lguest: per-vcpu lguest task management
[linux-3.10.git] / drivers / lguest / core.c
1 /*P:400 This contains run_guest() which actually calls into the Host<->Guest
2  * Switcher and analyzes the return, such as determining if the Guest wants the
3  * Host to do something.  This file also contains useful helper routines, and a
4  * couple of non-obvious setup and teardown pieces which were implemented after
5  * days of debugging pain. :*/
6 #include <linux/module.h>
7 #include <linux/stringify.h>
8 #include <linux/stddef.h>
9 #include <linux/io.h>
10 #include <linux/mm.h>
11 #include <linux/vmalloc.h>
12 #include <linux/cpu.h>
13 #include <linux/freezer.h>
14 #include <linux/highmem.h>
15 #include <asm/paravirt.h>
16 #include <asm/pgtable.h>
17 #include <asm/uaccess.h>
18 #include <asm/poll.h>
19 #include <asm/asm-offsets.h>
20 #include "lg.h"
21
22
23 static struct vm_struct *switcher_vma;
24 static struct page **switcher_page;
25
26 /* This One Big lock protects all inter-guest data structures. */
27 DEFINE_MUTEX(lguest_lock);
28
29 /*H:010 We need to set up the Switcher at a high virtual address.  Remember the
30  * Switcher is a few hundred bytes of assembler code which actually changes the
31  * CPU to run the Guest, and then changes back to the Host when a trap or
32  * interrupt happens.
33  *
34  * The Switcher code must be at the same virtual address in the Guest as the
35  * Host since it will be running as the switchover occurs.
36  *
37  * Trying to map memory at a particular address is an unusual thing to do, so
38  * it's not a simple one-liner. */
39 static __init int map_switcher(void)
40 {
41         int i, err;
42         struct page **pagep;
43
44         /*
45          * Map the Switcher in to high memory.
46          *
47          * It turns out that if we choose the address 0xFFC00000 (4MB under the
48          * top virtual address), it makes setting up the page tables really
49          * easy.
50          */
51
52         /* We allocate an array of "struct page"s.  map_vm_area() wants the
53          * pages in this form, rather than just an array of pointers. */
54         switcher_page = kmalloc(sizeof(switcher_page[0])*TOTAL_SWITCHER_PAGES,
55                                 GFP_KERNEL);
56         if (!switcher_page) {
57                 err = -ENOMEM;
58                 goto out;
59         }
60
61         /* Now we actually allocate the pages.  The Guest will see these pages,
62          * so we make sure they're zeroed. */
63         for (i = 0; i < TOTAL_SWITCHER_PAGES; i++) {
64                 unsigned long addr = get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
65                 if (!addr) {
66                         err = -ENOMEM;
67                         goto free_some_pages;
68                 }
69                 switcher_page[i] = virt_to_page(addr);
70         }
71
72         /* Now we reserve the "virtual memory area" we want: 0xFFC00000
73          * (SWITCHER_ADDR).  We might not get it in theory, but in practice
74          * it's worked so far. */
75         switcher_vma = __get_vm_area(TOTAL_SWITCHER_PAGES * PAGE_SIZE,
76                                        VM_ALLOC, SWITCHER_ADDR, VMALLOC_END);
77         if (!switcher_vma) {
78                 err = -ENOMEM;
79                 printk("lguest: could not map switcher pages high\n");
80                 goto free_pages;
81         }
82
83         /* This code actually sets up the pages we've allocated to appear at
84          * SWITCHER_ADDR.  map_vm_area() takes the vma we allocated above, the
85          * kind of pages we're mapping (kernel pages), and a pointer to our
86          * array of struct pages.  It increments that pointer, but we don't
87          * care. */
88         pagep = switcher_page;
89         err = map_vm_area(switcher_vma, PAGE_KERNEL, &pagep);
90         if (err) {
91                 printk("lguest: map_vm_area failed: %i\n", err);
92                 goto free_vma;
93         }
94
95         /* Now the Switcher is mapped at the right address, we can't fail!
96          * Copy in the compiled-in Switcher code (from <arch>_switcher.S). */
97         memcpy(switcher_vma->addr, start_switcher_text,
98                end_switcher_text - start_switcher_text);
99
100         printk(KERN_INFO "lguest: mapped switcher at %p\n",
101                switcher_vma->addr);
102         /* And we succeeded... */
103         return 0;
104
105 free_vma:
106         vunmap(switcher_vma->addr);
107 free_pages:
108         i = TOTAL_SWITCHER_PAGES;
109 free_some_pages:
110         for (--i; i >= 0; i--)
111                 __free_pages(switcher_page[i], 0);
112         kfree(switcher_page);
113 out:
114         return err;
115 }
116 /*:*/
117
118 /* Cleaning up the mapping when the module is unloaded is almost...
119  * too easy. */
120 static void unmap_switcher(void)
121 {
122         unsigned int i;
123
124         /* vunmap() undoes *both* map_vm_area() and __get_vm_area(). */
125         vunmap(switcher_vma->addr);
126         /* Now we just need to free the pages we copied the switcher into */
127         for (i = 0; i < TOTAL_SWITCHER_PAGES; i++)
128                 __free_pages(switcher_page[i], 0);
129 }
130
131 /*H:032
132  * Dealing With Guest Memory.
133  *
134  * Before we go too much further into the Host, we need to grok the routines
135  * we use to deal with Guest memory.
136  *
137  * When the Guest gives us (what it thinks is) a physical address, we can use
138  * the normal copy_from_user() & copy_to_user() on the corresponding place in
139  * the memory region allocated by the Launcher.
140  *
141  * But we can't trust the Guest: it might be trying to access the Launcher
142  * code.  We have to check that the range is below the pfn_limit the Launcher
143  * gave us.  We have to make sure that addr + len doesn't give us a false
144  * positive by overflowing, too. */
145 int lguest_address_ok(const struct lguest *lg,
146                       unsigned long addr, unsigned long len)
147 {
148         return (addr+len) / PAGE_SIZE < lg->pfn_limit && (addr+len >= addr);
149 }
150
151 /* This routine copies memory from the Guest.  Here we can see how useful the
152  * kill_lguest() routine we met in the Launcher can be: we return a random
153  * value (all zeroes) instead of needing to return an error. */
154 void __lgread(struct lguest *lg, void *b, unsigned long addr, unsigned bytes)
155 {
156         if (!lguest_address_ok(lg, addr, bytes)
157             || copy_from_user(b, lg->mem_base + addr, bytes) != 0) {
158                 /* copy_from_user should do this, but as we rely on it... */
159                 memset(b, 0, bytes);
160                 kill_guest(lg, "bad read address %#lx len %u", addr, bytes);
161         }
162 }
163
164 /* This is the write (copy into guest) version. */
165 void __lgwrite(struct lguest *lg, unsigned long addr, const void *b,
166                unsigned bytes)
167 {
168         if (!lguest_address_ok(lg, addr, bytes)
169             || copy_to_user(lg->mem_base + addr, b, bytes) != 0)
170                 kill_guest(lg, "bad write address %#lx len %u", addr, bytes);
171 }
172 /*:*/
173
174 /*H:030 Let's jump straight to the the main loop which runs the Guest.
175  * Remember, this is called by the Launcher reading /dev/lguest, and we keep
176  * going around and around until something interesting happens. */
177 int run_guest(struct lg_cpu *cpu, unsigned long __user *user)
178 {
179         struct lguest *lg = cpu->lg;
180
181         /* We stop running once the Guest is dead. */
182         while (!lg->dead) {
183                 /* First we run any hypercalls the Guest wants done. */
184                 if (cpu->hcall)
185                         do_hypercalls(cpu);
186
187                 /* It's possible the Guest did a NOTIFY hypercall to the
188                  * Launcher, in which case we return from the read() now. */
189                 if (lg->pending_notify) {
190                         if (put_user(lg->pending_notify, user))
191                                 return -EFAULT;
192                         return sizeof(lg->pending_notify);
193                 }
194
195                 /* Check for signals */
196                 if (signal_pending(current))
197                         return -ERESTARTSYS;
198
199                 /* If Waker set break_out, return to Launcher. */
200                 if (cpu->break_out)
201                         return -EAGAIN;
202
203                 /* Check if there are any interrupts which can be delivered
204                  * now: if so, this sets up the hander to be executed when we
205                  * next run the Guest. */
206                 maybe_do_interrupt(cpu);
207
208                 /* All long-lived kernel loops need to check with this horrible
209                  * thing called the freezer.  If the Host is trying to suspend,
210                  * it stops us. */
211                 try_to_freeze();
212
213                 /* Just make absolutely sure the Guest is still alive.  One of
214                  * those hypercalls could have been fatal, for example. */
215                 if (lg->dead)
216                         break;
217
218                 /* If the Guest asked to be stopped, we sleep.  The Guest's
219                  * clock timer or LHCALL_BREAK from the Waker will wake us. */
220                 if (cpu->halted) {
221                         set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
222                         schedule();
223                         continue;
224                 }
225
226                 /* OK, now we're ready to jump into the Guest.  First we put up
227                  * the "Do Not Disturb" sign: */
228                 local_irq_disable();
229
230                 /* Actually run the Guest until something happens. */
231                 lguest_arch_run_guest(cpu);
232
233                 /* Now we're ready to be interrupted or moved to other CPUs */
234                 local_irq_enable();
235
236                 /* Now we deal with whatever happened to the Guest. */
237                 lguest_arch_handle_trap(cpu);
238         }
239
240         if (lg->dead == ERR_PTR(-ERESTART))
241                 return -ERESTART;
242         /* The Guest is dead => "No such file or directory" */
243         return -ENOENT;
244 }
245
246 /*H:000
247  * Welcome to the Host!
248  *
249  * By this point your brain has been tickled by the Guest code and numbed by
250  * the Launcher code; prepare for it to be stretched by the Host code.  This is
251  * the heart.  Let's begin at the initialization routine for the Host's lg
252  * module.
253  */
254 static int __init init(void)
255 {
256         int err;
257
258         /* Lguest can't run under Xen, VMI or itself.  It does Tricky Stuff. */
259         if (paravirt_enabled()) {
260                 printk("lguest is afraid of being a guest\n");
261                 return -EPERM;
262         }
263
264         /* First we put the Switcher up in very high virtual memory. */
265         err = map_switcher();
266         if (err)
267                 goto out;
268
269         /* Now we set up the pagetable implementation for the Guests. */
270         err = init_pagetables(switcher_page, SHARED_SWITCHER_PAGES);
271         if (err)
272                 goto unmap;
273
274         /* We might need to reserve an interrupt vector. */
275         err = init_interrupts();
276         if (err)
277                 goto free_pgtables;
278
279         /* /dev/lguest needs to be registered. */
280         err = lguest_device_init();
281         if (err)
282                 goto free_interrupts;
283
284         /* Finally we do some architecture-specific setup. */
285         lguest_arch_host_init();
286
287         /* All good! */
288         return 0;
289
290 free_interrupts:
291         free_interrupts();
292 free_pgtables:
293         free_pagetables();
294 unmap:
295         unmap_switcher();
296 out:
297         return err;
298 }
299
300 /* Cleaning up is just the same code, backwards.  With a little French. */
301 static void __exit fini(void)
302 {
303         lguest_device_remove();
304         free_interrupts();
305         free_pagetables();
306         unmap_switcher();
307
308         lguest_arch_host_fini();
309 }
310 /*:*/
311
312 /* The Host side of lguest can be a module.  This is a nice way for people to
313  * play with it.  */
314 module_init(init);
315 module_exit(fini);
316 MODULE_LICENSE("GPL");
317 MODULE_AUTHOR("Rusty Russell <rusty@rustcorp.com.au>");