Introduce "hcall" pointer to indicate pending hypercall.
[linux-2.6] / drivers / lguest / page_tables.c
1 /*P:700 The pagetable code, on the other hand, still shows the scars of
2  * previous encounters.  It's functional, and as neat as it can be in the
3  * circumstances, but be wary, for these things are subtle and break easily.
4  * The Guest provides a virtual to physical mapping, but we can neither trust
5  * it nor use it: we verify and convert it here to point the hardware to the
6  * actual Guest pages when running the Guest. :*/
7
8 /* Copyright (C) Rusty Russell IBM Corporation 2006.
9  * GPL v2 and any later version */
10 #include <linux/mm.h>
11 #include <linux/types.h>
12 #include <linux/spinlock.h>
13 #include <linux/random.h>
14 #include <linux/percpu.h>
15 #include <asm/tlbflush.h>
16 #include "lg.h"
17
18 /*M:008 We hold reference to pages, which prevents them from being swapped.
19  * It'd be nice to have a callback in the "struct mm_struct" when Linux wants
20  * to swap out.  If we had this, and a shrinker callback to trim PTE pages, we
21  * could probably consider launching Guests as non-root. :*/
22
23 /*H:300
24  * The Page Table Code
25  *
26  * We use two-level page tables for the Guest.  If you're not entirely
27  * comfortable with virtual addresses, physical addresses and page tables then
28  * I recommend you review lguest.c's "Page Table Handling" (with diagrams!).
29  *
30  * The Guest keeps page tables, but we maintain the actual ones here: these are
31  * called "shadow" page tables.  Which is a very Guest-centric name: these are
32  * the real page tables the CPU uses, although we keep them up to date to
33  * reflect the Guest's.  (See what I mean about weird naming?  Since when do
34  * shadows reflect anything?)
35  *
36  * Anyway, this is the most complicated part of the Host code.  There are seven
37  * parts to this:
38  *  (i) Setting up a page table entry for the Guest when it faults,
39  *  (ii) Setting up the page table entry for the Guest stack,
40  *  (iii) Setting up a page table entry when the Guest tells us it has changed,
41  *  (iv) Switching page tables,
42  *  (v) Flushing (thowing away) page tables,
43  *  (vi) Mapping the Switcher when the Guest is about to run,
44  *  (vii) Setting up the page tables initially.
45  :*/
46
47 /* Pages a 4k long, and each page table entry is 4 bytes long, giving us 1024
48  * (or 2^10) entries per page. */
49 #define PTES_PER_PAGE_SHIFT 10
50 #define PTES_PER_PAGE (1 << PTES_PER_PAGE_SHIFT)
51
52 /* 1024 entries in a page table page maps 1024 pages: 4MB.  The Switcher is
53  * conveniently placed at the top 4MB, so it uses a separate, complete PTE
54  * page.  */
55 #define SWITCHER_PGD_INDEX (PTES_PER_PAGE - 1)
56
57 /* We actually need a separate PTE page for each CPU.  Remember that after the
58  * Switcher code itself comes two pages for each CPU, and we don't want this
59  * CPU's guest to see the pages of any other CPU. */
60 static DEFINE_PER_CPU(spte_t *, switcher_pte_pages);
61 #define switcher_pte_page(cpu) per_cpu(switcher_pte_pages, cpu)
62
63 /*H:320 With our shadow and Guest types established, we need to deal with
64  * them: the page table code is curly enough to need helper functions to keep
65  * it clear and clean.
66  *
67  * The first helper takes a virtual address, and says which entry in the top
68  * level page table deals with that address.  Since each top level entry deals
69  * with 4M, this effectively divides by 4M. */
70 static unsigned vaddr_to_pgd_index(unsigned long vaddr)
71 {
72         return vaddr >> (PAGE_SHIFT + PTES_PER_PAGE_SHIFT);
73 }
74
75 /* There are two functions which return pointers to the shadow (aka "real")
76  * page tables.
77  *
78  * spgd_addr() takes the virtual address and returns a pointer to the top-level
79  * page directory entry for that address.  Since we keep track of several page
80  * tables, the "i" argument tells us which one we're interested in (it's
81  * usually the current one). */
82 static spgd_t *spgd_addr(struct lguest *lg, u32 i, unsigned long vaddr)
83 {
84         unsigned int index = vaddr_to_pgd_index(vaddr);
85
86         /* We kill any Guest trying to touch the Switcher addresses. */
87         if (index >= SWITCHER_PGD_INDEX) {
88                 kill_guest(lg, "attempt to access switcher pages");
89                 index = 0;
90         }
91         /* Return a pointer index'th pgd entry for the i'th page table. */
92         return &lg->pgdirs[i].pgdir[index];
93 }
94
95 /* This routine then takes the PGD entry given above, which contains the
96  * address of the PTE page.  It then returns a pointer to the PTE entry for the
97  * given address. */
98 static spte_t *spte_addr(struct lguest *lg, spgd_t spgd, unsigned long vaddr)
99 {
100         spte_t *page = __va(spgd.pfn << PAGE_SHIFT);
101         /* You should never call this if the PGD entry wasn't valid */
102         BUG_ON(!(spgd.flags & _PAGE_PRESENT));
103         return &page[(vaddr >> PAGE_SHIFT) % PTES_PER_PAGE];
104 }
105
106 /* These two functions just like the above two, except they access the Guest
107  * page tables.  Hence they return a Guest address. */
108 static unsigned long gpgd_addr(struct lguest *lg, unsigned long vaddr)
109 {
110         unsigned int index = vaddr >> (PAGE_SHIFT + PTES_PER_PAGE_SHIFT);
111         return lg->pgdirs[lg->pgdidx].cr3 + index * sizeof(gpgd_t);
112 }
113
114 static unsigned long gpte_addr(struct lguest *lg,
115                                gpgd_t gpgd, unsigned long vaddr)
116 {
117         unsigned long gpage = gpgd.pfn << PAGE_SHIFT;
118         BUG_ON(!(gpgd.flags & _PAGE_PRESENT));
119         return gpage + ((vaddr>>PAGE_SHIFT) % PTES_PER_PAGE) * sizeof(gpte_t);
120 }
121
122 /*H:350 This routine takes a page number given by the Guest and converts it to
123  * an actual, physical page number.  It can fail for several reasons: the
124  * virtual address might not be mapped by the Launcher, the write flag is set
125  * and the page is read-only, or the write flag was set and the page was
126  * shared so had to be copied, but we ran out of memory.
127  *
128  * This holds a reference to the page, so release_pte() is careful to
129  * put that back. */
130 static unsigned long get_pfn(unsigned long virtpfn, int write)
131 {
132         struct page *page;
133         /* This value indicates failure. */
134         unsigned long ret = -1UL;
135
136         /* get_user_pages() is a complex interface: it gets the "struct
137          * vm_area_struct" and "struct page" assocated with a range of pages.
138          * It also needs the task's mmap_sem held, and is not very quick.
139          * It returns the number of pages it got. */
140         down_read(&current->mm->mmap_sem);
141         if (get_user_pages(current, current->mm, virtpfn << PAGE_SHIFT,
142                            1, write, 1, &page, NULL) == 1)
143                 ret = page_to_pfn(page);
144         up_read(&current->mm->mmap_sem);
145         return ret;
146 }
147
148 /*H:340 Converting a Guest page table entry to a shadow (ie. real) page table
149  * entry can be a little tricky.  The flags are (almost) the same, but the
150  * Guest PTE contains a virtual page number: the CPU needs the real page
151  * number. */
152 static spte_t gpte_to_spte(struct lguest *lg, gpte_t gpte, int write)
153 {
154         spte_t spte;
155         unsigned long pfn, base;
156
157         /* The Guest sets the global flag, because it thinks that it is using
158          * PGE.  We only told it to use PGE so it would tell us whether it was
159          * flushing a kernel mapping or a userspace mapping.  We don't actually
160          * use the global bit, so throw it away. */
161         spte.flags = (gpte.flags & ~_PAGE_GLOBAL);
162
163         /* The Guest's pages are offset inside the Launcher. */
164         base = (unsigned long)lg->mem_base / PAGE_SIZE;
165
166         /* We need a temporary "unsigned long" variable to hold the answer from
167          * get_pfn(), because it returns 0xFFFFFFFF on failure, which wouldn't
168          * fit in spte.pfn.  get_pfn() finds the real physical number of the
169          * page, given the virtual number. */
170         pfn = get_pfn(base + gpte.pfn, write);
171         if (pfn == -1UL) {
172                 kill_guest(lg, "failed to get page %u", gpte.pfn);
173                 /* When we destroy the Guest, we'll go through the shadow page
174                  * tables and release_pte() them.  Make sure we don't think
175                  * this one is valid! */
176                 spte.flags = 0;
177         }
178         /* Now we assign the page number, and our shadow PTE is complete. */
179         spte.pfn = pfn;
180         return spte;
181 }
182
183 /*H:460 And to complete the chain, release_pte() looks like this: */
184 static void release_pte(spte_t pte)
185 {
186         /* Remember that get_user_pages() took a reference to the page, in
187          * get_pfn()?  We have to put it back now. */
188         if (pte.flags & _PAGE_PRESENT)
189                 put_page(pfn_to_page(pte.pfn));
190 }
191 /*:*/
192
193 static void check_gpte(struct lguest *lg, gpte_t gpte)
194 {
195         if ((gpte.flags & (_PAGE_PWT|_PAGE_PSE)) || gpte.pfn >= lg->pfn_limit)
196                 kill_guest(lg, "bad page table entry");
197 }
198
199 static void check_gpgd(struct lguest *lg, gpgd_t gpgd)
200 {
201         if ((gpgd.flags & ~_PAGE_TABLE) || gpgd.pfn >= lg->pfn_limit)
202                 kill_guest(lg, "bad page directory entry");
203 }
204
205 /*H:330
206  * (i) Setting up a page table entry for the Guest when it faults
207  *
208  * We saw this call in run_guest(): when we see a page fault in the Guest, we
209  * come here.  That's because we only set up the shadow page tables lazily as
210  * they're needed, so we get page faults all the time and quietly fix them up
211  * and return to the Guest without it knowing.
212  *
213  * If we fixed up the fault (ie. we mapped the address), this routine returns
214  * true. */
215 int demand_page(struct lguest *lg, unsigned long vaddr, int errcode)
216 {
217         gpgd_t gpgd;
218         spgd_t *spgd;
219         unsigned long gpte_ptr;
220         gpte_t gpte;
221         spte_t *spte;
222
223         /* First step: get the top-level Guest page table entry. */
224         gpgd = mkgpgd(lgread_u32(lg, gpgd_addr(lg, vaddr)));
225         /* Toplevel not present?  We can't map it in. */
226         if (!(gpgd.flags & _PAGE_PRESENT))
227                 return 0;
228
229         /* Now look at the matching shadow entry. */
230         spgd = spgd_addr(lg, lg->pgdidx, vaddr);
231         if (!(spgd->flags & _PAGE_PRESENT)) {
232                 /* No shadow entry: allocate a new shadow PTE page. */
233                 unsigned long ptepage = get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
234                 /* This is not really the Guest's fault, but killing it is
235                  * simple for this corner case. */
236                 if (!ptepage) {
237                         kill_guest(lg, "out of memory allocating pte page");
238                         return 0;
239                 }
240                 /* We check that the Guest pgd is OK. */
241                 check_gpgd(lg, gpgd);
242                 /* And we copy the flags to the shadow PGD entry.  The page
243                  * number in the shadow PGD is the page we just allocated. */
244                 spgd->raw.val = (__pa(ptepage) | gpgd.flags);
245         }
246
247         /* OK, now we look at the lower level in the Guest page table: keep its
248          * address, because we might update it later. */
249         gpte_ptr = gpte_addr(lg, gpgd, vaddr);
250         gpte = mkgpte(lgread_u32(lg, gpte_ptr));
251
252         /* If this page isn't in the Guest page tables, we can't page it in. */
253         if (!(gpte.flags & _PAGE_PRESENT))
254                 return 0;
255
256         /* Check they're not trying to write to a page the Guest wants
257          * read-only (bit 2 of errcode == write). */
258         if ((errcode & 2) && !(gpte.flags & _PAGE_RW))
259                 return 0;
260
261         /* User access to a kernel page? (bit 3 == user access) */
262         if ((errcode & 4) && !(gpte.flags & _PAGE_USER))
263                 return 0;
264
265         /* Check that the Guest PTE flags are OK, and the page number is below
266          * the pfn_limit (ie. not mapping the Launcher binary). */
267         check_gpte(lg, gpte);
268         /* Add the _PAGE_ACCESSED and (for a write) _PAGE_DIRTY flag */
269         gpte.flags |= _PAGE_ACCESSED;
270         if (errcode & 2)
271                 gpte.flags |= _PAGE_DIRTY;
272
273         /* Get the pointer to the shadow PTE entry we're going to set. */
274         spte = spte_addr(lg, *spgd, vaddr);
275         /* If there was a valid shadow PTE entry here before, we release it.
276          * This can happen with a write to a previously read-only entry. */
277         release_pte(*spte);
278
279         /* If this is a write, we insist that the Guest page is writable (the
280          * final arg to gpte_to_spte()). */
281         if (gpte.flags & _PAGE_DIRTY)
282                 *spte = gpte_to_spte(lg, gpte, 1);
283         else {
284                 /* If this is a read, don't set the "writable" bit in the page
285                  * table entry, even if the Guest says it's writable.  That way
286                  * we come back here when a write does actually ocur, so we can
287                  * update the Guest's _PAGE_DIRTY flag. */
288                 gpte_t ro_gpte = gpte;
289                 ro_gpte.flags &= ~_PAGE_RW;
290                 *spte = gpte_to_spte(lg, ro_gpte, 0);
291         }
292
293         /* Finally, we write the Guest PTE entry back: we've set the
294          * _PAGE_ACCESSED and maybe the _PAGE_DIRTY flags. */
295         lgwrite_u32(lg, gpte_ptr, gpte.raw.val);
296
297         /* We succeeded in mapping the page! */
298         return 1;
299 }
300
301 /*H:360 (ii) Setting up the page table entry for the Guest stack.
302  *
303  * Remember pin_stack_pages() which makes sure the stack is mapped?  It could
304  * simply call demand_page(), but as we've seen that logic is quite long, and
305  * usually the stack pages are already mapped anyway, so it's not required.
306  *
307  * This is a quick version which answers the question: is this virtual address
308  * mapped by the shadow page tables, and is it writable? */
309 static int page_writable(struct lguest *lg, unsigned long vaddr)
310 {
311         spgd_t *spgd;
312         unsigned long flags;
313
314         /* Look at the top level entry: is it present? */
315         spgd = spgd_addr(lg, lg->pgdidx, vaddr);
316         if (!(spgd->flags & _PAGE_PRESENT))
317                 return 0;
318
319         /* Check the flags on the pte entry itself: it must be present and
320          * writable. */
321         flags = spte_addr(lg, *spgd, vaddr)->flags;
322         return (flags & (_PAGE_PRESENT|_PAGE_RW)) == (_PAGE_PRESENT|_PAGE_RW);
323 }
324
325 /* So, when pin_stack_pages() asks us to pin a page, we check if it's already
326  * in the page tables, and if not, we call demand_page() with error code 2
327  * (meaning "write"). */
328 void pin_page(struct lguest *lg, unsigned long vaddr)
329 {
330         if (!page_writable(lg, vaddr) && !demand_page(lg, vaddr, 2))
331                 kill_guest(lg, "bad stack page %#lx", vaddr);
332 }
333
334 /*H:450 If we chase down the release_pgd() code, it looks like this: */
335 static void release_pgd(struct lguest *lg, spgd_t *spgd)
336 {
337         /* If the entry's not present, there's nothing to release. */
338         if (spgd->flags & _PAGE_PRESENT) {
339                 unsigned int i;
340                 /* Converting the pfn to find the actual PTE page is easy: turn
341                  * the page number into a physical address, then convert to a
342                  * virtual address (easy for kernel pages like this one). */
343                 spte_t *ptepage = __va(spgd->pfn << PAGE_SHIFT);
344                 /* For each entry in the page, we might need to release it. */
345                 for (i = 0; i < PTES_PER_PAGE; i++)
346                         release_pte(ptepage[i]);
347                 /* Now we can free the page of PTEs */
348                 free_page((long)ptepage);
349                 /* And zero out the PGD entry we we never release it twice. */
350                 spgd->raw.val = 0;
351         }
352 }
353
354 /*H:440 (v) Flushing (thowing away) page tables,
355  *
356  * We saw flush_user_mappings() called when we re-used a top-level pgdir page.
357  * It simply releases every PTE page from 0 up to the kernel address. */
358 static void flush_user_mappings(struct lguest *lg, int idx)
359 {
360         unsigned int i;
361         /* Release every pgd entry up to the kernel's address. */
362         for (i = 0; i < vaddr_to_pgd_index(lg->page_offset); i++)
363                 release_pgd(lg, lg->pgdirs[idx].pgdir + i);
364 }
365
366 /* The Guest also has a hypercall to do this manually: it's used when a large
367  * number of mappings have been changed. */
368 void guest_pagetable_flush_user(struct lguest *lg)
369 {
370         /* Drop the userspace part of the current page table. */
371         flush_user_mappings(lg, lg->pgdidx);
372 }
373 /*:*/
374
375 /* We keep several page tables.  This is a simple routine to find the page
376  * table (if any) corresponding to this top-level address the Guest has given
377  * us. */
378 static unsigned int find_pgdir(struct lguest *lg, unsigned long pgtable)
379 {
380         unsigned int i;
381         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(lg->pgdirs); i++)
382                 if (lg->pgdirs[i].cr3 == pgtable)
383                         break;
384         return i;
385 }
386
387 /*H:435 And this is us, creating the new page directory.  If we really do
388  * allocate a new one (and so the kernel parts are not there), we set
389  * blank_pgdir. */
390 static unsigned int new_pgdir(struct lguest *lg,
391                               unsigned long cr3,
392                               int *blank_pgdir)
393 {
394         unsigned int next;
395
396         /* We pick one entry at random to throw out.  Choosing the Least
397          * Recently Used might be better, but this is easy. */
398         next = random32() % ARRAY_SIZE(lg->pgdirs);
399         /* If it's never been allocated at all before, try now. */
400         if (!lg->pgdirs[next].pgdir) {
401                 lg->pgdirs[next].pgdir = (spgd_t *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
402                 /* If the allocation fails, just keep using the one we have */
403                 if (!lg->pgdirs[next].pgdir)
404                         next = lg->pgdidx;
405                 else
406                         /* This is a blank page, so there are no kernel
407                          * mappings: caller must map the stack! */
408                         *blank_pgdir = 1;
409         }
410         /* Record which Guest toplevel this shadows. */
411         lg->pgdirs[next].cr3 = cr3;
412         /* Release all the non-kernel mappings. */
413         flush_user_mappings(lg, next);
414
415         return next;
416 }
417
418 /*H:430 (iv) Switching page tables
419  *
420  * This is what happens when the Guest changes page tables (ie. changes the
421  * top-level pgdir).  This happens on almost every context switch. */
422 void guest_new_pagetable(struct lguest *lg, unsigned long pgtable)
423 {
424         int newpgdir, repin = 0;
425
426         /* Look to see if we have this one already. */
427         newpgdir = find_pgdir(lg, pgtable);
428         /* If not, we allocate or mug an existing one: if it's a fresh one,
429          * repin gets set to 1. */
430         if (newpgdir == ARRAY_SIZE(lg->pgdirs))
431                 newpgdir = new_pgdir(lg, pgtable, &repin);
432         /* Change the current pgd index to the new one. */
433         lg->pgdidx = newpgdir;
434         /* If it was completely blank, we map in the Guest kernel stack */
435         if (repin)
436                 pin_stack_pages(lg);
437 }
438
439 /*H:470 Finally, a routine which throws away everything: all PGD entries in all
440  * the shadow page tables.  This is used when we destroy the Guest. */
441 static void release_all_pagetables(struct lguest *lg)
442 {
443         unsigned int i, j;
444
445         /* Every shadow pagetable this Guest has */
446         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(lg->pgdirs); i++)
447                 if (lg->pgdirs[i].pgdir)
448                         /* Every PGD entry except the Switcher at the top */
449                         for (j = 0; j < SWITCHER_PGD_INDEX; j++)
450                                 release_pgd(lg, lg->pgdirs[i].pgdir + j);
451 }
452
453 /* We also throw away everything when a Guest tells us it's changed a kernel
454  * mapping.  Since kernel mappings are in every page table, it's easiest to
455  * throw them all away.  This is amazingly slow, but thankfully rare. */
456 void guest_pagetable_clear_all(struct lguest *lg)
457 {
458         release_all_pagetables(lg);
459         /* We need the Guest kernel stack mapped again. */
460         pin_stack_pages(lg);
461 }
462
463 /*H:420 This is the routine which actually sets the page table entry for then
464  * "idx"'th shadow page table.
465  *
466  * Normally, we can just throw out the old entry and replace it with 0: if they
467  * use it demand_page() will put the new entry in.  We need to do this anyway:
468  * The Guest expects _PAGE_ACCESSED to be set on its PTE the first time a page
469  * is read from, and _PAGE_DIRTY when it's written to.
470  *
471  * But Avi Kivity pointed out that most Operating Systems (Linux included) set
472  * these bits on PTEs immediately anyway.  This is done to save the CPU from
473  * having to update them, but it helps us the same way: if they set
474  * _PAGE_ACCESSED then we can put a read-only PTE entry in immediately, and if
475  * they set _PAGE_DIRTY then we can put a writable PTE entry in immediately.
476  */
477 static void do_set_pte(struct lguest *lg, int idx,
478                        unsigned long vaddr, gpte_t gpte)
479 {
480         /* Look up the matching shadow page directot entry. */
481         spgd_t *spgd = spgd_addr(lg, idx, vaddr);
482
483         /* If the top level isn't present, there's no entry to update. */
484         if (spgd->flags & _PAGE_PRESENT) {
485                 /* Otherwise, we start by releasing the existing entry. */
486                 spte_t *spte = spte_addr(lg, *spgd, vaddr);
487                 release_pte(*spte);
488
489                 /* If they're setting this entry as dirty or accessed, we might
490                  * as well put that entry they've given us in now.  This shaves
491                  * 10% off a copy-on-write micro-benchmark. */
492                 if (gpte.flags & (_PAGE_DIRTY | _PAGE_ACCESSED)) {
493                         check_gpte(lg, gpte);
494                         *spte = gpte_to_spte(lg, gpte, gpte.flags&_PAGE_DIRTY);
495                 } else
496                         /* Otherwise we can demand_page() it in later. */
497                         spte->raw.val = 0;
498         }
499 }
500
501 /*H:410 Updating a PTE entry is a little trickier.
502  *
503  * We keep track of several different page tables (the Guest uses one for each
504  * process, so it makes sense to cache at least a few).  Each of these have
505  * identical kernel parts: ie. every mapping above PAGE_OFFSET is the same for
506  * all processes.  So when the page table above that address changes, we update
507  * all the page tables, not just the current one.  This is rare.
508  *
509  * The benefit is that when we have to track a new page table, we can copy keep
510  * all the kernel mappings.  This speeds up context switch immensely. */
511 void guest_set_pte(struct lguest *lg,
512                    unsigned long cr3, unsigned long vaddr, gpte_t gpte)
513 {
514         /* Kernel mappings must be changed on all top levels.  Slow, but
515          * doesn't happen often. */
516         if (vaddr >= lg->page_offset) {
517                 unsigned int i;
518                 for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(lg->pgdirs); i++)
519                         if (lg->pgdirs[i].pgdir)
520                                 do_set_pte(lg, i, vaddr, gpte);
521         } else {
522                 /* Is this page table one we have a shadow for? */
523                 int pgdir = find_pgdir(lg, cr3);
524                 if (pgdir != ARRAY_SIZE(lg->pgdirs))
525                         /* If so, do the update. */
526                         do_set_pte(lg, pgdir, vaddr, gpte);
527         }
528 }
529
530 /*H:400
531  * (iii) Setting up a page table entry when the Guest tells us it has changed.
532  *
533  * Just like we did in interrupts_and_traps.c, it makes sense for us to deal
534  * with the other side of page tables while we're here: what happens when the
535  * Guest asks for a page table to be updated?
536  *
537  * We already saw that demand_page() will fill in the shadow page tables when
538  * needed, so we can simply remove shadow page table entries whenever the Guest
539  * tells us they've changed.  When the Guest tries to use the new entry it will
540  * fault and demand_page() will fix it up.
541  *
542  * So with that in mind here's our code to to update a (top-level) PGD entry:
543  */
544 void guest_set_pmd(struct lguest *lg, unsigned long cr3, u32 idx)
545 {
546         int pgdir;
547
548         /* The kernel seems to try to initialize this early on: we ignore its
549          * attempts to map over the Switcher. */
550         if (idx >= SWITCHER_PGD_INDEX)
551                 return;
552
553         /* If they're talking about a page table we have a shadow for... */
554         pgdir = find_pgdir(lg, cr3);
555         if (pgdir < ARRAY_SIZE(lg->pgdirs))
556                 /* ... throw it away. */
557                 release_pgd(lg, lg->pgdirs[pgdir].pgdir + idx);
558 }
559
560 /*H:500 (vii) Setting up the page tables initially.
561  *
562  * When a Guest is first created, the Launcher tells us where the toplevel of
563  * its first page table is.  We set some things up here: */
564 int init_guest_pagetable(struct lguest *lg, unsigned long pgtable)
565 {
566         /* In flush_user_mappings() we loop from 0 to
567          * "vaddr_to_pgd_index(lg->page_offset)".  This assumes it won't hit
568          * the Switcher mappings, so check that now. */
569         if (vaddr_to_pgd_index(lg->page_offset) >= SWITCHER_PGD_INDEX)
570                 return -EINVAL;
571         /* We start on the first shadow page table, and give it a blank PGD
572          * page. */
573         lg->pgdidx = 0;
574         lg->pgdirs[lg->pgdidx].cr3 = pgtable;
575         lg->pgdirs[lg->pgdidx].pgdir = (spgd_t*)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
576         if (!lg->pgdirs[lg->pgdidx].pgdir)
577                 return -ENOMEM;
578         return 0;
579 }
580
581 /* When a Guest dies, our cleanup is fairly simple. */
582 void free_guest_pagetable(struct lguest *lg)
583 {
584         unsigned int i;
585
586         /* Throw away all page table pages. */
587         release_all_pagetables(lg);
588         /* Now free the top levels: free_page() can handle 0 just fine. */
589         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(lg->pgdirs); i++)
590                 free_page((long)lg->pgdirs[i].pgdir);
591 }
592
593 /*H:480 (vi) Mapping the Switcher when the Guest is about to run.
594  *
595  * The Switcher and the two pages for this CPU need to be available to the
596  * Guest (and not the pages for other CPUs).  We have the appropriate PTE pages
597  * for each CPU already set up, we just need to hook them in. */
598 void map_switcher_in_guest(struct lguest *lg, struct lguest_pages *pages)
599 {
600         spte_t *switcher_pte_page = __get_cpu_var(switcher_pte_pages);
601         spgd_t switcher_pgd;
602         spte_t regs_pte;
603
604         /* Make the last PGD entry for this Guest point to the Switcher's PTE
605          * page for this CPU (with appropriate flags). */
606         switcher_pgd.pfn = __pa(switcher_pte_page) >> PAGE_SHIFT;
607         switcher_pgd.flags = _PAGE_KERNEL;
608         lg->pgdirs[lg->pgdidx].pgdir[SWITCHER_PGD_INDEX] = switcher_pgd;
609
610         /* We also change the Switcher PTE page.  When we're running the Guest,
611          * we want the Guest's "regs" page to appear where the first Switcher
612          * page for this CPU is.  This is an optimization: when the Switcher
613          * saves the Guest registers, it saves them into the first page of this
614          * CPU's "struct lguest_pages": if we make sure the Guest's register
615          * page is already mapped there, we don't have to copy them out
616          * again. */
617         regs_pte.pfn = __pa(lg->regs_page) >> PAGE_SHIFT;
618         regs_pte.flags = _PAGE_KERNEL;
619         switcher_pte_page[(unsigned long)pages/PAGE_SIZE%PTES_PER_PAGE]
620                 = regs_pte;
621 }
622 /*:*/
623
624 static void free_switcher_pte_pages(void)
625 {
626         unsigned int i;
627
628         for_each_possible_cpu(i)
629                 free_page((long)switcher_pte_page(i));
630 }
631
632 /*H:520 Setting up the Switcher PTE page for given CPU is fairly easy, given
633  * the CPU number and the "struct page"s for the Switcher code itself.
634  *
635  * Currently the Switcher is less than a page long, so "pages" is always 1. */
636 static __init void populate_switcher_pte_page(unsigned int cpu,
637                                               struct page *switcher_page[],
638                                               unsigned int pages)
639 {
640         unsigned int i;
641         spte_t *pte = switcher_pte_page(cpu);
642
643         /* The first entries are easy: they map the Switcher code. */
644         for (i = 0; i < pages; i++) {
645                 pte[i].pfn = page_to_pfn(switcher_page[i]);
646                 pte[i].flags = _PAGE_PRESENT|_PAGE_ACCESSED;
647         }
648
649         /* The only other thing we map is this CPU's pair of pages. */
650         i = pages + cpu*2;
651
652         /* First page (Guest registers) is writable from the Guest */
653         pte[i].pfn = page_to_pfn(switcher_page[i]);
654         pte[i].flags = _PAGE_PRESENT|_PAGE_ACCESSED|_PAGE_RW;
655         /* The second page contains the "struct lguest_ro_state", and is
656          * read-only. */
657         pte[i+1].pfn = page_to_pfn(switcher_page[i+1]);
658         pte[i+1].flags = _PAGE_PRESENT|_PAGE_ACCESSED;
659 }
660
661 /*H:510 At boot or module load time, init_pagetables() allocates and populates
662  * the Switcher PTE page for each CPU. */
663 __init int init_pagetables(struct page **switcher_page, unsigned int pages)
664 {
665         unsigned int i;
666
667         for_each_possible_cpu(i) {
668                 switcher_pte_page(i) = (spte_t *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
669                 if (!switcher_pte_page(i)) {
670                         free_switcher_pte_pages();
671                         return -ENOMEM;
672                 }
673                 populate_switcher_pte_page(i, switcher_page, pages);
674         }
675         return 0;
676 }
677 /*:*/
678
679 /* Cleaning up simply involves freeing the PTE page for each CPU. */
680 void free_pagetables(void)
681 {
682         free_switcher_pte_pages();
683 }