]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/vmm/vmm.c
Import mandoc 1.14.3
[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/pcb.h>
57 #include <machine/smp.h>
58 #include <x86/psl.h>
59 #include <x86/apicreg.h>
60
61 #include <machine/vmm.h>
62 #include <machine/vmm_dev.h>
63 #include <machine/vmm_instruction_emul.h>
64
65 #include "vmm_ioport.h"
66 #include "vmm_ktr.h"
67 #include "vmm_host.h"
68 #include "vmm_mem.h"
69 #include "vmm_util.h"
70 #include "vatpic.h"
71 #include "vatpit.h"
72 #include "vhpet.h"
73 #include "vioapic.h"
74 #include "vlapic.h"
75 #include "vpmtmr.h"
76 #include "vrtc.h"
77 #include "vmm_stat.h"
78 #include "vmm_lapic.h"
79
80 #include "io/ppt.h"
81 #include "io/iommu.h"
82
83 struct vlapic;
84
85 /*
86  * Initialization:
87  * (a) allocated when vcpu is created
88  * (i) initialized when vcpu is created and when it is reinitialized
89  * (o) initialized the first time the vcpu is created
90  * (x) initialized before use
91  */
92 struct vcpu {
93         struct mtx      mtx;            /* (o) protects 'state' and 'hostcpu' */
94         enum vcpu_state state;          /* (o) vcpu state */
95         int             hostcpu;        /* (o) vcpu's host cpu */
96         int             reqidle;        /* (i) request vcpu to idle */
97         struct vlapic   *vlapic;        /* (i) APIC device model */
98         enum x2apic_state x2apic_state; /* (i) APIC mode */
99         uint64_t        exitintinfo;    /* (i) events pending at VM exit */
100         int             nmi_pending;    /* (i) NMI pending */
101         int             extint_pending; /* (i) INTR pending */
102         int     exception_pending;      /* (i) exception pending */
103         int     exc_vector;             /* (x) exception collateral */
104         int     exc_errcode_valid;
105         uint32_t exc_errcode;
106         struct savefpu  *guestfpu;      /* (a,i) guest fpu state */
107         uint64_t        guest_xcr0;     /* (i) guest %xcr0 register */
108         void            *stats;         /* (a,i) statistics */
109         struct vm_exit  exitinfo;       /* (x) exit reason and collateral */
110         uint64_t        nextrip;        /* (x) next instruction to execute */
111 };
112
113 #define vcpu_lock_initialized(v) mtx_initialized(&((v)->mtx))
114 #define vcpu_lock_init(v)       mtx_init(&((v)->mtx), "vcpu lock", 0, MTX_SPIN)
115 #define vcpu_lock(v)            mtx_lock_spin(&((v)->mtx))
116 #define vcpu_unlock(v)          mtx_unlock_spin(&((v)->mtx))
117 #define vcpu_assert_locked(v)   mtx_assert(&((v)->mtx), MA_OWNED)
118
119 struct mem_seg {
120         size_t  len;
121         bool    sysmem;
122         struct vm_object *object;
123 };
124 #define VM_MAX_MEMSEGS  3
125
126 struct mem_map {
127         vm_paddr_t      gpa;
128         size_t          len;
129         vm_ooffset_t    segoff;
130         int             segid;
131         int             prot;
132         int             flags;
133 };
134 #define VM_MAX_MEMMAPS  4
135
136 /*
137  * Initialization:
138  * (o) initialized the first time the VM is created
139  * (i) initialized when VM is created and when it is reinitialized
140  * (x) initialized before use
141  */
142 struct vm {
143         void            *cookie;                /* (i) cpu-specific data */
144         void            *iommu;                 /* (x) iommu-specific data */
145         struct vhpet    *vhpet;                 /* (i) virtual HPET */
146         struct vioapic  *vioapic;               /* (i) virtual ioapic */
147         struct vatpic   *vatpic;                /* (i) virtual atpic */
148         struct vatpit   *vatpit;                /* (i) virtual atpit */
149         struct vpmtmr   *vpmtmr;                /* (i) virtual ACPI PM timer */
150         struct vrtc     *vrtc;                  /* (o) virtual RTC */
151         volatile cpuset_t active_cpus;          /* (i) active vcpus */
152         int             suspend;                /* (i) stop VM execution */
153         volatile cpuset_t suspended_cpus;       /* (i) suspended vcpus */
154         volatile cpuset_t halted_cpus;          /* (x) cpus in a hard halt */
155         cpuset_t        rendezvous_req_cpus;    /* (x) rendezvous requested */
156         cpuset_t        rendezvous_done_cpus;   /* (x) rendezvous finished */
157         void            *rendezvous_arg;        /* (x) rendezvous func/arg */
158         vm_rendezvous_func_t rendezvous_func;
159         struct mtx      rendezvous_mtx;         /* (o) rendezvous lock */
160         struct mem_map  mem_maps[VM_MAX_MEMMAPS]; /* (i) guest address space */
161         struct mem_seg  mem_segs[VM_MAX_MEMSEGS]; /* (o) guest memory regions */
162         struct vmspace  *vmspace;               /* (o) guest's address space */
163         char            name[VM_MAX_NAMELEN];   /* (o) virtual machine name */
164         struct vcpu     vcpu[VM_MAXCPU];        /* (i) guest vcpus */
165 };
166
167 static int vmm_initialized;
168
169 static struct vmm_ops *ops;
170 #define VMM_INIT(num)   (ops != NULL ? (*ops->init)(num) : 0)
171 #define VMM_CLEANUP()   (ops != NULL ? (*ops->cleanup)() : 0)
172 #define VMM_RESUME()    (ops != NULL ? (*ops->resume)() : 0)
173
174 #define VMINIT(vm, pmap) (ops != NULL ? (*ops->vminit)(vm, pmap): NULL)
175 #define VMRUN(vmi, vcpu, rip, pmap, evinfo) \
176         (ops != NULL ? (*ops->vmrun)(vmi, vcpu, rip, pmap, evinfo) : ENXIO)
177 #define VMCLEANUP(vmi)  (ops != NULL ? (*ops->vmcleanup)(vmi) : NULL)
178 #define VMSPACE_ALLOC(min, max) \
179         (ops != NULL ? (*ops->vmspace_alloc)(min, max) : NULL)
180 #define VMSPACE_FREE(vmspace) \
181         (ops != NULL ? (*ops->vmspace_free)(vmspace) : ENXIO)
182 #define VMGETREG(vmi, vcpu, num, retval)                \
183         (ops != NULL ? (*ops->vmgetreg)(vmi, vcpu, num, retval) : ENXIO)
184 #define VMSETREG(vmi, vcpu, num, val)           \
185         (ops != NULL ? (*ops->vmsetreg)(vmi, vcpu, num, val) : ENXIO)
186 #define VMGETDESC(vmi, vcpu, num, desc)         \
187         (ops != NULL ? (*ops->vmgetdesc)(vmi, vcpu, num, desc) : ENXIO)
188 #define VMSETDESC(vmi, vcpu, num, desc)         \
189         (ops != NULL ? (*ops->vmsetdesc)(vmi, vcpu, num, desc) : ENXIO)
190 #define VMGETCAP(vmi, vcpu, num, retval)        \
191         (ops != NULL ? (*ops->vmgetcap)(vmi, vcpu, num, retval) : ENXIO)
192 #define VMSETCAP(vmi, vcpu, num, val)           \
193         (ops != NULL ? (*ops->vmsetcap)(vmi, vcpu, num, val) : ENXIO)
194 #define VLAPIC_INIT(vmi, vcpu)                  \
195         (ops != NULL ? (*ops->vlapic_init)(vmi, vcpu) : NULL)
196 #define VLAPIC_CLEANUP(vmi, vlapic)             \
197         (ops != NULL ? (*ops->vlapic_cleanup)(vmi, vlapic) : NULL)
198
199 #define fpu_start_emulating()   load_cr0(rcr0() | CR0_TS)
200 #define fpu_stop_emulating()    clts()
201
202 static MALLOC_DEFINE(M_VM, "vm", "vm");
203
204 /* statistics */
205 static VMM_STAT(VCPU_TOTAL_RUNTIME, "vcpu total runtime");
206
207 SYSCTL_NODE(_hw, OID_AUTO, vmm, CTLFLAG_RW, NULL, NULL);
208
209 /*
210  * Halt the guest if all vcpus are executing a HLT instruction with
211  * interrupts disabled.
212  */
213 static int halt_detection_enabled = 1;
214 SYSCTL_INT(_hw_vmm, OID_AUTO, halt_detection, CTLFLAG_RDTUN,
215     &halt_detection_enabled, 0,
216     "Halt VM if all vcpus execute HLT with interrupts disabled");
217
218 static int vmm_ipinum;
219 SYSCTL_INT(_hw_vmm, OID_AUTO, ipinum, CTLFLAG_RD, &vmm_ipinum, 0,
220     "IPI vector used for vcpu notifications");
221
222 static int trace_guest_exceptions;
223 SYSCTL_INT(_hw_vmm, OID_AUTO, trace_guest_exceptions, CTLFLAG_RDTUN,
224     &trace_guest_exceptions, 0,
225     "Trap into hypervisor on all guest exceptions and reflect them back");
226
227 static void vm_free_memmap(struct vm *vm, int ident);
228 static bool sysmem_mapping(struct vm *vm, struct mem_map *mm);
229 static void vcpu_notify_event_locked(struct vcpu *vcpu, bool lapic_intr);
230
231 #ifdef KTR
232 static const char *
233 vcpu_state2str(enum vcpu_state state)
234 {
235
236         switch (state) {
237         case VCPU_IDLE:
238                 return ("idle");
239         case VCPU_FROZEN:
240                 return ("frozen");
241         case VCPU_RUNNING:
242                 return ("running");
243         case VCPU_SLEEPING:
244                 return ("sleeping");
245         default:
246                 return ("unknown");
247         }
248 }
249 #endif
250
251 static void
252 vcpu_cleanup(struct vm *vm, int i, bool destroy)
253 {
254         struct vcpu *vcpu = &vm->vcpu[i];
255
256         VLAPIC_CLEANUP(vm->cookie, vcpu->vlapic);
257         if (destroy) {
258                 vmm_stat_free(vcpu->stats);     
259                 fpu_save_area_free(vcpu->guestfpu);
260         }
261 }
262
263 static void
264 vcpu_init(struct vm *vm, int vcpu_id, bool create)
265 {
266         struct vcpu *vcpu;
267
268         KASSERT(vcpu_id >= 0 && vcpu_id < VM_MAXCPU,
269             ("vcpu_init: invalid vcpu %d", vcpu_id));
270           
271         vcpu = &vm->vcpu[vcpu_id];
272
273         if (create) {
274                 KASSERT(!vcpu_lock_initialized(vcpu), ("vcpu %d already "
275                     "initialized", vcpu_id));
276                 vcpu_lock_init(vcpu);
277                 vcpu->state = VCPU_IDLE;
278                 vcpu->hostcpu = NOCPU;
279                 vcpu->guestfpu = fpu_save_area_alloc();
280                 vcpu->stats = vmm_stat_alloc();
281         }
282
283         vcpu->vlapic = VLAPIC_INIT(vm->cookie, vcpu_id);
284         vm_set_x2apic_state(vm, vcpu_id, X2APIC_DISABLED);
285         vcpu->reqidle = 0;
286         vcpu->exitintinfo = 0;
287         vcpu->nmi_pending = 0;
288         vcpu->extint_pending = 0;
289         vcpu->exception_pending = 0;
290         vcpu->guest_xcr0 = XFEATURE_ENABLED_X87;
291         fpu_save_area_reset(vcpu->guestfpu);
292         vmm_stat_init(vcpu->stats);
293 }
294
295 int
296 vcpu_trace_exceptions(struct vm *vm, int vcpuid)
297 {
298
299         return (trace_guest_exceptions);
300 }
301
302 struct vm_exit *
303 vm_exitinfo(struct vm *vm, int cpuid)
304 {
305         struct vcpu *vcpu;
306
307         if (cpuid < 0 || cpuid >= VM_MAXCPU)
308                 panic("vm_exitinfo: invalid cpuid %d", cpuid);
309
310         vcpu = &vm->vcpu[cpuid];
311
312         return (&vcpu->exitinfo);
313 }
314
315 static void
316 vmm_resume(void)
317 {
318         VMM_RESUME();
319 }
320
321 static int
322 vmm_init(void)
323 {
324         int error;
325
326         vmm_host_state_init();
327
328         vmm_ipinum = lapic_ipi_alloc(&IDTVEC(justreturn));
329         if (vmm_ipinum < 0)
330                 vmm_ipinum = IPI_AST;
331
332         error = vmm_mem_init();
333         if (error)
334                 return (error);
335         
336         if (vmm_is_intel())
337                 ops = &vmm_ops_intel;
338         else if (vmm_is_amd())
339                 ops = &vmm_ops_amd;
340         else
341                 return (ENXIO);
342
343         vmm_resume_p = vmm_resume;
344
345         return (VMM_INIT(vmm_ipinum));
346 }
347
348 static int
349 vmm_handler(module_t mod, int what, void *arg)
350 {
351         int error;
352
353         switch (what) {
354         case MOD_LOAD:
355                 vmmdev_init();
356                 error = vmm_init();
357                 if (error == 0)
358                         vmm_initialized = 1;
359                 break;
360         case MOD_UNLOAD:
361                 error = vmmdev_cleanup();
362                 if (error == 0) {
363                         vmm_resume_p = NULL;
364                         iommu_cleanup();
365                         if (vmm_ipinum != IPI_AST)
366                                 lapic_ipi_free(vmm_ipinum);
367                         error = VMM_CLEANUP();
368                         /*
369                          * Something bad happened - prevent new
370                          * VMs from being created
371                          */
372                         if (error)
373                                 vmm_initialized = 0;
374                 }
375                 break;
376         default:
377                 error = 0;
378                 break;
379         }
380         return (error);
381 }
382
383 static moduledata_t vmm_kmod = {
384         "vmm",
385         vmm_handler,
386         NULL
387 };
388
389 /*
390  * vmm initialization has the following dependencies:
391  *
392  * - VT-x initialization requires smp_rendezvous() and therefore must happen
393  *   after SMP is fully functional (after SI_SUB_SMP).
394  */
395 DECLARE_MODULE(vmm, vmm_kmod, SI_SUB_SMP + 1, SI_ORDER_ANY);
396 MODULE_VERSION(vmm, 1);
397
398 static void
399 vm_init(struct vm *vm, bool create)
400 {
401         int i;
402
403         vm->cookie = VMINIT(vm, vmspace_pmap(vm->vmspace));
404         vm->iommu = NULL;
405         vm->vioapic = vioapic_init(vm);
406         vm->vhpet = vhpet_init(vm);
407         vm->vatpic = vatpic_init(vm);
408         vm->vatpit = vatpit_init(vm);
409         vm->vpmtmr = vpmtmr_init(vm);
410         if (create)
411                 vm->vrtc = vrtc_init(vm);
412
413         CPU_ZERO(&vm->active_cpus);
414
415         vm->suspend = 0;
416         CPU_ZERO(&vm->suspended_cpus);
417
418         for (i = 0; i < VM_MAXCPU; i++)
419                 vcpu_init(vm, i, create);
420 }
421
422 int
423 vm_create(const char *name, struct vm **retvm)
424 {
425         struct vm *vm;
426         struct vmspace *vmspace;
427
428         /*
429          * If vmm.ko could not be successfully initialized then don't attempt
430          * to create the virtual machine.
431          */
432         if (!vmm_initialized)
433                 return (ENXIO);
434
435         if (name == NULL || strlen(name) >= VM_MAX_NAMELEN)
436                 return (EINVAL);
437
438         vmspace = VMSPACE_ALLOC(0, VM_MAXUSER_ADDRESS);
439         if (vmspace == NULL)
440                 return (ENOMEM);
441
442         vm = malloc(sizeof(struct vm), M_VM, M_WAITOK | M_ZERO);
443         strcpy(vm->name, name);
444         vm->vmspace = vmspace;
445         mtx_init(&vm->rendezvous_mtx, "vm rendezvous lock", 0, MTX_DEF);
446
447         vm_init(vm, true);
448
449         *retvm = vm;
450         return (0);
451 }
452
453 static void
454 vm_cleanup(struct vm *vm, bool destroy)
455 {
456         struct mem_map *mm;
457         int i;
458
459         ppt_unassign_all(vm);
460
461         if (vm->iommu != NULL)
462                 iommu_destroy_domain(vm->iommu);
463
464         if (destroy)
465                 vrtc_cleanup(vm->vrtc);
466         else
467                 vrtc_reset(vm->vrtc);
468         vpmtmr_cleanup(vm->vpmtmr);
469         vatpit_cleanup(vm->vatpit);
470         vhpet_cleanup(vm->vhpet);
471         vatpic_cleanup(vm->vatpic);
472         vioapic_cleanup(vm->vioapic);
473
474         for (i = 0; i < VM_MAXCPU; i++)
475                 vcpu_cleanup(vm, i, destroy);
476
477         VMCLEANUP(vm->cookie);
478
479         /*
480          * System memory is removed from the guest address space only when
481          * the VM is destroyed. This is because the mapping remains the same
482          * across VM reset.
483          *
484          * Device memory can be relocated by the guest (e.g. using PCI BARs)
485          * so those mappings are removed on a VM reset.
486          */
487         for (i = 0; i < VM_MAX_MEMMAPS; i++) {
488                 mm = &vm->mem_maps[i];
489                 if (destroy || !sysmem_mapping(vm, mm))
490                         vm_free_memmap(vm, i);
491         }
492
493         if (destroy) {
494                 for (i = 0; i < VM_MAX_MEMSEGS; i++)
495                         vm_free_memseg(vm, i);
496
497                 VMSPACE_FREE(vm->vmspace);
498                 vm->vmspace = NULL;
499         }
500 }
501
502 void
503 vm_destroy(struct vm *vm)
504 {
505         vm_cleanup(vm, true);
506         free(vm, M_VM);
507 }
508
509 int
510 vm_reinit(struct vm *vm)
511 {
512         int error;
513
514         /*
515          * A virtual machine can be reset only if all vcpus are suspended.
516          */
517         if (CPU_CMP(&vm->suspended_cpus, &vm->active_cpus) == 0) {
518                 vm_cleanup(vm, false);
519                 vm_init(vm, false);
520                 error = 0;
521         } else {
522                 error = EBUSY;
523         }
524
525         return (error);
526 }
527
528 const char *
529 vm_name(struct vm *vm)
530 {
531         return (vm->name);
532 }
533
534 int
535 vm_map_mmio(struct vm *vm, vm_paddr_t gpa, size_t len, vm_paddr_t hpa)
536 {
537         vm_object_t obj;
538
539         if ((obj = vmm_mmio_alloc(vm->vmspace, gpa, len, hpa)) == NULL)
540                 return (ENOMEM);
541         else
542                 return (0);
543 }
544
545 int
546 vm_unmap_mmio(struct vm *vm, vm_paddr_t gpa, size_t len)
547 {
548
549         vmm_mmio_free(vm->vmspace, gpa, len);
550         return (0);
551 }
552
553 /*
554  * Return 'true' if 'gpa' is allocated in the guest address space.
555  *
556  * This function is called in the context of a running vcpu which acts as
557  * an implicit lock on 'vm->mem_maps[]'.
558  */
559 bool
560 vm_mem_allocated(struct vm *vm, int vcpuid, vm_paddr_t gpa)
561 {
562         struct mem_map *mm;
563         int i;
564
565 #ifdef INVARIANTS
566         int hostcpu, state;
567         state = vcpu_get_state(vm, vcpuid, &hostcpu);
568         KASSERT(state == VCPU_RUNNING && hostcpu == curcpu,
569             ("%s: invalid vcpu state %d/%d", __func__, state, hostcpu));
570 #endif
571
572         for (i = 0; i < VM_MAX_MEMMAPS; i++) {
573                 mm = &vm->mem_maps[i];
574                 if (mm->len != 0 && gpa >= mm->gpa && gpa < mm->gpa + mm->len)
575                         return (true);          /* 'gpa' is sysmem or devmem */
576         }
577
578         if (ppt_is_mmio(vm, gpa))
579                 return (true);                  /* 'gpa' is pci passthru mmio */
580
581         return (false);
582 }
583
584 int
585 vm_alloc_memseg(struct vm *vm, int ident, size_t len, bool sysmem)
586 {
587         struct mem_seg *seg;
588         vm_object_t obj;
589
590         if (ident < 0 || ident >= VM_MAX_MEMSEGS)
591                 return (EINVAL);
592
593         if (len == 0 || (len & PAGE_MASK))
594                 return (EINVAL);
595
596         seg = &vm->mem_segs[ident];
597         if (seg->object != NULL) {
598                 if (seg->len == len && seg->sysmem == sysmem)
599                         return (EEXIST);
600                 else
601                         return (EINVAL);
602         }
603
604         obj = vm_object_allocate(OBJT_DEFAULT, len >> PAGE_SHIFT);
605         if (obj == NULL)
606                 return (ENOMEM);
607
608         seg->len = len;
609         seg->object = obj;
610         seg->sysmem = sysmem;
611         return (0);
612 }
613
614 int
615 vm_get_memseg(struct vm *vm, int ident, size_t *len, bool *sysmem,
616     vm_object_t *objptr)
617 {
618         struct mem_seg *seg;
619
620         if (ident < 0 || ident >= VM_MAX_MEMSEGS)
621                 return (EINVAL);
622
623         seg = &vm->mem_segs[ident];
624         if (len)
625                 *len = seg->len;
626         if (sysmem)
627                 *sysmem = seg->sysmem;
628         if (objptr)
629                 *objptr = seg->object;
630         return (0);
631 }
632
633 void
634 vm_free_memseg(struct vm *vm, int ident)
635 {
636         struct mem_seg *seg;
637
638         KASSERT(ident >= 0 && ident < VM_MAX_MEMSEGS,
639             ("%s: invalid memseg ident %d", __func__, ident));
640
641         seg = &vm->mem_segs[ident];
642         if (seg->object != NULL) {
643                 vm_object_deallocate(seg->object);
644                 bzero(seg, sizeof(struct mem_seg));
645         }
646 }
647
648 int
649 vm_mmap_memseg(struct vm *vm, vm_paddr_t gpa, int segid, vm_ooffset_t first,
650     size_t len, int prot, int flags)
651 {
652         struct mem_seg *seg;
653         struct mem_map *m, *map;
654         vm_ooffset_t last;
655         int i, error;
656
657         if (prot == 0 || (prot & ~(VM_PROT_ALL)) != 0)
658                 return (EINVAL);
659
660         if (flags & ~VM_MEMMAP_F_WIRED)
661                 return (EINVAL);
662
663         if (segid < 0 || segid >= VM_MAX_MEMSEGS)
664                 return (EINVAL);
665
666         seg = &vm->mem_segs[segid];
667         if (seg->object == NULL)
668                 return (EINVAL);
669
670         last = first + len;
671         if (first < 0 || first >= last || last > seg->len)
672                 return (EINVAL);
673
674         if ((gpa | first | last) & PAGE_MASK)
675                 return (EINVAL);
676
677         map = NULL;
678         for (i = 0; i < VM_MAX_MEMMAPS; i++) {
679                 m = &vm->mem_maps[i];
680                 if (m->len == 0) {
681                         map = m;
682                         break;
683                 }
684         }
685
686         if (map == NULL)
687                 return (ENOSPC);
688
689         error = vm_map_find(&vm->vmspace->vm_map, seg->object, first, &gpa,
690             len, 0, VMFS_NO_SPACE, prot, prot, 0);
691         if (error != KERN_SUCCESS)
692                 return (EFAULT);
693
694         vm_object_reference(seg->object);
695
696         if (flags & VM_MEMMAP_F_WIRED) {
697                 error = vm_map_wire(&vm->vmspace->vm_map, gpa, gpa + len,
698                     VM_MAP_WIRE_USER | VM_MAP_WIRE_NOHOLES);
699                 if (error != KERN_SUCCESS) {
700                         vm_map_remove(&vm->vmspace->vm_map, gpa, gpa + len);
701                         return (EFAULT);
702                 }
703         }
704
705         map->gpa = gpa;
706         map->len = len;
707         map->segoff = first;
708         map->segid = segid;
709         map->prot = prot;
710         map->flags = flags;
711         return (0);
712 }
713
714 int
715 vm_mmap_getnext(struct vm *vm, vm_paddr_t *gpa, int *segid,
716     vm_ooffset_t *segoff, size_t *len, int *prot, int *flags)
717 {
718         struct mem_map *mm, *mmnext;
719         int i;
720
721         mmnext = NULL;
722         for (i = 0; i < VM_MAX_MEMMAPS; i++) {
723                 mm = &vm->mem_maps[i];
724                 if (mm->len == 0 || mm->gpa < *gpa)
725                         continue;
726                 if (mmnext == NULL || mm->gpa < mmnext->gpa)
727                         mmnext = mm;
728         }
729
730         if (mmnext != NULL) {
731                 *gpa = mmnext->gpa;
732                 if (segid)
733                         *segid = mmnext->segid;
734                 if (segoff)
735                         *segoff = mmnext->segoff;
736                 if (len)
737                         *len = mmnext->len;
738                 if (prot)
739                         *prot = mmnext->prot;
740                 if (flags)
741                         *flags = mmnext->flags;
742                 return (0);
743         } else {
744                 return (ENOENT);
745         }
746 }
747
748 static void
749 vm_free_memmap(struct vm *vm, int ident)
750 {
751         struct mem_map *mm;
752         int error;
753
754         mm = &vm->mem_maps[ident];
755         if (mm->len) {
756                 error = vm_map_remove(&vm->vmspace->vm_map, mm->gpa,
757                     mm->gpa + mm->len);
758                 KASSERT(error == KERN_SUCCESS, ("%s: vm_map_remove error %d",
759                     __func__, error));
760                 bzero(mm, sizeof(struct mem_map));
761         }
762 }
763
764 static __inline bool
765 sysmem_mapping(struct vm *vm, struct mem_map *mm)
766 {
767
768         if (mm->len != 0 && vm->mem_segs[mm->segid].sysmem)
769                 return (true);
770         else
771                 return (false);
772 }
773
774 static vm_paddr_t
775 sysmem_maxaddr(struct vm *vm)
776 {
777         struct mem_map *mm;
778         vm_paddr_t maxaddr;
779         int i;
780
781         maxaddr = 0;
782         for (i = 0; i < VM_MAX_MEMMAPS; i++) {
783                 mm = &vm->mem_maps[i];
784                 if (sysmem_mapping(vm, mm)) {
785                         if (maxaddr < mm->gpa + mm->len)
786                                 maxaddr = mm->gpa + mm->len;
787                 }
788         }
789         return (maxaddr);
790 }
791
792 static void
793 vm_iommu_modify(struct vm *vm, boolean_t map)
794 {
795         int i, sz;
796         vm_paddr_t gpa, hpa;
797         struct mem_map *mm;
798         void *vp, *cookie, *host_domain;
799
800         sz = PAGE_SIZE;
801         host_domain = iommu_host_domain();
802
803         for (i = 0; i < VM_MAX_MEMMAPS; i++) {
804                 mm = &vm->mem_maps[i];
805                 if (!sysmem_mapping(vm, mm))
806                         continue;
807
808                 if (map) {
809                         KASSERT((mm->flags & VM_MEMMAP_F_IOMMU) == 0,
810                             ("iommu map found invalid memmap %#lx/%#lx/%#x",
811                             mm->gpa, mm->len, mm->flags));
812                         if ((mm->flags & VM_MEMMAP_F_WIRED) == 0)
813                                 continue;
814                         mm->flags |= VM_MEMMAP_F_IOMMU;
815                 } else {
816                         if ((mm->flags & VM_MEMMAP_F_IOMMU) == 0)
817                                 continue;
818                         mm->flags &= ~VM_MEMMAP_F_IOMMU;
819                         KASSERT((mm->flags & VM_MEMMAP_F_WIRED) != 0,
820                             ("iommu unmap found invalid memmap %#lx/%#lx/%#x",
821                             mm->gpa, mm->len, mm->flags));
822                 }
823
824                 gpa = mm->gpa;
825                 while (gpa < mm->gpa + mm->len) {
826                         vp = vm_gpa_hold(vm, -1, gpa, PAGE_SIZE, VM_PROT_WRITE,
827                                          &cookie);
828                         KASSERT(vp != NULL, ("vm(%s) could not map gpa %#lx",
829                             vm_name(vm), gpa));
830
831                         vm_gpa_release(cookie);
832
833                         hpa = DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)vp);
834                         if (map) {
835                                 iommu_create_mapping(vm->iommu, gpa, hpa, sz);
836                                 iommu_remove_mapping(host_domain, hpa, sz);
837                         } else {
838                                 iommu_remove_mapping(vm->iommu, gpa, sz);
839                                 iommu_create_mapping(host_domain, hpa, hpa, sz);
840                         }
841
842                         gpa += PAGE_SIZE;
843                 }
844         }
845
846         /*
847          * Invalidate the cached translations associated with the domain
848          * from which pages were removed.
849          */
850         if (map)
851                 iommu_invalidate_tlb(host_domain);
852         else
853                 iommu_invalidate_tlb(vm->iommu);
854 }
855
856 #define vm_iommu_unmap(vm)      vm_iommu_modify((vm), FALSE)
857 #define vm_iommu_map(vm)        vm_iommu_modify((vm), TRUE)
858
859 int
860 vm_unassign_pptdev(struct vm *vm, int bus, int slot, int func)
861 {
862         int error;
863
864         error = ppt_unassign_device(vm, bus, slot, func);
865         if (error)
866                 return (error);
867
868         if (ppt_assigned_devices(vm) == 0)
869                 vm_iommu_unmap(vm);
870
871         return (0);
872 }
873
874 int
875 vm_assign_pptdev(struct vm *vm, int bus, int slot, int func)
876 {
877         int error;
878         vm_paddr_t maxaddr;
879
880         /* Set up the IOMMU to do the 'gpa' to 'hpa' translation */
881         if (ppt_assigned_devices(vm) == 0) {
882                 KASSERT(vm->iommu == NULL,
883                     ("vm_assign_pptdev: iommu must be NULL"));
884                 maxaddr = sysmem_maxaddr(vm);
885                 vm->iommu = iommu_create_domain(maxaddr);
886                 if (vm->iommu == NULL)
887                         return (ENXIO);
888                 vm_iommu_map(vm);
889         }
890
891         error = ppt_assign_device(vm, bus, slot, func);
892         return (error);
893 }
894
895 void *
896 vm_gpa_hold(struct vm *vm, int vcpuid, vm_paddr_t gpa, size_t len, int reqprot,
897             void **cookie)
898 {
899         int i, count, pageoff;
900         struct mem_map *mm;
901         vm_page_t m;
902 #ifdef INVARIANTS
903         /*
904          * All vcpus are frozen by ioctls that modify the memory map
905          * (e.g. VM_MMAP_MEMSEG). Therefore 'vm->memmap[]' stability is
906          * guaranteed if at least one vcpu is in the VCPU_FROZEN state.
907          */
908         int state;
909         KASSERT(vcpuid >= -1 && vcpuid < VM_MAXCPU, ("%s: invalid vcpuid %d",
910             __func__, vcpuid));
911         for (i = 0; i < VM_MAXCPU; i++) {
912                 if (vcpuid != -1 && vcpuid != i)
913                         continue;
914                 state = vcpu_get_state(vm, i, NULL);
915                 KASSERT(state == VCPU_FROZEN, ("%s: invalid vcpu state %d",
916                     __func__, state));
917         }
918 #endif
919         pageoff = gpa & PAGE_MASK;
920         if (len > PAGE_SIZE - pageoff)
921                 panic("vm_gpa_hold: invalid gpa/len: 0x%016lx/%lu", gpa, len);
922
923         count = 0;
924         for (i = 0; i < VM_MAX_MEMMAPS; i++) {
925                 mm = &vm->mem_maps[i];
926                 if (sysmem_mapping(vm, mm) && gpa >= mm->gpa &&
927                     gpa < mm->gpa + mm->len) {
928                         count = vm_fault_quick_hold_pages(&vm->vmspace->vm_map,
929                             trunc_page(gpa), PAGE_SIZE, reqprot, &m, 1);
930                         break;
931                 }
932         }
933
934         if (count == 1) {
935                 *cookie = m;
936                 return ((void *)(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) + pageoff));
937         } else {
938                 *cookie = NULL;
939                 return (NULL);
940         }
941 }
942
943 void
944 vm_gpa_release(void *cookie)
945 {
946         vm_page_t m = cookie;
947
948         vm_page_lock(m);
949         vm_page_unhold(m);
950         vm_page_unlock(m);
951 }
952
953 int
954 vm_get_register(struct vm *vm, int vcpu, int reg, uint64_t *retval)
955 {
956
957         if (vcpu < 0 || vcpu >= VM_MAXCPU)
958                 return (EINVAL);
959
960         if (reg >= VM_REG_LAST)
961                 return (EINVAL);
962
963         return (VMGETREG(vm->cookie, vcpu, reg, retval));
964 }
965
966 int
967 vm_set_register(struct vm *vm, int vcpuid, int reg, uint64_t val)
968 {
969         struct vcpu *vcpu;
970         int error;
971
972         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
973                 return (EINVAL);
974
975         if (reg >= VM_REG_LAST)
976                 return (EINVAL);
977
978         error = VMSETREG(vm->cookie, vcpuid, reg, val);
979         if (error || reg != VM_REG_GUEST_RIP)
980                 return (error);
981
982         /* Set 'nextrip' to match the value of %rip */
983         VCPU_CTR1(vm, vcpuid, "Setting nextrip to %#lx", val);
984         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
985         vcpu->nextrip = val;
986         return (0);
987 }
988
989 static boolean_t
990 is_descriptor_table(int reg)
991 {
992
993         switch (reg) {
994         case VM_REG_GUEST_IDTR:
995         case VM_REG_GUEST_GDTR:
996                 return (TRUE);
997         default:
998                 return (FALSE);
999         }
1000 }
1001
1002 static boolean_t
1003 is_segment_register(int reg)
1004 {
1005         
1006         switch (reg) {
1007         case VM_REG_GUEST_ES:
1008         case VM_REG_GUEST_CS:
1009         case VM_REG_GUEST_SS:
1010         case VM_REG_GUEST_DS:
1011         case VM_REG_GUEST_FS:
1012         case VM_REG_GUEST_GS:
1013         case VM_REG_GUEST_TR:
1014         case VM_REG_GUEST_LDTR:
1015                 return (TRUE);
1016         default:
1017                 return (FALSE);
1018         }
1019 }
1020
1021 int
1022 vm_get_seg_desc(struct vm *vm, int vcpu, int reg,
1023                 struct seg_desc *desc)
1024 {
1025
1026         if (vcpu < 0 || vcpu >= VM_MAXCPU)
1027                 return (EINVAL);
1028
1029         if (!is_segment_register(reg) && !is_descriptor_table(reg))
1030                 return (EINVAL);
1031
1032         return (VMGETDESC(vm->cookie, vcpu, reg, desc));
1033 }
1034
1035 int
1036 vm_set_seg_desc(struct vm *vm, int vcpu, int reg,
1037                 struct seg_desc *desc)
1038 {
1039         if (vcpu < 0 || vcpu >= VM_MAXCPU)
1040                 return (EINVAL);
1041
1042         if (!is_segment_register(reg) && !is_descriptor_table(reg))
1043                 return (EINVAL);
1044
1045         return (VMSETDESC(vm->cookie, vcpu, reg, desc));
1046 }
1047
1048 static void
1049 restore_guest_fpustate(struct vcpu *vcpu)
1050 {
1051
1052         /* flush host state to the pcb */
1053         fpuexit(curthread);
1054
1055         /* restore guest FPU state */
1056         fpu_stop_emulating();
1057         fpurestore(vcpu->guestfpu);
1058
1059         /* restore guest XCR0 if XSAVE is enabled in the host */
1060         if (rcr4() & CR4_XSAVE)
1061                 load_xcr(0, vcpu->guest_xcr0);
1062
1063         /*
1064          * The FPU is now "dirty" with the guest's state so turn on emulation
1065          * to trap any access to the FPU by the host.
1066          */
1067         fpu_start_emulating();
1068 }
1069
1070 static void
1071 save_guest_fpustate(struct vcpu *vcpu)
1072 {
1073
1074         if ((rcr0() & CR0_TS) == 0)
1075                 panic("fpu emulation not enabled in host!");
1076
1077         /* save guest XCR0 and restore host XCR0 */
1078         if (rcr4() & CR4_XSAVE) {
1079                 vcpu->guest_xcr0 = rxcr(0);
1080                 load_xcr(0, vmm_get_host_xcr0());
1081         }
1082
1083         /* save guest FPU state */
1084         fpu_stop_emulating();
1085         fpusave(vcpu->guestfpu);
1086         fpu_start_emulating();
1087 }
1088
1089 static VMM_STAT(VCPU_IDLE_TICKS, "number of ticks vcpu was idle");
1090
1091 static int
1092 vcpu_set_state_locked(struct vm *vm, int vcpuid, enum vcpu_state newstate,
1093     bool from_idle)
1094 {
1095         struct vcpu *vcpu;
1096         int error;
1097
1098         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
1099         vcpu_assert_locked(vcpu);
1100
1101         /*
1102          * State transitions from the vmmdev_ioctl() must always begin from
1103          * the VCPU_IDLE state. This guarantees that there is only a single
1104          * ioctl() operating on a vcpu at any point.
1105          */
1106         if (from_idle) {
1107                 while (vcpu->state != VCPU_IDLE) {
1108                         vcpu->reqidle = 1;
1109                         vcpu_notify_event_locked(vcpu, false);
1110                         VCPU_CTR1(vm, vcpuid, "vcpu state change from %s to "
1111                             "idle requested", vcpu_state2str(vcpu->state));
1112                         msleep_spin(&vcpu->state, &vcpu->mtx, "vmstat", hz);
1113                 }
1114         } else {
1115                 KASSERT(vcpu->state != VCPU_IDLE, ("invalid transition from "
1116                     "vcpu idle state"));
1117         }
1118
1119         if (vcpu->state == VCPU_RUNNING) {
1120                 KASSERT(vcpu->hostcpu == curcpu, ("curcpu %d and hostcpu %d "
1121                     "mismatch for running vcpu", curcpu, vcpu->hostcpu));
1122         } else {
1123                 KASSERT(vcpu->hostcpu == NOCPU, ("Invalid hostcpu %d for a "
1124                     "vcpu that is not running", vcpu->hostcpu));
1125         }
1126
1127         /*
1128          * The following state transitions are allowed:
1129          * IDLE -> FROZEN -> IDLE
1130          * FROZEN -> RUNNING -> FROZEN
1131          * FROZEN -> SLEEPING -> FROZEN
1132          */
1133         switch (vcpu->state) {
1134         case VCPU_IDLE:
1135         case VCPU_RUNNING:
1136         case VCPU_SLEEPING:
1137                 error = (newstate != VCPU_FROZEN);
1138                 break;
1139         case VCPU_FROZEN:
1140                 error = (newstate == VCPU_FROZEN);
1141                 break;
1142         default:
1143                 error = 1;
1144                 break;
1145         }
1146
1147         if (error)
1148                 return (EBUSY);
1149
1150         VCPU_CTR2(vm, vcpuid, "vcpu state changed from %s to %s",
1151             vcpu_state2str(vcpu->state), vcpu_state2str(newstate));
1152
1153         vcpu->state = newstate;
1154         if (newstate == VCPU_RUNNING)
1155                 vcpu->hostcpu = curcpu;
1156         else
1157                 vcpu->hostcpu = NOCPU;
1158
1159         if (newstate == VCPU_IDLE)
1160                 wakeup(&vcpu->state);
1161
1162         return (0);
1163 }
1164
1165 static void
1166 vcpu_require_state(struct vm *vm, int vcpuid, enum vcpu_state newstate)
1167 {
1168         int error;
1169
1170         if ((error = vcpu_set_state(vm, vcpuid, newstate, false)) != 0)
1171                 panic("Error %d setting state to %d\n", error, newstate);
1172 }
1173
1174 static void
1175 vcpu_require_state_locked(struct vm *vm, int vcpuid, enum vcpu_state newstate)
1176 {
1177         int error;
1178
1179         if ((error = vcpu_set_state_locked(vm, vcpuid, newstate, false)) != 0)
1180                 panic("Error %d setting state to %d", error, newstate);
1181 }
1182
1183 static void
1184 vm_set_rendezvous_func(struct vm *vm, vm_rendezvous_func_t func)
1185 {
1186
1187         KASSERT(mtx_owned(&vm->rendezvous_mtx), ("rendezvous_mtx not locked"));
1188
1189         /*
1190          * Update 'rendezvous_func' and execute a write memory barrier to
1191          * ensure that it is visible across all host cpus. This is not needed
1192          * for correctness but it does ensure that all the vcpus will notice
1193          * that the rendezvous is requested immediately.
1194          */
1195         vm->rendezvous_func = func;
1196         wmb();
1197 }
1198
1199 #define RENDEZVOUS_CTR0(vm, vcpuid, fmt)                                \
1200         do {                                                            \
1201                 if (vcpuid >= 0)                                        \
1202                         VCPU_CTR0(vm, vcpuid, fmt);                     \
1203                 else                                                    \
1204                         VM_CTR0(vm, fmt);                               \
1205         } while (0)
1206
1207 static void
1208 vm_handle_rendezvous(struct vm *vm, int vcpuid)
1209 {
1210
1211         KASSERT(vcpuid == -1 || (vcpuid >= 0 && vcpuid < VM_MAXCPU),
1212             ("vm_handle_rendezvous: invalid vcpuid %d", vcpuid));
1213
1214         mtx_lock(&vm->rendezvous_mtx);
1215         while (vm->rendezvous_func != NULL) {
1216                 /* 'rendezvous_req_cpus' must be a subset of 'active_cpus' */
1217                 CPU_AND(&vm->rendezvous_req_cpus, &vm->active_cpus);
1218
1219                 if (vcpuid != -1 &&
1220                     CPU_ISSET(vcpuid, &vm->rendezvous_req_cpus) &&
1221                     !CPU_ISSET(vcpuid, &vm->rendezvous_done_cpus)) {
1222                         VCPU_CTR0(vm, vcpuid, "Calling rendezvous func");
1223                         (*vm->rendezvous_func)(vm, vcpuid, vm->rendezvous_arg);
1224                         CPU_SET(vcpuid, &vm->rendezvous_done_cpus);
1225                 }
1226                 if (CPU_CMP(&vm->rendezvous_req_cpus,
1227                     &vm->rendezvous_done_cpus) == 0) {
1228                         VCPU_CTR0(vm, vcpuid, "Rendezvous completed");
1229                         vm_set_rendezvous_func(vm, NULL);
1230                         wakeup(&vm->rendezvous_func);
1231                         break;
1232                 }
1233                 RENDEZVOUS_CTR0(vm, vcpuid, "Wait for rendezvous completion");
1234                 mtx_sleep(&vm->rendezvous_func, &vm->rendezvous_mtx, 0,
1235                     "vmrndv", 0);
1236         }
1237         mtx_unlock(&vm->rendezvous_mtx);
1238 }
1239
1240 /*
1241  * Emulate a guest 'hlt' by sleeping until the vcpu is ready to run.
1242  */
1243 static int
1244 vm_handle_hlt(struct vm *vm, int vcpuid, bool intr_disabled, bool *retu)
1245 {
1246         struct vcpu *vcpu;
1247         const char *wmesg;
1248         int t, vcpu_halted, vm_halted;
1249
1250         KASSERT(!CPU_ISSET(vcpuid, &vm->halted_cpus), ("vcpu already halted"));
1251
1252         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
1253         vcpu_halted = 0;
1254         vm_halted = 0;
1255
1256         vcpu_lock(vcpu);
1257         while (1) {
1258                 /*
1259                  * Do a final check for pending NMI or interrupts before
1260                  * really putting this thread to sleep. Also check for
1261                  * software events that would cause this vcpu to wakeup.
1262                  *
1263                  * These interrupts/events could have happened after the
1264                  * vcpu returned from VMRUN() and before it acquired the
1265                  * vcpu lock above.
1266                  */
1267                 if (vm->rendezvous_func != NULL || vm->suspend || vcpu->reqidle)
1268                         break;
1269                 if (vm_nmi_pending(vm, vcpuid))
1270                         break;
1271                 if (!intr_disabled) {
1272                         if (vm_extint_pending(vm, vcpuid) ||
1273                             vlapic_pending_intr(vcpu->vlapic, NULL)) {
1274                                 break;
1275                         }
1276                 }
1277
1278                 /* Don't go to sleep if the vcpu thread needs to yield */
1279                 if (vcpu_should_yield(vm, vcpuid))
1280                         break;
1281
1282                 /*
1283                  * Some Linux guests implement "halt" by having all vcpus
1284                  * execute HLT with interrupts disabled. 'halted_cpus' keeps
1285                  * track of the vcpus that have entered this state. When all
1286                  * vcpus enter the halted state the virtual machine is halted.
1287                  */
1288                 if (intr_disabled) {
1289                         wmesg = "vmhalt";
1290                         VCPU_CTR0(vm, vcpuid, "Halted");
1291                         if (!vcpu_halted && halt_detection_enabled) {
1292                                 vcpu_halted = 1;
1293                                 CPU_SET_ATOMIC(vcpuid, &vm->halted_cpus);
1294                         }
1295                         if (CPU_CMP(&vm->halted_cpus, &vm->active_cpus) == 0) {
1296                                 vm_halted = 1;
1297                                 break;
1298                         }
1299                 } else {
1300                         wmesg = "vmidle";
1301                 }
1302
1303                 t = ticks;
1304                 vcpu_require_state_locked(vm, vcpuid, VCPU_SLEEPING);
1305                 /*
1306                  * XXX msleep_spin() cannot be interrupted by signals so
1307                  * wake up periodically to check pending signals.
1308                  */
1309                 msleep_spin(vcpu, &vcpu->mtx, wmesg, hz);
1310                 vcpu_require_state_locked(vm, vcpuid, VCPU_FROZEN);
1311                 vmm_stat_incr(vm, vcpuid, VCPU_IDLE_TICKS, ticks - t);
1312         }
1313
1314         if (vcpu_halted)
1315                 CPU_CLR_ATOMIC(vcpuid, &vm->halted_cpus);
1316
1317         vcpu_unlock(vcpu);
1318
1319         if (vm_halted)
1320                 vm_suspend(vm, VM_SUSPEND_HALT);
1321
1322         return (0);
1323 }
1324
1325 static int
1326 vm_handle_paging(struct vm *vm, int vcpuid, bool *retu)
1327 {
1328         int rv, ftype;
1329         struct vm_map *map;
1330         struct vcpu *vcpu;
1331         struct vm_exit *vme;
1332
1333         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
1334         vme = &vcpu->exitinfo;
1335
1336         KASSERT(vme->inst_length == 0, ("%s: invalid inst_length %d",
1337             __func__, vme->inst_length));
1338
1339         ftype = vme->u.paging.fault_type;
1340         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ ||
1341             ftype == VM_PROT_WRITE || ftype == VM_PROT_EXECUTE,
1342             ("vm_handle_paging: invalid fault_type %d", ftype));
1343
1344         if (ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE) {
1345                 rv = pmap_emulate_accessed_dirty(vmspace_pmap(vm->vmspace),
1346                     vme->u.paging.gpa, ftype);
1347                 if (rv == 0) {
1348                         VCPU_CTR2(vm, vcpuid, "%s bit emulation for gpa %#lx",
1349                             ftype == VM_PROT_READ ? "accessed" : "dirty",
1350                             vme->u.paging.gpa);
1351                         goto done;
1352                 }
1353         }
1354
1355         map = &vm->vmspace->vm_map;
1356         rv = vm_fault(map, vme->u.paging.gpa, ftype, VM_FAULT_NORMAL);
1357
1358         VCPU_CTR3(vm, vcpuid, "vm_handle_paging rv = %d, gpa = %#lx, "
1359             "ftype = %d", rv, vme->u.paging.gpa, ftype);
1360
1361         if (rv != KERN_SUCCESS)
1362                 return (EFAULT);
1363 done:
1364         return (0);
1365 }
1366
1367 static int
1368 vm_handle_inst_emul(struct vm *vm, int vcpuid, bool *retu)
1369 {
1370         struct vie *vie;
1371         struct vcpu *vcpu;
1372         struct vm_exit *vme;
1373         uint64_t gla, gpa, cs_base;
1374         struct vm_guest_paging *paging;
1375         mem_region_read_t mread;
1376         mem_region_write_t mwrite;
1377         enum vm_cpu_mode cpu_mode;
1378         int cs_d, error, fault;
1379
1380         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
1381         vme = &vcpu->exitinfo;
1382
1383         KASSERT(vme->inst_length == 0, ("%s: invalid inst_length %d",
1384             __func__, vme->inst_length));
1385
1386         gla = vme->u.inst_emul.gla;
1387         gpa = vme->u.inst_emul.gpa;
1388         cs_base = vme->u.inst_emul.cs_base;
1389         cs_d = vme->u.inst_emul.cs_d;
1390         vie = &vme->u.inst_emul.vie;
1391         paging = &vme->u.inst_emul.paging;
1392         cpu_mode = paging->cpu_mode;
1393
1394         VCPU_CTR1(vm, vcpuid, "inst_emul fault accessing gpa %#lx", gpa);
1395
1396         /* Fetch, decode and emulate the faulting instruction */
1397         if (vie->num_valid == 0) {
1398                 error = vmm_fetch_instruction(vm, vcpuid, paging, vme->rip +
1399                     cs_base, VIE_INST_SIZE, vie, &fault);
1400         } else {
1401                 /*
1402                  * The instruction bytes have already been copied into 'vie'
1403                  */
1404                 error = fault = 0;
1405         }
1406         if (error || fault)
1407                 return (error);
1408
1409         if (vmm_decode_instruction(vm, vcpuid, gla, cpu_mode, cs_d, vie) != 0) {
1410                 VCPU_CTR1(vm, vcpuid, "Error decoding instruction at %#lx",
1411                     vme->rip + cs_base);
1412                 *retu = true;       /* dump instruction bytes in userspace */
1413                 return (0);
1414         }
1415
1416         /*
1417          * Update 'nextrip' based on the length of the emulated instruction.
1418          */
1419         vme->inst_length = vie->num_processed;
1420         vcpu->nextrip += vie->num_processed;
1421         VCPU_CTR1(vm, vcpuid, "nextrip updated to %#lx after instruction "
1422             "decoding", vcpu->nextrip);
1423  
1424         /* return to userland unless this is an in-kernel emulated device */
1425         if (gpa >= DEFAULT_APIC_BASE && gpa < DEFAULT_APIC_BASE + PAGE_SIZE) {
1426                 mread = lapic_mmio_read;
1427                 mwrite = lapic_mmio_write;
1428         } else if (gpa >= VIOAPIC_BASE && gpa < VIOAPIC_BASE + VIOAPIC_SIZE) {
1429                 mread = vioapic_mmio_read;
1430                 mwrite = vioapic_mmio_write;
1431         } else if (gpa >= VHPET_BASE && gpa < VHPET_BASE + VHPET_SIZE) {
1432                 mread = vhpet_mmio_read;
1433                 mwrite = vhpet_mmio_write;
1434         } else {
1435                 *retu = true;
1436                 return (0);
1437         }
1438
1439         error = vmm_emulate_instruction(vm, vcpuid, gpa, vie, paging,
1440             mread, mwrite, retu);
1441
1442         return (error);
1443 }
1444
1445 static int
1446 vm_handle_suspend(struct vm *vm, int vcpuid, bool *retu)
1447 {
1448         int i, done;
1449         struct vcpu *vcpu;
1450
1451         done = 0;
1452         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
1453
1454         CPU_SET_ATOMIC(vcpuid, &vm->suspended_cpus);
1455
1456         /*
1457          * Wait until all 'active_cpus' have suspended themselves.
1458          *
1459          * Since a VM may be suspended at any time including when one or
1460          * more vcpus are doing a rendezvous we need to call the rendezvous
1461          * handler while we are waiting to prevent a deadlock.
1462          */
1463         vcpu_lock(vcpu);
1464         while (1) {
1465                 if (CPU_CMP(&vm->suspended_cpus, &vm->active_cpus) == 0) {
1466                         VCPU_CTR0(vm, vcpuid, "All vcpus suspended");
1467                         break;
1468                 }
1469
1470                 if (vm->rendezvous_func == NULL) {
1471                         VCPU_CTR0(vm, vcpuid, "Sleeping during suspend");
1472                         vcpu_require_state_locked(vm, vcpuid, VCPU_SLEEPING);
1473                         msleep_spin(vcpu, &vcpu->mtx, "vmsusp", hz);
1474                         vcpu_require_state_locked(vm, vcpuid, VCPU_FROZEN);
1475                 } else {
1476                         VCPU_CTR0(vm, vcpuid, "Rendezvous during suspend");
1477                         vcpu_unlock(vcpu);
1478                         vm_handle_rendezvous(vm, vcpuid);
1479                         vcpu_lock(vcpu);
1480                 }
1481         }
1482         vcpu_unlock(vcpu);
1483
1484         /*
1485          * Wakeup the other sleeping vcpus and return to userspace.
1486          */
1487         for (i = 0; i < VM_MAXCPU; i++) {
1488                 if (CPU_ISSET(i, &vm->suspended_cpus)) {
1489                         vcpu_notify_event(vm, i, false);
1490                 }
1491         }
1492
1493         *retu = true;
1494         return (0);
1495 }
1496
1497 static int
1498 vm_handle_reqidle(struct vm *vm, int vcpuid, bool *retu)
1499 {
1500         struct vcpu *vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
1501
1502         vcpu_lock(vcpu);
1503         KASSERT(vcpu->reqidle, ("invalid vcpu reqidle %d", vcpu->reqidle));
1504         vcpu->reqidle = 0;
1505         vcpu_unlock(vcpu);
1506         *retu = true;
1507         return (0);
1508 }
1509
1510 int
1511 vm_suspend(struct vm *vm, enum vm_suspend_how how)
1512 {
1513         int i;
1514
1515         if (how <= VM_SUSPEND_NONE || how >= VM_SUSPEND_LAST)
1516                 return (EINVAL);
1517
1518         if (atomic_cmpset_int(&vm->suspend, 0, how) == 0) {
1519                 VM_CTR2(vm, "virtual machine already suspended %d/%d",
1520                     vm->suspend, how);
1521                 return (EALREADY);
1522         }
1523
1524         VM_CTR1(vm, "virtual machine successfully suspended %d", how);
1525
1526         /*
1527          * Notify all active vcpus that they are now suspended.
1528          */
1529         for (i = 0; i < VM_MAXCPU; i++) {
1530                 if (CPU_ISSET(i, &vm->active_cpus))
1531                         vcpu_notify_event(vm, i, false);
1532         }
1533
1534         return (0);
1535 }
1536
1537 void
1538 vm_exit_suspended(struct vm *vm, int vcpuid, uint64_t rip)
1539 {
1540         struct vm_exit *vmexit;
1541
1542         KASSERT(vm->suspend > VM_SUSPEND_NONE && vm->suspend < VM_SUSPEND_LAST,
1543             ("vm_exit_suspended: invalid suspend type %d", vm->suspend));
1544
1545         vmexit = vm_exitinfo(vm, vcpuid);
1546         vmexit->rip = rip;
1547         vmexit->inst_length = 0;
1548         vmexit->exitcode = VM_EXITCODE_SUSPENDED;
1549         vmexit->u.suspended.how = vm->suspend;
1550 }
1551
1552 void
1553 vm_exit_rendezvous(struct vm *vm, int vcpuid, uint64_t rip)
1554 {
1555         struct vm_exit *vmexit;
1556
1557         KASSERT(vm->rendezvous_func != NULL, ("rendezvous not in progress"));
1558
1559         vmexit = vm_exitinfo(vm, vcpuid);
1560         vmexit->rip = rip;
1561         vmexit->inst_length = 0;
1562         vmexit->exitcode = VM_EXITCODE_RENDEZVOUS;
1563         vmm_stat_incr(vm, vcpuid, VMEXIT_RENDEZVOUS, 1);
1564 }
1565
1566 void
1567 vm_exit_reqidle(struct vm *vm, int vcpuid, uint64_t rip)
1568 {
1569         struct vm_exit *vmexit;
1570
1571         vmexit = vm_exitinfo(vm, vcpuid);
1572         vmexit->rip = rip;
1573         vmexit->inst_length = 0;
1574         vmexit->exitcode = VM_EXITCODE_REQIDLE;
1575         vmm_stat_incr(vm, vcpuid, VMEXIT_REQIDLE, 1);
1576 }
1577
1578 void
1579 vm_exit_astpending(struct vm *vm, int vcpuid, uint64_t rip)
1580 {
1581         struct vm_exit *vmexit;
1582
1583         vmexit = vm_exitinfo(vm, vcpuid);
1584         vmexit->rip = rip;
1585         vmexit->inst_length = 0;
1586         vmexit->exitcode = VM_EXITCODE_BOGUS;
1587         vmm_stat_incr(vm, vcpuid, VMEXIT_ASTPENDING, 1);
1588 }
1589
1590 int
1591 vm_run(struct vm *vm, struct vm_run *vmrun)
1592 {
1593         struct vm_eventinfo evinfo;
1594         int error, vcpuid;
1595         struct vcpu *vcpu;
1596         struct pcb *pcb;
1597         uint64_t tscval;
1598         struct vm_exit *vme;
1599         bool retu, intr_disabled;
1600         pmap_t pmap;
1601
1602         vcpuid = vmrun->cpuid;
1603
1604         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
1605                 return (EINVAL);
1606
1607         if (!CPU_ISSET(vcpuid, &vm->active_cpus))
1608                 return (EINVAL);
1609
1610         if (CPU_ISSET(vcpuid, &vm->suspended_cpus))
1611                 return (EINVAL);
1612
1613         pmap = vmspace_pmap(vm->vmspace);
1614         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
1615         vme = &vcpu->exitinfo;
1616         evinfo.rptr = &vm->rendezvous_func;
1617         evinfo.sptr = &vm->suspend;
1618         evinfo.iptr = &vcpu->reqidle;
1619 restart:
1620         critical_enter();
1621
1622         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
1623             ("vm_run: absurd pm_active"));
1624
1625         tscval = rdtsc();
1626
1627         pcb = PCPU_GET(curpcb);
1628         set_pcb_flags(pcb, PCB_FULL_IRET);
1629
1630         restore_guest_fpustate(vcpu);
1631
1632         vcpu_require_state(vm, vcpuid, VCPU_RUNNING);
1633         error = VMRUN(vm->cookie, vcpuid, vcpu->nextrip, pmap, &evinfo);
1634         vcpu_require_state(vm, vcpuid, VCPU_FROZEN);
1635
1636         save_guest_fpustate(vcpu);
1637
1638         vmm_stat_incr(vm, vcpuid, VCPU_TOTAL_RUNTIME, rdtsc() - tscval);
1639
1640         critical_exit();
1641
1642         if (error == 0) {
1643                 retu = false;
1644                 vcpu->nextrip = vme->rip + vme->inst_length;
1645                 switch (vme->exitcode) {
1646                 case VM_EXITCODE_REQIDLE:
1647                         error = vm_handle_reqidle(vm, vcpuid, &retu);
1648                         break;
1649                 case VM_EXITCODE_SUSPENDED:
1650                         error = vm_handle_suspend(vm, vcpuid, &retu);
1651                         break;
1652                 case VM_EXITCODE_IOAPIC_EOI:
1653                         vioapic_process_eoi(vm, vcpuid,
1654                             vme->u.ioapic_eoi.vector);
1655                         break;
1656                 case VM_EXITCODE_RENDEZVOUS:
1657                         vm_handle_rendezvous(vm, vcpuid);
1658                         error = 0;
1659                         break;
1660                 case VM_EXITCODE_HLT:
1661                         intr_disabled = ((vme->u.hlt.rflags & PSL_I) == 0);
1662                         error = vm_handle_hlt(vm, vcpuid, intr_disabled, &retu);
1663                         break;
1664                 case VM_EXITCODE_PAGING:
1665                         error = vm_handle_paging(vm, vcpuid, &retu);
1666                         break;
1667                 case VM_EXITCODE_INST_EMUL:
1668                         error = vm_handle_inst_emul(vm, vcpuid, &retu);
1669                         break;
1670                 case VM_EXITCODE_INOUT:
1671                 case VM_EXITCODE_INOUT_STR:
1672                         error = vm_handle_inout(vm, vcpuid, vme, &retu);
1673                         break;
1674                 case VM_EXITCODE_MONITOR:
1675                 case VM_EXITCODE_MWAIT:
1676                         vm_inject_ud(vm, vcpuid);
1677                         break;
1678                 default:
1679                         retu = true;    /* handled in userland */
1680                         break;
1681                 }
1682         }
1683
1684         if (error == 0 && retu == false)
1685                 goto restart;
1686
1687         VCPU_CTR2(vm, vcpuid, "retu %d/%d", error, vme->exitcode);
1688
1689         /* copy the exit information */
1690         bcopy(vme, &vmrun->vm_exit, sizeof(struct vm_exit));
1691         return (error);
1692 }
1693
1694 int
1695 vm_restart_instruction(void *arg, int vcpuid)
1696 {
1697         struct vm *vm;
1698         struct vcpu *vcpu;
1699         enum vcpu_state state;
1700         uint64_t rip;
1701         int error;
1702
1703         vm = arg;
1704         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
1705                 return (EINVAL);
1706
1707         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
1708         state = vcpu_get_state(vm, vcpuid, NULL);
1709         if (state == VCPU_RUNNING) {
1710                 /*
1711                  * When a vcpu is "running" the next instruction is determined
1712                  * by adding 'rip' and 'inst_length' in the vcpu's 'exitinfo'.
1713                  * Thus setting 'inst_length' to zero will cause the current
1714                  * instruction to be restarted.
1715                  */
1716                 vcpu->exitinfo.inst_length = 0;
1717                 VCPU_CTR1(vm, vcpuid, "restarting instruction at %#lx by "
1718                     "setting inst_length to zero", vcpu->exitinfo.rip);
1719         } else if (state == VCPU_FROZEN) {
1720                 /*
1721                  * When a vcpu is "frozen" it is outside the critical section
1722                  * around VMRUN() and 'nextrip' points to the next instruction.
1723                  * Thus instruction restart is achieved by setting 'nextrip'
1724                  * to the vcpu's %rip.
1725                  */
1726                 error = vm_get_register(vm, vcpuid, VM_REG_GUEST_RIP, &rip);
1727                 KASSERT(!error, ("%s: error %d getting rip", __func__, error));
1728                 VCPU_CTR2(vm, vcpuid, "restarting instruction by updating "
1729                     "nextrip from %#lx to %#lx", vcpu->nextrip, rip);
1730                 vcpu->nextrip = rip;
1731         } else {
1732                 panic("%s: invalid state %d", __func__, state);
1733         }
1734         return (0);
1735 }
1736
1737 int
1738 vm_exit_intinfo(struct vm *vm, int vcpuid, uint64_t info)
1739 {
1740         struct vcpu *vcpu;
1741         int type, vector;
1742
1743         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
1744                 return (EINVAL);
1745
1746         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
1747
1748         if (info & VM_INTINFO_VALID) {
1749                 type = info & VM_INTINFO_TYPE;
1750                 vector = info & 0xff;
1751                 if (type == VM_INTINFO_NMI && vector != IDT_NMI)
1752                         return (EINVAL);
1753                 if (type == VM_INTINFO_HWEXCEPTION && vector >= 32)
1754                         return (EINVAL);
1755                 if (info & VM_INTINFO_RSVD)
1756                         return (EINVAL);
1757         } else {
1758                 info = 0;
1759         }
1760         VCPU_CTR2(vm, vcpuid, "%s: info1(%#lx)", __func__, info);
1761         vcpu->exitintinfo = info;
1762         return (0);
1763 }
1764
1765 enum exc_class {
1766         EXC_BENIGN,
1767         EXC_CONTRIBUTORY,
1768         EXC_PAGEFAULT
1769 };
1770
1771 #define IDT_VE  20      /* Virtualization Exception (Intel specific) */
1772
1773 static enum exc_class
1774 exception_class(uint64_t info)
1775 {
1776         int type, vector;
1777
1778         KASSERT(info & VM_INTINFO_VALID, ("intinfo must be valid: %#lx", info));
1779         type = info & VM_INTINFO_TYPE;
1780         vector = info & 0xff;
1781
1782         /* Table 6-4, "Interrupt and Exception Classes", Intel SDM, Vol 3 */
1783         switch (type) {
1784         case VM_INTINFO_HWINTR:
1785         case VM_INTINFO_SWINTR:
1786         case VM_INTINFO_NMI:
1787                 return (EXC_BENIGN);
1788         default:
1789                 /*
1790                  * Hardware exception.
1791                  *
1792                  * SVM and VT-x use identical type values to represent NMI,
1793                  * hardware interrupt and software interrupt.
1794                  *
1795                  * SVM uses type '3' for all exceptions. VT-x uses type '3'
1796                  * for exceptions except #BP and #OF. #BP and #OF use a type
1797                  * value of '5' or '6'. Therefore we don't check for explicit
1798                  * values of 'type' to classify 'intinfo' into a hardware
1799                  * exception.
1800                  */
1801                 break;
1802         }
1803
1804         switch (vector) {
1805         case IDT_PF:
1806         case IDT_VE:
1807                 return (EXC_PAGEFAULT);
1808         case IDT_DE:
1809         case IDT_TS:
1810         case IDT_NP:
1811         case IDT_SS:
1812         case IDT_GP:
1813                 return (EXC_CONTRIBUTORY);
1814         default:
1815                 return (EXC_BENIGN);
1816         }
1817 }
1818
1819 static int
1820 nested_fault(struct vm *vm, int vcpuid, uint64_t info1, uint64_t info2,
1821     uint64_t *retinfo)
1822 {
1823         enum exc_class exc1, exc2;
1824         int type1, vector1;
1825
1826         KASSERT(info1 & VM_INTINFO_VALID, ("info1 %#lx is not valid", info1));
1827         KASSERT(info2 & VM_INTINFO_VALID, ("info2 %#lx is not valid", info2));
1828
1829         /*
1830          * If an exception occurs while attempting to call the double-fault
1831          * handler the processor enters shutdown mode (aka triple fault).
1832          */
1833         type1 = info1 & VM_INTINFO_TYPE;
1834         vector1 = info1 & 0xff;
1835         if (type1 == VM_INTINFO_HWEXCEPTION && vector1 == IDT_DF) {
1836                 VCPU_CTR2(vm, vcpuid, "triple fault: info1(%#lx), info2(%#lx)",
1837                     info1, info2);
1838                 vm_suspend(vm, VM_SUSPEND_TRIPLEFAULT);
1839                 *retinfo = 0;
1840                 return (0);
1841         }
1842
1843         /*
1844          * Table 6-5 "Conditions for Generating a Double Fault", Intel SDM, Vol3
1845          */
1846         exc1 = exception_class(info1);
1847         exc2 = exception_class(info2);
1848         if ((exc1 == EXC_CONTRIBUTORY && exc2 == EXC_CONTRIBUTORY) ||
1849             (exc1 == EXC_PAGEFAULT && exc2 != EXC_BENIGN)) {
1850                 /* Convert nested fault into a double fault. */
1851                 *retinfo = IDT_DF;
1852                 *retinfo |= VM_INTINFO_VALID | VM_INTINFO_HWEXCEPTION;
1853                 *retinfo |= VM_INTINFO_DEL_ERRCODE;
1854         } else {
1855                 /* Handle exceptions serially */
1856                 *retinfo = info2;
1857         }
1858         return (1);
1859 }
1860
1861 static uint64_t
1862 vcpu_exception_intinfo(struct vcpu *vcpu)
1863 {
1864         uint64_t info = 0;
1865
1866         if (vcpu->exception_pending) {
1867                 info = vcpu->exc_vector & 0xff;
1868                 info |= VM_INTINFO_VALID | VM_INTINFO_HWEXCEPTION;
1869                 if (vcpu->exc_errcode_valid) {
1870                         info |= VM_INTINFO_DEL_ERRCODE;
1871                         info |= (uint64_t)vcpu->exc_errcode << 32;
1872                 }
1873         }
1874         return (info);
1875 }
1876
1877 int
1878 vm_entry_intinfo(struct vm *vm, int vcpuid, uint64_t *retinfo)
1879 {
1880         struct vcpu *vcpu;
1881         uint64_t info1, info2;
1882         int valid;
1883
1884         KASSERT(vcpuid >= 0 && vcpuid < VM_MAXCPU, ("invalid vcpu %d", vcpuid));
1885
1886         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
1887
1888         info1 = vcpu->exitintinfo;
1889         vcpu->exitintinfo = 0;
1890
1891         info2 = 0;
1892         if (vcpu->exception_pending) {
1893                 info2 = vcpu_exception_intinfo(vcpu);
1894                 vcpu->exception_pending = 0;
1895                 VCPU_CTR2(vm, vcpuid, "Exception %d delivered: %#lx",
1896                     vcpu->exc_vector, info2);
1897         }
1898
1899         if ((info1 & VM_INTINFO_VALID) && (info2 & VM_INTINFO_VALID)) {
1900                 valid = nested_fault(vm, vcpuid, info1, info2, retinfo);
1901         } else if (info1 & VM_INTINFO_VALID) {
1902                 *retinfo = info1;
1903                 valid = 1;
1904         } else if (info2 & VM_INTINFO_VALID) {
1905                 *retinfo = info2;
1906                 valid = 1;
1907         } else {
1908                 valid = 0;
1909         }
1910
1911         if (valid) {
1912                 VCPU_CTR4(vm, vcpuid, "%s: info1(%#lx), info2(%#lx), "
1913                     "retinfo(%#lx)", __func__, info1, info2, *retinfo);
1914         }
1915
1916         return (valid);
1917 }
1918
1919 int
1920 vm_get_intinfo(struct vm *vm, int vcpuid, uint64_t *info1, uint64_t *info2)
1921 {
1922         struct vcpu *vcpu;
1923
1924         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
1925                 return (EINVAL);
1926
1927         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
1928         *info1 = vcpu->exitintinfo;
1929         *info2 = vcpu_exception_intinfo(vcpu);
1930         return (0);
1931 }
1932
1933 int
1934 vm_inject_exception(struct vm *vm, int vcpuid, int vector, int errcode_valid,
1935     uint32_t errcode, int restart_instruction)
1936 {
1937         struct vcpu *vcpu;
1938         uint64_t regval;
1939         int error;
1940
1941         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
1942                 return (EINVAL);
1943
1944         if (vector < 0 || vector >= 32)
1945                 return (EINVAL);
1946
1947         /*
1948          * A double fault exception should never be injected directly into
1949          * the guest. It is a derived exception that results from specific
1950          * combinations of nested faults.
1951          */
1952         if (vector == IDT_DF)
1953                 return (EINVAL);
1954
1955         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
1956
1957         if (vcpu->exception_pending) {
1958                 VCPU_CTR2(vm, vcpuid, "Unable to inject exception %d due to "
1959                     "pending exception %d", vector, vcpu->exc_vector);
1960                 return (EBUSY);
1961         }
1962
1963         if (errcode_valid) {
1964                 /*
1965                  * Exceptions don't deliver an error code in real mode.
1966                  */
1967                 error = vm_get_register(vm, vcpuid, VM_REG_GUEST_CR0, &regval);
1968                 KASSERT(!error, ("%s: error %d getting CR0", __func__, error));
1969                 if (!(regval & CR0_PE))
1970                         errcode_valid = 0;
1971         }
1972
1973         /*
1974          * From section 26.6.1 "Interruptibility State" in Intel SDM:
1975          *
1976          * Event blocking by "STI" or "MOV SS" is cleared after guest executes
1977          * one instruction or incurs an exception.
1978          */
1979         error = vm_set_register(vm, vcpuid, VM_REG_GUEST_INTR_SHADOW, 0);
1980         KASSERT(error == 0, ("%s: error %d clearing interrupt shadow",
1981             __func__, error));
1982
1983         if (restart_instruction)
1984                 vm_restart_instruction(vm, vcpuid);
1985
1986         vcpu->exception_pending = 1;
1987         vcpu->exc_vector = vector;
1988         vcpu->exc_errcode = errcode;
1989         vcpu->exc_errcode_valid = errcode_valid;
1990         VCPU_CTR1(vm, vcpuid, "Exception %d pending", vector);
1991         return (0);
1992 }
1993
1994 void
1995 vm_inject_fault(void *vmarg, int vcpuid, int vector, int errcode_valid,
1996     int errcode)
1997 {
1998         struct vm *vm;
1999         int error, restart_instruction;
2000
2001         vm = vmarg;
2002         restart_instruction = 1;
2003
2004         error = vm_inject_exception(vm, vcpuid, vector, errcode_valid,
2005             errcode, restart_instruction);
2006         KASSERT(error == 0, ("vm_inject_exception error %d", error));
2007 }
2008
2009 void
2010 vm_inject_pf(void *vmarg, int vcpuid, int error_code, uint64_t cr2)
2011 {
2012         struct vm *vm;
2013         int error;
2014
2015         vm = vmarg;
2016         VCPU_CTR2(vm, vcpuid, "Injecting page fault: error_code %#x, cr2 %#lx",
2017             error_code, cr2);
2018
2019         error = vm_set_register(vm, vcpuid, VM_REG_GUEST_CR2, cr2);
2020         KASSERT(error == 0, ("vm_set_register(cr2) error %d", error));
2021
2022         vm_inject_fault(vm, vcpuid, IDT_PF, 1, error_code);
2023 }
2024
2025 static VMM_STAT(VCPU_NMI_COUNT, "number of NMIs delivered to vcpu");
2026
2027 int
2028 vm_inject_nmi(struct vm *vm, int vcpuid)
2029 {
2030         struct vcpu *vcpu;
2031
2032         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
2033                 return (EINVAL);
2034
2035         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
2036
2037         vcpu->nmi_pending = 1;
2038         vcpu_notify_event(vm, vcpuid, false);
2039         return (0);
2040 }
2041
2042 int
2043 vm_nmi_pending(struct vm *vm, int vcpuid)
2044 {
2045         struct vcpu *vcpu;
2046
2047         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
2048                 panic("vm_nmi_pending: invalid vcpuid %d", vcpuid);
2049
2050         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
2051
2052         return (vcpu->nmi_pending);
2053 }
2054
2055 void
2056 vm_nmi_clear(struct vm *vm, int vcpuid)
2057 {
2058         struct vcpu *vcpu;
2059
2060         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
2061                 panic("vm_nmi_pending: invalid vcpuid %d", vcpuid);
2062
2063         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
2064
2065         if (vcpu->nmi_pending == 0)
2066                 panic("vm_nmi_clear: inconsistent nmi_pending state");
2067
2068         vcpu->nmi_pending = 0;
2069         vmm_stat_incr(vm, vcpuid, VCPU_NMI_COUNT, 1);
2070 }
2071
2072 static VMM_STAT(VCPU_EXTINT_COUNT, "number of ExtINTs delivered to vcpu");
2073
2074 int
2075 vm_inject_extint(struct vm *vm, int vcpuid)
2076 {
2077         struct vcpu *vcpu;
2078
2079         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
2080                 return (EINVAL);
2081
2082         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
2083
2084         vcpu->extint_pending = 1;
2085         vcpu_notify_event(vm, vcpuid, false);
2086         return (0);
2087 }
2088
2089 int
2090 vm_extint_pending(struct vm *vm, int vcpuid)
2091 {
2092         struct vcpu *vcpu;
2093
2094         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
2095                 panic("vm_extint_pending: invalid vcpuid %d", vcpuid);
2096
2097         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
2098
2099         return (vcpu->extint_pending);
2100 }
2101
2102 void
2103 vm_extint_clear(struct vm *vm, int vcpuid)
2104 {
2105         struct vcpu *vcpu;
2106
2107         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
2108                 panic("vm_extint_pending: invalid vcpuid %d", vcpuid);
2109
2110         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
2111
2112         if (vcpu->extint_pending == 0)
2113                 panic("vm_extint_clear: inconsistent extint_pending state");
2114
2115         vcpu->extint_pending = 0;
2116         vmm_stat_incr(vm, vcpuid, VCPU_EXTINT_COUNT, 1);
2117 }
2118
2119 int
2120 vm_get_capability(struct vm *vm, int vcpu, int type, int *retval)
2121 {
2122         if (vcpu < 0 || vcpu >= VM_MAXCPU)
2123                 return (EINVAL);
2124
2125         if (type < 0 || type >= VM_CAP_MAX)
2126                 return (EINVAL);
2127
2128         return (VMGETCAP(vm->cookie, vcpu, type, retval));
2129 }
2130
2131 int
2132 vm_set_capability(struct vm *vm, int vcpu, int type, int val)
2133 {
2134         if (vcpu < 0 || vcpu >= VM_MAXCPU)
2135                 return (EINVAL);
2136
2137         if (type < 0 || type >= VM_CAP_MAX)
2138                 return (EINVAL);
2139
2140         return (VMSETCAP(vm->cookie, vcpu, type, val));
2141 }
2142
2143 struct vlapic *
2144 vm_lapic(struct vm *vm, int cpu)
2145 {
2146         return (vm->vcpu[cpu].vlapic);
2147 }
2148
2149 struct vioapic *
2150 vm_ioapic(struct vm *vm)
2151 {
2152
2153         return (vm->vioapic);
2154 }
2155
2156 struct vhpet *
2157 vm_hpet(struct vm *vm)
2158 {
2159
2160         return (vm->vhpet);
2161 }
2162
2163 boolean_t
2164 vmm_is_pptdev(int bus, int slot, int func)
2165 {
2166         int found, i, n;
2167         int b, s, f;
2168         char *val, *cp, *cp2;
2169
2170         /*
2171          * XXX
2172          * The length of an environment variable is limited to 128 bytes which
2173          * puts an upper limit on the number of passthru devices that may be
2174          * specified using a single environment variable.
2175          *
2176          * Work around this by scanning multiple environment variable
2177          * names instead of a single one - yuck!
2178          */
2179         const char *names[] = { "pptdevs", "pptdevs2", "pptdevs3", NULL };
2180
2181         /* set pptdevs="1/2/3 4/5/6 7/8/9 10/11/12" */
2182         found = 0;
2183         for (i = 0; names[i] != NULL && !found; i++) {
2184                 cp = val = kern_getenv(names[i]);
2185                 while (cp != NULL && *cp != '\0') {
2186                         if ((cp2 = strchr(cp, ' ')) != NULL)
2187                                 *cp2 = '\0';
2188
2189                         n = sscanf(cp, "%d/%d/%d", &b, &s, &f);
2190                         if (n == 3 && bus == b && slot == s && func == f) {
2191                                 found = 1;
2192                                 break;
2193                         }
2194                 
2195                         if (cp2 != NULL)
2196                                 *cp2++ = ' ';
2197
2198                         cp = cp2;
2199                 }
2200                 freeenv(val);
2201         }
2202         return (found);
2203 }
2204
2205 void *
2206 vm_iommu_domain(struct vm *vm)
2207 {
2208
2209         return (vm->iommu);
2210 }
2211
2212 int
2213 vcpu_set_state(struct vm *vm, int vcpuid, enum vcpu_state newstate,
2214     bool from_idle)
2215 {
2216         int error;
2217         struct vcpu *vcpu;
2218
2219         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
2220                 panic("vm_set_run_state: invalid vcpuid %d", vcpuid);
2221
2222         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
2223
2224         vcpu_lock(vcpu);
2225         error = vcpu_set_state_locked(vm, vcpuid, newstate, from_idle);
2226         vcpu_unlock(vcpu);
2227
2228         return (error);
2229 }
2230
2231 enum vcpu_state
2232 vcpu_get_state(struct vm *vm, int vcpuid, int *hostcpu)
2233 {
2234         struct vcpu *vcpu;
2235         enum vcpu_state state;
2236
2237         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
2238                 panic("vm_get_run_state: invalid vcpuid %d", vcpuid);
2239
2240         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
2241
2242         vcpu_lock(vcpu);
2243         state = vcpu->state;
2244         if (hostcpu != NULL)
2245                 *hostcpu = vcpu->hostcpu;
2246         vcpu_unlock(vcpu);
2247
2248         return (state);
2249 }
2250
2251 int
2252 vm_activate_cpu(struct vm *vm, int vcpuid)
2253 {
2254
2255         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
2256                 return (EINVAL);
2257
2258         if (CPU_ISSET(vcpuid, &vm->active_cpus))
2259                 return (EBUSY);
2260
2261         VCPU_CTR0(vm, vcpuid, "activated");
2262         CPU_SET_ATOMIC(vcpuid, &vm->active_cpus);
2263         return (0);
2264 }
2265
2266 cpuset_t
2267 vm_active_cpus(struct vm *vm)
2268 {
2269
2270         return (vm->active_cpus);
2271 }
2272
2273 cpuset_t
2274 vm_suspended_cpus(struct vm *vm)
2275 {
2276
2277         return (vm->suspended_cpus);
2278 }
2279
2280 void *
2281 vcpu_stats(struct vm *vm, int vcpuid)
2282 {
2283
2284         return (vm->vcpu[vcpuid].stats);
2285 }
2286
2287 int
2288 vm_get_x2apic_state(struct vm *vm, int vcpuid, enum x2apic_state *state)
2289 {
2290         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
2291                 return (EINVAL);
2292
2293         *state = vm->vcpu[vcpuid].x2apic_state;
2294
2295         return (0);
2296 }
2297
2298 int
2299 vm_set_x2apic_state(struct vm *vm, int vcpuid, enum x2apic_state state)
2300 {
2301         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
2302                 return (EINVAL);
2303
2304         if (state >= X2APIC_STATE_LAST)
2305                 return (EINVAL);
2306
2307         vm->vcpu[vcpuid].x2apic_state = state;
2308
2309         vlapic_set_x2apic_state(vm, vcpuid, state);
2310
2311         return (0);
2312 }
2313
2314 /*
2315  * This function is called to ensure that a vcpu "sees" a pending event
2316  * as soon as possible:
2317  * - If the vcpu thread is sleeping then it is woken up.
2318  * - If the vcpu is running on a different host_cpu then an IPI will be directed
2319  *   to the host_cpu to cause the vcpu to trap into the hypervisor.
2320  */
2321 static void
2322 vcpu_notify_event_locked(struct vcpu *vcpu, bool lapic_intr)
2323 {
2324         int hostcpu;
2325
2326         hostcpu = vcpu->hostcpu;
2327         if (vcpu->state == VCPU_RUNNING) {
2328                 KASSERT(hostcpu != NOCPU, ("vcpu running on invalid hostcpu"));
2329                 if (hostcpu != curcpu) {
2330                         if (lapic_intr) {
2331                                 vlapic_post_intr(vcpu->vlapic, hostcpu,
2332                                     vmm_ipinum);
2333                         } else {
2334                                 ipi_cpu(hostcpu, vmm_ipinum);
2335                         }
2336                 } else {
2337                         /*
2338                          * If the 'vcpu' is running on 'curcpu' then it must
2339                          * be sending a notification to itself (e.g. SELF_IPI).
2340                          * The pending event will be picked up when the vcpu
2341                          * transitions back to guest context.
2342                          */
2343                 }
2344         } else {
2345                 KASSERT(hostcpu == NOCPU, ("vcpu state %d not consistent "
2346                     "with hostcpu %d", vcpu->state, hostcpu));
2347                 if (vcpu->state == VCPU_SLEEPING)
2348                         wakeup_one(vcpu);
2349         }
2350 }
2351
2352 void
2353 vcpu_notify_event(struct vm *vm, int vcpuid, bool lapic_intr)
2354 {
2355         struct vcpu *vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
2356
2357         vcpu_lock(vcpu);
2358         vcpu_notify_event_locked(vcpu, lapic_intr);
2359         vcpu_unlock(vcpu);
2360 }
2361
2362 struct vmspace *
2363 vm_get_vmspace(struct vm *vm)
2364 {
2365
2366         return (vm->vmspace);
2367 }
2368
2369 int
2370 vm_apicid2vcpuid(struct vm *vm, int apicid)
2371 {
2372         /*
2373          * XXX apic id is assumed to be numerically identical to vcpu id
2374          */
2375         return (apicid);
2376 }
2377
2378 void
2379 vm_smp_rendezvous(struct vm *vm, int vcpuid, cpuset_t dest,
2380     vm_rendezvous_func_t func, void *arg)
2381 {
2382         int i;
2383
2384         /*
2385          * Enforce that this function is called without any locks
2386          */
2387         WITNESS_WARN(WARN_PANIC, NULL, "vm_smp_rendezvous");
2388         KASSERT(vcpuid == -1 || (vcpuid >= 0 && vcpuid < VM_MAXCPU),
2389             ("vm_smp_rendezvous: invalid vcpuid %d", vcpuid));
2390
2391 restart:
2392         mtx_lock(&vm->rendezvous_mtx);
2393         if (vm->rendezvous_func != NULL) {
2394                 /*
2395                  * If a rendezvous is already in progress then we need to
2396                  * call the rendezvous handler in case this 'vcpuid' is one
2397                  * of the targets of the rendezvous.
2398                  */
2399                 RENDEZVOUS_CTR0(vm, vcpuid, "Rendezvous already in progress");
2400                 mtx_unlock(&vm->rendezvous_mtx);
2401                 vm_handle_rendezvous(vm, vcpuid);
2402                 goto restart;
2403         }
2404         KASSERT(vm->rendezvous_func == NULL, ("vm_smp_rendezvous: previous "
2405             "rendezvous is still in progress"));
2406
2407         RENDEZVOUS_CTR0(vm, vcpuid, "Initiating rendezvous");
2408         vm->rendezvous_req_cpus = dest;
2409         CPU_ZERO(&vm->rendezvous_done_cpus);
2410         vm->rendezvous_arg = arg;
2411         vm_set_rendezvous_func(vm, func);
2412         mtx_unlock(&vm->rendezvous_mtx);
2413
2414         /*
2415          * Wake up any sleeping vcpus and trigger a VM-exit in any running
2416          * vcpus so they handle the rendezvous as soon as possible.
2417          */
2418         for (i = 0; i < VM_MAXCPU; i++) {
2419                 if (CPU_ISSET(i, &dest))
2420                         vcpu_notify_event(vm, i, false);
2421         }
2422
2423         vm_handle_rendezvous(vm, vcpuid);
2424 }
2425
2426 struct vatpic *
2427 vm_atpic(struct vm *vm)
2428 {
2429         return (vm->vatpic);
2430 }
2431
2432 struct vatpit *
2433 vm_atpit(struct vm *vm)
2434 {
2435         return (vm->vatpit);
2436 }
2437
2438 struct vpmtmr *
2439 vm_pmtmr(struct vm *vm)
2440 {
2441
2442         return (vm->vpmtmr);
2443 }
2444
2445 struct vrtc *
2446 vm_rtc(struct vm *vm)
2447 {
2448
2449         return (vm->vrtc);
2450 }
2451
2452 enum vm_reg_name
2453 vm_segment_name(int seg)
2454 {
2455         static enum vm_reg_name seg_names[] = {
2456                 VM_REG_GUEST_ES,
2457                 VM_REG_GUEST_CS,
2458                 VM_REG_GUEST_SS,
2459                 VM_REG_GUEST_DS,
2460                 VM_REG_GUEST_FS,
2461                 VM_REG_GUEST_GS
2462         };
2463
2464         KASSERT(seg >= 0 && seg < nitems(seg_names),
2465             ("%s: invalid segment encoding %d", __func__, seg));
2466         return (seg_names[seg]);
2467 }
2468
2469 void
2470 vm_copy_teardown(struct vm *vm, int vcpuid, struct vm_copyinfo *copyinfo,
2471     int num_copyinfo)
2472 {
2473         int idx;
2474
2475         for (idx = 0; idx < num_copyinfo; idx++) {
2476                 if (copyinfo[idx].cookie != NULL)
2477                         vm_gpa_release(copyinfo[idx].cookie);
2478         }
2479         bzero(copyinfo, num_copyinfo * sizeof(struct vm_copyinfo));
2480 }
2481
2482 int
2483 vm_copy_setup(struct vm *vm, int vcpuid, struct vm_guest_paging *paging,
2484     uint64_t gla, size_t len, int prot, struct vm_copyinfo *copyinfo,
2485     int num_copyinfo, int *fault)
2486 {
2487         int error, idx, nused;
2488         size_t n, off, remaining;
2489         void *hva, *cookie;
2490         uint64_t gpa;
2491
2492         bzero(copyinfo, sizeof(struct vm_copyinfo) * num_copyinfo);
2493
2494         nused = 0;
2495         remaining = len;
2496         while (remaining > 0) {
2497                 KASSERT(nused < num_copyinfo, ("insufficient vm_copyinfo"));
2498                 error = vm_gla2gpa(vm, vcpuid, paging, gla, prot, &gpa, fault);
2499                 if (error || *fault)
2500                         return (error);
2501                 off = gpa & PAGE_MASK;
2502                 n = min(remaining, PAGE_SIZE - off);
2503                 copyinfo[nused].gpa = gpa;
2504                 copyinfo[nused].len = n;
2505                 remaining -= n;
2506                 gla += n;
2507                 nused++;
2508         }
2509
2510         for (idx = 0; idx < nused; idx++) {
2511                 hva = vm_gpa_hold(vm, vcpuid, copyinfo[idx].gpa,
2512                     copyinfo[idx].len, prot, &cookie);
2513                 if (hva == NULL)
2514                         break;
2515                 copyinfo[idx].hva = hva;
2516                 copyinfo[idx].cookie = cookie;
2517         }
2518
2519         if (idx != nused) {
2520                 vm_copy_teardown(vm, vcpuid, copyinfo, num_copyinfo);
2521                 return (EFAULT);
2522         } else {
2523                 *fault = 0;
2524                 return (0);
2525         }
2526 }
2527
2528 void
2529 vm_copyin(struct vm *vm, int vcpuid, struct vm_copyinfo *copyinfo, void *kaddr,
2530     size_t len)
2531 {
2532         char *dst;
2533         int idx;
2534         
2535         dst = kaddr;
2536         idx = 0;
2537         while (len > 0) {
2538                 bcopy(copyinfo[idx].hva, dst, copyinfo[idx].len);
2539                 len -= copyinfo[idx].len;
2540                 dst += copyinfo[idx].len;
2541                 idx++;
2542         }
2543 }
2544
2545 void
2546 vm_copyout(struct vm *vm, int vcpuid, const void *kaddr,
2547     struct vm_copyinfo *copyinfo, size_t len)
2548 {
2549         const char *src;
2550         int idx;
2551
2552         src = kaddr;
2553         idx = 0;
2554         while (len > 0) {
2555                 bcopy(src, copyinfo[idx].hva, copyinfo[idx].len);
2556                 len -= copyinfo[idx].len;
2557                 src += copyinfo[idx].len;
2558                 idx++;
2559         }
2560 }
2561
2562 /*
2563  * Return the amount of in-use and wired memory for the VM. Since
2564  * these are global stats, only return the values with for vCPU 0
2565  */
2566 VMM_STAT_DECLARE(VMM_MEM_RESIDENT);
2567 VMM_STAT_DECLARE(VMM_MEM_WIRED);
2568
2569 static void
2570 vm_get_rescnt(struct vm *vm, int vcpu, struct vmm_stat_type *stat)
2571 {
2572
2573         if (vcpu == 0) {
2574                 vmm_stat_set(vm, vcpu, VMM_MEM_RESIDENT,
2575                     PAGE_SIZE * vmspace_resident_count(vm->vmspace));
2576         }       
2577 }
2578
2579 static void
2580 vm_get_wiredcnt(struct vm *vm, int vcpu, struct vmm_stat_type *stat)
2581 {
2582
2583         if (vcpu == 0) {
2584                 vmm_stat_set(vm, vcpu, VMM_MEM_WIRED,
2585                     PAGE_SIZE * pmap_wired_count(vmspace_pmap(vm->vmspace)));
2586         }       
2587 }
2588
2589 VMM_STAT_FUNC(VMM_MEM_RESIDENT, "Resident memory", vm_get_rescnt);
2590 VMM_STAT_FUNC(VMM_MEM_WIRED, "Wired memory", vm_get_wiredcnt);