]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/vmm/vmm.c
Import libucl 0.8.0
[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 int vmm_force_iommu = 0;
228 TUNABLE_INT("hw.vmm.force_iommu", &vmm_force_iommu);
229 SYSCTL_INT(_hw_vmm, OID_AUTO, force_iommu, CTLFLAG_RDTUN, &vmm_force_iommu, 0,
230     "Force use of I/O MMU even if no passthrough devices were found.");
231
232 static void vm_free_memmap(struct vm *vm, int ident);
233 static bool sysmem_mapping(struct vm *vm, struct mem_map *mm);
234 static void vcpu_notify_event_locked(struct vcpu *vcpu, bool lapic_intr);
235
236 #ifdef KTR
237 static const char *
238 vcpu_state2str(enum vcpu_state state)
239 {
240
241         switch (state) {
242         case VCPU_IDLE:
243                 return ("idle");
244         case VCPU_FROZEN:
245                 return ("frozen");
246         case VCPU_RUNNING:
247                 return ("running");
248         case VCPU_SLEEPING:
249                 return ("sleeping");
250         default:
251                 return ("unknown");
252         }
253 }
254 #endif
255
256 static void
257 vcpu_cleanup(struct vm *vm, int i, bool destroy)
258 {
259         struct vcpu *vcpu = &vm->vcpu[i];
260
261         VLAPIC_CLEANUP(vm->cookie, vcpu->vlapic);
262         if (destroy) {
263                 vmm_stat_free(vcpu->stats);     
264                 fpu_save_area_free(vcpu->guestfpu);
265         }
266 }
267
268 static void
269 vcpu_init(struct vm *vm, int vcpu_id, bool create)
270 {
271         struct vcpu *vcpu;
272
273         KASSERT(vcpu_id >= 0 && vcpu_id < VM_MAXCPU,
274             ("vcpu_init: invalid vcpu %d", vcpu_id));
275           
276         vcpu = &vm->vcpu[vcpu_id];
277
278         if (create) {
279                 KASSERT(!vcpu_lock_initialized(vcpu), ("vcpu %d already "
280                     "initialized", vcpu_id));
281                 vcpu_lock_init(vcpu);
282                 vcpu->state = VCPU_IDLE;
283                 vcpu->hostcpu = NOCPU;
284                 vcpu->guestfpu = fpu_save_area_alloc();
285                 vcpu->stats = vmm_stat_alloc();
286         }
287
288         vcpu->vlapic = VLAPIC_INIT(vm->cookie, vcpu_id);
289         vm_set_x2apic_state(vm, vcpu_id, X2APIC_DISABLED);
290         vcpu->reqidle = 0;
291         vcpu->exitintinfo = 0;
292         vcpu->nmi_pending = 0;
293         vcpu->extint_pending = 0;
294         vcpu->exception_pending = 0;
295         vcpu->guest_xcr0 = XFEATURE_ENABLED_X87;
296         fpu_save_area_reset(vcpu->guestfpu);
297         vmm_stat_init(vcpu->stats);
298 }
299
300 int
301 vcpu_trace_exceptions(struct vm *vm, int vcpuid)
302 {
303
304         return (trace_guest_exceptions);
305 }
306
307 struct vm_exit *
308 vm_exitinfo(struct vm *vm, int cpuid)
309 {
310         struct vcpu *vcpu;
311
312         if (cpuid < 0 || cpuid >= VM_MAXCPU)
313                 panic("vm_exitinfo: invalid cpuid %d", cpuid);
314
315         vcpu = &vm->vcpu[cpuid];
316
317         return (&vcpu->exitinfo);
318 }
319
320 static void
321 vmm_resume(void)
322 {
323         VMM_RESUME();
324 }
325
326 static int
327 vmm_init(void)
328 {
329         int error;
330
331         vmm_host_state_init();
332
333         vmm_ipinum = lapic_ipi_alloc(&IDTVEC(justreturn));
334         if (vmm_ipinum < 0)
335                 vmm_ipinum = IPI_AST;
336
337         error = vmm_mem_init();
338         if (error)
339                 return (error);
340         
341         if (vmm_is_intel())
342                 ops = &vmm_ops_intel;
343         else if (vmm_is_amd())
344                 ops = &vmm_ops_amd;
345         else
346                 return (ENXIO);
347
348         vmm_resume_p = vmm_resume;
349
350         return (VMM_INIT(vmm_ipinum));
351 }
352
353 static int
354 vmm_handler(module_t mod, int what, void *arg)
355 {
356         int error;
357
358         switch (what) {
359         case MOD_LOAD:
360                 vmmdev_init();
361                 if (vmm_force_iommu || ppt_avail_devices() > 0)
362                         iommu_init();
363                 error = vmm_init();
364                 if (error == 0)
365                         vmm_initialized = 1;
366                 break;
367         case MOD_UNLOAD:
368                 error = vmmdev_cleanup();
369                 if (error == 0) {
370                         vmm_resume_p = NULL;
371                         iommu_cleanup();
372                         if (vmm_ipinum != IPI_AST)
373                                 lapic_ipi_free(vmm_ipinum);
374                         error = VMM_CLEANUP();
375                         /*
376                          * Something bad happened - prevent new
377                          * VMs from being created
378                          */
379                         if (error)
380                                 vmm_initialized = 0;
381                 }
382                 break;
383         default:
384                 error = 0;
385                 break;
386         }
387         return (error);
388 }
389
390 static moduledata_t vmm_kmod = {
391         "vmm",
392         vmm_handler,
393         NULL
394 };
395
396 /*
397  * vmm initialization has the following dependencies:
398  *
399  * - iommu initialization must happen after the pci passthru driver has had
400  *   a chance to attach to any passthru devices (after SI_SUB_CONFIGURE).
401  *
402  * - VT-x initialization requires smp_rendezvous() and therefore must happen
403  *   after SMP is fully functional (after SI_SUB_SMP).
404  */
405 DECLARE_MODULE(vmm, vmm_kmod, SI_SUB_SMP + 1, SI_ORDER_ANY);
406 MODULE_VERSION(vmm, 1);
407
408 static void
409 vm_init(struct vm *vm, bool create)
410 {
411         int i;
412
413         vm->cookie = VMINIT(vm, vmspace_pmap(vm->vmspace));
414         vm->iommu = NULL;
415         vm->vioapic = vioapic_init(vm);
416         vm->vhpet = vhpet_init(vm);
417         vm->vatpic = vatpic_init(vm);
418         vm->vatpit = vatpit_init(vm);
419         vm->vpmtmr = vpmtmr_init(vm);
420         if (create)
421                 vm->vrtc = vrtc_init(vm);
422
423         CPU_ZERO(&vm->active_cpus);
424
425         vm->suspend = 0;
426         CPU_ZERO(&vm->suspended_cpus);
427
428         for (i = 0; i < VM_MAXCPU; i++)
429                 vcpu_init(vm, i, create);
430 }
431
432 int
433 vm_create(const char *name, struct vm **retvm)
434 {
435         struct vm *vm;
436         struct vmspace *vmspace;
437
438         /*
439          * If vmm.ko could not be successfully initialized then don't attempt
440          * to create the virtual machine.
441          */
442         if (!vmm_initialized)
443                 return (ENXIO);
444
445         if (name == NULL || strlen(name) >= VM_MAX_NAMELEN)
446                 return (EINVAL);
447
448         vmspace = VMSPACE_ALLOC(0, VM_MAXUSER_ADDRESS);
449         if (vmspace == NULL)
450                 return (ENOMEM);
451
452         vm = malloc(sizeof(struct vm), M_VM, M_WAITOK | M_ZERO);
453         strcpy(vm->name, name);
454         vm->vmspace = vmspace;
455         mtx_init(&vm->rendezvous_mtx, "vm rendezvous lock", 0, MTX_DEF);
456
457         vm_init(vm, true);
458
459         *retvm = vm;
460         return (0);
461 }
462
463 static void
464 vm_cleanup(struct vm *vm, bool destroy)
465 {
466         struct mem_map *mm;
467         int i;
468
469         ppt_unassign_all(vm);
470
471         if (vm->iommu != NULL)
472                 iommu_destroy_domain(vm->iommu);
473
474         if (destroy)
475                 vrtc_cleanup(vm->vrtc);
476         else
477                 vrtc_reset(vm->vrtc);
478         vpmtmr_cleanup(vm->vpmtmr);
479         vatpit_cleanup(vm->vatpit);
480         vhpet_cleanup(vm->vhpet);
481         vatpic_cleanup(vm->vatpic);
482         vioapic_cleanup(vm->vioapic);
483
484         for (i = 0; i < VM_MAXCPU; i++)
485                 vcpu_cleanup(vm, i, destroy);
486
487         VMCLEANUP(vm->cookie);
488
489         /*
490          * System memory is removed from the guest address space only when
491          * the VM is destroyed. This is because the mapping remains the same
492          * across VM reset.
493          *
494          * Device memory can be relocated by the guest (e.g. using PCI BARs)
495          * so those mappings are removed on a VM reset.
496          */
497         for (i = 0; i < VM_MAX_MEMMAPS; i++) {
498                 mm = &vm->mem_maps[i];
499                 if (destroy || !sysmem_mapping(vm, mm))
500                         vm_free_memmap(vm, i);
501         }
502
503         if (destroy) {
504                 for (i = 0; i < VM_MAX_MEMSEGS; i++)
505                         vm_free_memseg(vm, i);
506
507                 VMSPACE_FREE(vm->vmspace);
508                 vm->vmspace = NULL;
509         }
510 }
511
512 void
513 vm_destroy(struct vm *vm)
514 {
515         vm_cleanup(vm, true);
516         free(vm, M_VM);
517 }
518
519 int
520 vm_reinit(struct vm *vm)
521 {
522         int error;
523
524         /*
525          * A virtual machine can be reset only if all vcpus are suspended.
526          */
527         if (CPU_CMP(&vm->suspended_cpus, &vm->active_cpus) == 0) {
528                 vm_cleanup(vm, false);
529                 vm_init(vm, false);
530                 error = 0;
531         } else {
532                 error = EBUSY;
533         }
534
535         return (error);
536 }
537
538 const char *
539 vm_name(struct vm *vm)
540 {
541         return (vm->name);
542 }
543
544 int
545 vm_map_mmio(struct vm *vm, vm_paddr_t gpa, size_t len, vm_paddr_t hpa)
546 {
547         vm_object_t obj;
548
549         if ((obj = vmm_mmio_alloc(vm->vmspace, gpa, len, hpa)) == NULL)
550                 return (ENOMEM);
551         else
552                 return (0);
553 }
554
555 int
556 vm_unmap_mmio(struct vm *vm, vm_paddr_t gpa, size_t len)
557 {
558
559         vmm_mmio_free(vm->vmspace, gpa, len);
560         return (0);
561 }
562
563 /*
564  * Return 'true' if 'gpa' is allocated in the guest address space.
565  *
566  * This function is called in the context of a running vcpu which acts as
567  * an implicit lock on 'vm->mem_maps[]'.
568  */
569 bool
570 vm_mem_allocated(struct vm *vm, int vcpuid, vm_paddr_t gpa)
571 {
572         struct mem_map *mm;
573         int i;
574
575 #ifdef INVARIANTS
576         int hostcpu, state;
577         state = vcpu_get_state(vm, vcpuid, &hostcpu);
578         KASSERT(state == VCPU_RUNNING && hostcpu == curcpu,
579             ("%s: invalid vcpu state %d/%d", __func__, state, hostcpu));
580 #endif
581
582         for (i = 0; i < VM_MAX_MEMMAPS; i++) {
583                 mm = &vm->mem_maps[i];
584                 if (mm->len != 0 && gpa >= mm->gpa && gpa < mm->gpa + mm->len)
585                         return (true);          /* 'gpa' is sysmem or devmem */
586         }
587
588         if (ppt_is_mmio(vm, gpa))
589                 return (true);                  /* 'gpa' is pci passthru mmio */
590
591         return (false);
592 }
593
594 int
595 vm_alloc_memseg(struct vm *vm, int ident, size_t len, bool sysmem)
596 {
597         struct mem_seg *seg;
598         vm_object_t obj;
599
600         if (ident < 0 || ident >= VM_MAX_MEMSEGS)
601                 return (EINVAL);
602
603         if (len == 0 || (len & PAGE_MASK))
604                 return (EINVAL);
605
606         seg = &vm->mem_segs[ident];
607         if (seg->object != NULL) {
608                 if (seg->len == len && seg->sysmem == sysmem)
609                         return (EEXIST);
610                 else
611                         return (EINVAL);
612         }
613
614         obj = vm_object_allocate(OBJT_DEFAULT, len >> PAGE_SHIFT);
615         if (obj == NULL)
616                 return (ENOMEM);
617
618         seg->len = len;
619         seg->object = obj;
620         seg->sysmem = sysmem;
621         return (0);
622 }
623
624 int
625 vm_get_memseg(struct vm *vm, int ident, size_t *len, bool *sysmem,
626     vm_object_t *objptr)
627 {
628         struct mem_seg *seg;
629
630         if (ident < 0 || ident >= VM_MAX_MEMSEGS)
631                 return (EINVAL);
632
633         seg = &vm->mem_segs[ident];
634         if (len)
635                 *len = seg->len;
636         if (sysmem)
637                 *sysmem = seg->sysmem;
638         if (objptr)
639                 *objptr = seg->object;
640         return (0);
641 }
642
643 void
644 vm_free_memseg(struct vm *vm, int ident)
645 {
646         struct mem_seg *seg;
647
648         KASSERT(ident >= 0 && ident < VM_MAX_MEMSEGS,
649             ("%s: invalid memseg ident %d", __func__, ident));
650
651         seg = &vm->mem_segs[ident];
652         if (seg->object != NULL) {
653                 vm_object_deallocate(seg->object);
654                 bzero(seg, sizeof(struct mem_seg));
655         }
656 }
657
658 int
659 vm_mmap_memseg(struct vm *vm, vm_paddr_t gpa, int segid, vm_ooffset_t first,
660     size_t len, int prot, int flags)
661 {
662         struct mem_seg *seg;
663         struct mem_map *m, *map;
664         vm_ooffset_t last;
665         int i, error;
666
667         if (prot == 0 || (prot & ~(VM_PROT_ALL)) != 0)
668                 return (EINVAL);
669
670         if (flags & ~VM_MEMMAP_F_WIRED)
671                 return (EINVAL);
672
673         if (segid < 0 || segid >= VM_MAX_MEMSEGS)
674                 return (EINVAL);
675
676         seg = &vm->mem_segs[segid];
677         if (seg->object == NULL)
678                 return (EINVAL);
679
680         last = first + len;
681         if (first < 0 || first >= last || last > seg->len)
682                 return (EINVAL);
683
684         if ((gpa | first | last) & PAGE_MASK)
685                 return (EINVAL);
686
687         map = NULL;
688         for (i = 0; i < VM_MAX_MEMMAPS; i++) {
689                 m = &vm->mem_maps[i];
690                 if (m->len == 0) {
691                         map = m;
692                         break;
693                 }
694         }
695
696         if (map == NULL)
697                 return (ENOSPC);
698
699         error = vm_map_find(&vm->vmspace->vm_map, seg->object, first, &gpa,
700             len, 0, VMFS_NO_SPACE, prot, prot, 0);
701         if (error != KERN_SUCCESS)
702                 return (EFAULT);
703
704         vm_object_reference(seg->object);
705
706         if (flags & VM_MEMMAP_F_WIRED) {
707                 error = vm_map_wire(&vm->vmspace->vm_map, gpa, gpa + len,
708                     VM_MAP_WIRE_USER | VM_MAP_WIRE_NOHOLES);
709                 if (error != KERN_SUCCESS) {
710                         vm_map_remove(&vm->vmspace->vm_map, gpa, gpa + len);
711                         return (EFAULT);
712                 }
713         }
714
715         map->gpa = gpa;
716         map->len = len;
717         map->segoff = first;
718         map->segid = segid;
719         map->prot = prot;
720         map->flags = flags;
721         return (0);
722 }
723
724 int
725 vm_mmap_getnext(struct vm *vm, vm_paddr_t *gpa, int *segid,
726     vm_ooffset_t *segoff, size_t *len, int *prot, int *flags)
727 {
728         struct mem_map *mm, *mmnext;
729         int i;
730
731         mmnext = NULL;
732         for (i = 0; i < VM_MAX_MEMMAPS; i++) {
733                 mm = &vm->mem_maps[i];
734                 if (mm->len == 0 || mm->gpa < *gpa)
735                         continue;
736                 if (mmnext == NULL || mm->gpa < mmnext->gpa)
737                         mmnext = mm;
738         }
739
740         if (mmnext != NULL) {
741                 *gpa = mmnext->gpa;
742                 if (segid)
743                         *segid = mmnext->segid;
744                 if (segoff)
745                         *segoff = mmnext->segoff;
746                 if (len)
747                         *len = mmnext->len;
748                 if (prot)
749                         *prot = mmnext->prot;
750                 if (flags)
751                         *flags = mmnext->flags;
752                 return (0);
753         } else {
754                 return (ENOENT);
755         }
756 }
757
758 static void
759 vm_free_memmap(struct vm *vm, int ident)
760 {
761         struct mem_map *mm;
762         int error;
763
764         mm = &vm->mem_maps[ident];
765         if (mm->len) {
766                 error = vm_map_remove(&vm->vmspace->vm_map, mm->gpa,
767                     mm->gpa + mm->len);
768                 KASSERT(error == KERN_SUCCESS, ("%s: vm_map_remove error %d",
769                     __func__, error));
770                 bzero(mm, sizeof(struct mem_map));
771         }
772 }
773
774 static __inline bool
775 sysmem_mapping(struct vm *vm, struct mem_map *mm)
776 {
777
778         if (mm->len != 0 && vm->mem_segs[mm->segid].sysmem)
779                 return (true);
780         else
781                 return (false);
782 }
783
784 static vm_paddr_t
785 sysmem_maxaddr(struct vm *vm)
786 {
787         struct mem_map *mm;
788         vm_paddr_t maxaddr;
789         int i;
790
791         maxaddr = 0;
792         for (i = 0; i < VM_MAX_MEMMAPS; i++) {
793                 mm = &vm->mem_maps[i];
794                 if (sysmem_mapping(vm, mm)) {
795                         if (maxaddr < mm->gpa + mm->len)
796                                 maxaddr = mm->gpa + mm->len;
797                 }
798         }
799         return (maxaddr);
800 }
801
802 static void
803 vm_iommu_modify(struct vm *vm, boolean_t map)
804 {
805         int i, sz;
806         vm_paddr_t gpa, hpa;
807         struct mem_map *mm;
808         void *vp, *cookie, *host_domain;
809
810         sz = PAGE_SIZE;
811         host_domain = iommu_host_domain();
812
813         for (i = 0; i < VM_MAX_MEMMAPS; i++) {
814                 mm = &vm->mem_maps[i];
815                 if (!sysmem_mapping(vm, mm))
816                         continue;
817
818                 if (map) {
819                         KASSERT((mm->flags & VM_MEMMAP_F_IOMMU) == 0,
820                             ("iommu map found invalid memmap %#lx/%#lx/%#x",
821                             mm->gpa, mm->len, mm->flags));
822                         if ((mm->flags & VM_MEMMAP_F_WIRED) == 0)
823                                 continue;
824                         mm->flags |= VM_MEMMAP_F_IOMMU;
825                 } else {
826                         if ((mm->flags & VM_MEMMAP_F_IOMMU) == 0)
827                                 continue;
828                         mm->flags &= ~VM_MEMMAP_F_IOMMU;
829                         KASSERT((mm->flags & VM_MEMMAP_F_WIRED) != 0,
830                             ("iommu unmap found invalid memmap %#lx/%#lx/%#x",
831                             mm->gpa, mm->len, mm->flags));
832                 }
833
834                 gpa = mm->gpa;
835                 while (gpa < mm->gpa + mm->len) {
836                         vp = vm_gpa_hold(vm, -1, gpa, PAGE_SIZE, VM_PROT_WRITE,
837                                          &cookie);
838                         KASSERT(vp != NULL, ("vm(%s) could not map gpa %#lx",
839                             vm_name(vm), gpa));
840
841                         vm_gpa_release(cookie);
842
843                         hpa = DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)vp);
844                         if (map) {
845                                 iommu_create_mapping(vm->iommu, gpa, hpa, sz);
846                                 iommu_remove_mapping(host_domain, hpa, sz);
847                         } else {
848                                 iommu_remove_mapping(vm->iommu, gpa, sz);
849                                 iommu_create_mapping(host_domain, hpa, hpa, sz);
850                         }
851
852                         gpa += PAGE_SIZE;
853                 }
854         }
855
856         /*
857          * Invalidate the cached translations associated with the domain
858          * from which pages were removed.
859          */
860         if (map)
861                 iommu_invalidate_tlb(host_domain);
862         else
863                 iommu_invalidate_tlb(vm->iommu);
864 }
865
866 #define vm_iommu_unmap(vm)      vm_iommu_modify((vm), FALSE)
867 #define vm_iommu_map(vm)        vm_iommu_modify((vm), TRUE)
868
869 int
870 vm_unassign_pptdev(struct vm *vm, int bus, int slot, int func)
871 {
872         int error;
873
874         error = ppt_unassign_device(vm, bus, slot, func);
875         if (error)
876                 return (error);
877
878         if (ppt_assigned_devices(vm) == 0)
879                 vm_iommu_unmap(vm);
880
881         return (0);
882 }
883
884 int
885 vm_assign_pptdev(struct vm *vm, int bus, int slot, int func)
886 {
887         int error;
888         vm_paddr_t maxaddr;
889
890         /* Set up the IOMMU to do the 'gpa' to 'hpa' translation */
891         if (ppt_assigned_devices(vm) == 0) {
892                 KASSERT(vm->iommu == NULL,
893                     ("vm_assign_pptdev: iommu must be NULL"));
894                 maxaddr = sysmem_maxaddr(vm);
895                 vm->iommu = iommu_create_domain(maxaddr);
896                 vm_iommu_map(vm);
897         }
898
899         error = ppt_assign_device(vm, bus, slot, func);
900         return (error);
901 }
902
903 void *
904 vm_gpa_hold(struct vm *vm, int vcpuid, vm_paddr_t gpa, size_t len, int reqprot,
905             void **cookie)
906 {
907         int i, count, pageoff;
908         struct mem_map *mm;
909         vm_page_t m;
910 #ifdef INVARIANTS
911         /*
912          * All vcpus are frozen by ioctls that modify the memory map
913          * (e.g. VM_MMAP_MEMSEG). Therefore 'vm->memmap[]' stability is
914          * guaranteed if at least one vcpu is in the VCPU_FROZEN state.
915          */
916         int state;
917         KASSERT(vcpuid >= -1 || vcpuid < VM_MAXCPU, ("%s: invalid vcpuid %d",
918             __func__, vcpuid));
919         for (i = 0; i < VM_MAXCPU; i++) {
920                 if (vcpuid != -1 && vcpuid != i)
921                         continue;
922                 state = vcpu_get_state(vm, i, NULL);
923                 KASSERT(state == VCPU_FROZEN, ("%s: invalid vcpu state %d",
924                     __func__, state));
925         }
926 #endif
927         pageoff = gpa & PAGE_MASK;
928         if (len > PAGE_SIZE - pageoff)
929                 panic("vm_gpa_hold: invalid gpa/len: 0x%016lx/%lu", gpa, len);
930
931         count = 0;
932         for (i = 0; i < VM_MAX_MEMMAPS; i++) {
933                 mm = &vm->mem_maps[i];
934                 if (sysmem_mapping(vm, mm) && gpa >= mm->gpa &&
935                     gpa < mm->gpa + mm->len) {
936                         count = vm_fault_quick_hold_pages(&vm->vmspace->vm_map,
937                             trunc_page(gpa), PAGE_SIZE, reqprot, &m, 1);
938                         break;
939                 }
940         }
941
942         if (count == 1) {
943                 *cookie = m;
944                 return ((void *)(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) + pageoff));
945         } else {
946                 *cookie = NULL;
947                 return (NULL);
948         }
949 }
950
951 void
952 vm_gpa_release(void *cookie)
953 {
954         vm_page_t m = cookie;
955
956         vm_page_lock(m);
957         vm_page_unhold(m);
958         vm_page_unlock(m);
959 }
960
961 int
962 vm_get_register(struct vm *vm, int vcpu, int reg, uint64_t *retval)
963 {
964
965         if (vcpu < 0 || vcpu >= VM_MAXCPU)
966                 return (EINVAL);
967
968         if (reg >= VM_REG_LAST)
969                 return (EINVAL);
970
971         return (VMGETREG(vm->cookie, vcpu, reg, retval));
972 }
973
974 int
975 vm_set_register(struct vm *vm, int vcpuid, int reg, uint64_t val)
976 {
977         struct vcpu *vcpu;
978         int error;
979
980         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
981                 return (EINVAL);
982
983         if (reg >= VM_REG_LAST)
984                 return (EINVAL);
985
986         error = VMSETREG(vm->cookie, vcpuid, reg, val);
987         if (error || reg != VM_REG_GUEST_RIP)
988                 return (error);
989
990         /* Set 'nextrip' to match the value of %rip */
991         VCPU_CTR1(vm, vcpuid, "Setting nextrip to %#lx", val);
992         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
993         vcpu->nextrip = val;
994         return (0);
995 }
996
997 static boolean_t
998 is_descriptor_table(int reg)
999 {
1000
1001         switch (reg) {
1002         case VM_REG_GUEST_IDTR:
1003         case VM_REG_GUEST_GDTR:
1004                 return (TRUE);
1005         default:
1006                 return (FALSE);
1007         }
1008 }
1009
1010 static boolean_t
1011 is_segment_register(int reg)
1012 {
1013         
1014         switch (reg) {
1015         case VM_REG_GUEST_ES:
1016         case VM_REG_GUEST_CS:
1017         case VM_REG_GUEST_SS:
1018         case VM_REG_GUEST_DS:
1019         case VM_REG_GUEST_FS:
1020         case VM_REG_GUEST_GS:
1021         case VM_REG_GUEST_TR:
1022         case VM_REG_GUEST_LDTR:
1023                 return (TRUE);
1024         default:
1025                 return (FALSE);
1026         }
1027 }
1028
1029 int
1030 vm_get_seg_desc(struct vm *vm, int vcpu, int reg,
1031                 struct seg_desc *desc)
1032 {
1033
1034         if (vcpu < 0 || vcpu >= VM_MAXCPU)
1035                 return (EINVAL);
1036
1037         if (!is_segment_register(reg) && !is_descriptor_table(reg))
1038                 return (EINVAL);
1039
1040         return (VMGETDESC(vm->cookie, vcpu, reg, desc));
1041 }
1042
1043 int
1044 vm_set_seg_desc(struct vm *vm, int vcpu, int reg,
1045                 struct seg_desc *desc)
1046 {
1047         if (vcpu < 0 || vcpu >= VM_MAXCPU)
1048                 return (EINVAL);
1049
1050         if (!is_segment_register(reg) && !is_descriptor_table(reg))
1051                 return (EINVAL);
1052
1053         return (VMSETDESC(vm->cookie, vcpu, reg, desc));
1054 }
1055
1056 static void
1057 restore_guest_fpustate(struct vcpu *vcpu)
1058 {
1059
1060         /* flush host state to the pcb */
1061         fpuexit(curthread);
1062
1063         /* restore guest FPU state */
1064         fpu_stop_emulating();
1065         fpurestore(vcpu->guestfpu);
1066
1067         /* restore guest XCR0 if XSAVE is enabled in the host */
1068         if (rcr4() & CR4_XSAVE)
1069                 load_xcr(0, vcpu->guest_xcr0);
1070
1071         /*
1072          * The FPU is now "dirty" with the guest's state so turn on emulation
1073          * to trap any access to the FPU by the host.
1074          */
1075         fpu_start_emulating();
1076 }
1077
1078 static void
1079 save_guest_fpustate(struct vcpu *vcpu)
1080 {
1081
1082         if ((rcr0() & CR0_TS) == 0)
1083                 panic("fpu emulation not enabled in host!");
1084
1085         /* save guest XCR0 and restore host XCR0 */
1086         if (rcr4() & CR4_XSAVE) {
1087                 vcpu->guest_xcr0 = rxcr(0);
1088                 load_xcr(0, vmm_get_host_xcr0());
1089         }
1090
1091         /* save guest FPU state */
1092         fpu_stop_emulating();
1093         fpusave(vcpu->guestfpu);
1094         fpu_start_emulating();
1095 }
1096
1097 static VMM_STAT(VCPU_IDLE_TICKS, "number of ticks vcpu was idle");
1098
1099 static int
1100 vcpu_set_state_locked(struct vm *vm, int vcpuid, enum vcpu_state newstate,
1101     bool from_idle)
1102 {
1103         struct vcpu *vcpu;
1104         int error;
1105
1106         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
1107         vcpu_assert_locked(vcpu);
1108
1109         /*
1110          * State transitions from the vmmdev_ioctl() must always begin from
1111          * the VCPU_IDLE state. This guarantees that there is only a single
1112          * ioctl() operating on a vcpu at any point.
1113          */
1114         if (from_idle) {
1115                 while (vcpu->state != VCPU_IDLE) {
1116                         vcpu->reqidle = 1;
1117                         vcpu_notify_event_locked(vcpu, false);
1118                         VCPU_CTR1(vm, vcpuid, "vcpu state change from %s to "
1119                             "idle requested", vcpu_state2str(vcpu->state));
1120                         msleep_spin(&vcpu->state, &vcpu->mtx, "vmstat", hz);
1121                 }
1122         } else {
1123                 KASSERT(vcpu->state != VCPU_IDLE, ("invalid transition from "
1124                     "vcpu idle state"));
1125         }
1126
1127         if (vcpu->state == VCPU_RUNNING) {
1128                 KASSERT(vcpu->hostcpu == curcpu, ("curcpu %d and hostcpu %d "
1129                     "mismatch for running vcpu", curcpu, vcpu->hostcpu));
1130         } else {
1131                 KASSERT(vcpu->hostcpu == NOCPU, ("Invalid hostcpu %d for a "
1132                     "vcpu that is not running", vcpu->hostcpu));
1133         }
1134
1135         /*
1136          * The following state transitions are allowed:
1137          * IDLE -> FROZEN -> IDLE
1138          * FROZEN -> RUNNING -> FROZEN
1139          * FROZEN -> SLEEPING -> FROZEN
1140          */
1141         switch (vcpu->state) {
1142         case VCPU_IDLE:
1143         case VCPU_RUNNING:
1144         case VCPU_SLEEPING:
1145                 error = (newstate != VCPU_FROZEN);
1146                 break;
1147         case VCPU_FROZEN:
1148                 error = (newstate == VCPU_FROZEN);
1149                 break;
1150         default:
1151                 error = 1;
1152                 break;
1153         }
1154
1155         if (error)
1156                 return (EBUSY);
1157
1158         VCPU_CTR2(vm, vcpuid, "vcpu state changed from %s to %s",
1159             vcpu_state2str(vcpu->state), vcpu_state2str(newstate));
1160
1161         vcpu->state = newstate;
1162         if (newstate == VCPU_RUNNING)
1163                 vcpu->hostcpu = curcpu;
1164         else
1165                 vcpu->hostcpu = NOCPU;
1166
1167         if (newstate == VCPU_IDLE)
1168                 wakeup(&vcpu->state);
1169
1170         return (0);
1171 }
1172
1173 static void
1174 vcpu_require_state(struct vm *vm, int vcpuid, enum vcpu_state newstate)
1175 {
1176         int error;
1177
1178         if ((error = vcpu_set_state(vm, vcpuid, newstate, false)) != 0)
1179                 panic("Error %d setting state to %d\n", error, newstate);
1180 }
1181
1182 static void
1183 vcpu_require_state_locked(struct vm *vm, int vcpuid, enum vcpu_state newstate)
1184 {
1185         int error;
1186
1187         if ((error = vcpu_set_state_locked(vm, vcpuid, newstate, false)) != 0)
1188                 panic("Error %d setting state to %d", error, newstate);
1189 }
1190
1191 static void
1192 vm_set_rendezvous_func(struct vm *vm, vm_rendezvous_func_t func)
1193 {
1194
1195         KASSERT(mtx_owned(&vm->rendezvous_mtx), ("rendezvous_mtx not locked"));
1196
1197         /*
1198          * Update 'rendezvous_func' and execute a write memory barrier to
1199          * ensure that it is visible across all host cpus. This is not needed
1200          * for correctness but it does ensure that all the vcpus will notice
1201          * that the rendezvous is requested immediately.
1202          */
1203         vm->rendezvous_func = func;
1204         wmb();
1205 }
1206
1207 #define RENDEZVOUS_CTR0(vm, vcpuid, fmt)                                \
1208         do {                                                            \
1209                 if (vcpuid >= 0)                                        \
1210                         VCPU_CTR0(vm, vcpuid, fmt);                     \
1211                 else                                                    \
1212                         VM_CTR0(vm, fmt);                               \
1213         } while (0)
1214
1215 static void
1216 vm_handle_rendezvous(struct vm *vm, int vcpuid)
1217 {
1218
1219         KASSERT(vcpuid == -1 || (vcpuid >= 0 && vcpuid < VM_MAXCPU),
1220             ("vm_handle_rendezvous: invalid vcpuid %d", vcpuid));
1221
1222         mtx_lock(&vm->rendezvous_mtx);
1223         while (vm->rendezvous_func != NULL) {
1224                 /* 'rendezvous_req_cpus' must be a subset of 'active_cpus' */
1225                 CPU_AND(&vm->rendezvous_req_cpus, &vm->active_cpus);
1226
1227                 if (vcpuid != -1 &&
1228                     CPU_ISSET(vcpuid, &vm->rendezvous_req_cpus) &&
1229                     !CPU_ISSET(vcpuid, &vm->rendezvous_done_cpus)) {
1230                         VCPU_CTR0(vm, vcpuid, "Calling rendezvous func");
1231                         (*vm->rendezvous_func)(vm, vcpuid, vm->rendezvous_arg);
1232                         CPU_SET(vcpuid, &vm->rendezvous_done_cpus);
1233                 }
1234                 if (CPU_CMP(&vm->rendezvous_req_cpus,
1235                     &vm->rendezvous_done_cpus) == 0) {
1236                         VCPU_CTR0(vm, vcpuid, "Rendezvous completed");
1237                         vm_set_rendezvous_func(vm, NULL);
1238                         wakeup(&vm->rendezvous_func);
1239                         break;
1240                 }
1241                 RENDEZVOUS_CTR0(vm, vcpuid, "Wait for rendezvous completion");
1242                 mtx_sleep(&vm->rendezvous_func, &vm->rendezvous_mtx, 0,
1243                     "vmrndv", 0);
1244         }
1245         mtx_unlock(&vm->rendezvous_mtx);
1246 }
1247
1248 /*
1249  * Emulate a guest 'hlt' by sleeping until the vcpu is ready to run.
1250  */
1251 static int
1252 vm_handle_hlt(struct vm *vm, int vcpuid, bool intr_disabled, bool *retu)
1253 {
1254         struct vcpu *vcpu;
1255         const char *wmesg;
1256         int t, vcpu_halted, vm_halted;
1257
1258         KASSERT(!CPU_ISSET(vcpuid, &vm->halted_cpus), ("vcpu already halted"));
1259
1260         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
1261         vcpu_halted = 0;
1262         vm_halted = 0;
1263
1264         vcpu_lock(vcpu);
1265         while (1) {
1266                 /*
1267                  * Do a final check for pending NMI or interrupts before
1268                  * really putting this thread to sleep. Also check for
1269                  * software events that would cause this vcpu to wakeup.
1270                  *
1271                  * These interrupts/events could have happened after the
1272                  * vcpu returned from VMRUN() and before it acquired the
1273                  * vcpu lock above.
1274                  */
1275                 if (vm->rendezvous_func != NULL || vm->suspend || vcpu->reqidle)
1276                         break;
1277                 if (vm_nmi_pending(vm, vcpuid))
1278                         break;
1279                 if (!intr_disabled) {
1280                         if (vm_extint_pending(vm, vcpuid) ||
1281                             vlapic_pending_intr(vcpu->vlapic, NULL)) {
1282                                 break;
1283                         }
1284                 }
1285
1286                 /* Don't go to sleep if the vcpu thread needs to yield */
1287                 if (vcpu_should_yield(vm, vcpuid))
1288                         break;
1289
1290                 /*
1291                  * Some Linux guests implement "halt" by having all vcpus
1292                  * execute HLT with interrupts disabled. 'halted_cpus' keeps
1293                  * track of the vcpus that have entered this state. When all
1294                  * vcpus enter the halted state the virtual machine is halted.
1295                  */
1296                 if (intr_disabled) {
1297                         wmesg = "vmhalt";
1298                         VCPU_CTR0(vm, vcpuid, "Halted");
1299                         if (!vcpu_halted && halt_detection_enabled) {
1300                                 vcpu_halted = 1;
1301                                 CPU_SET_ATOMIC(vcpuid, &vm->halted_cpus);
1302                         }
1303                         if (CPU_CMP(&vm->halted_cpus, &vm->active_cpus) == 0) {
1304                                 vm_halted = 1;
1305                                 break;
1306                         }
1307                 } else {
1308                         wmesg = "vmidle";
1309                 }
1310
1311                 t = ticks;
1312                 vcpu_require_state_locked(vm, vcpuid, VCPU_SLEEPING);
1313                 /*
1314                  * XXX msleep_spin() cannot be interrupted by signals so
1315                  * wake up periodically to check pending signals.
1316                  */
1317                 msleep_spin(vcpu, &vcpu->mtx, wmesg, hz);
1318                 vcpu_require_state_locked(vm, vcpuid, VCPU_FROZEN);
1319                 vmm_stat_incr(vm, vcpuid, VCPU_IDLE_TICKS, ticks - t);
1320         }
1321
1322         if (vcpu_halted)
1323                 CPU_CLR_ATOMIC(vcpuid, &vm->halted_cpus);
1324
1325         vcpu_unlock(vcpu);
1326
1327         if (vm_halted)
1328                 vm_suspend(vm, VM_SUSPEND_HALT);
1329
1330         return (0);
1331 }
1332
1333 static int
1334 vm_handle_paging(struct vm *vm, int vcpuid, bool *retu)
1335 {
1336         int rv, ftype;
1337         struct vm_map *map;
1338         struct vcpu *vcpu;
1339         struct vm_exit *vme;
1340
1341         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
1342         vme = &vcpu->exitinfo;
1343
1344         KASSERT(vme->inst_length == 0, ("%s: invalid inst_length %d",
1345             __func__, vme->inst_length));
1346
1347         ftype = vme->u.paging.fault_type;
1348         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ ||
1349             ftype == VM_PROT_WRITE || ftype == VM_PROT_EXECUTE,
1350             ("vm_handle_paging: invalid fault_type %d", ftype));
1351
1352         if (ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE) {
1353                 rv = pmap_emulate_accessed_dirty(vmspace_pmap(vm->vmspace),
1354                     vme->u.paging.gpa, ftype);
1355                 if (rv == 0) {
1356                         VCPU_CTR2(vm, vcpuid, "%s bit emulation for gpa %#lx",
1357                             ftype == VM_PROT_READ ? "accessed" : "dirty",
1358                             vme->u.paging.gpa);
1359                         goto done;
1360                 }
1361         }
1362
1363         map = &vm->vmspace->vm_map;
1364         rv = vm_fault(map, vme->u.paging.gpa, ftype, VM_FAULT_NORMAL);
1365
1366         VCPU_CTR3(vm, vcpuid, "vm_handle_paging rv = %d, gpa = %#lx, "
1367             "ftype = %d", rv, vme->u.paging.gpa, ftype);
1368
1369         if (rv != KERN_SUCCESS)
1370                 return (EFAULT);
1371 done:
1372         return (0);
1373 }
1374
1375 static int
1376 vm_handle_inst_emul(struct vm *vm, int vcpuid, bool *retu)
1377 {
1378         struct vie *vie;
1379         struct vcpu *vcpu;
1380         struct vm_exit *vme;
1381         uint64_t gla, gpa, cs_base;
1382         struct vm_guest_paging *paging;
1383         mem_region_read_t mread;
1384         mem_region_write_t mwrite;
1385         enum vm_cpu_mode cpu_mode;
1386         int cs_d, error, fault;
1387
1388         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
1389         vme = &vcpu->exitinfo;
1390
1391         KASSERT(vme->inst_length == 0, ("%s: invalid inst_length %d",
1392             __func__, vme->inst_length));
1393
1394         gla = vme->u.inst_emul.gla;
1395         gpa = vme->u.inst_emul.gpa;
1396         cs_base = vme->u.inst_emul.cs_base;
1397         cs_d = vme->u.inst_emul.cs_d;
1398         vie = &vme->u.inst_emul.vie;
1399         paging = &vme->u.inst_emul.paging;
1400         cpu_mode = paging->cpu_mode;
1401
1402         VCPU_CTR1(vm, vcpuid, "inst_emul fault accessing gpa %#lx", gpa);
1403
1404         /* Fetch, decode and emulate the faulting instruction */
1405         if (vie->num_valid == 0) {
1406                 error = vmm_fetch_instruction(vm, vcpuid, paging, vme->rip +
1407                     cs_base, VIE_INST_SIZE, vie, &fault);
1408         } else {
1409                 /*
1410                  * The instruction bytes have already been copied into 'vie'
1411                  */
1412                 error = fault = 0;
1413         }
1414         if (error || fault)
1415                 return (error);
1416
1417         if (vmm_decode_instruction(vm, vcpuid, gla, cpu_mode, cs_d, vie) != 0) {
1418                 VCPU_CTR1(vm, vcpuid, "Error decoding instruction at %#lx",
1419                     vme->rip + cs_base);
1420                 *retu = true;       /* dump instruction bytes in userspace */
1421                 return (0);
1422         }
1423
1424         /*
1425          * Update 'nextrip' based on the length of the emulated instruction.
1426          */
1427         vme->inst_length = vie->num_processed;
1428         vcpu->nextrip += vie->num_processed;
1429         VCPU_CTR1(vm, vcpuid, "nextrip updated to %#lx after instruction "
1430             "decoding", vcpu->nextrip);
1431  
1432         /* return to userland unless this is an in-kernel emulated device */
1433         if (gpa >= DEFAULT_APIC_BASE && gpa < DEFAULT_APIC_BASE + PAGE_SIZE) {
1434                 mread = lapic_mmio_read;
1435                 mwrite = lapic_mmio_write;
1436         } else if (gpa >= VIOAPIC_BASE && gpa < VIOAPIC_BASE + VIOAPIC_SIZE) {
1437                 mread = vioapic_mmio_read;
1438                 mwrite = vioapic_mmio_write;
1439         } else if (gpa >= VHPET_BASE && gpa < VHPET_BASE + VHPET_SIZE) {
1440                 mread = vhpet_mmio_read;
1441                 mwrite = vhpet_mmio_write;
1442         } else {
1443                 *retu = true;
1444                 return (0);
1445         }
1446
1447         error = vmm_emulate_instruction(vm, vcpuid, gpa, vie, paging,
1448             mread, mwrite, retu);
1449
1450         return (error);
1451 }
1452
1453 static int
1454 vm_handle_suspend(struct vm *vm, int vcpuid, bool *retu)
1455 {
1456         int i, done;
1457         struct vcpu *vcpu;
1458
1459         done = 0;
1460         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
1461
1462         CPU_SET_ATOMIC(vcpuid, &vm->suspended_cpus);
1463
1464         /*
1465          * Wait until all 'active_cpus' have suspended themselves.
1466          *
1467          * Since a VM may be suspended at any time including when one or
1468          * more vcpus are doing a rendezvous we need to call the rendezvous
1469          * handler while we are waiting to prevent a deadlock.
1470          */
1471         vcpu_lock(vcpu);
1472         while (1) {
1473                 if (CPU_CMP(&vm->suspended_cpus, &vm->active_cpus) == 0) {
1474                         VCPU_CTR0(vm, vcpuid, "All vcpus suspended");
1475                         break;
1476                 }
1477
1478                 if (vm->rendezvous_func == NULL) {
1479                         VCPU_CTR0(vm, vcpuid, "Sleeping during suspend");
1480                         vcpu_require_state_locked(vm, vcpuid, VCPU_SLEEPING);
1481                         msleep_spin(vcpu, &vcpu->mtx, "vmsusp", hz);
1482                         vcpu_require_state_locked(vm, vcpuid, VCPU_FROZEN);
1483                 } else {
1484                         VCPU_CTR0(vm, vcpuid, "Rendezvous during suspend");
1485                         vcpu_unlock(vcpu);
1486                         vm_handle_rendezvous(vm, vcpuid);
1487                         vcpu_lock(vcpu);
1488                 }
1489         }
1490         vcpu_unlock(vcpu);
1491
1492         /*
1493          * Wakeup the other sleeping vcpus and return to userspace.
1494          */
1495         for (i = 0; i < VM_MAXCPU; i++) {
1496                 if (CPU_ISSET(i, &vm->suspended_cpus)) {
1497                         vcpu_notify_event(vm, i, false);
1498                 }
1499         }
1500
1501         *retu = true;
1502         return (0);
1503 }
1504
1505 static int
1506 vm_handle_reqidle(struct vm *vm, int vcpuid, bool *retu)
1507 {
1508         struct vcpu *vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
1509
1510         vcpu_lock(vcpu);
1511         KASSERT(vcpu->reqidle, ("invalid vcpu reqidle %d", vcpu->reqidle));
1512         vcpu->reqidle = 0;
1513         vcpu_unlock(vcpu);
1514         *retu = true;
1515         return (0);
1516 }
1517
1518 int
1519 vm_suspend(struct vm *vm, enum vm_suspend_how how)
1520 {
1521         int i;
1522
1523         if (how <= VM_SUSPEND_NONE || how >= VM_SUSPEND_LAST)
1524                 return (EINVAL);
1525
1526         if (atomic_cmpset_int(&vm->suspend, 0, how) == 0) {
1527                 VM_CTR2(vm, "virtual machine already suspended %d/%d",
1528                     vm->suspend, how);
1529                 return (EALREADY);
1530         }
1531
1532         VM_CTR1(vm, "virtual machine successfully suspended %d", how);
1533
1534         /*
1535          * Notify all active vcpus that they are now suspended.
1536          */
1537         for (i = 0; i < VM_MAXCPU; i++) {
1538                 if (CPU_ISSET(i, &vm->active_cpus))
1539                         vcpu_notify_event(vm, i, false);
1540         }
1541
1542         return (0);
1543 }
1544
1545 void
1546 vm_exit_suspended(struct vm *vm, int vcpuid, uint64_t rip)
1547 {
1548         struct vm_exit *vmexit;
1549
1550         KASSERT(vm->suspend > VM_SUSPEND_NONE && vm->suspend < VM_SUSPEND_LAST,
1551             ("vm_exit_suspended: invalid suspend type %d", vm->suspend));
1552
1553         vmexit = vm_exitinfo(vm, vcpuid);
1554         vmexit->rip = rip;
1555         vmexit->inst_length = 0;
1556         vmexit->exitcode = VM_EXITCODE_SUSPENDED;
1557         vmexit->u.suspended.how = vm->suspend;
1558 }
1559
1560 void
1561 vm_exit_rendezvous(struct vm *vm, int vcpuid, uint64_t rip)
1562 {
1563         struct vm_exit *vmexit;
1564
1565         KASSERT(vm->rendezvous_func != NULL, ("rendezvous not in progress"));
1566
1567         vmexit = vm_exitinfo(vm, vcpuid);
1568         vmexit->rip = rip;
1569         vmexit->inst_length = 0;
1570         vmexit->exitcode = VM_EXITCODE_RENDEZVOUS;
1571         vmm_stat_incr(vm, vcpuid, VMEXIT_RENDEZVOUS, 1);
1572 }
1573
1574 void
1575 vm_exit_reqidle(struct vm *vm, int vcpuid, uint64_t rip)
1576 {
1577         struct vm_exit *vmexit;
1578
1579         vmexit = vm_exitinfo(vm, vcpuid);
1580         vmexit->rip = rip;
1581         vmexit->inst_length = 0;
1582         vmexit->exitcode = VM_EXITCODE_REQIDLE;
1583         vmm_stat_incr(vm, vcpuid, VMEXIT_REQIDLE, 1);
1584 }
1585
1586 void
1587 vm_exit_astpending(struct vm *vm, int vcpuid, uint64_t rip)
1588 {
1589         struct vm_exit *vmexit;
1590
1591         vmexit = vm_exitinfo(vm, vcpuid);
1592         vmexit->rip = rip;
1593         vmexit->inst_length = 0;
1594         vmexit->exitcode = VM_EXITCODE_BOGUS;
1595         vmm_stat_incr(vm, vcpuid, VMEXIT_ASTPENDING, 1);
1596 }
1597
1598 int
1599 vm_run(struct vm *vm, struct vm_run *vmrun)
1600 {
1601         struct vm_eventinfo evinfo;
1602         int error, vcpuid;
1603         struct vcpu *vcpu;
1604         struct pcb *pcb;
1605         uint64_t tscval;
1606         struct vm_exit *vme;
1607         bool retu, intr_disabled;
1608         pmap_t pmap;
1609
1610         vcpuid = vmrun->cpuid;
1611
1612         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
1613                 return (EINVAL);
1614
1615         if (!CPU_ISSET(vcpuid, &vm->active_cpus))
1616                 return (EINVAL);
1617
1618         if (CPU_ISSET(vcpuid, &vm->suspended_cpus))
1619                 return (EINVAL);
1620
1621         pmap = vmspace_pmap(vm->vmspace);
1622         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
1623         vme = &vcpu->exitinfo;
1624         evinfo.rptr = &vm->rendezvous_func;
1625         evinfo.sptr = &vm->suspend;
1626         evinfo.iptr = &vcpu->reqidle;
1627 restart:
1628         critical_enter();
1629
1630         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
1631             ("vm_run: absurd pm_active"));
1632
1633         tscval = rdtsc();
1634
1635         pcb = PCPU_GET(curpcb);
1636         set_pcb_flags(pcb, PCB_FULL_IRET);
1637
1638         restore_guest_fpustate(vcpu);
1639
1640         vcpu_require_state(vm, vcpuid, VCPU_RUNNING);
1641         error = VMRUN(vm->cookie, vcpuid, vcpu->nextrip, pmap, &evinfo);
1642         vcpu_require_state(vm, vcpuid, VCPU_FROZEN);
1643
1644         save_guest_fpustate(vcpu);
1645
1646         vmm_stat_incr(vm, vcpuid, VCPU_TOTAL_RUNTIME, rdtsc() - tscval);
1647
1648         critical_exit();
1649
1650         if (error == 0) {
1651                 retu = false;
1652                 vcpu->nextrip = vme->rip + vme->inst_length;
1653                 switch (vme->exitcode) {
1654                 case VM_EXITCODE_REQIDLE:
1655                         error = vm_handle_reqidle(vm, vcpuid, &retu);
1656                         break;
1657                 case VM_EXITCODE_SUSPENDED:
1658                         error = vm_handle_suspend(vm, vcpuid, &retu);
1659                         break;
1660                 case VM_EXITCODE_IOAPIC_EOI:
1661                         vioapic_process_eoi(vm, vcpuid,
1662                             vme->u.ioapic_eoi.vector);
1663                         break;
1664                 case VM_EXITCODE_RENDEZVOUS:
1665                         vm_handle_rendezvous(vm, vcpuid);
1666                         error = 0;
1667                         break;
1668                 case VM_EXITCODE_HLT:
1669                         intr_disabled = ((vme->u.hlt.rflags & PSL_I) == 0);
1670                         error = vm_handle_hlt(vm, vcpuid, intr_disabled, &retu);
1671                         break;
1672                 case VM_EXITCODE_PAGING:
1673                         error = vm_handle_paging(vm, vcpuid, &retu);
1674                         break;
1675                 case VM_EXITCODE_INST_EMUL:
1676                         error = vm_handle_inst_emul(vm, vcpuid, &retu);
1677                         break;
1678                 case VM_EXITCODE_INOUT:
1679                 case VM_EXITCODE_INOUT_STR:
1680                         error = vm_handle_inout(vm, vcpuid, vme, &retu);
1681                         break;
1682                 case VM_EXITCODE_MONITOR:
1683                 case VM_EXITCODE_MWAIT:
1684                         vm_inject_ud(vm, vcpuid);
1685                         break;
1686                 default:
1687                         retu = true;    /* handled in userland */
1688                         break;
1689                 }
1690         }
1691
1692         if (error == 0 && retu == false)
1693                 goto restart;
1694
1695         VCPU_CTR2(vm, vcpuid, "retu %d/%d", error, vme->exitcode);
1696
1697         /* copy the exit information */
1698         bcopy(vme, &vmrun->vm_exit, sizeof(struct vm_exit));
1699         return (error);
1700 }
1701
1702 int
1703 vm_restart_instruction(void *arg, int vcpuid)
1704 {
1705         struct vm *vm;
1706         struct vcpu *vcpu;
1707         enum vcpu_state state;
1708         uint64_t rip;
1709         int error;
1710
1711         vm = arg;
1712         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
1713                 return (EINVAL);
1714
1715         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
1716         state = vcpu_get_state(vm, vcpuid, NULL);
1717         if (state == VCPU_RUNNING) {
1718                 /*
1719                  * When a vcpu is "running" the next instruction is determined
1720                  * by adding 'rip' and 'inst_length' in the vcpu's 'exitinfo'.
1721                  * Thus setting 'inst_length' to zero will cause the current
1722                  * instruction to be restarted.
1723                  */
1724                 vcpu->exitinfo.inst_length = 0;
1725                 VCPU_CTR1(vm, vcpuid, "restarting instruction at %#lx by "
1726                     "setting inst_length to zero", vcpu->exitinfo.rip);
1727         } else if (state == VCPU_FROZEN) {
1728                 /*
1729                  * When a vcpu is "frozen" it is outside the critical section
1730                  * around VMRUN() and 'nextrip' points to the next instruction.
1731                  * Thus instruction restart is achieved by setting 'nextrip'
1732                  * to the vcpu's %rip.
1733                  */
1734                 error = vm_get_register(vm, vcpuid, VM_REG_GUEST_RIP, &rip);
1735                 KASSERT(!error, ("%s: error %d getting rip", __func__, error));
1736                 VCPU_CTR2(vm, vcpuid, "restarting instruction by updating "
1737                     "nextrip from %#lx to %#lx", vcpu->nextrip, rip);
1738                 vcpu->nextrip = rip;
1739         } else {
1740                 panic("%s: invalid state %d", __func__, state);
1741         }
1742         return (0);
1743 }
1744
1745 int
1746 vm_exit_intinfo(struct vm *vm, int vcpuid, uint64_t info)
1747 {
1748         struct vcpu *vcpu;
1749         int type, vector;
1750
1751         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
1752                 return (EINVAL);
1753
1754         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
1755
1756         if (info & VM_INTINFO_VALID) {
1757                 type = info & VM_INTINFO_TYPE;
1758                 vector = info & 0xff;
1759                 if (type == VM_INTINFO_NMI && vector != IDT_NMI)
1760                         return (EINVAL);
1761                 if (type == VM_INTINFO_HWEXCEPTION && vector >= 32)
1762                         return (EINVAL);
1763                 if (info & VM_INTINFO_RSVD)
1764                         return (EINVAL);
1765         } else {
1766                 info = 0;
1767         }
1768         VCPU_CTR2(vm, vcpuid, "%s: info1(%#lx)", __func__, info);
1769         vcpu->exitintinfo = info;
1770         return (0);
1771 }
1772
1773 enum exc_class {
1774         EXC_BENIGN,
1775         EXC_CONTRIBUTORY,
1776         EXC_PAGEFAULT
1777 };
1778
1779 #define IDT_VE  20      /* Virtualization Exception (Intel specific) */
1780
1781 static enum exc_class
1782 exception_class(uint64_t info)
1783 {
1784         int type, vector;
1785
1786         KASSERT(info & VM_INTINFO_VALID, ("intinfo must be valid: %#lx", info));
1787         type = info & VM_INTINFO_TYPE;
1788         vector = info & 0xff;
1789
1790         /* Table 6-4, "Interrupt and Exception Classes", Intel SDM, Vol 3 */
1791         switch (type) {
1792         case VM_INTINFO_HWINTR:
1793         case VM_INTINFO_SWINTR:
1794         case VM_INTINFO_NMI:
1795                 return (EXC_BENIGN);
1796         default:
1797                 /*
1798                  * Hardware exception.
1799                  *
1800                  * SVM and VT-x use identical type values to represent NMI,
1801                  * hardware interrupt and software interrupt.
1802                  *
1803                  * SVM uses type '3' for all exceptions. VT-x uses type '3'
1804                  * for exceptions except #BP and #OF. #BP and #OF use a type
1805                  * value of '5' or '6'. Therefore we don't check for explicit
1806                  * values of 'type' to classify 'intinfo' into a hardware
1807                  * exception.
1808                  */
1809                 break;
1810         }
1811
1812         switch (vector) {
1813         case IDT_PF:
1814         case IDT_VE:
1815                 return (EXC_PAGEFAULT);
1816         case IDT_DE:
1817         case IDT_TS:
1818         case IDT_NP:
1819         case IDT_SS:
1820         case IDT_GP:
1821                 return (EXC_CONTRIBUTORY);
1822         default:
1823                 return (EXC_BENIGN);
1824         }
1825 }
1826
1827 static int
1828 nested_fault(struct vm *vm, int vcpuid, uint64_t info1, uint64_t info2,
1829     uint64_t *retinfo)
1830 {
1831         enum exc_class exc1, exc2;
1832         int type1, vector1;
1833
1834         KASSERT(info1 & VM_INTINFO_VALID, ("info1 %#lx is not valid", info1));
1835         KASSERT(info2 & VM_INTINFO_VALID, ("info2 %#lx is not valid", info2));
1836
1837         /*
1838          * If an exception occurs while attempting to call the double-fault
1839          * handler the processor enters shutdown mode (aka triple fault).
1840          */
1841         type1 = info1 & VM_INTINFO_TYPE;
1842         vector1 = info1 & 0xff;
1843         if (type1 == VM_INTINFO_HWEXCEPTION && vector1 == IDT_DF) {
1844                 VCPU_CTR2(vm, vcpuid, "triple fault: info1(%#lx), info2(%#lx)",
1845                     info1, info2);
1846                 vm_suspend(vm, VM_SUSPEND_TRIPLEFAULT);
1847                 *retinfo = 0;
1848                 return (0);
1849         }
1850
1851         /*
1852          * Table 6-5 "Conditions for Generating a Double Fault", Intel SDM, Vol3
1853          */
1854         exc1 = exception_class(info1);
1855         exc2 = exception_class(info2);
1856         if ((exc1 == EXC_CONTRIBUTORY && exc2 == EXC_CONTRIBUTORY) ||
1857             (exc1 == EXC_PAGEFAULT && exc2 != EXC_BENIGN)) {
1858                 /* Convert nested fault into a double fault. */
1859                 *retinfo = IDT_DF;
1860                 *retinfo |= VM_INTINFO_VALID | VM_INTINFO_HWEXCEPTION;
1861                 *retinfo |= VM_INTINFO_DEL_ERRCODE;
1862         } else {
1863                 /* Handle exceptions serially */
1864                 *retinfo = info2;
1865         }
1866         return (1);
1867 }
1868
1869 static uint64_t
1870 vcpu_exception_intinfo(struct vcpu *vcpu)
1871 {
1872         uint64_t info = 0;
1873
1874         if (vcpu->exception_pending) {
1875                 info = vcpu->exc_vector & 0xff;
1876                 info |= VM_INTINFO_VALID | VM_INTINFO_HWEXCEPTION;
1877                 if (vcpu->exc_errcode_valid) {
1878                         info |= VM_INTINFO_DEL_ERRCODE;
1879                         info |= (uint64_t)vcpu->exc_errcode << 32;
1880                 }
1881         }
1882         return (info);
1883 }
1884
1885 int
1886 vm_entry_intinfo(struct vm *vm, int vcpuid, uint64_t *retinfo)
1887 {
1888         struct vcpu *vcpu;
1889         uint64_t info1, info2;
1890         int valid;
1891
1892         KASSERT(vcpuid >= 0 && vcpuid < VM_MAXCPU, ("invalid vcpu %d", vcpuid));
1893
1894         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
1895
1896         info1 = vcpu->exitintinfo;
1897         vcpu->exitintinfo = 0;
1898
1899         info2 = 0;
1900         if (vcpu->exception_pending) {
1901                 info2 = vcpu_exception_intinfo(vcpu);
1902                 vcpu->exception_pending = 0;
1903                 VCPU_CTR2(vm, vcpuid, "Exception %d delivered: %#lx",
1904                     vcpu->exc_vector, info2);
1905         }
1906
1907         if ((info1 & VM_INTINFO_VALID) && (info2 & VM_INTINFO_VALID)) {
1908                 valid = nested_fault(vm, vcpuid, info1, info2, retinfo);
1909         } else if (info1 & VM_INTINFO_VALID) {
1910                 *retinfo = info1;
1911                 valid = 1;
1912         } else if (info2 & VM_INTINFO_VALID) {
1913                 *retinfo = info2;
1914                 valid = 1;
1915         } else {
1916                 valid = 0;
1917         }
1918
1919         if (valid) {
1920                 VCPU_CTR4(vm, vcpuid, "%s: info1(%#lx), info2(%#lx), "
1921                     "retinfo(%#lx)", __func__, info1, info2, *retinfo);
1922         }
1923
1924         return (valid);
1925 }
1926
1927 int
1928 vm_get_intinfo(struct vm *vm, int vcpuid, uint64_t *info1, uint64_t *info2)
1929 {
1930         struct vcpu *vcpu;
1931
1932         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
1933                 return (EINVAL);
1934
1935         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
1936         *info1 = vcpu->exitintinfo;
1937         *info2 = vcpu_exception_intinfo(vcpu);
1938         return (0);
1939 }
1940
1941 int
1942 vm_inject_exception(struct vm *vm, int vcpuid, int vector, int errcode_valid,
1943     uint32_t errcode, int restart_instruction)
1944 {
1945         struct vcpu *vcpu;
1946         uint64_t regval;
1947         int error;
1948
1949         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
1950                 return (EINVAL);
1951
1952         if (vector < 0 || vector >= 32)
1953                 return (EINVAL);
1954
1955         /*
1956          * A double fault exception should never be injected directly into
1957          * the guest. It is a derived exception that results from specific
1958          * combinations of nested faults.
1959          */
1960         if (vector == IDT_DF)
1961                 return (EINVAL);
1962
1963         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
1964
1965         if (vcpu->exception_pending) {
1966                 VCPU_CTR2(vm, vcpuid, "Unable to inject exception %d due to "
1967                     "pending exception %d", vector, vcpu->exc_vector);
1968                 return (EBUSY);
1969         }
1970
1971         if (errcode_valid) {
1972                 /*
1973                  * Exceptions don't deliver an error code in real mode.
1974                  */
1975                 error = vm_get_register(vm, vcpuid, VM_REG_GUEST_CR0, &regval);
1976                 KASSERT(!error, ("%s: error %d getting CR0", __func__, error));
1977                 if (!(regval & CR0_PE))
1978                         errcode_valid = 0;
1979         }
1980
1981         /*
1982          * From section 26.6.1 "Interruptibility State" in Intel SDM:
1983          *
1984          * Event blocking by "STI" or "MOV SS" is cleared after guest executes
1985          * one instruction or incurs an exception.
1986          */
1987         error = vm_set_register(vm, vcpuid, VM_REG_GUEST_INTR_SHADOW, 0);
1988         KASSERT(error == 0, ("%s: error %d clearing interrupt shadow",
1989             __func__, error));
1990
1991         if (restart_instruction)
1992                 vm_restart_instruction(vm, vcpuid);
1993
1994         vcpu->exception_pending = 1;
1995         vcpu->exc_vector = vector;
1996         vcpu->exc_errcode = errcode;
1997         vcpu->exc_errcode_valid = errcode_valid;
1998         VCPU_CTR1(vm, vcpuid, "Exception %d pending", vector);
1999         return (0);
2000 }
2001
2002 void
2003 vm_inject_fault(void *vmarg, int vcpuid, int vector, int errcode_valid,
2004     int errcode)
2005 {
2006         struct vm *vm;
2007         int error, restart_instruction;
2008
2009         vm = vmarg;
2010         restart_instruction = 1;
2011
2012         error = vm_inject_exception(vm, vcpuid, vector, errcode_valid,
2013             errcode, restart_instruction);
2014         KASSERT(error == 0, ("vm_inject_exception error %d", error));
2015 }
2016
2017 void
2018 vm_inject_pf(void *vmarg, int vcpuid, int error_code, uint64_t cr2)
2019 {
2020         struct vm *vm;
2021         int error;
2022
2023         vm = vmarg;
2024         VCPU_CTR2(vm, vcpuid, "Injecting page fault: error_code %#x, cr2 %#lx",
2025             error_code, cr2);
2026
2027         error = vm_set_register(vm, vcpuid, VM_REG_GUEST_CR2, cr2);
2028         KASSERT(error == 0, ("vm_set_register(cr2) error %d", error));
2029
2030         vm_inject_fault(vm, vcpuid, IDT_PF, 1, error_code);
2031 }
2032
2033 static VMM_STAT(VCPU_NMI_COUNT, "number of NMIs delivered to vcpu");
2034
2035 int
2036 vm_inject_nmi(struct vm *vm, int vcpuid)
2037 {
2038         struct vcpu *vcpu;
2039
2040         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
2041                 return (EINVAL);
2042
2043         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
2044
2045         vcpu->nmi_pending = 1;
2046         vcpu_notify_event(vm, vcpuid, false);
2047         return (0);
2048 }
2049
2050 int
2051 vm_nmi_pending(struct vm *vm, int vcpuid)
2052 {
2053         struct vcpu *vcpu;
2054
2055         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
2056                 panic("vm_nmi_pending: invalid vcpuid %d", vcpuid);
2057
2058         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
2059
2060         return (vcpu->nmi_pending);
2061 }
2062
2063 void
2064 vm_nmi_clear(struct vm *vm, int vcpuid)
2065 {
2066         struct vcpu *vcpu;
2067
2068         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
2069                 panic("vm_nmi_pending: invalid vcpuid %d", vcpuid);
2070
2071         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
2072
2073         if (vcpu->nmi_pending == 0)
2074                 panic("vm_nmi_clear: inconsistent nmi_pending state");
2075
2076         vcpu->nmi_pending = 0;
2077         vmm_stat_incr(vm, vcpuid, VCPU_NMI_COUNT, 1);
2078 }
2079
2080 static VMM_STAT(VCPU_EXTINT_COUNT, "number of ExtINTs delivered to vcpu");
2081
2082 int
2083 vm_inject_extint(struct vm *vm, int vcpuid)
2084 {
2085         struct vcpu *vcpu;
2086
2087         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
2088                 return (EINVAL);
2089
2090         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
2091
2092         vcpu->extint_pending = 1;
2093         vcpu_notify_event(vm, vcpuid, false);
2094         return (0);
2095 }
2096
2097 int
2098 vm_extint_pending(struct vm *vm, int vcpuid)
2099 {
2100         struct vcpu *vcpu;
2101
2102         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
2103                 panic("vm_extint_pending: invalid vcpuid %d", vcpuid);
2104
2105         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
2106
2107         return (vcpu->extint_pending);
2108 }
2109
2110 void
2111 vm_extint_clear(struct vm *vm, int vcpuid)
2112 {
2113         struct vcpu *vcpu;
2114
2115         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
2116                 panic("vm_extint_pending: invalid vcpuid %d", vcpuid);
2117
2118         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
2119
2120         if (vcpu->extint_pending == 0)
2121                 panic("vm_extint_clear: inconsistent extint_pending state");
2122
2123         vcpu->extint_pending = 0;
2124         vmm_stat_incr(vm, vcpuid, VCPU_EXTINT_COUNT, 1);
2125 }
2126
2127 int
2128 vm_get_capability(struct vm *vm, int vcpu, int type, int *retval)
2129 {
2130         if (vcpu < 0 || vcpu >= VM_MAXCPU)
2131                 return (EINVAL);
2132
2133         if (type < 0 || type >= VM_CAP_MAX)
2134                 return (EINVAL);
2135
2136         return (VMGETCAP(vm->cookie, vcpu, type, retval));
2137 }
2138
2139 int
2140 vm_set_capability(struct vm *vm, int vcpu, int type, int val)
2141 {
2142         if (vcpu < 0 || vcpu >= VM_MAXCPU)
2143                 return (EINVAL);
2144
2145         if (type < 0 || type >= VM_CAP_MAX)
2146                 return (EINVAL);
2147
2148         return (VMSETCAP(vm->cookie, vcpu, type, val));
2149 }
2150
2151 struct vlapic *
2152 vm_lapic(struct vm *vm, int cpu)
2153 {
2154         return (vm->vcpu[cpu].vlapic);
2155 }
2156
2157 struct vioapic *
2158 vm_ioapic(struct vm *vm)
2159 {
2160
2161         return (vm->vioapic);
2162 }
2163
2164 struct vhpet *
2165 vm_hpet(struct vm *vm)
2166 {
2167
2168         return (vm->vhpet);
2169 }
2170
2171 boolean_t
2172 vmm_is_pptdev(int bus, int slot, int func)
2173 {
2174         int found, i, n;
2175         int b, s, f;
2176         char *val, *cp, *cp2;
2177
2178         /*
2179          * XXX
2180          * The length of an environment variable is limited to 128 bytes which
2181          * puts an upper limit on the number of passthru devices that may be
2182          * specified using a single environment variable.
2183          *
2184          * Work around this by scanning multiple environment variable
2185          * names instead of a single one - yuck!
2186          */
2187         const char *names[] = { "pptdevs", "pptdevs2", "pptdevs3", NULL };
2188
2189         /* set pptdevs="1/2/3 4/5/6 7/8/9 10/11/12" */
2190         found = 0;
2191         for (i = 0; names[i] != NULL && !found; i++) {
2192                 cp = val = kern_getenv(names[i]);
2193                 while (cp != NULL && *cp != '\0') {
2194                         if ((cp2 = strchr(cp, ' ')) != NULL)
2195                                 *cp2 = '\0';
2196
2197                         n = sscanf(cp, "%d/%d/%d", &b, &s, &f);
2198                         if (n == 3 && bus == b && slot == s && func == f) {
2199                                 found = 1;
2200                                 break;
2201                         }
2202                 
2203                         if (cp2 != NULL)
2204                                 *cp2++ = ' ';
2205
2206                         cp = cp2;
2207                 }
2208                 freeenv(val);
2209         }
2210         return (found);
2211 }
2212
2213 void *
2214 vm_iommu_domain(struct vm *vm)
2215 {
2216
2217         return (vm->iommu);
2218 }
2219
2220 int
2221 vcpu_set_state(struct vm *vm, int vcpuid, enum vcpu_state newstate,
2222     bool from_idle)
2223 {
2224         int error;
2225         struct vcpu *vcpu;
2226
2227         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
2228                 panic("vm_set_run_state: invalid vcpuid %d", vcpuid);
2229
2230         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
2231
2232         vcpu_lock(vcpu);
2233         error = vcpu_set_state_locked(vm, vcpuid, newstate, from_idle);
2234         vcpu_unlock(vcpu);
2235
2236         return (error);
2237 }
2238
2239 enum vcpu_state
2240 vcpu_get_state(struct vm *vm, int vcpuid, int *hostcpu)
2241 {
2242         struct vcpu *vcpu;
2243         enum vcpu_state state;
2244
2245         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
2246                 panic("vm_get_run_state: invalid vcpuid %d", vcpuid);
2247
2248         vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
2249
2250         vcpu_lock(vcpu);
2251         state = vcpu->state;
2252         if (hostcpu != NULL)
2253                 *hostcpu = vcpu->hostcpu;
2254         vcpu_unlock(vcpu);
2255
2256         return (state);
2257 }
2258
2259 int
2260 vm_activate_cpu(struct vm *vm, int vcpuid)
2261 {
2262
2263         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
2264                 return (EINVAL);
2265
2266         if (CPU_ISSET(vcpuid, &vm->active_cpus))
2267                 return (EBUSY);
2268
2269         VCPU_CTR0(vm, vcpuid, "activated");
2270         CPU_SET_ATOMIC(vcpuid, &vm->active_cpus);
2271         return (0);
2272 }
2273
2274 cpuset_t
2275 vm_active_cpus(struct vm *vm)
2276 {
2277
2278         return (vm->active_cpus);
2279 }
2280
2281 cpuset_t
2282 vm_suspended_cpus(struct vm *vm)
2283 {
2284
2285         return (vm->suspended_cpus);
2286 }
2287
2288 void *
2289 vcpu_stats(struct vm *vm, int vcpuid)
2290 {
2291
2292         return (vm->vcpu[vcpuid].stats);
2293 }
2294
2295 int
2296 vm_get_x2apic_state(struct vm *vm, int vcpuid, enum x2apic_state *state)
2297 {
2298         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
2299                 return (EINVAL);
2300
2301         *state = vm->vcpu[vcpuid].x2apic_state;
2302
2303         return (0);
2304 }
2305
2306 int
2307 vm_set_x2apic_state(struct vm *vm, int vcpuid, enum x2apic_state state)
2308 {
2309         if (vcpuid < 0 || vcpuid >= VM_MAXCPU)
2310                 return (EINVAL);
2311
2312         if (state >= X2APIC_STATE_LAST)
2313                 return (EINVAL);
2314
2315         vm->vcpu[vcpuid].x2apic_state = state;
2316
2317         vlapic_set_x2apic_state(vm, vcpuid, state);
2318
2319         return (0);
2320 }
2321
2322 /*
2323  * This function is called to ensure that a vcpu "sees" a pending event
2324  * as soon as possible:
2325  * - If the vcpu thread is sleeping then it is woken up.
2326  * - If the vcpu is running on a different host_cpu then an IPI will be directed
2327  *   to the host_cpu to cause the vcpu to trap into the hypervisor.
2328  */
2329 static void
2330 vcpu_notify_event_locked(struct vcpu *vcpu, bool lapic_intr)
2331 {
2332         int hostcpu;
2333
2334         hostcpu = vcpu->hostcpu;
2335         if (vcpu->state == VCPU_RUNNING) {
2336                 KASSERT(hostcpu != NOCPU, ("vcpu running on invalid hostcpu"));
2337                 if (hostcpu != curcpu) {
2338                         if (lapic_intr) {
2339                                 vlapic_post_intr(vcpu->vlapic, hostcpu,
2340                                     vmm_ipinum);
2341                         } else {
2342                                 ipi_cpu(hostcpu, vmm_ipinum);
2343                         }
2344                 } else {
2345                         /*
2346                          * If the 'vcpu' is running on 'curcpu' then it must
2347                          * be sending a notification to itself (e.g. SELF_IPI).
2348                          * The pending event will be picked up when the vcpu
2349                          * transitions back to guest context.
2350                          */
2351                 }
2352         } else {
2353                 KASSERT(hostcpu == NOCPU, ("vcpu state %d not consistent "
2354                     "with hostcpu %d", vcpu->state, hostcpu));
2355                 if (vcpu->state == VCPU_SLEEPING)
2356                         wakeup_one(vcpu);
2357         }
2358 }
2359
2360 void
2361 vcpu_notify_event(struct vm *vm, int vcpuid, bool lapic_intr)
2362 {
2363         struct vcpu *vcpu = &vm->vcpu[vcpuid];
2364
2365         vcpu_lock(vcpu);
2366         vcpu_notify_event_locked(vcpu, lapic_intr);
2367         vcpu_unlock(vcpu);
2368 }
2369
2370 struct vmspace *
2371 vm_get_vmspace(struct vm *vm)
2372 {
2373
2374         return (vm->vmspace);
2375 }
2376
2377 int
2378 vm_apicid2vcpuid(struct vm *vm, int apicid)
2379 {
2380         /*
2381          * XXX apic id is assumed to be numerically identical to vcpu id
2382          */
2383         return (apicid);
2384 }
2385
2386 void
2387 vm_smp_rendezvous(struct vm *vm, int vcpuid, cpuset_t dest,
2388     vm_rendezvous_func_t func, void *arg)
2389 {
2390         int i;
2391
2392         /*
2393          * Enforce that this function is called without any locks
2394          */
2395         WITNESS_WARN(WARN_PANIC, NULL, "vm_smp_rendezvous");
2396         KASSERT(vcpuid == -1 || (vcpuid >= 0 && vcpuid < VM_MAXCPU),
2397             ("vm_smp_rendezvous: invalid vcpuid %d", vcpuid));
2398
2399 restart:
2400         mtx_lock(&vm->rendezvous_mtx);
2401         if (vm->rendezvous_func != NULL) {
2402                 /*
2403                  * If a rendezvous is already in progress then we need to
2404                  * call the rendezvous handler in case this 'vcpuid' is one
2405                  * of the targets of the rendezvous.
2406                  */
2407                 RENDEZVOUS_CTR0(vm, vcpuid, "Rendezvous already in progress");
2408                 mtx_unlock(&vm->rendezvous_mtx);
2409                 vm_handle_rendezvous(vm, vcpuid);
2410                 goto restart;
2411         }
2412         KASSERT(vm->rendezvous_func == NULL, ("vm_smp_rendezvous: previous "
2413             "rendezvous is still in progress"));
2414
2415         RENDEZVOUS_CTR0(vm, vcpuid, "Initiating rendezvous");
2416         vm->rendezvous_req_cpus = dest;
2417         CPU_ZERO(&vm->rendezvous_done_cpus);
2418         vm->rendezvous_arg = arg;
2419         vm_set_rendezvous_func(vm, func);
2420         mtx_unlock(&vm->rendezvous_mtx);
2421
2422         /*
2423          * Wake up any sleeping vcpus and trigger a VM-exit in any running
2424          * vcpus so they handle the rendezvous as soon as possible.
2425          */
2426         for (i = 0; i < VM_MAXCPU; i++) {
2427                 if (CPU_ISSET(i, &dest))
2428                         vcpu_notify_event(vm, i, false);
2429         }
2430
2431         vm_handle_rendezvous(vm, vcpuid);
2432 }
2433
2434 struct vatpic *
2435 vm_atpic(struct vm *vm)
2436 {
2437         return (vm->vatpic);
2438 }
2439
2440 struct vatpit *
2441 vm_atpit(struct vm *vm)
2442 {
2443         return (vm->vatpit);
2444 }
2445
2446 struct vpmtmr *
2447 vm_pmtmr(struct vm *vm)
2448 {
2449
2450         return (vm->vpmtmr);
2451 }
2452
2453 struct vrtc *
2454 vm_rtc(struct vm *vm)
2455 {
2456
2457         return (vm->vrtc);
2458 }
2459
2460 enum vm_reg_name
2461 vm_segment_name(int seg)
2462 {
2463         static enum vm_reg_name seg_names[] = {
2464                 VM_REG_GUEST_ES,
2465                 VM_REG_GUEST_CS,
2466                 VM_REG_GUEST_SS,
2467                 VM_REG_GUEST_DS,
2468                 VM_REG_GUEST_FS,
2469                 VM_REG_GUEST_GS
2470         };
2471
2472         KASSERT(seg >= 0 && seg < nitems(seg_names),
2473             ("%s: invalid segment encoding %d", __func__, seg));
2474         return (seg_names[seg]);
2475 }
2476
2477 void
2478 vm_copy_teardown(struct vm *vm, int vcpuid, struct vm_copyinfo *copyinfo,
2479     int num_copyinfo)
2480 {
2481         int idx;
2482
2483         for (idx = 0; idx < num_copyinfo; idx++) {
2484                 if (copyinfo[idx].cookie != NULL)
2485                         vm_gpa_release(copyinfo[idx].cookie);
2486         }
2487         bzero(copyinfo, num_copyinfo * sizeof(struct vm_copyinfo));
2488 }
2489
2490 int
2491 vm_copy_setup(struct vm *vm, int vcpuid, struct vm_guest_paging *paging,
2492     uint64_t gla, size_t len, int prot, struct vm_copyinfo *copyinfo,
2493     int num_copyinfo, int *fault)
2494 {
2495         int error, idx, nused;
2496         size_t n, off, remaining;
2497         void *hva, *cookie;
2498         uint64_t gpa;
2499
2500         bzero(copyinfo, sizeof(struct vm_copyinfo) * num_copyinfo);
2501
2502         nused = 0;
2503         remaining = len;
2504         while (remaining > 0) {
2505                 KASSERT(nused < num_copyinfo, ("insufficient vm_copyinfo"));
2506                 error = vm_gla2gpa(vm, vcpuid, paging, gla, prot, &gpa, fault);
2507                 if (error || *fault)
2508                         return (error);
2509                 off = gpa & PAGE_MASK;
2510                 n = min(remaining, PAGE_SIZE - off);
2511                 copyinfo[nused].gpa = gpa;
2512                 copyinfo[nused].len = n;
2513                 remaining -= n;
2514                 gla += n;
2515                 nused++;
2516         }
2517
2518         for (idx = 0; idx < nused; idx++) {
2519                 hva = vm_gpa_hold(vm, vcpuid, copyinfo[idx].gpa,
2520                     copyinfo[idx].len, prot, &cookie);
2521                 if (hva == NULL)
2522                         break;
2523                 copyinfo[idx].hva = hva;
2524                 copyinfo[idx].cookie = cookie;
2525         }
2526
2527         if (idx != nused) {
2528                 vm_copy_teardown(vm, vcpuid, copyinfo, num_copyinfo);
2529                 return (EFAULT);
2530         } else {
2531                 *fault = 0;
2532                 return (0);
2533         }
2534 }
2535
2536 void
2537 vm_copyin(struct vm *vm, int vcpuid, struct vm_copyinfo *copyinfo, void *kaddr,
2538     size_t len)
2539 {
2540         char *dst;
2541         int idx;
2542         
2543         dst = kaddr;
2544         idx = 0;
2545         while (len > 0) {
2546                 bcopy(copyinfo[idx].hva, dst, copyinfo[idx].len);
2547                 len -= copyinfo[idx].len;
2548                 dst += copyinfo[idx].len;
2549                 idx++;
2550         }
2551 }
2552
2553 void
2554 vm_copyout(struct vm *vm, int vcpuid, const void *kaddr,
2555     struct vm_copyinfo *copyinfo, size_t len)
2556 {
2557         const char *src;
2558         int idx;
2559
2560         src = kaddr;
2561         idx = 0;
2562         while (len > 0) {
2563                 bcopy(src, copyinfo[idx].hva, copyinfo[idx].len);
2564                 len -= copyinfo[idx].len;
2565                 src += copyinfo[idx].len;
2566                 idx++;
2567         }
2568 }
2569
2570 /*
2571  * Return the amount of in-use and wired memory for the VM. Since
2572  * these are global stats, only return the values with for vCPU 0
2573  */
2574 VMM_STAT_DECLARE(VMM_MEM_RESIDENT);
2575 VMM_STAT_DECLARE(VMM_MEM_WIRED);
2576
2577 static void
2578 vm_get_rescnt(struct vm *vm, int vcpu, struct vmm_stat_type *stat)
2579 {
2580
2581         if (vcpu == 0) {
2582                 vmm_stat_set(vm, vcpu, VMM_MEM_RESIDENT,
2583                     PAGE_SIZE * vmspace_resident_count(vm->vmspace));
2584         }       
2585 }
2586
2587 static void
2588 vm_get_wiredcnt(struct vm *vm, int vcpu, struct vmm_stat_type *stat)
2589 {
2590
2591         if (vcpu == 0) {
2592                 vmm_stat_set(vm, vcpu, VMM_MEM_WIRED,
2593                     PAGE_SIZE * pmap_wired_count(vmspace_pmap(vm->vmspace)));
2594         }       
2595 }
2596
2597 VMM_STAT_FUNC(VMM_MEM_RESIDENT, "Resident memory", vm_get_rescnt);
2598 VMM_STAT_FUNC(VMM_MEM_WIRED, "Wired memory", vm_get_wiredcnt);