         vatpic_cleanup(vm->vatpic);
484         vioapic_cleanup(vm->vioapic);
485
486         for (i = 0; i < VM_MAXCPU; i++)
487                 vcpu_cleanup(vm, i, destroy);
488
489         VMCLEANUP(vm->cookie);
490
491         /*
492          * System memory is removed from the guest address space only when
493          * the VM is destroyed. This is because the mapping remains the same
494          * across VM reset.
495          *
496          * Device memory can be relocated by the guest (e.g. using PCI BARs)
497          * so those mappings are removed on a VM reset.
498          */
499         for (i = 0; i < VM_MAX_MEMMAPS; i++) {
500                 mm = &vm->mem_maps[i];
501                 if (destroy || !sysmem_mapping(vm, mm))
502                         vm_free_memmap(vm, i);
503         }
504
505         if (destroy) {
506                 for (i = 0; i < VM_MAX_MEMSEGS; i++)
507                         vm_free_memseg(vm, i);
508
509                 VMSPACE_FREE(vm->vmspace);
510                 vm->vmspace = NULL;
511         }
512 }
513
514 void
515 vm_destroy(struct vm *vm)
516 {
517         vm_cleanup(vm, true);
518         free(vm, M_VM);
519 }
520
521 int
522 vm_reinit(struct vm *vm)
523 {
524         int error;
525
526         /*
527          * A virtual machine can be reset only if all vcpus are suspended.
528          */
529         if (CPU_CMP(&vm->suspended_cpus, &vm->active_cpus) == 0) {
530                 vm_cleanup(vm, false);
531                 vm_init(vm, false);
532                 error = 0;
533         } else {
534                 error = EBUSY;
535         }
536
537         return (error);
538 }
539
540 const char *
541 vm_name(struct vm *vm)
542 {
543         return (vm->name);
544 }
545
546 int
547 vm_map_mmio(struct vm *vm, vm_paddr_t gpa, size_t len, vm_paddr_t hpa)
548 {
549         vm_object_t obj;
550
551         if ((obj = vmm_mmio_alloc(vm->vmspace, gpa, len, hpa)) == NULL)
552                 return (ENOMEM);
553         else
554                 return (0);
555 }
556
557 int
558 vm_unmap_mmio(struct vm *vm, vm_paddr_t gpa, size_t len)
559 {
560
561         vmm_mmio_free(vm->vmspace, gpa, len);
562         return (0);
563 }
564
565 /*
566  * Return 'true' if 'gpa' is allocated in the guest address space.
567  *
568  * This function is called in the context of a running vcpu which acts as
569  * an implicit lock on 'vm->mem_maps[]'.
570  */
571 bool
572 vm_mem_allocated(struct vm *vm, int vcpuid, vm_paddr_t gpa)
573 {
574         struct mem_map *mm;
575         int i;
576
577 #ifdef INVARIANTS
578         int hostcpu, state;
579         state = vcpu_get_state(vm, vcpuid, &hostcpu);
580         KASSERT(state == VCPU_RUNNING && hostcpu == curcpu,
581             ("%s: invalid vcpu state %d/%d", __func__, state, hostcpu));
582 #endif
583
584         for (i = 0; i < VM_MAX_MEMMAPS; i++) {
585                 mm = &vm->mem_maps[i];
586                 if (mm->len != 0 && gpa >= mm->gpa && gpa < mm->gpa + mm->len)
587                         return (true);          /* 'gpa' is sysmem or devmem */
588         }
589
590         if (ppt_is_mmio(vm, gpa))
591                 return (true);                  /* 'gpa' is pci passthru mmio */
592
593         return (false);
594 }
595
596 int
597 vm_alloc_memseg(struct vm *vm, int ident, size_t len, bool sysmem)
598 {
599         struct mem_seg *seg;
600         vm_object_t obj;
601
602         if (ident < 0 || ident >= VM_MAX_MEMSEGS)
603                 return (EINVAL);
604
605         if (len == 0 || (len & PAGE_MASK))
606                 return (EINVAL);
607
608         seg = &vm->mem_segs[ident];
609         if (seg->object != NULL) {
610                 if (seg->len == len && seg->sysmem == sysmem)
611                         return (EEXIST);
612                 else
613                         return (EINVAL);
614         }
615
616         obj = vm_object_allocate(OBJT_DEFAULT, len >> PAGE_SHIFT);
617         if (obj == NULL)
618                 return (ENOMEM);
619
620         seg->len = len;
621         seg->object = obj;
622         seg->sysmem = sysmem;
623         return (0);
624 }
625
626 int
627 vm_get_memseg(struct vm *vm, int ident, size_t *len, bool *sysmem,
628     vm_object_t *objptr)
629 {
630         struct mem_seg *seg;
631
632         if (ident < 0 || ident >= VM_MAX_MEMSEGS)
633                 return (EINVAL);
634
635         seg = &vm->mem_segs[ident];
636         if (len)
637                 *len = seg->len;
638         if (sysmem)
639                 *sysmem = seg->sysmem;
640         if (objptr)
641                 *objptr = seg->object;
642         return (0);
643 }
644
645 void
646 vm_free_memseg(struct vm *vm, int ident)
647 {
648         struct mem_seg *seg;
649
650         KASSERT(ident >= 0 && ident < VM_MAX_MEMSEGS,
651             ("%s: invalid memseg ident %d", __func__, ident));
652
653         seg = &vm->mem_segs[ident];
654         if (seg->object != NULL) {
655                 vm_object_deallocate(seg->object);
656                 bzero(seg, sizeof(struct mem_seg));
657         }
658 }
659
660 int
661 vm_mmap_memseg(struct vm *vm, vm_paddr_t gpa, int segid, vm_ooffset_t first,
662     size_t len, int prot, int flags)
663 {
664         struct mem_seg *seg;
665         struct mem_map *m, *map;
666         vm_ooffset_t last;
667         int i, error;
668
669         if (prot == 0 || (prot & ~(VM_PROT_ALL)) != 0)
670                 return (EINVAL);
671
672         if (flags & ~VM_MEMMAP_F_WIRED)
673                 return (EINVAL);
674
675         if (segid < 0 || segid >= VM_MAX_MEMSEGS)
676                 return (EINVAL);
677
678         seg = &vm->mem_segs[segid];
679         if (seg->object == NULL)
680                 return (EINVAL);
681
682         last = first + len;
683         if (first < 0 || first >= last || last > seg->len)
684                 return (EINVAL);
685
686         if ((gpa | first | last) & PAGE_MASK)
687                 return (EINVAL);
688
689         map = NULL;
690         for (i = 0; i < VM_MAX_MEMMAPS; i++) {
691                 m = &vm->mem_maps[i];
692                 if (m->len == 0) {
693                         map = m;
694                         break;
695                 }
696         }
697
698         if (map == NULL)
699                 return (ENOSPC);
700
701         error = vm_map_find(&vm->vmspace->vm_map, seg->object, first, &gpa,
702             len, 0, VMFS_NO_SPACE, prot, prot, 0);
703         if (error != KERN_SUCCESS)
704                 return (EFAULT);
705
706         vm_object_reference(seg->object);
707
708         if (flags & VM_MEMMAP_F_WIRED) {
709                 error = vm_map_wire(&vm->vmspace->vm_map, gpa, gpa + len,
710                     VM_MAP_WIRE_USER | VM_MAP_WIRE_NOHOLES);
711                 if (error != KERN_SUCCESS) {
712                         vm_map_remove(&vm->vmspace->vm_map, gpa, gpa + len);
713                         return (EFAULT);
714                 }
715         }
716
717         map->gpa = gpa;
718         map->len = len;
719         map->segoff = first;
720         map->segid = segid;
721         map->prot = prot;
722         map->flags = flags;
723         return (0);
724 }
725
726 int
727 vm_mmap_getnext(struct vm *vm, vm_paddr_t *gpa, int *segid,
728     vm_ooffset_t *segoff, size_t *len, int *prot, int *flags)
729 {
730         struct mem_map *mm, *mmnext;
731         int i;
732
733         mmnext = NULL;
734         for (i = 0; i < VM_MAX_MEMMAPS; i++) {
735                 mm = &vm->mem_maps[i];
736                 if (mm->len == 0 || mm->gpa < *gpa)
737                         continue;
738                 if (mmnext == NULL || mm->gpa < mmnext->gpa)
739                         mmnext = mm;
740         }
741
742         if (mmnext != NULL) {
743                 *gpa = mmnext->gpa;
744                 if (segid)
745                         *segid = mmnext->segid;
746                 if (segoff)
747                         *segoff = mmnext->segoff;
748                 if (len)
749                         *len = mmnext->len;
750                 if (prot)
751                         *prot = mmnext->prot;
752                 if (flags)
753                         *flags = mmnext->flags;
754                 return (0);
755         } else {
756                 return (ENOENT);
757         }
758 }
759
760 static void
761 vm_free_memmap(struct vm *vm, int ident)
762 {
763         struct mem_map *mm;
764         int error;
765
766         mm = &vm->mem_maps[ident];
767         if (mm->len) {
768                 error = vm_map_remove(&vm->vmspace->vm_map, mm->gpa,
769                     mm->gpa + mm->len);
770                 KASSERT(error == KERN_SUCCESS, ("%s: vm_map_remove error %d",
771                     __func__, error));
772                 bzero(mm, sizeof(struct mem_map));
773         }
774 }
775
776 static __inline bool
777 sysmem_mapping(struct vm *vm, struct mem_map *mm)
778 {
779
780         if (mm->len != 0 && vm->mem_segs[mm->segid].sysmem)
781                 return (true);
782         else
783                 return (false);
784 }
785
786 static vm_paddr_t
787 sysmem_maxaddr(struct vm *vm)
788 {
789         struct mem_map *mm;
790         vm_paddr_t maxaddr;
791         int i;
792
793         maxaddr = 0;
794         for (i = 0; i < VM_MAX_MEMMAPS; i++) {
795                 mm = &vm->mem_maps[i];
796                 if (sysmem_mapping(vm, mm)) {
797                         if (maxaddr < mm->gpa + mm->len)
798                                 maxaddr = mm->gpa + mm->len;
799                 }
800         }
801         return (maxaddr);
802 }
803
804 static void
805 vm_iommu_modify(struct vm *vm, boolean_t map)
806 {
807         int i, sz;
808         vm_paddr_t gpa, hpa;
809         struct mem_map *mm;
810         void *vp, *cookie, *host_domain;
811
812         sz = PAGE_SIZE;
813         host_domain = iommu_host_domain();
814
815         for (i = 0; i < VM_MAX_MEMMAPS; i++) {
816                 mm = &vm->mem_maps[i];
817                 if (!sysmem_mapping(vm, mm))
818                         continue;
819
820                 if (map) {
821                         KASSERT((mm->flags & VM_MEMMAP_F_IOMMU) == 0,
822                             ("iommu map found invalid memmap %#lx/%#lx/%#x",
823                             mm->gpa, mm->len, mm->flags));
824                         if ((mm->flags & VM_MEMMAP_F_WIRED) == 0)
825                                 continue;
826                         mm->flags |= VM_MEMMAP_F_IOMMU;
827                 } else {
828                         if ((mm->flags & VM_MEMMAP_F_IOMMU) == 0)
829                                 continue;
830                         mm->flags &= ~VM_MEMMAP_F_IOMMU;
831                         KASSERT((mm->flags & VM_MEMMAP_F_WIRED) != 0,
832                             ("iommu unmap found invalid memmap %#lx/%#lx/%#x",
833                             mm->gpa, mm->len, mm->flags));
834                 }
835
836                 gpa = mm->gpa;
837                 while (gpa < mm->gpa + mm->len) {
838                         vp = vm_gpa_hold(vm, -1, gpa, PAGE_SIZE, VM_PROT_WRITE,
839                                          &cookie);
840                         KASSERT(vp != NULL, ("vm(%s) could not map gpa %#lx",
841                             vm_name(vm), gpa));
842
843                         vm_gpa_release(cookie);
844
845                         hpa = DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)vp);
846                         if (map) {
847                                 iommu_create_mapping(vm->iommu, gpa, hpa, sz);
848                                 iommu_remove_mapping(host_domain, hpa, sz);
849                         } else {
850                                 iommu_remove_mapping(vm->iommu, gpa, sz);
851                                 iommu_create_mapping(host_domain, hpa, hpa, sz);
852                         }
853
854                         gpa += PAGE_SIZE;
855                 }
856         }
857
858         /*
859          * Invalidate the cached translations associated with the domain
860          * from which pages were removed.
861          */
862         if (map)
863                 iommu_invalidate_tlb(host_domain);
864         else
865                 iommu_invalidate_tlb(vm->iommu);
866 }
867
868 #define vm_iommu_unmap(vm)      vm_iommu_modify((vm), FALSE)
869 #define vm_iommu_map(vm)        vm_iommu_modify((vm), TRUE)
870
871 int
872 vm_unassign_pptdev(struct vm *vm, int bus, int slot, int func)
873 {
874         int error;
875
876         error = ppt_unassign_device(vm, bus, slot, func);
877         if (error)
878                 return (error);
879
880         if (ppt_assigned_devices(vm) == 0)
881                 vm_iommu_unmap(vm);
882
883         return (0);
884 }
885
886 int
887 vm_assign_pptdev(struct vm *vm, int bus, int slot, int func)
888 {
889         int error;
890         vm_paddr_t maxaddr;
891
892         /* Set up the IOMMU to do the 'gpa' to 'hpa' translation */
893         if (ppt_assigned_devices(vm) == 0) {
894                 KASSERT(vm->iommu == NULL,
895                     ("vm_assign_pptdev: iommu must be NULL"));
896                 maxaddr = sysmem_maxaddr(vm);
897                 vm->iommu = iommu_create_domain(maxaddr);
898                 vm_iommu_map(vm);
899         }
900
901         error = ppt_assign_device(vm, bus, slot, func);
902         return (error);
903 }
904
905 void *
906 vm_gpa_hold(struct vm *vm, int vcpuid, vm_paddr_t gpa, size_t len, int reqprot,
907             void **cookie)
908 {
909         int i, count, pageoff;
910         struct mem_map *mm;
911         vm_page_t m;
912 #ifdef INVARIANTS
913         /*
914          * All vcpus are frozen by ioctls that modify the memory map
915          * (e.g. VM_MMAP_MEMSEG). Therefore 'vm->memmap[]' stability is
916          * guaranteed if at least one vcpu is in the VCPU_FROZEN state.
917          */
918         int state;
919         KASSERT(vcpuid >= -1 || vcpuid < VM_MAXCPU, ("%s: invalid vcpuid %d",
920             __func__, vcpuid));
921         for (i = 0; i < VM_MAXCPU; i++) {
922                 if (vcpuid != -1 && vcpuid != i)
923                         continue;
924                 state = vcpu_get_state(vm, i, NULL);
925                 KASSERT(state == VCPU_FROZEN, ("%s: invalid vcpu state %d",
926                     __func__, state));
927         }
928 #endif
929         pageoff = gpa & PAGE_MASK;
930         if (len > PAGE_SIZE - pageoff)
931                 panic("vm_gpa_hold: invalid gpa/len: 0x%016lx/%lu", gpa, len);
932
933         count = 0;
934         for (i = 0; i < VM_MAX_MEMMAPS; i++) {
935                 mm = &vm->mem_maps[i];
936                 if (sysmem_mapping(vm, mm) && gpa >= mm->gpa &&
937                     gpa < mm->gpa + mm->len) {
938                         count = vm_fault_quick_hold_pages(&vm->vmspace->vm_map,
939                             trunc_page(gpa), PAGE_SIZE, reqprot, &m, 1);
940                         break;
941                 }
942         }
943
944         if (count == 1) {
945                 *cookie = m;
946                 return ((void *)(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) + pageoff));
947         } else {
948                 *cookie = NULL;
949                 return (NULL);
950         }
951 }
952
953 void
954 vm_gpa_release(void *cookie)
955 {
956         vm_page_t m = cookie;
957
958         vm_page_lock(m);
959         vm_page_unhold(m);
960         vm_page_unlock(m);
961 }
962
963 int
964 vm_get_register(struct vm *vm, int vcpu, int reg, uint64_t *retval)
965 {
966
967         if (vcpu < 0 || vcpu >= VM_MAXCPU)
968                 return (EINVAL);
969
970         if (reg >= VM_REG_LAST)
971                 return (EINVAL);
972
973         return (VMGETREG(vm->cookie, vcpu, reg, retval));
974 }
975
976 int
977 vm_set_register(struct vm *vm, int vcpuid, int reg, uint64_t val)
978 {
979         struct vcpu *vcpu;
980         int error;
981
982         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
983                 return (EINVAL);
984
985         if (reg >= VM_REG_LAST)
986                 return (EINVAL);
987
988         error = VMSETREG(vm->cookie, vcpuid, reg, val);
989         if (error || reg != VM_REG_GUEST_RIP)
990                 return (error);
991
992         /* Set 'nextrip' to match the value of %rip */
993         VCPU_CTR1(vm, vcpuid, "Setting nextrip to %#lx", val);
994         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
995         vcpu->nextrip = val;
996         return (0);
997 }
998
999 static boolean_t
1000 is_descriptor_table(int reg)
1001 {
1002
1003         switch (reg) {
1004         case VM_REG_GUEST_IDTR:
1005         case VM_REG_GUEST_GDTR:
1006                 return (TRUE);
1007         default:
1008                 return (FALSE);
1009         }
1010 }
1011
1012 static boolean_t
1013 is_segment_register(int reg)
1014 {
1015         
1016         switch (reg) {
1017         case VM_REG_GUEST_ES:
1018         case VM_REG_GUEST_CS:
1019         case VM_REG_GUEST_SS:
1020         case VM_REG_GUEST_DS:
1021         case VM_REG_GUEST_FS:
1022         case VM_REG_GUEST_GS:
1023         case VM_REG_GUEST_TR:
1024         case VM_REG_GUEST_LDTR:
1025                 return (TRUE);
1026         default:
1027                 return (FALSE);
1028         }
1029 }
1030
1031 int
1032 vm_get_seg_desc(struct vm *vm, int vcpu, int reg,
1033                 struct seg_desc *desc)
1034 {
1035
1036         if (vcpu < 0 || vcpu >= VM_MAXCPU)
1037                 return (EINVAL);
1038
1039         if (!is_segment_register(reg) && !is_descriptor_table(reg))
1040                 return (EINVAL);
1041
1042         return (VMGETDESC(vm->cookie, vcpu, reg, desc));
1043 }
1044
1045 int
1046 vm_set_seg_desc(struct vm *vm, int vcpu, int reg,
1047                 struct seg_desc *desc)
1048 {
1049         if (vcpu < 0 || vcpu >= VM_MAXCPU)
1050                 return (EINVAL);
1051
1052         if (!is_segment_register(reg) && !is_descriptor_table(reg))
1053                 return (EINVAL);
1054
1055         return (VMSETDESC(vm->cookie, vcpu, reg, desc));
1056 }
1057
1058 static void
1059 restore_guest_fpustate(struct vcpu *vcpu)
1060 {
1061
1062         /* flush host state to the pcb */
1063         fpuexit(curthread);
1064
1065         /* restore guest FPU state */
1066         fpu_stop_emulating();
1067         fpurestore(vcpu->guestfpu);
1068
1069         /* restore guest XCR0 if XSAVE is enabled in the host */
1070         if (rcr4() & CR4_XSAVE)
1071                 load_xcr(0, vcpu->guest_xcr0);
1072
1073         /*
1074          * The FPU is now "dirty" with the guest's state so turn on emulation
1075          * to trap any access to the FPU by the host.
1076          */
1077         fpu_start_emulating();
1078 }
1079
1080 static void
1081 save_guest_fpustate(struct vcpu *vcpu)
1082 {
1083
1084         if ((rcr0() & CR0_TS) == 0)
1085                 panic("fpu emulation not enabled in host!");
1086
1087         /* save guest XCR0 and restore host XCR0 */
1088         if (rcr4() & CR4_XSAVE) {
1089                 vcpu->guest_xcr0 = rxcr(0);
1090                 load_xcr(0, vmm_get_host_xcr0());
1091         }
1092
1093         /* save guest FPU state */
1094         fpu_stop_emulating();
1095         fpusave(vcpu->guestfpu);
1096         fpu_start_emulating();
1097 }
1098
1099 static VMM_STAT(VCPU_IDLE_TICKS, "number of ticks vcpu was idle");
1100
1101 static int
1102 vcpu_set_state_locked(struct vm *vm, int vcpuid, enum vcpu_state newstate,
1103     bool from_idle)
1104 {
1105         struct vcpu *vcpu;
1106         int error;
1107
1108         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
1109         vcpu_assert_locked(vcpu);
1110
1111         /*
1112          * State transitions from the vmmdev_ioctl() must always begin from
1113          * the VCPU_IDLE state. This guarantees that there is only a single
1114          * ioctl() operating on a vcpu at any point.
1115          */
1116         if (from_idle) {
1117                 while (vcpu->state != VCPU_IDLE) {
1118                         vcpu->reqidle = 1;
1119                         vcpu_notify_event_locked(vcpu, false);
1120                         VCPU_CTR1(vm, vcpuid, "vcpu state change from %s to "
1121                             "idle requested", vcpu_state2str(vcpu->state));
1122                         msleep_spin(&vcpu->state, &vcpu->mtx, "vmstat", hz);
1123                 }
1124         } else {
1125                 KASSERT(vcpu->state != VCPU_IDLE, ("invalid transition from "
1126                     "vcpu idle state"));
1127         }
1128
1129         if (vcpu->state == VCPU_RUNNING) {
1130                 KASSERT(vcpu->hostcpu == curcpu, ("curcpu %d and hostcpu %d "
1131                     "mismatch for running vcpu", curcpu, vcpu->hostcpu));
1132         } else {
1133                 KASSERT(vcpu->hostcpu == NOCPU, ("Invalid hostcpu %d for a "
1134                     "vcpu that is not running", vcpu->hostcpu));
1135         }
1136
1137         /*
1138          * The following state transitions are allowed:
1139          * IDLE -> FROZEN -> IDLE
1140          * FROZEN -> RUNNING -> FROZEN
1141          * FROZEN -> SLEEPING -> FROZEN
1142          */
1143         switch (vcpu->state) {
1144         case VCPU_IDLE:
1145         case VCPU_RUNNING:
1146         case VCPU_SLEEPING:
1147                 error = (newstate != VCPU_FROZEN);
1148                 break;
1149         case VCPU_FROZEN:
1150                 error = (newstate == VCPU_FROZEN);
1151                 break;
1152         default:
1153                 error = 1;
1154                 break;
1155         }
1156
1157         if (error)
1158                 return (EBUSY);
1159
1160         VCPU_CTR2(vm, vcpuid, "vcpu state changed from %s to %s",
1161             vcpu_state2str(vcpu->state), vcpu_state2str(newstate));
1162
1163         vcpu->state = newstate;
1164         if (newstate == VCPU_RUNNING)
1165                 vcpu->hostcpu = curcpu;
1166         else
1167                 vcpu->hostcpu = NOCPU;
1168
1169         if (newstate == VCPU_IDLE)
1170                 wakeup(&vcpu->state);
1171
1172         return (0);
1173 }
1174
1175 static void
1176 vcpu_require_state(struct vm *vm, int vcpuid, enum vcpu_state newstate)
1177 {
1178         int error;
1179
1180         if ((error = vcpu_set_state(vm, vcpuid, newstate, false)) != 0)
1181                 panic("Error %d setting state to %d\n", error, newstate);
1182 }
1183
1184 static void
1185 vcpu_require_state_locked(struct vm *vm, int vcpuid, enum vcpu_state newstate)
1186 {
1187         int error;
1188
1189         if ((error = vcpu_set_state_locked(vm, vcpuid, newstate, false)) != 0)
1190                 panic("Error %d setting state to %d", error, newstate);
1191 }
1192
1193 static void
1194 vm_set_rendezvous_func(struct vm *vm, vm_rendezvous_func_t func)
1195 {
1196
1197         KASSERT(mtx_owned(&vm->rendezvous_mtx), ("rendezvous_mtx not locked"));
1198
1199         /*
1200          * Update 'rendezvous_func' and execute a write memory barrier to
1201          * ensure that it is visible across all host cpus. This is not needed
1202          * for correctness but it does ensure that all the vcpus will notice
1203          * that the rendezvous is requested immediately.
1204          */
1205         vm->rendezvous_func = func;
1206         wmb();
1207 }
1208
1209 #define RENDEZVOUS_CTR0(vm, vcpuid, fmt)                                \
1210         do {                                                            \
1211                 if (vcpuid >= 0)                                        \
1212                         VCPU_CTR0(vm, vcpuid, fmt);                     \
1213                 else                                                    \
1214                         VM_CTR0(vm, fmt);                               \
1215         } while (0)
1216
1217 static void
1218 vm_handle_rendezvous(struct vm *vm, int vcpuid)
1219 {
1220
1221         KASSERT(vcpuid == -1 || (vcpuid >= 0 && vcpuid < VM_MAXCPU),
1222             ("vm_handle_rendezvous: invalid vcpuid %d", vcpuid));
1223
1224         mtx_lock(&vm->rendezvous_mtx);
1225         while (vm->rendezvous_func != NULL) {
1226                 /* 'rendezvous_req_cpus' must be a subset of 'active_cpus' */
1227                 CPU_AND(&vm->rendezvous_req_cpus, &vm->active_cpus);
1228
1229                 if (vcpuid != -1 &&
1230                     CPU_ISSET(vcpuid, &vm->rendezvous_req_cpus) &&
1231                     !CPU_ISSET(vcpuid, &vm->rendezvous_done_cpus)) {
1232                         VCPU_CTR0(vm, vcpuid, "Calling rendezvous func");
1233                         (*vm->rendezvous_func)(vm, vcpuid, vm->rendezvous_arg);
1234                         CPU_SET(vcpuid, &vm->rendezvous_done_cpus);
1235                 }
1236                 if (CPU_CMP(&vm->rendezvous_req_cpus,
1237                     &vm->rendezvous_done_cpus) == 0) {
1238                         VCPU_CTR0(vm, vcpuid, "Rendezvous completed");
1239                         vm_set_rendezvous_func(vm, NULL);
1240                         wakeup(&vm->rendezvous_func);
1241                         break;
1242                 }
1243                 RENDEZVOUS_CTR0(vm, vcpuid, "Wait for rendezvous completion");
1244                 mtx_sleep(&vm->rendezvous_func, &vm->rendezvous_mtx, 0,
1245                     "vmrndv", 0);
1246         }
1247         mtx_unlock(&vm->rendezvous_mtx);
1248 }
1249
1250 /*
1251  * Emulate a guest 'hlt' by sleeping until the vcpu is ready to run.
1252  */
1253 static int
1254 vm_handle_hlt(struct vm *vm, int vcpuid, bool intr_disabled, bool *retu)
1255 {
1256         struct vcpu *vcpu;
1257         const char *wmesg;
1258         int t, vcpu_halted, vm_halted;
1259
1260         KASSERT(!CPU_ISSET(vcpuid, &vm->halted_cpus), ("vcpu already halted"));
1261
1262         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
1263         vcpu_halted = 0;
1264         vm_halted = 0;
1265
1266         vcpu_lock(vcpu);
1267         while (1) {
1268                 /*
1269                  * Do a final check for pending NMI or interrupts before
1270                  * really putting this thread to sleep. Also check for
1271                  * software events that would cause this vcpu to wakeup.
1272                  *
1273                  * These interrupts/events could have happened after the
1274                  * vcpu returned from VMRUN() and before it acquired the
1275                  * vcpu lock above.
1276                  */
1277                 if (vm->rendezvous_func != NULL || vm->suspend || vcpu->reqidle)
1278                         break;
1279                 if (vm_nmi_pending(vm, vcpuid))
1280                         break;
1281                 if (!intr_disabled) {
1282                         if (vm_extint_pending(vm, vcpuid) ||
1283                             vlapic_pending_intr(vcpu->vlapic, NULL)) {
1284                                 break;
1285                         }
1286                 }
1287
1288                 /* Don't go to sleep if the vcpu thread needs to yield */
1289                 if (vcpu_should_yield(vm, vcpuid))
1290                         break;
1291
1292                 /*
1293                  * Some Linux guests implement "halt" by having all vcpus
1294                  * execute HLT with interrupts disabled. 'halted_cpus' keeps
1295                  * track of the vcpus that have entered this state. When all
1296                  * vcpus enter the halted state the virtual machine is halted.
1297                  */
1298                 if (intr_disabled) {
1299                         wmesg = "vmhalt";
1300                         VCPU_CTR0(vm, vcpuid, "Halted");
1301                         if (!vcpu_halted && halt_detection_enabled) {
1302                                 vcpu_halted = 1;
1303                                 CPU_SET_ATOMIC(vcpuid, &vm->halted_cpus);
1304                         }
1305                         if (CPU_CMP(&vm->halted_cpus, &vm->active_cpus) == 0) {
1306                                 vm_halted = 1;
1307                                 break;
1308                         }
1309                 } else {
1310                         wmesg = "vmidle";
1311                 }
1312
1313                 t = ticks;
1314                 vcpu_require_state_locked(vm, vcpuid, VCPU_SLEEPING);
1315                 /*
1316                  * XXX msleep_spin() cannot be interrupted by signals so
1317                  * wake up periodically to check pending signals.
1318                  */
1319                 msleep_spin(vcpu, &vcpu->mtx, wmesg, hz);
1320                 vcpu_require_state_locked(vm, vcpuid, VCPU_FROZEN);
1321                 vmm_stat_incr(vm, vcpuid, VCPU_IDLE_TICKS, ticks - t);
1322         }
1323
1324         if (vcpu_halted)
1325                 CPU_CLR_ATOMIC(vcpuid, &vm->halted_cpus);
1326
1327         vcpu_unlock(vcpu);
1328
1329         if (vm_halted)
1330                 vm_suspend(vm, VM_SUSPEND_HALT);
1331
1332         return (0);
1333 }
1334
1335 static int
1336 vm_handle_paging(struct vm *vm, int vcpuid, bool *retu)
1337 {
1338         int rv, ftype;
1339         struct vm_map *map;
1340         struct vcpu *vcpu;
1341         struct vm_exit *vme;
1342
1343         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
1344         vme = &vcpu->exitinfo;
1345
1346         KASSERT(vme->inst_length == 0, ("%s: invalid inst_length %d",
1347             __func__, vme->inst_length));
1348
1349         ftype = vme->u.paging.fault_type;
1350         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ ||
1351             ftype == VM_PROT_WRITE || ftype == VM_PROT_EXECUTE,
1352             ("vm_handle_paging: invalid fault_type %d", ftype));
1353
1354         if (ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE) {
1355                 rv = pmap_emulate_accessed_dirty(vmspace_pmap(vm->vmspace),
1356                     vme->u.paging.gpa, ftype);
1357                 if (rv == 0) {
1358                         VCPU_CTR2(vm, vcpuid, "%s bit emulation for gpa %#lx",
1359                             ftype == VM_PROT_READ ? "accessed" : "dirty",
1360                             vme->u.paging.gpa);
1361                         goto done;
1362                 }
1363         }
1364
1365         map = &vm->vmspace->vm_map;
1366         rv = vm_fault(map, vme->u.paging.gpa, ftype, VM_FAULT_NORMAL);
1367
1368         VCPU_CTR3(vm, vcpuid, "vm_handle_paging rv = %d, gpa = %#lx, "
1369             "ftype = %d", rv, vme->u.paging.gpa, ftype);
1370
1371         if (rv != KERN_SUCCESS)
1372                 return (EFAULT);
1373 done:
1374         return (0);
1375 }
1376
1377 static int
1378 vm_handle_inst_emul(struct vm *vm, int vcpuid, bool *retu)
1379 {
1380         struct vie *vie;
1381         struct vcpu *vcpu;
1382         struct vm_exit *vme;
1383         uint64_t gla, gpa, cs_base;
1384         struct vm_guest_paging *paging;
1385         mem_region_read_t mread;
1386         mem_region_write_t mwrite;
1387         enum vm_cpu_mode cpu_mode;
1388         int cs_d, error, fault;
1389
1390         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
1391         vme = &vcpu->exitinfo;
1392
1393         KASSERT(vme->inst_length == 0, ("%s: invalid inst_length %d",
1394             __func__, vme->inst_length));
1395
1396         gla = vme->u.inst_emul.gla;
1397         gpa = vme->u.inst_emul.gpa;
1398         cs_base = vme->u.inst_emul.cs_base;
1399         cs_d = vme->u.inst_emul.cs_d;
1400         vie = &vme->u.inst_emul.vie;
1401         paging = &vme->u.inst_emul.paging;
1402         cpu_mode = paging->cpu_mode;
1403
1404         VCPU_CTR1(vm, vcpuid, "inst_emul fault accessing gpa %#lx", gpa);
1405
1406         /* Fetch, decode and emulate the faulting instruction */
1407         if (vie->num_valid == 0) {
1408                 error = vmm_fetch_instruction(vm, vcpuid, paging, vme->rip +
1409                     cs_base, VIE_INST_SIZE, vie, &fault);
1410         } else {
1411                 /*
1412                  * The instruction bytes have already been copied into 'vie'
1413                  */
1414                 error = fault = 0;
1415         }
1416         if (error || fault)
1417                 return (error);
1418
1419         if (vmm_decode_instruction(vm, vcpuid, gla, cpu_mode, cs_d, vie) != 0) {
1420                 VCPU_CTR1(vm, vcpuid, "Error decoding instruction at %#lx",
1421                     vme->rip + cs_base);
1422                 *retu = true;       /* dump instruction bytes in userspace */
1423                 return (0);
1424         }
1425
1426         /*
1427          * Update 'nextrip' based on the length of the emulated instruction.
1428          */
1429         vme->inst_length = vie->num_processed;
1430         vcpu->nextrip += vie->num_processed;
1431         VCPU_CTR1(vm, vcpuid, "nextrip updated to %#lx after instruction "
1432             "decoding", vcpu->nextrip);
1433  
1434         /* return to userland unless this is an in-kernel emulated device */
1435         if (gpa >= DEFAULT_APIC_BASE && gpa < DEFAULT_APIC_BASE + PAGE_SIZE) {
1436                 mread = lapic_mmio_read;
1437                 mwrite = lapic_mmio_write;
1438         } else if (gpa >= VIOAPIC_BASE && gpa < VIOAPIC_BASE + VIOAPIC_SIZE) {
1439                 mread = vioapic_mmio_read;
1440                 mwrite = vioapic_mmio_write;
1441         } else if (gpa >= VHPET_BASE && gpa < VHPET_BASE + VHPET_SIZE) {
1442                 mread = vhpet_mmio_read;
1443                 mwrite = vhpet_mmio_write;
1444         } else {
1445                 *retu = true;
1446                 return (0);
1447         }
1448
1449         error = vmm_emulate_instruction(vm, vcpuid, gpa, vie, paging,
1450             mread, mwrite, retu);
1451
1452         return (error);
1453 }
1454
1455 static int
1456 vm_handle_suspend(struct vm *vm, int vcpuid, bool *retu)
1457 {
1458         int i, done;
1459         struct vcpu *vcpu;
1460
1461         done = 0;
1462         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
1463
1464         CPU_SET_ATOMIC(vcpuid, &vm->suspended_cpus);
1465
1466         /*
1467          * Wait until all 'active_cpus' have suspended themselves.
1468          *
1469          * Since a VM may be suspended at any time including when one or
1470          * more vcpus are doing a rendezvous we need to call the rendezvous
1471          * handler while we are waiting to prevent a deadlock.
1472          */
1473         vcpu_lock(vcpu);
1474         while (1) {
1475                 if (CPU_CMP(&vm->suspended_cpus, &vm->active_cpus) == 0) {
1476                         VCPU_CTR0(vm, vcpuid, "All vcpus suspended");
1477                         break;
1478                 }
1479
1480                 if (vm->rendezvous_func == NULL) {
1481                         VCPU_CTR0(vm, vcpuid, "Sleeping during suspend");
1482                         vcpu_require_state_locked(vm, vcpuid, VCPU_SLEEPING);
1483                         msleep_spin(vcpu, &vcpu->mtx, "vmsusp", hz);
1484                         vcpu_require_state_locked(vm, vcpuid, VCPU_FROZEN);
1485                 } else {
1486                         VCPU_CTR0(vm, vcpuid, "Rendezvous during suspend");
1487                         vcpu_unlock(vcpu);
1488                         vm_handle_rendezvous(vm, vcpuid);
1489                         vcpu_lock(vcpu);
1490                 }
1491         }
1492         vcpu_unlock(vcpu);
1493
1494         /*
1495          * Wakeup the other sleeping vcpus and return to userspace.
1496          */
1497         for (i = 0; i < VM_MAXCPU; i++) {
1498                 if (CPU_ISSET(i, &vm->suspended_cpus)) {
1499                         vcpu_notify_event(vm, i, false);
1500                 }
1501         }
1502
1503         *retu = true;
1504         return (0);
1505 }
1506
1507 static int
1508 vm_handle_reqidle(struct vm *vm, int vcpuid, bool *retu)
1509 {
1510         struct vcpu *vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
1511
1512         vcpu_lock(vcpu);
1513         KASSERT(vcpu->reqidle, ("invalid vcpu reqidle %d", vcpu->reqidle));
1514         vcpu->reqidle = 0;
1515         vcpu_unlock(vcpu);
1516         *retu = true;
1517         return (0);
1518 }
1519
1520 int
1521 vm_suspend(struct vm *vm, enum vm_suspend_how how)
1522 {
1523         int i;
1524
1525         if (how <= VM_SUSPEND_NONE || how >= VM_SUSPEND_LAST)
1526                 return (EINVAL);
1527
1528         if (atomic_cmpset_int(&vm->suspend, 0, how) == 0) {
1529                 VM_CTR2(vm, "virtual machine already suspended %d/%d",
1530                     vm->suspend, how);
1531                 return (EALREADY);
1532         }
1533
1534         VM_CTR1(vm, "virtual machine successfully suspended %d", how);
1535
1536         /*
1537          * Notify all active vcpus that they are now suspended.
1538          */
1539         for (i = 0; i < VM_MAXCPU; i++) {
1540                 if (CPU_ISSET(i, &vm->active_cpus))
1541                         vcpu_notify_event(vm, i, false);
1542         }
1543
1544         return (0);
1545 }
1546
1547 void
1548 vm_exit_suspended(struct vm *vm, int vcpuid, uint64_t rip)
1549 {
1550         struct vm_exit *vmexit;
1551
1552         KASSERT(vm->suspend > VM_SUSPEND_NONE && vm->suspend < VM_SUSPEND_LAST,
1553             ("vm_exit_suspended: invalid suspend type %d", vm->suspend));
1554
1555         vmexit = vm_exitinfo(vm, vcpuid);
1556         vmexit->rip = rip;
1557         vmexit->inst_length = 0;
1558         vmexit->exitcode = VM_EXITCODE_SUSPENDED;
1559         vmexit->u.suspended.how = vm->suspend;
1560 }
1561
1562 void
1563 vm_exit_rendezvous(struct vm *vm, int vcpuid, uint64_t rip)
1564 {
1565         struct vm_exit *vmexit;
1566
1567         KASSERT(vm->rendezvous_func != NULL, ("rendezvous not in progress"));
1568
1569         vmexit = vm_exitinfo(vm, vcpuid);
1570         vmexit->rip = rip;
1571         vmexit->inst_length = 0;
1572         vmexit->exitcode = VM_EXITCODE_RENDEZVOUS;
1573         vmm_stat_incr(vm, vcpuid, VMEXIT_RENDEZVOUS, 1);
1574 }
1575
1576 void
1577 vm_exit_reqidle(struct vm *vm, int vcpuid, uint64_t rip)
1578 {
1579         struct vm_exit *vmexit;
1580
1581         vmexit = vm_exitinfo(vm, vcpuid);
1582         vmexit->rip = rip;
1583         vmexit->inst_length = 0;
1584         vmexit->exitcode = VM_EXITCODE_REQIDLE;
1585         vmm_stat_incr(vm, vcpuid, VMEXIT_REQIDLE, 1);
1586 }
1587
1588 void
1589 vm_exit_astpending(struct vm *vm, int vcpuid, uint64_t rip)
1590 {
1591         struct vm_exit *vmexit;
1592
1593         vmexit = vm_exitinfo(vm, vcpuid);
1594         vmexit->rip = rip;
1595         vmexit->inst_length = 0;
1596         vmexit->exitcode = VM_EXITCODE_BOGUS;
1597         vmm_stat_incr(vm, vcpuid, VMEXIT_ASTPENDING, 1);
1598 }
1599
1600 int
1601 vm_run(struct vm *vm, struct vm_run *vmrun)
1602 {
1603         struct vm_eventinfo evinfo;
1604         int error, vcpuid;
1605         struct vcpu *vcpu;
1606         struct pcb *pcb;
1607         uint64_t tscval;
1608         struct vm_exit *vme;
1609         bool retu, intr_disabled;
1610         pmap_t pmap;
1611
1612         vcpuid = vmrun->cpuid;
1613
1614         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
1615                 return (EINVAL);
1616
1617         if (!CPU_ISSET(vcpuid, &vm->active_cpus))
1618                 return (EINVAL);
1619
1620         if (CPU_ISSET(vcpuid, &vm->suspended_cpus))
1621                 return (EINVAL);
1622
1623         pmap = vmspace_pmap(vm->vmspace);
1624         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
1625         vme = &vcpu->exitinfo;
1626         evinfo.rptr = &vm->rendezvous_func;
1627         evinfo.sptr = &vm->suspend;
1628         evinfo.iptr = &vcpu->reqidle;
1629 restart:
1630         critical_enter();
1631
1632         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
1633             ("vm_run: absurd pm_active"));
1634
1635         tscval = rdtsc();
1636
1637         pcb = PCPU_GET(curpcb);
1638         set_pcb_flags(pcb, PCB_FULL_IRET);
1639
1640         restore_guest_fpustate(vcpu);
1641
1642         vcpu_require_state(vm, vcpuid, VCPU_RUNNING);
1643         error = VMRUN(vm->cookie, vcpuid, vcpu->nextrip, pmap, &evinfo);
1644         vcpu_require_state(vm, vcpuid, VCPU_FROZEN);
1645
1646         save_guest_fpustate(vcpu);
1647
1648         vmm_stat_incr(vm, vcpuid, VCPU_TOTAL_RUNTIME, rdtsc() - tscval);
1649
1650         critical_exit();
1651
1652         if (error == 0) {
1653                 retu = false;
1654                 vcpu->nextrip = vme->rip + vme->inst_length;
1655                 switch (vme->exitcode) {
1656                 case VM_EXITCODE_REQIDLE:
1657                         error = vm_handle_reqidle(vm, vcpuid, &retu);
1658                         break;
1659                 case VM_EXITCODE_SUSPENDED:
1660                         error = vm_handle_suspend(vm, vcpuid, &retu);
1661                         break;
1662                 case VM_EXITCODE_IOAPIC_EOI:
1663                         vioapic_process_eoi(vm, vcpuid,
1664                             vme->u.ioapic_eoi.vector);
1665                         break;
1666                 case VM_EXITCODE_RENDEZVOUS:
1667                         vm_handle_rendezvous(vm, vcpuid);
1668                         error = 0;
1669                         break;
1670                 case VM_EXITCODE_HLT:
1671                         intr_disabled = ((vme->u.hlt.rflags & PSL_I) == 0);
1672                         error = vm_handle_hlt(vm, vcpuid, intr_disabled, &retu);
1673                         break;
1674                 case VM_EXITCODE_PAGING:
1675                         error = vm_handle_paging(vm, vcpuid, &retu);
1676                         break;
1677                 case VM_EXITCODE_INST_EMUL:
1678                         error = vm_handle_inst_emul(vm, vcpuid, &retu);
1679                         break;
1680                 case VM_EXITCODE_INOUT:
1681                 case VM_EXITCODE_INOUT_STR:
1682                         error = vm_handle_inout(vm, vcpuid, vme, &retu);
1683                         break;
1684                 case VM_EXITCODE_MONITOR:
1685                 case VM_EXITCODE_MWAIT:
1686                         vm_inject_ud(vm, vcpuid);
1687                         break;
1688                 default:
1689                         retu = true;    /* handled in userland */
1690                         break;
1691                 }
1692         }
1693
1694         if (error == 0 && retu == false)
1695                 goto restart;
1696
1697         VCPU_CTR2(vm, vcpuid, "retu %d/%d", error, vme->exitcode);
1698
1699         /* copy the exit information */
1700         bcopy(vme, &vmrun->vm_exit, sizeof(struct vm_exit));
1701         return (error);
1702 }
1703
1704 int
1705 vm_restart_instruction(void *arg, int vcpuid)
1706 {
1707         struct vm *vm;
1708         struct vcpu *vcpu;
1709         enum vcpu_state state;
1710         uint64_t rip;
1711         int error;
1712
1713         vm = arg;
1714         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
1715                 return (EINVAL);
1716
1717         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
1718         state = vcpu_get_state(vm, vcpuid, NULL);
1719         if (state == VCPU_RUNNING) {
1720                 /*
1721                  * When a vcpu is "running" the next instruction is determined
1722                  * by adding 'rip' and 'inst_length' in the vcpu's 'exitinfo'.
1723                  * Thus setting 'inst_length' to zero will cause the current
1724                  * instruction to be restarted.
1725                  */
1726                 vcpu->exitinfo.inst_length = 0;
1727                 VCPU_CTR1(vm, vcpuid, "restarting instruction at %#lx by "
1728                     "setting inst_length to zero", vcpu->exitinfo.rip);
1729         } else if (state == VCPU_FROZEN) {
1730                 /*
1731                  * When a vcpu is "frozen" it is outside the critical section
1732                  * around VMRUN() and 'nextrip' points to the next instruction.
1733                  * Thus instruction restart is achieved by setting 'nextrip'
1734                  * to the vcpu's %rip.
1735                  */
1736                 error = vm_get_register(vm, vcpuid, VM_REG_GUEST_RIP, &rip);
1737                 KASSERT(!error, ("%s: error %d getting rip", __func__, error));
1738                 VCPU_CTR2(vm, vcpuid, "restarting instruction by updating "
1739                     "nextrip from %#lx to %#lx", vcpu->nextrip, rip);
1740                 vcpu->nextrip = rip;
1741         } else {
1742                 panic("%s: invalid state %d", __func__, state);
1743         }
1744         return (0);
1745 }
1746
1747 int
1748 vm_exit_intinfo(struct vm *vm, int vcpuid, uint64_t info)
1749 {
1750         struct vcpu *vcpu;
1751         int type, vector;
1752
1753         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
1754                 return (EINVAL);
1755
1756         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
1757
1758         if (info & VM_INTINFO_VALID) {
1759                 type = info & VM_INTINFO_TYPE;
1760                 vector = info & 0xff;
1761                 if (type == VM_INTINFO_NMI && vector != IDT_NMI)
1762                         return (EINVAL);
1763                 if (type == VM_INTINFO_HWEXCEPTION && vector >= 32)
1764                         return (EINVAL);
1765                 if (info & VM_INTINFO_RSVD)
1766                         return (EINVAL);
1767         } else {
1768                 info = 0;
1769         }
1770         VCPU_CTR2(vm, vcpuid, "%s: info1(%#lx)", __func__, info);
1771         vcpu->exitintinfo = info;
1772         return (0);
1773 }
1774
1775 enum exc_class {
1776         EXC_BENIGN,
1777         EXC_CONTRIBUTORY,
1778         EXC_PAGEFAULT
1779 };
1780
1781 #define IDT_VE  20      /* Virtualization Exception (Intel specific) */
1782
1783 static enum exc_class
1784 exception_class(uint64_t info)
1785 {
1786         int type, vector;
1787
1788         KASSERT(info & VM_INTINFO_VALID, ("intinfo must be valid: %#lx", info));
1789         type = info & VM_INTINFO_TYPE;
1790         vector = info & 0xff;
1791
1792         /* Table 6-4, "Interrupt and Exception Classes", Intel SDM, Vol 3 */
1793         switch (type) {
1794         case VM_INTINFO_HWINTR:
1795         case VM_INTINFO_SWINTR:
1796         case VM_INTINFO_NMI:
1797                 return (EXC_BENIGN);
1798         default:
1799                 /*
1800                  * Hardware exception.
1801                  *
1802                  * SVM and VT-x use identical type values to represent NMI,
1803                  * hardware interrupt and software interrupt.
1804                  *
1805                  * SVM uses type '3' for all exceptions. VT-x uses type '3'
1806                  * for exceptions except #BP and #OF. #BP and #OF use a type
1807                  * value of '5' or '6'. Therefore we don't check for explicit
1808                  * values of 'type' to classify 'intinfo' into a hardware
1809                  * exception.
1810                  */
1811                 break;
1812         }
1813
1814         switch (vector) {
1815         case IDT_PF:
1816         case IDT_VE:
1817                 return (EXC_PAGEFAULT);
1818         case IDT_DE:
1819         case IDT_TS:
1820         case IDT_NP:
1821         case IDT_SS:
1822         case IDT_GP:
1823                 return (EXC_CONTRIBUTORY);
1824         default:
1825                 return (EXC_BENIGN);
1826         }
1827 }
1828
1829 static int
1830 nested_fault(struct vm *vm, int vcpuid, uint64_t info1, uint64_t info2,
1831     uint64_t *retinfo)
1832 {
1833         enum exc_class exc1, exc2;
1834         int type1, vector1;
1835
1836         KASSERT(info1 & VM_INTINFO_VALID, ("info1 %#lx is not valid", info1));
1837         KASSERT(info2 & VM_INTINFO_VALID, ("info2 %#lx is not valid", info2));
1838
1839         /*
1840          * If an exception occurs while attempting to call the double-fault
1841          * handler the processor enters shutdown mode (aka triple fault).
1842          */
1843         type1 = info1 & VM_INTINFO_TYPE;
1844         vector1 = info1 & 0xff;
1845         if (type1 == VM_INTINFO_HWEXCEPTION && vector1 == IDT_DF) {
1846                 VCPU_CTR2(vm, vcpuid, "triple fault: info1(%#lx), info2(%#lx)",
1847                     info1, info2);
1848                 vm_suspend(vm, VM_SUSPEND_TRIPLEFAULT);
1849                 *retinfo = 0;
1850                 return (0);
1851         }
1852
1853         /*
1854          * Table 6-5 "Conditions for Generating a Double Fault", Intel SDM, Vol3
1855          */
1856         exc1 = exception_class(info1);
1857         exc2 = exception_class(info2);
1858         if ((exc1 == EXC_CONTRIBUTORY && exc2 == EXC_CONTRIBUTORY) ||
1859             (exc1 == EXC_PAGEFAULT && exc2 != EXC_BENIGN)) {
1860                 /* Convert nested fault into a double fault. */
1861                 *retinfo = IDT_DF;
1862                 *retinfo |= VM_INTINFO_VALID | VM_INTINFO_HWEXCEPTION;
1863                 *retinfo |= VM_INTINFO_DEL_ERRCODE;
1864         } else {
1865                 /* Handle exceptions serially */
1866                 *retinfo = info2;
1867         }
1868         return (1);
1869 }
1870
1871 static uint64_t
1872 vcpu_exception_intinfo(struct vcpu *vcpu)
1873 {
1874         uint64_t info = 0;
1875
1876         if (vcpu->exception_pending) {
1877                 info = vcpu->exc_vector & 0xff;
1878                 info |= VM_INTINFO_VALID | VM_INTINFO_HWEXCEPTION;
1879                 if (vcpu->exc_errcode_valid) {
1880                         info |= VM_INTINFO_DEL_ERRCODE;
1881                         info |= (uint64_t)vcpu->exc_errcode << 32;
1882                 }
1883         }
1884         return (info);
1885 }
1886
1887 int
1888 vm_entry_intinfo(struct vm *vm, int vcpuid, uint64_t *retinfo)
1889 {
1890         struct vcpu *vcpu;
1891         uint64_t info1, info2;
1892         int valid;
1893
1894         KASSERT(vcpuid >= 0 && vcpuid < VM_MAXCPU, ("invalid vcpu %d", vcpuid));
1895
1896         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
1897
1898         info1 = vcpu->exitintinfo;
1899         vcpu->exitintinfo = 0;
1900
1901         info2 = 0;
1902         if (vcpu->exception_pending) {
1903                 info2 = vcpu_exception_intinfo(vcpu);
1904                 vcpu->exception_pending = 0;
1905                 VCPU_CTR2(vm, vcpuid, "Exception %d delivered: %#lx",
1906                     vcpu->exc_vector, info2);
1907         }
1908
1909         if ((info1 & VM_INTINFO_VALID) && (info2 & VM_INTINFO_VALID)) {
1910                 valid = nested_fault(vm, vcpuid, info1, info2, retinfo);
1911         } else if (info1 & VM_INTINFO_VALID) {
1912                 *retinfo = info1;
1913                 valid = 1;
1914         } else if (info2 & VM_INTINFO_VALID) {
1915                 *retinfo = info2;
1916                 valid = 1;
1917         } else {
1918                 valid = 0;
1919         }
1920
1921         if (valid) {
1922                 VCPU_CTR4(vm, vcpuid, "%s: info1(%#lx), info2(%#lx), "
1923                     "retinfo(%#lx)", __func__, info1, info2, *retinfo);
1924         }
1925
1926         return (valid);
1927 }
1928
1929 int
1930 vm_get_intinfo(struct vm *vm, int vcpuid, uint64_t *info1, uint64_t *info2)
1931 {
1932         struct vcpu *vcpu;
1933
1934         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
1935                 return (EINVAL);
1936
1937         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
1938         *info1 = vcpu->exitintinfo;
1939         *info2 = vcpu_exception_intinfo(vcpu);
1940         return (0);
1941 }
1942
1943 int
1944 vm_inject_exception(struct vm *vm, int vcpuid, int vector, int errcode_valid,
1945     uint32_t errcode, int restart_instruction)
1946 {
1947         struct vcpu *vcpu;
1948         uint64_t regval;
1949         int error;
1950
1951         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
1952                 return (EINVAL);
1953
1954         if (vector < 0 || vector >= 32)
1955                 return (EINVAL);
1956
1957         /*
1958          * A double fault exception should never be injected directly into
1959          * the guest. It is a derived exception that results from specific
1960          * combinations of nested faults.
1961          */
1962         if (vector == IDT_DF)
1963                 return (EINVAL);
1964
1965         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
1966
1967         if (vcpu->exception_pending) {
1968                 VCPU_CTR2(vm, vcpuid, "Unable to inject exception %d due to "
1969                     "pending exception %d", vector, vcpu->exc_vector);
1970                 return (EBUSY);
1971         }
1972
1973         if (errcode_valid) {
1974                 /*
1975                  * Exceptions don't deliver an error code in real mode.
1976                  */
1977                 error = vm_get_register(vm, vcpuid, VM_REG_GUEST_CR0, &regval);
1978                 KASSERT(!error, ("%s: error %d getting CR0", __func__, error));
1979                 if (!(regval & CR0_PE))
1980                         errcode_valid = 0;
1981         }
1982
1983         /*
1984          * From section 26.6.1 "Interruptibility State" in Intel SDM:
1985          *
1986          * Event blocking by "STI" or "MOV SS" is cleared after guest executes
1987          * one instruction or incurs an exception.
1988          */
1989         error = vm_set_register(vm, vcpuid, VM_REG_GUEST_INTR_SHADOW, 0);
1990         KASSERT(error == 0, ("%s: error %d clearing interrupt shadow",
1991             __func__, error));
1992
1993         if (restart_instruction)
1994                 vm_restart_instruction(vm, vcpuid);
1995
1996         vcpu->exception_pending = 1;
1997         vcpu->exc_vector = vector;
1998         vcpu->exc_errcode = errcode;
1999         vcpu->exc_errcode_valid = errcode_valid;
2000         VCPU_CTR1(vm, vcpuid, "Exception %d pending", vector);
2001         return (0);
2002 }
2003
2004 void
2005 vm_inject_fault(void *vmarg, int vcpuid, int vector, int errcode_valid,
2006     int errcode)
2007 {
2008         struct vm *vm;
2009         int error, restart_instruction;
2010
2011         vm = vmarg;
2012         restart_instruction = 1;
2013
2014         error = vm_inject_exception(vm, vcpuid, vector, errcode_valid,
2015             errcode, restart_instruction);
2016         KASSERT(error == 0, ("vm_inject_exception error %d", error));
2017 }
2018
2019 void
2020 vm_inject_pf(void *vmarg, int vcpuid, int error_code, uint64_t cr2)
2021 {
2022         struct vm *vm;
2023         int error;
2024
2025         vm = vmarg;
2026         VCPU_CTR2(vm, vcpuid, "Injecting page fault: error_code %#x, cr2 %#lx",
2027             error_code, cr2);
2028
2029         error = vm_set_register(vm, vcpuid, VM_REG_GUEST_CR2, cr2);
2030         KASSERT(error == 0, ("vm_set_register(cr2) error %d", error));
2031
2032         vm_inject_fault(vm, vcpuid, IDT_PF, 1, error_code);
2033 }
2034
2035 static VMM_STAT(VCPU_NMI_COUNT, "number of NMIs delivered to vcpu");
2036
2037 int
2038 vm_inject_nmi(struct vm *vm, int vcpuid)
2039 {
2040         struct vcpu *vcpu;
2041
2042         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
2043                 return (EINVAL);
2044
2045         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
2046
2047         vcpu->nmi_pending = 1;
2048         vcpu_notify_event(vm, vcpuid, false);
2049         return (0);
2050 }
2051
2052 int
2053 vm_nmi_pending(struct vm *vm, int vcpuid)
2054 {
2055         struct vcpu *vcpu;
2056
2057         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
2058                 panic("vm_nmi_pending: invalid vcpuid %d", vcpuid);
2059
2060         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
2061
2062         return (vcpu->nmi_pending);
2063 }
2064
2065 void
2066 vm_nmi_clear(struct vm *vm, int vcpuid)
2067 {
2068         struct vcpu *vcpu;
2069
2070         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
2071                 panic("vm_nmi_pending: invalid vcpuid %d", vcpuid);
2072
2073         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
2074
2075         if (vcpu->nmi_pending == 0)
2076                 panic("vm_nmi_clear: inconsistent nmi_pending state");
2077
2078         vcpu->nmi_pending = 0;
2079         vmm_stat_incr(vm, vcpuid, VCPU_NMI_COUNT, 1);
2080 }
2081
2082 static VMM_STAT(VCPU_EXTINT_COUNT, "number of ExtINTs delivered to vcpu");
2083
2084 int
2085 vm_inject_extint(struct vm *vm, int vcpuid)
2086 {
2087         struct vcpu *vcpu;
2088
2089         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
2090                 return (EINVAL);
2091
2092         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
2093
2094         vcpu->extint_pending = 1;
2095         vcpu_notify_event(vm, vcpuid, false);
2096         return (0);
2097 }
2098
2099 int
2100 vm_extint_pending(struct vm *vm, int vcpuid)
2101 {
2102         struct vcpu *vcpu;
2103
2104         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
2105                 panic("vm_extint_pending: invalid vcpuid %d", vcpuid);
2106
2107         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
2108
2109         return (vcpu->extint_pending);
2110 }
2111
2112 void
2113 vm_extint_clear(struct vm *vm, int vcpuid)
2114 {
2115         struct vcpu *vcpu;
2116
2117         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
2118                 panic("vm_extint_pending: invalid vcpuid %d", vcpuid);
2119
2120         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
2121
2122         if (vcpu->extint_pending == 0)
2123                 panic("vm_extint_clear: inconsistent extint_pending state");
2124
2125         vcpu->extint_pending = 0;
2126         vmm_stat_incr(vm, vcpuid, VCPU_EXTINT_COUNT, 1);
2127 }
2128
2129 int
2130 vm_get_capability(struct vm *vm, int vcpu, int type, int *retval)
2131 {
2132         if (vcpu < 0 || vcpu >= VM_MAXCPU)
2133                 return (EINVAL);
2134
2135         if (type < 0 || type >= VM_CAP_MAX)
2136                 return (EINVAL);
2137
2138         return (VMGETCAP(vm->cookie, vcpu, type, retval));
2139 }
2140
2141 int
2142 vm_set_capability(struct vm *vm, int vcpu, int type, int val)
2143 {
2144         if (vcpu < 0 || vcpu >= VM_MAXCPU)
2145                 return (EINVAL);
2146
2147         if (type < 0 || type >= VM_CAP_MAX)
2148                 return (EINVAL);
2149
2150         return (VMSETCAP(vm->cookie, vcpu, type, val));
2151 }
2152
2153 struct vlapic *
2154 vm_lapic(struct vm *vm, int cpu)
2155 {
2156         return (vm->vcpu[cpu].vlapic);
2157 }
2158
2159 struct vioapic *
2160 vm_ioapic(struct vm *vm)
2161 {
2162
2163         return (vm->vioapic);
2164 }
2165
2166 struct vhpet *
2167 vm_hpet(struct vm *vm)
2168 {
2169
2170         return (vm->vhpet);
2171 }
2172
2173 boolean_t
2174 vmm_is_pptdev(int bus, int slot, int func)
2175 {
2176         int found, i, n;
2177         int b, s, f;
2178         char *val, *cp, *cp2;
2179
2180         /*
2181          * XXX
2182          * The length of an environment variable is limited to 128 bytes which
2183          * puts an upper limit on the number of passthru devices that may be
2184          * specified using a single environment variable.
2185          *
2186          * Work around this by scanning multiple environment variable
2187          * names instead of a single one - yuck!
2188          */
2189         const char *names[] = { "pptdevs", "pptdevs2", "pptdevs3", NULL };
2190
2191         /* set pptdevs="1/2/3 4/5/6 7/8/9 10/11/12" */
2192         found = 0;
2193         for (i = 0; names[i] != NULL && !found; i++) {
2194                 cp = val = kern_getenv(names[i]);
2195                 while (cp != NULL && *cp != '\0') {
2196                         if ((cp2 = strchr(cp, ' ')) != NULL)
2197                                 *cp2 = '\0';
2198
2199                         n = sscanf(cp, "%d/%d/%d", &b, &s, &f);
2200                         if (n == 3 && bus == b && slot == s && func == f) {
2201                                 found = 1;
2202                                 break;
2203                         }
2204                 
2205                         if (cp2 != NULL)
2206                                 *cp2++ = ' ';
2207
2208                         cp = cp2;
2209                 }
2210                 freeenv(val);
2211         }
2212         return (found);
2213 }
2214
2215 void *
2216 vm_iommu_domain(struct vm *vm)
2217 {
2218
2219         return (vm->iommu);
2220 }
2221
2222 int
2223 vcpu_set_state(struct vm *vm, int vcpuid, enum vcpu_state newstate,
2224     bool from_idle)
2225 {
2226         int error;
2227         struct vcpu *vcpu;
2228
2229         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
2230                 panic("vm_set_run_state: invalid vcpuid %d", vcpuid);
2231
2232         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
2233
2234         vcpu_lock(vcpu);
2235         error = vcpu_set_state_locked(vm, vcpuid, newstate, from_idle);
2236         vcpu_unlock(vcpu);
2237
2238         return (error);
2239 }
2240
2241 enum vcpu_state
2242 vcpu_get_state(struct vm *vm, int vcpuid, int *hostcpu)
2243 {
2244         struct vcpu *vcpu;
2245         enum vcpu_state state;
2246
2247         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
2248                 panic("vm_get_run_state: invalid vcpuid %d", vcpuid);
2249
2250         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
2251
2252         vcpu_lock(vcpu);
2253         state = vcpu->state;
2254         if (hostcpu != NULL)
2255                 *hostcpu = vcpu->hostcpu;
2256         vcpu_unlock(vcpu);
2257
2258         return (state);
2259 }
2260
2261 int
2262 vm_activate_cpu(struct vm *vm, int vcpuid)
2263 {
2264
2265         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
2266                 return (EINVAL);
2267
2268         if (CPU_ISSET(vcpuid, &vm->active_cpus))
2269                 return (EBUSY);
2270
2271         VCPU_CTR0(vm, vcpuid, "activated");
2272         CPU_SET_ATOMIC(vcpuid, &vm->active_cpus);
2273         return (0);
2274 }
2275
2276 cpuset_t
2277 vm_active_cpus(struct vm *vm)
2278 {
2279
2280         return (vm->active_cpus);
2281 }
2282
2283 cpuset_t
2284 vm_suspended_cpus(struct vm *vm)
2285 {
2286
2287         return (vm->suspended_cpus);
2288 }
2289
2290 void *
2291 vcpu_stats(struct vm *vm, int vcpuid)
2292 {
2293
2294         return (vm->vcpu[vcpuid].stats);
2295 }
2296
2297 int
2298 vm_get_x2apic_state(struct vm *vm, int vcpuid, enum x2apic_state *state)
2299 {
2300         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
2301                 return (EINVAL);
2302
2303         *state = vm->vcpu[vcpuid].x2apic_state;
2304
2305         return (0);
2306 }
2307
2308 int
2309 vm_set_x2apic_state(struct vm *vm, int vcpuid, enum x2apic_state state)
2310 {
2311         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
2312                 return (EINVAL);
2313
2314         if (state >= X2APIC_STATE_LAST)
2315                 return (EINVAL);
2316
2317         vm->vcpu[vcpuid].x2apic_state = state;
2318
2319         vlapic_set_x2apic_state(vm, vcpuid, state);
2320
2321         return (0);
2322 }
2323
2324 /*
2325  * This function is called to ensure that a vcpu "sees" a pending event
2326  * as soon as possible:
2327  * - If the vcpu thread is sleeping then it is woken up.
2328  * - If the vcpu is running on a different host_cpu then an IPI will be directed
2329  *   to the host_cpu to cause the vcpu to trap into the hypervisor.
2330  */
2331 static void
2332 vcpu_notify_event_locked(struct vcpu *vcpu, bool lapic_intr)
2333 {
2334         int hostcpu;
2335
2336         hostcpu = vcpu->hostcpu;
2337         if (vcpu->state == VCPU_RUNNING) {
2338                 KASSERT(hostcpu != NOCPU, ("vcpu running on invalid hostcpu"));
2339                 if (hostcpu != curcpu) {
2340                         if (lapic_intr) {
2341                                 vlapic_post_intr(vcpu->vlapic, hostcpu,
2342                                     vmm_ipinum);
2343                         } else {
2344                                 ipi_cpu(hostcpu, vmm_ipinum);
2345                         }
2346                 } else {
2347                         /*
2348                          * If the 'vcpu' is running on 'curcpu' then it must
2349                          * be sending a notification to itself (e.g. SELF_IPI).
2350                          * The pending event will be picked up when the vcpu
2351                          * transitions back to guest context.
2352                          */
2353                 }
2354         } else {
2355                 KASSERT(hostcpu == NOCPU, ("vcpu state %d not consistent "
2356                     "with hostcpu %d", vcpu->state, hostcpu));
2357                 if (vcpu->state == VCPU_SLEEPING)
2358                         wakeup_one(vcpu);
2359         }
2360 }
2361
2362 void
2363 vcpu_notify_event(struct vm *vm, int vcpuid, bool lapic_intr)
2364 {
2365         struct vcpu *vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
2366
2367         vcpu_lock(vcpu);
2368         vcpu_notify_event_locked(vcpu, lapic_intr);
2369         vcpu_unlock(vcpu);
2370 }
2371
2372 struct vmspace *
2373 vm_get_vmspace(struct vm *vm)
2374 {
2375
2376         return (vm->vmspace);
2377 }
2378
2379 int
2380 vm_apicid2vcpuid(struct vm *vm, int apicid)
2381 {
2382         /*
2383          * XXX apic id is assumed to be numerically identical to vcpu id
2384          */
2385         return (apicid);
2386 }
2387
2388 void
2389 vm_smp_rendezvous(struct vm *vm, int vcpuid, cpuset_t dest,
2390     vm_rendezvous_func_t func, void *arg)
2391 {
2392         int i;
2393
2394         /*
2395          * Enforce that this function is called without any locks
2396          */
2397         WITNESS_WARN(WARN_PANIC, NULL, "vm_smp_rendezvous");
2398         KASSERT(vcpuid == -1 || (vcpuid >= 0 && vcpuid < VM_MAXCPU),
2399             ("vm_smp_rendezvous: invalid vcpuid %d", vcpuid));
2400
2401 restart:
2402         mtx_lock(&vm->rendezvous_mtx);
2403         if (vm->rendezvous_func != NULL) {
2404                 /*
2405                  * If a rendezvous is already in progress then we need to
2406                  * call the rendezvous handler in case this 'vcpuid' is one
2407                  * of the targets of the rendezvous.
2408                  */
2409                 RENDEZVOUS_CTR0(vm, vcpuid, "Rendezvous already in progress");
2410                 mtx_unlock(&vm->rendezvous_mtx);
2411                 vm_handle_rendezvous(vm, vcpuid);
2412                 goto restart;
2413         }
2414         KASSERT(vm->rendezvous_func == NULL, ("vm_smp_rendezvous: previous "
2415             "rendezvous is still in progress"));
2416
2417         RENDEZVOUS_CTR0(vm, vcpuid, "Initiating rendezvous");
2418         vm->rendezvous_req_cpus = dest;
2419         CPU_ZERO(&vm->rendezvous_done_cpus);
2420         vm->rendezvous_arg = arg;
2421         vm_set_rendezvous_func(vm, func);
2422         mtx_unlock(&vm->rendezvous_mtx);
2423
2424         /*
2425          * Wake up any sleeping vcpus and trigger a VM-exit in any running
2426          * vcpus so they handle the rendezvous as soon as possible.
2427          */
2428         for (i = 0; i < VM_MAXCPU; i++) {
2429                 if (CPU_ISSET(i, &dest))
2430                         vcpu_notify_event(vm, i, false);
2431         }
2432
2433         vm_handle_rendezvous(vm, vcpuid);
2434 }
2435
2436 struct vatpic *
2437 vm_atpic(struct vm *vm)
2438 {
2439         return (vm->vatpic);
2440 }
2441
2442 struct vatpit *
2443 vm_atpit(struct vm *vm)
2444 {
2445         return (vm->vatpit);
2446 }
2447
2448 struct vpmtmr *
2449 vm_pmtmr(struct vm *vm)
2450 {
2451
2452         return (vm->vpmtmr);
2453 }
2454
2455 struct vrtc *
2456 vm_rtc(struct vm *vm)
2457 {
2458
2459         return (vm->vrtc);
2460 }
2461
2462 enum vm_reg_name
2463 vm_segment_name(int seg)
2464 {
2465         static enum vm_reg_name seg_names[] = {
2466                 VM_REG_GUEST_ES,
2467                 VM_REG_GUEST_CS,
2468                 VM_REG_GUEST_SS,
2469                 VM_REG_GUEST_DS,
2470                 VM_REG_GUEST_FS,
2471                 VM_REG_GUEST_GS
2472         };
2473
2474         KASSERT(seg >= 0 && seg < nitems(seg_names),
2475             ("%s: invalid segment encoding %d", __func__, seg));
2476         return (seg_names[seg]);
2477 }
2478
2479 void
2480 vm_copy_teardown(struct vm *vm, int vcpuid, struct vm_copyinfo *copyinfo,
2481     int num_copyinfo)
2482 {
2483         int idx;
2484
2485         for (idx = 0; idx < num_copyinfo; idx++) {
2486                 if (copyinfo[idx].cookie != NULL)
2487                         vm_gpa_release(copyinfo[idx].cookie);
2488         }
2489         bzero(copyinfo, num_copyinfo * sizeof(struct vm_copyinfo));
2490 }
2491
2492 int
2493 vm_copy_setup(struct vm *vm, int vcpuid, struct vm_guest_paging *paging,
2494     uint64_t gla, size_t len, int prot, struct vm_copyinfo *copyinfo,
2495     int num_copyinfo, int *fault)
2496 {
2497         int error, idx, nused;
2498         size_t n, off, remaining;
2499         void *hva, *cookie;
2500         uint64_t gpa;
2501
2502         bzero(copyinfo, sizeof(struct vm_copyinfo) * num_copyinfo);
2503
2504         nused = 0;
2505         remaining = len;
2506         while (remaining > 0) {
2507                 KASSERT(nused < num_copyinfo, ("insufficient vm_copyinfo"));
2508                 error = vm_gla2gpa(vm, vcpuid, paging, gla, prot, &gpa, fault);
2509                 if (error || *fault)
2510                         return (error);
2511                 off = gpa & PAGE_MASK;
2512                 n = min(remaining, PAGE_SIZE - off);
2513                 copyinfo[nused].gpa = gpa;
2514                 copyinfo[nused].len = n;
2515                 remaining -= n;
2516                 gla += n;
2517                 nused++;
2518         }
2519
2520         for (idx = 0; idx < nused; idx++) {
2521                 hva = vm_gpa_hold(vm, vcpuid, copyinfo[idx].gpa,
2522                     copyinfo[idx].len, prot, &cookie);
2523                 if (hva == NULL)
2524                         break;
2525                 copyinfo[idx].hva = hva;
2526                 copyinfo[idx].cookie = cookie;
2527         }
2528
2529         if (idx != nused) {
2530                 vm_copy_teardown(vm, vcpuid, copyinfo, num_copyinfo);
2531                 return (EFAULT);
2532         } else {
2533                 *fault = 0;
2534                 return (0);
2535         }
2536 }
2537
2538 void
2539 vm_copyin(struct vm *vm, int vcpuid, struct vm_copyinfo *copyinfo, void *kaddr,
2540     size_t len)
2541 {
2542         char *dst;
2543         int idx;
2544         
2545         dst = kaddr;
2546         idx = 0;
2547         while (len > 0) {
2548                 bcopy(copyinfo[idx].hva, dst, copyinfo[idx].len);
2549                 len -= copyinfo[idx].len;
2550                 dst += copyinfo[idx].len;
2551                 idx++;
2552         }
2553 }
2554
2555 void
2556 vm_copyout(struct vm *vm, int vcpuid, const void *kaddr,
2557     struct vm_copyinfo *copyinfo, size_t len)
2558 {
2559         const char *src;
2560         int idx;
2561
2562         src = kaddr;
2563         idx = 0;
2564         while (len > 0) {
2565                 bcopy(src, copyinfo[idx].hva, copyinfo[idx].len);
2566                 len -= copyinfo[idx].len;
2567                 src += copyinfo[idx].len;
2568                 idx++;
2569         }
2570 }
2571
2572 /*
2573  * Return the amount of in-use and wired memory for the VM. Since
2574  * these are global stats, only return the values with for vCPU 0
2575  */
2576 VMM_STAT_DECLARE(VMM_MEM_RESIDENT);
2577 VMM_STAT_DECLARE(VMM_MEM_WIRED);
2578
2579 static void
2580 vm_get_rescnt(struct vm *vm, int vcpu, struct vmm_stat_type *stat)
2581 {
2582
2583         if (vcpu == 0) {
2584                 vmm_stat_set(vm, vcpu, VMM_MEM_RESIDENT,
2585                     PAGE_SIZE * vmspace_resident_count(vm->vmspace));
2586         }       
2587 }
2588
2589 static void
2590 vm_get_wiredcnt(struct vm *vm, int vcpu, struct vmm_stat_type *stat)
2591 {
2592
2593         if (vcpu == 0) {
2594                 vmm_stat_set(vm, vcpu, VMM_MEM_WIRED,
2595                     PAGE_SIZE * pmap_wired_count(vmspace_pmap(vm->vmspace)));
2596         }       
2597 }
2598
2599 VMM_STAT_FUNC(VMM_MEM_RESIDENT, "Resident memory", vm_get_rescnt);
2600 VMM_STAT_FUNC(VMM_MEM_WIRED, "Wired memory", vm_get_wiredcnt);