KVM: PPC: Implement Level interrupts on Book3S

The current interrupt logic is just completely broken. We get a notification
from user space, telling us that an interrupt is there. But then user space
expects us that we just acknowledge an interrupt once we deliver it to the
guest.

This is not how real hardware works though. On real hardware, the interrupt
controller pulls the external interrupt line until it gets notified that the
interrupt was received.

So in reality we have two events: pulling and letting go of the interrupt line.

To maintain backwards compatibility, I added a new request for the pulling
part. The letting go part was implemented earlier already.

With this in place, we can now finally start guests that do not randomly stall
and stop to work at random times.

This patch implements above logic for Book3S.

Signed-off-by: Alexander Graf <agraf@suse.de>

KVM: PPC: Enable napping only for Book3s_64

Before I incorrectly enabled napping also for BookE, which would result in
needless dcache flushes. Since we only need to force enable napping on
Book3s_64 because it doesn't go into MSR_POW otherwise, we can just #ifdef
that code to this particular platform.

Reported-by: Scott Wood <scottwood@freescale.com>
Signed-off-by: Alexander Graf <agraf@suse.de>

KVM: PPC: allow ppc440gp to pass the compatibility check

Match only the first part of cur_cpu_spec->platform.

440GP (the first 440 processor) is identified by the string "ppc440gp", while
all later 440 processors use simply "ppc440".

Signed-off-by: Hollis Blanchard <hollis_blanchard@mentor.com>
Signed-off-by: Alexander Graf <agraf@suse.de>

KVM: PPC: fix compilation of "dump tlbs" debug function

Missing local variable.

Signed-off-by: Hollis Blanchard <hollis_blanchard@mentor.com>
Signed-off-by: Alexander Graf <agraf@suse.de>

KVM: PPC: initialize IVORs in addition to IVPR

Developers can now tell at a glace the exact type of the premature interrupt,
instead of just knowing that there was some premature interrupt.

Signed-off-by: Hollis Blanchard <hollis_blanchard@mentor.com>
Signed-off-by: Alexander Graf <agraf@suse.de>

KVM: PPC: Don't put MSR_POW in MSR

On Book3S a mtmsr with the MSR_POW bit set indicates that the OS is in
idle and only needs to be waked up on the next interrupt.

Now, unfortunately we let that bit slip into the stored MSR value which
is not what the real CPU does, so that we ended up executing code like
this:

r = mfmsr();
/* r containts MSR_POW */
mtmsr(r | MSR_EE);

This obviously breaks, as we're going into idle mode in code sections that
don't expect to be idling.

This patch masks MSR_POW out of the stored MSR value on wakeup, making
guests happy again.

Signed-off-by: Alexander Graf <agraf@suse.de>

KVM: PPC: Implement correct SID mapping on Book3s_32

Up until now we were doing segment mappings wrong on Book3s_32. For Book3s_64
we were using a trick where we know that a single mmu_context gives us 16 bits
of context ids.

The mm system on Book3s_32 instead uses a clever algorithm to distribute VSIDs
across the available range, so a context id really only gives us 16 available
VSIDs.

To keep at least a few guest processes in the SID shadow, let's map a number of
contexts that we can use as VSID pool. This makes the code be actually correct
and shouldn't hurt performance too much.

Signed-off-by: Alexander Graf <agraf@suse.de>

KVM: PPC: Force enable nap on KVM

There are some heuristics in the PPC power management code that try to find
out if the particular hardware we're running on supports proper power management
or just hangs the machine when going into nap mode.

Since we know that KVM is safe with nap, let's force enable it in the PV code
once we're certain that we are on a KVM VM.

Signed-off-by: Alexander Graf <agraf@suse.de>

KVM: PPC: Make PV mtmsrd L=1 work with r30 and r31

We had an arbitrary limitation in mtmsrd L=1 that kept us from using r30 and
r31 as input registers. Let's get rid of that and get more potential speedups!

Signed-off-by: Alexander Graf <agraf@suse.de>

KVM: PPC: Update int_pending also on dequeue

When having a decrementor interrupt pending, the dequeuing happens manually
through an mtdec instruction. This instruction simply calls dequeue on that
interrupt, so the int_pending hint doesn't get updated.

This patch enables updating the int_pending hint also on dequeue, thus
correctly enabling guests to stay in guest contexts more often.

Signed-off-by: Alexander Graf <agraf@suse.de>

KVM: PPC: Make PV mtmsr work with r30 and r31

So far we've been restricting ourselves to r0-r29 as registers an mtmsr
instruction could use. This was bad, as there are some code paths in
Linux actually using r30.

So let's instead handle all registers gracefully and get rid of that
stupid limitation

Signed-off-by: Alexander Graf <agraf@suse.de>

KVM: PPC: Add mtsrin PV code

This is the guest side of the mtsr acceleration. Using this a guest can now
call mtsrin with almost no overhead as long as it ensures that it only uses
it with (MSR_IR|MSR_DR) == 0. Linux does that, so we're good.

Signed-off-by: Alexander Graf <agraf@suse.de>

KVM: PPC: Put segment registers in shared page

Now that the actual mtsr doesn't do anything anymore, we can move the sr
contents over to the shared page, so a guest can directly read and write
its sr contents from guest context.

Signed-off-by: Alexander Graf <agraf@suse.de>

KVM: PPC: Interpret SR registers on demand

Right now we're examining the contents of Book3s_32's segment registers when
the register is written and put the interpreted contents into a struct.

There are two reasons this is bad. For starters, the struct has worse real-time
performance, as it occupies more ram. But the more important part is that with
segment registers being interpreted from their raw values, we can put them in
the shared page, allowing guests to mess with them directly.

This patch makes the internal representation of SRs be u32s.

Signed-off-by: Alexander Graf <agraf@suse.de>

KVM: PPC: Move BAT handling code into spr handler

The current approach duplicates the spr->bat finding logic and makes it harder
to reuse the actually used variables. So let's move everything down to the spr
handler.

Signed-off-by: Alexander Graf <agraf@suse.de>

KVM: PPC: Add feature bitmap for magic page

We will soon add SR PV support to the shared page, so we need some
infrastructure that allows the guest to query for features KVM exports.

This patch adds a second return value to the magic mapping that
indicated to the guest which features are available.

Signed-off-by: Alexander Graf <agraf@suse.de>

KVM: PPC: Remove unused define

The define VSID_ALL is unused. Let's remove it.

Signed-off-by: Alexander Graf <agraf@suse.de>

KVM: PPC: Revert "KVM: PPC: Use kernel hash function"

It turns out the in-kernel hash function is sub-optimal for our subtle
hash inputs where every bit is significant. So let's revert to the original
hash functions.

This reverts commit 05340ab4f9a6626f7a2e8f9fe5397c61d494f445.

Signed-off-by: Alexander Graf <agraf@suse.de>

KVM: PPC: Move slb debugging to tracepoints

This patch moves debugging printks for shadow SLB debugging over to tracepoints.

Signed-off-by: Alexander Graf <agraf@suse.de>

KVM: PPC: Make invalidation code more reliable

There is a race condition in the pte invalidation code path where we can't
be sure if a pte was invalidated already. So let's move the spin lock around
to get rid of the race.

Signed-off-by: Alexander Graf <agraf@suse.de>

KVM: PPC: Don't flush PTEs on NX/RO hit

When hitting a no-execute or read-only data/inst storage interrupt we were
flushing the respective PTE so we're sure it gets properly overwritten next.

According to the spec, this is unnecessary though. The guest issues a tlbie
anyways, so we're safe to just keep the PTE around and have it manually removed
from the guest, saving us a flush.

Signed-off-by: Alexander Graf <agraf@suse.de>

KVM: PPC: Preload magic page when in kernel mode

When the guest jumps into kernel mode and has the magic page mapped, theres a
very high chance that it will also use it. So let's detect that scenario and
map the segment accordingly.

Signed-off-by: Alexander Graf <agraf@suse.de>

KVM: PPC: Add tracepoints for generic spte flushes

The different ways of flusing shadow ptes have their own debug prints which use
stupid old printk.

Let's move them to tracepoints, making them easier available, faster and
possible to activate on demand

Signed-off-by: Alexander Graf <agraf@suse.de>

KVM: PPC: Fix sid map search after flush

After a flush the sid map contained lots of entries with 0 for their gvsid and
hvsid value. Unfortunately, 0 can be a real value the guest searches for when
looking up a vsid so it would incorrectly find the host's 0 hvsid mapping which
doesn't belong to our sid space.

So let's also check for the valid bit that indicated that the sid we're
looking at actually contains useful data.

Signed-off-by: Alexander Graf <agraf@suse.de>

KVM: PPC: Move pte invalidate debug code to tracepoint

This patch moves the SPTE flush debug printk over to tracepoints.

Signed-off-by: Alexander Graf <agraf@suse.de>

KVM: PPC: Add tracepoint for generic mmu map

This patch moves the generic mmu map debugging over to tracepoints.

Signed-off-by: Alexander Graf <agraf@suse.de>

KVM: PPC: Move book3s_64 mmu map debug print to trace point

This patch moves Book3s MMU debugging over to tracepoints.

Signed-off-by: Alexander Graf <agraf@suse.de>

KVM: PPC: Move EXIT_DEBUG partially to tracepoints

We have a debug printk on every exit that is usually #ifdef'ed out. Using
tracepoints makes a lot more sense here though, as they can be dynamically
enabled.

This patch converts the most commonly used debug printks of EXIT_DEBUG to
tracepoints.

Signed-off-by: Alexander Graf <agraf@suse.de>

KVM: ia64: define kvm_lapic_enabled() to fix a compile error

The following patch

  commit 57ce1659316f4ca298919649f9b1b55862ac3826
  KVM: x86: In DM_LOWEST, only deliver interrupts to vcpus with enabled LAPIC's

ignored the fact that kvm_irq_delivery_to_apic() was also used by ia64.

We define kvm_lapic_enabled() to fix a compile error caused by this.
This will have the same effect as reverting the problematic patch for ia64.

Signed-off-by: Takuya Yoshikawa <yoshikawa.takuya@oss.ntt.co.jp>
Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>

KVM: MMU: lower the aduit frequency

The audit is very high overhead, so we need lower the frequency to assure
the guest is running.

Signed-off-by: Xiao Guangrong <xiaoguangrong@cn.fujitsu.com>
Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>

KVM: MMU: improve spte audit

Both audit_mappings() and audit_sptes_have_rmaps() need to walk vcpu's page
table, so we can do these checking in a spte walking

Signed-off-by: Xiao Guangrong <xiaoguangrong@cn.fujitsu.com>
Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>

KVM: MMU: improve active sp audit

Both audit_rmap() and audit_write_protection() need to walk all active sp, so
we can do these checking in a sp walking

Signed-off-by: Xiao Guangrong <xiaoguangrong@cn.fujitsu.com>
Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>

KVM: MMU: move audit to a separate file

Move the audit code from arch/x86/kvm/mmu.c to arch/x86/kvm/mmu_audit.c

Signed-off-by: Xiao Guangrong <xiaoguangrong@cn.fujitsu.com>
Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>

KVM: MMU: support disable/enable mmu audit dynamicly

Add a r/w module parameter named 'mmu_audit', it can control audit
enable/disable:

enable:
  echo 1 > /sys/module/kvm/parameters/mmu_audit

disable:
  echo 0 > /sys/module/kvm/parameters/mmu_audit

This patch not change the logic

Signed-off-by: Xiao Guangrong <xiaoguangrong@cn.fujitsu.com>
Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>

KVM: Fix guest kernel crash on MSR_K7_CLK_CTL

MSR_K7_CLK_CTL is a no longer documented MSR, which is only relevant
on said old AMD CPU models. This change returns the expected value,
which the Linux kernel is expecting to avoid writing back the MSR,
plus it ignores all writes to the MSR.

Signed-off-by: Jes Sorensen <Jes.Sorensen@redhat.com>
Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>

KVM: i8259: Make ICW1 conform to spec

ICW is not a full reset, instead it resets a limited number of registers
in the PIC.  Change ICW1 emulation to only reset those registers.

Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>

KVM: x86 emulator: clean up control flow in x86_emulate_insn()

x86_emulate_insn() is full of things like

    if (rc != X86EMUL_CONTINUE)
        goto done;
    break;

consolidate all of those at the end of the switch statement.

Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>

KVM: x86 emulator: fix group 11 decoding for reg != 0

These are all undefined.

Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>

KVM: x86 emulator: use single stage decoding for mov instructions

Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>

KVM: Don't save/restore MSR_IA32_PERF_STATUS

It is read/only; restoring it only results in annoying messages.

Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>

KVM: SVM: init_vmcb should reset vcpu->efer

Otherwise EFER_LMA bit is retained across a SIPI reset.

Fixes guest cpu onlining.

Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>
Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>

KVM: SVM: reset mmu context in init_vmcb

Since commit aad827034e419fa no mmu reinitialization is performed
via init_vmcb.

Zero vcpu->arch.cr0 and pass the reset value as a parameter to
kvm_set_cr0.

Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>
Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>

KVM: Fix pio trace direction

out = write, in = read, not the other way round.

Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>

KVM: MMU: remove count_rmaps()

Nothing is checked in count_rmaps(), so remove it

Signed-off-by: Xiao Guangrong <xiaoguangrong@cn.fujitsu.com>
Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>

KVM: MMU: rewrite audit_mappings_page() function

There is a bugs in this function, we call gfn_to_pfn() and kvm_mmu_gva_to_gpa_read() in
atomic context(kvm_mmu_audit() is called under the spinlock(mmu_lock)'s protection).

This patch fix it by:
- introduce gfn_to_pfn_atomic instead of gfn_to_pfn
- get the mapping gfn from kvm_mmu_page_get_gfn()

And it adds 'notrap' ptes check in unsync/direct sps

Signed-off-by: Xiao Guangrong <xiaoguangrong@cn.fujitsu.com>
Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>

KVM: MMU: fix wrong not write protected sp report

The audit code reports some sp not write protected in current code, it's just the
bug in audit_write_protection(), since:

- the invalid sp not need write protected
- using uninitialize local variable('gfn')
- call kvm_mmu_audit() out of mmu_lock's protection

Signed-off-by: Xiao Guangrong <xiaoguangrong@cn.fujitsu.com>
Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>

KVM: MMU: check rmap for every spte

The read-only spte also has reverse mapping, so fix the code to check them,
also modify the function name to fit its doing

Signed-off-by: Xiao Guangrong <xiaoguangrong@cn.fujitsu.com>
Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>

KVM: MMU: fix compile warning in audit code

fix:

arch/x86/kvm/mmu.c: In function ‘kvm_mmu_unprotect_page’:
arch/x86/kvm/mmu.c:1741: warning: format ‘%lx’ expects type ‘long unsigned int’, but argument 3 has type ‘gfn_t’
arch/x86/kvm/mmu.c:1745: warning: format ‘%lx’ expects type ‘long unsigned int’, but argument 3 has type ‘gfn_t’
arch/x86/kvm/mmu.c: In function ‘mmu_unshadow’:
arch/x86/kvm/mmu.c:1761: warning: format ‘%lx’ expects type ‘long unsigned int’, but argument 3 has type ‘gfn_t’
arch/x86/kvm/mmu.c: In function ‘set_spte’:
arch/x86/kvm/mmu.c:2005: warning: format ‘%lx’ expects type ‘long unsigned int’, but argument 3 has type ‘gfn_t’
arch/x86/kvm/mmu.c: In function ‘mmu_set_spte’:
arch/x86/kvm/mmu.c:2033: warning: format ‘%lx’ expects type ‘long unsigned int’, but argument 7 has type ‘gfn_t’

Signed-off-by: Xiao Guangrong <xiaoguangrong@cn.fujitsu.com>
Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>

KVM: pit: Do not check pending pit timer in vcpu thread

Pit interrupt injection was done by workqueue, so no need to check
pending pit timer in vcpu thread which could lead unnecessary
unblocking of vcpu.

Signed-off-by: Jason Wang <jasowang@redhat.com>
Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>

KVM: PPC: Fix CONFIG_KVM_GUEST && !CONFIG_KVM case

When CONFIG_KVM_GUEST is selected, but CONFIG_KVM is not, we were missing
some defines in asm-offsets.c and included too many headers at other places.

This patch makes above configuration work.

Reported-by: Stephen Rothwell <sfr@canb.auug.org.au>
Signed-off-by: Alexander Graf <agraf@suse.de>
Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>

KVM: x86 emulator: simplify ALU opcode block decode further

The ALU opcode block is very regular; introduce D6ALU() to define decode
flags for 6 instructions at a time.

Suggested by Paolo Bonzini.

Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: Fix build error due to 64-bit division in nsec_to_cycles()

Use do_div() instead.

Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: x86 emulator: trap and propagate #DE from DIV and IDIV

Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: x86 emulator: add macros for executing instructions that may trap

Like DIV and IDIV.

Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: x86 emulator: simplify instruction decode flags for opcodes 0F 00-FF

Use the new byte/word dual opcode decode.

Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: x86 emulator: simplify instruction decode flags for opcodes E0-FF

Use the new byte/word dual opcode decode.

Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: x86 emulator: simplify instruction decode flags for opcodes C0-DF

Use the new byte/word dual opcode decode.

Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: x86 emulator: simplify instruction decode flags for opcodes A0-AF

Use the new byte/word dual opcode decode.

Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: x86 emulator: simplify instruction decode flags for opcodes 80-8F

Use the new byte/word dual opcode decode.

Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: x86 emulator: simplify string instruction decode flags

Use the new byte/word dual opcode decode.

Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: x86 emulator: simplify ALU block (opcodes 00-3F) decode flags

Use the new byte/word dual opcode decode.

Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: x86 emulator: support byte/word opcode pairs

Many x86 instructions come in byte and word variants distinguished with bit
0 of the opcode.  Add macros to aid in defining them.

Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: x86 emulator: refuse SrcMemFAddr (e.g. LDS) with register operand

SrcMemFAddr is not defined with the modrm operand designating a register
instead of a memory address.

Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: x86 emulator: get rid of "restart" in emulation context.

x86_emulate_insn() will return 1 if instruction can be restarted
without re-entering a guest.

Signed-off-by: Gleb Natapov <gleb@redhat.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: x86 emulator: move string instruction completion check into separate function

Signed-off-by: Gleb Natapov <gleb@redhat.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: x86 emulator: Rename variable that shadows another local variable.

Signed-off-by: Gleb Natapov <gleb@redhat.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: x86 emulator: add CALL FAR instruction emulation (opcode 9a)

Signed-off-by: Wei Yongjun <yjwei@cn.fujitsu.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: S390: Export kvm_virtio.h

As suggested by Christian, we should expose headers to user space with
information that might be valuable there. The s390 virtio interface is
one of those cases. It defines an ABI between hypervisor and guest, so
it should be exposed to user space.

Reported-by: Christian Borntraeger <borntraeger@de.ibm.com>
Signed-off-by: Alexander Graf <agraf@suse.de>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: S390: Add virtio hotplug add support

The one big missing feature in s390-virtio was hotplugging. This is no more.
This patch implements hotplug add support, so you can on the fly add new devices
in the guest.

Keep in mind that this needs a patch for qemu to actually leverage the
functionality.

Signed-off-by: Alexander Graf <agraf@suse.de>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: S390: take a full byte as ext_param indicator

Currenty the ext_param field only distinguishes between "config change" and
"vring interrupt". We can do a lot more with it though, so let's enable a
full byte of possible values and constants to #defines while at it.

Signed-off-by: Alexander Graf <agraf@suse.de>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: MMU: combine guest pte read between fetch and pte prefetch

Combine guest pte read between guest pte check in the fetch path and pte prefetch

Signed-off-by: Xiao Guangrong <xiaoguangrong@cn.fujitsu.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: MMU: prefetch ptes when intercepted guest #PF

Support prefetch ptes when intercept guest #PF, avoid to #PF by later
access

If we meet any failure in the prefetch path, we will exit it and
not try other ptes to avoid become heavy path

Signed-off-by: Xiao Guangrong <xiaoguangrong@cn.fujitsu.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: MMU: introduce gfn_to_page_many_atomic() function

Introduce this function to get consecutive gfn's pages, it can reduce
gup's overload, used by later patch

Signed-off-by: Xiao Guangrong <xiaoguangrong@cn.fujitsu.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: MMU: introduce hva_to_pfn_atomic function

Introduce hva_to_pfn_atomic(), it's the fast path and can used in atomic
context, the later patch will use it

Signed-off-by: Xiao Guangrong <xiaoguangrong@cn.fujitsu.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

export __get_user_pages_fast() function

This function is used by KVM to pin process's page in the atomic context.

Define the 'weak' function to avoid other architecture not support it

Acked-by: Nick Piggin <npiggin@suse.de>
Signed-off-by: Xiao Guangrong <xiaoguangrong@cn.fujitsu.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: x86: Add timekeeping documentation

Basic informational document about x86 timekeeping and how KVM
is affected.

Signed-off-by: Zachary Amsden <zamsden@redhat.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: x86: Fix a possible backwards warp of kvmclock

Kernel time, which advances in discrete steps may progress much slower
than TSC.  As a result, when kvmclock is adjusted to a new base, the
apparent time to the guest, which runs at a much higher, nsec scaled
rate based on the current TSC, may have already been observed to have
a larger value (kernel_ns + scaled tsc) than the value to which we are
setting it (kernel_ns + 0).

We must instead compute the clock as potentially observed by the guest
for kernel_ns to make sure it does not go backwards.

Signed-off-by: Zachary Amsden <zamsden@redhat.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

x86: pvclock: Move scale_delta into common header

The scale_delta function for shift / multiply with 31-bit
precision moves to a common header so it can be used by both
kernel and kvm module.

Signed-off-by: Zachary Amsden <zamsden@redhat.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: x86: Add clock sync request to hardware enable

If there are active VCPUs which are marked as belonging to
a particular hardware CPU, request a clock sync for them when
enabling hardware; the TSC could be desynchronized on a newly
arriving CPU, and we need to recompute guests system time
relative to boot after a suspend event.

This covers both cases.

Note that it is acceptable to take the spinlock, as either
no other tasks will be running and no locks held (BSP after
resume), or other tasks will be guaranteed to drop the lock
relatively quickly (AP on CPU_STARTING).

Noting we now get clock synchronization requests for VCPUs
which are starting up (or restarting), it is tempting to
attempt to remove the arch/x86/kvm/x86.c CPU hot-notifiers
at this time, however it is not correct to do so; they are
required for systems with non-constant TSC as the frequency
may not be known immediately after the processor has started
until the cpufreq driver has had a chance to run and query
the chipset.

Updated: implement better locking semantics for hardware_enable

Removed the hack of dropping and retaking the lock by adding the
semantic that we always hold kvm_lock when hardware_enable is
called.  The one place that doesn't need to worry about it is
resume, as resuming a frozen CPU, the spinlock won't be taken.

Signed-off-by: Zachary Amsden <zamsden@redhat.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: x86: Robust TSC compensation

Make the match of TSC find TSC writes that are close to each other
instead of perfectly identical; this allows the compensator to also
work in migration / suspend scenarios.

Signed-off-by: Zachary Amsden <zamsden@redhat.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: x86: Add helper functions for time computation

Add a helper function to compute the kernel time and convert nanoseconds
back to CPU specific cycles.  Note that these must not be called in preemptible
context, as that would mean the kernel could enter software suspend state,
which would cause non-atomic operation.

Also, convert the KVM_SET_CLOCK / KVM_GET_CLOCK ioctls to use the kernel
time helper, these should be bootbased as well.

Signed-off-by: Zachary Amsden <zamsden@redhat.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: x86: Fix deep C-state TSC desynchronization

When CPUs with unstable TSCs enter deep C-state, TSC may stop
running.  This causes us to require resynchronization.  Since
we can't tell when this may potentially happen, we assume the
worst by forcing re-compensation for it at every point the VCPU
task is descheduled.

Signed-off-by: Zachary Amsden <zamsden@redhat.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: x86: Unify TSC logic

Move the TSC control logic from the vendor backends into x86.c
by adding adjust_tsc_offset to x86 ops.  Now all TSC decisions
can be done in one place.

Signed-off-by: Zachary Amsden <zamsden@redhat.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: x86: Warn about unstable TSC

If creating an SMP guest with unstable host TSC, issue a warning

Signed-off-by: Zachary Amsden <zamsden@redhat.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: x86: Make cpu_tsc_khz updates use local CPU

This simplifies much of the init code; we can now simply always
call tsc_khz_changed, optionally passing it a new value, or letting
it figure out the existing value (while interrupts are disabled, and
thus, by inference from the rule, not raceful against CPU hotplug or
frequency updates, which will issue IPIs to the local CPU to perform
this very same task).

Signed-off-by: Zachary Amsden <zamsden@redhat.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: x86: TSC reset compensation

Attempt to synchronize TSCs which are reset to the same value.  In the
case of a reliable hardware TSC, we can just re-use the same offset, but
on non-reliable hardware, we can get closer by adjusting the offset to
match the elapsed time.

Signed-off-by: Zachary Amsden <zamsden@redhat.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: x86: Move TSC offset writes to common code

Also, ensure that the storing of the offset and the reading of the TSC
are never preempted by taking a spinlock.  While the lock is overkill
now, it is useful later in this patch series.

Signed-off-by: Zachary Amsden <zamsden@redhat.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: x86: Convert TSC writes to TSC offset writes

Change svm / vmx to be the same internally and write TSC offset
instead of bare TSC in helper functions.  Isolated as a single
patch to contain code movement.

Signed-off-by: Zachary Amsden <zamsden@redhat.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: x86: Drop vm_init_tsc

This is used only by the VMX code, and is not done properly;
if the TSC is indeed backwards, it is out of sync, and will
need proper handling in the logic at each and every CPU change.
For now, drop this test during init as misguided.

Signed-off-by: Zachary Amsden <zamsden@redhat.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: MMU: fix missing percpu counter destroy

commit ad05c88266b4cce1c820928ce8a0fb7690912ba1
(KVM: create aggregate kvm_total_used_mmu_pages value)
introduce percpu counter kvm_total_used_mmu_pages but never
destroy it, this may cause oops when rmmod & modprobe.

Signed-off-by: Wei Yongjun <yjwei@cn.fujitsu.com>
Acked-by: Tim Pepper <lnxninja@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: MMU: fix regression from rework mmu_shrink() code

Latest kvm mmu_shrink code rework makes kernel changes kvm->arch.n_used_mmu_pages/
kvm->arch.n_max_mmu_pages at kvm_mmu_free_page/kvm_mmu_alloc_page, which is called
by kvm_mmu_commit_zap_page. So the kvm->arch.n_used_mmu_pages or
kvm_mmu_available_pages(vcpu->kvm) is unchanged after kvm_mmu_prepare_zap_page(),
This caused kvm_mmu_change_mmu_pages/__kvm_mmu_free_some_pages loops forever.
Moving kvm_mmu_commit_zap_page would make the while loop performs as normal.

Reported-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>
Signed-off-by: Xiaotian Feng <dfeng@redhat.com>
Tested-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>
Cc: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>
Cc: Dave Hansen <dave@linux.vnet.ibm.com>
Cc: Tim Pepper <lnxninja@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: x86 emulator: add JrCXZ instruction emulation

Add JrCXZ instruction emulation (opcode 0xe3)
Used by FreeBSD boot loader.

Signed-off-by: Wei Yongjun <yjwei@cn.fujitsu.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: x86 emulator: add LDS/LES/LFS/LGS/LSS instruction emulation

Add LDS/LES/LFS/LGS/LSS instruction emulation.
(opcode 0xc4, 0xc5, 0x0f 0xb2, 0x0f 0xb4~0xb5)

Signed-off-by: Wei Yongjun <yjwei@cn.fujitsu.com>
Signed-off-by: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>

KVM: create aggregate kvm_total_used_mmu_pages value

Of slab shrinkers, the VM code says:

 * Note that 'shrink' will be passed nr_to_scan == 0 when the VM is
 * querying the cache size, so a fastpath for that case is appropriate.

and it *means* it.  Look at how it calls the shrinkers:

    nr_before = (*shrinker->shrink)(0, gfp_mask);
    shrink_ret = (*shrinker->shrink)(this_scan, gfp_mask);

So, if you do anything stupid in your shrinker, the VM will doubly
punish you.

The mmu_shrink() function takes the global kvm_lock, then acquires
every VM's kvm->mmu_lock in sequence.  If we have 100 VMs, then
we're going to take 101 locks.  We do it twice, so each call takes
202 locks.  If we're under memory pressure, we can have each cpu
trying to do this.  It can get really hairy, and we've seen lock
spinning in mmu_shrink() be the dominant entry in profiles.

This is guaranteed to optimize at least half of those lock
aquisitions away.  It removes the need to take any of the locks
when simply trying to count objects.

A 'percpu_counter' can be a large object, but we only have one
of these for the entire system.  There are not any better
alternatives at the moment, especially ones that handle CPU
hotplug.

Signed-off-by: Dave Hansen <dave@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Tim Pepper <lnxninja@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>

KVM: replace x86 kvm n_free_mmu_pages with n_used_mmu_pages

Doing this makes the code much more readable.  That's
borne out by the fact that this patch removes code.  "used"
also happens to be the number that we need to return back to
the slab code when our shrinker gets called.  Keeping this
value as opposed to free makes the next patch simpler.

So, 'struct kvm' is kzalloc()'d.  'struct kvm_arch' is a
structure member (and not a pointer) of 'struct kvm'.  That
means they start out zeroed.  I _think_ they get initialized
properly by kvm_mmu_change_mmu_pages().  But, that only happens
via kvm ioctls.

Another benefit of storing 'used' intead of 'free' is
that the values are consistent from the moment the structure is
allocated: no negative "used" value.

Signed-off-by: Dave Hansen <dave@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Tim Pepper <lnxninja@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>

KVM: rename x86 kvm->arch.n_alloc_mmu_pages

arch.n_alloc_mmu_pages is a poor choice of name. This value truly
means, "the number of pages which _may_ be allocated".  But,
reading the name, "n_alloc_mmu_pages" implies "the number of allocated
mmu pages", which is dead wrong.

It's really the high watermark, so let's give it a name to match:
nr_max_mmu_pages.  This change will make the next few patches
much more obvious and easy to read.

Signed-off-by: Dave Hansen <dave@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Tim Pepper <lnxninja@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>

KVM: abstract kvm x86 mmu->n_free_mmu_pages

"free" is a poor name for this value.  In this context, it means,
"the number of mmu pages which this kvm instance should be able to
allocate."  But "free" implies much more that the objects are there
and ready for use.  "available" is a much better description, especially
when you see how it is calculated.

In this patch, we abstract its use into a function.  We'll soon
replace the function's contents by calculating the value in a
different way.

All of the reads of n_free_mmu_pages are taken care of in this
patch.  The modification sites will be handled in a patch
later in the series.

Signed-off-by: Dave Hansen <dave@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Tim Pepper <lnxninja@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>

KVM: x86 emulator: implement CWD (opcode 99)

Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>

KVM: x86 emulator: implement IMUL REG, R/M, IMM (opcode 69)

Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>

KVM: x86 emulator: add Src2Imm decoding

Needed for 3-operand IMUL.

Signed-off-by: Avi Kivity <avi@redhat.com>