KVM: x86: rename set_cr3 callback and related flags to load_mmu_pgd

The set_cr3 callback is not setting the guest CR3, it is setting the
root of the guest page tables, either shadow or two-dimensional.
To make this clearer as well as to indicate that the MMU calls it
via kvm_mmu_load_cr3, rename it to load_mmu_pgd.

Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: unify callbacks to load paging root

Similar to what kvm-intel.ko is doing, provide a single callback that
merges svm_set_cr3, set_tdp_cr3 and nested_svm_set_tdp_cr3.

This lets us unify the set_cr3 and set_tdp_cr3 entries in kvm_x86_ops.
I'm doing that in this same patch because splitting it adds quite a bit
of churn due to the need for forward declarations.  For the same reason
the assignment to vcpu->arch.mmu->set_cr3 is moved to kvm_init_shadow_mmu
from init_kvm_softmmu and nested_svm_init_mmu_context.

Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Refactor kvm_cpuid() param that controls out-of-range logic

Invert and rename the kvm_cpuid() param that controls out-of-range logic
to better reflect the semantics of the affected callers, i.e. callers
that bypass the out-of-range logic do so because they are looking up an
exact guest CPUID entry, e.g. to query the maxphyaddr.

Similarly, rename kvm_cpuid()'s internal "found" to "exact" to clarify
that it tracks whether or not the exact requested leaf was found, as
opposed to any usable leaf being found.

No functional change intended.

Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Refactor out-of-range logic to contain the madness

Move all of the out-of-range logic into a single helper,
get_out_of_range_cpuid_entry(), to avoid an extra lookup of CPUID.0.0
and to provide a single location for documenting the out-of-range
behavior.

No functional change intended.

Cc: Jim Mattson <jmattson@google.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Fix CPUID range checks for Hypervisor and Centaur classes

Rework the masking in the out-of-range CPUID logic to handle the
Hypervisor sub-classes, as well as the Centaur class if the guest
virtual CPU vendor is Centaur.

Masking against 0x80000000 only handles basic and extended leafs, which
results in Hypervisor range checks being performed against the basic
CPUID class, and Centuar range checks being performed against the
Extended class.  E.g. if CPUID.0x40000000.EAX returns 0x4000000A and
there is no entry for CPUID.0x40000006, then function 0x40000006 would
be incorrectly reported as out of bounds.

While there is no official definition of what constitutes a class, the
convention established for Hypervisor classes effectively uses bits 31:8
as the mask by virtue of checking for different bases in increments of
0x100, e.g. KVM advertises its CPUID functions starting at 0x40000100
when HyperV features are advertised at the default base of 0x40000000.

The bad range check doesn't cause functional problems for any known VMM
because out-of-range semantics only come into play if the exact entry
isn't found, and VMMs either support a very limited Hypervisor range,
e.g. the official KVM range is 0x40000000-0x40000001 (effectively no
room for undefined leafs) or explicitly defines gaps to be zero, e.g.
Qemu explicitly creates zeroed entries up to the Centaur and Hypervisor
limits (the latter comes into play when providing HyperV features).

The bad behavior can be visually confirmed by dumping CPUID output in
the guest when running Qemu with a stable TSC, as Qemu extends the limit
of range 0x40000000 to 0x40000010 to advertise VMware's cpuid_freq,
without defining zeroed entries for 0x40000002 - 0x4000000f.

Note, documentation of Centaur/VIA CPUs is hard to come by.  Designating
0xc0000000 - 0xcfffffff as the Centaur class is a best guess as to the
behavior of a real Centaur/VIA CPU.

Fixes: 43561123ab37 ("kvm: x86: Improve emulation of CPUID leaves 0BH and 1FH")
Cc: Jim Mattson <jmattson@google.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM x86: Extend AMD specific guest behavior to Hygon virtual CPUs

Extend guest_cpuid_is_amd() to cover Hygon virtual CPUs and rename it
accordingly.  Hygon CPUs use an AMD-based core and so have the same
basic behavior as AMD CPUs.

Fixes: b8f4abb652146 ("x86/kvm: Add Hygon Dhyana support to KVM")
Cc: Pu Wen <puwen@hygon.cn>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Add helpers to perform CPUID-based guest vendor check

Add helpers to provide CPUID-based guest vendor checks, i.e. to do the
ugly register comparisons.  Use the new helpers to check for an AMD
guest vendor in guest_cpuid_is_amd() as well as in the existing emulator
flows.

Using the new helpers fixes a _very_ theoretical bug where
guest_cpuid_is_amd() would get a false positive on a non-AMD virtual CPU
with a vendor string beginning with "Auth" due to the previous logic
only checking EBX.  It also fixes a marginally less theoretically bug
where guest_cpuid_is_amd() would incorrectly return false for a guest
CPU with "AMDisbetter!" as its vendor string.

Fixes: a0c0feb57992c ("KVM: x86: reserve bit 8 of non-leaf PDPEs and PML4Es in 64-bit mode on AMD")
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Trace the original requested CPUID function in kvm_cpuid()

Trace the requested CPUID function instead of the effective function,
e.g. if the requested function is out-of-range and KVM is emulating an
Intel CPU, as the intent of the tracepoint is to show if the output came
from the actual leaf as opposed to the max basic leaf via redirection.

Similarly, leave "found" as is, i.e. report that an entry was found if
and only if the requested entry was found.

Fixes: 43561123ab37 ("kvm: x86: Improve emulation of CPUID leaves 0BH and 1FH")
Signed-off-by: Jan Kiszka <jan.kiszka@siemens.com>
[Sean: Drop "found" semantic change, reword changelong accordingly ]
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: CPUID: add support for supervisor states

Current CPUID 0xd enumeration code does not support supervisor
states, because KVM only supports setting IA32_XSS to zero.
Change it instead to use a new variable supported_xss, to be
set from the hardware_setup callback which is in charge of CPU
capabilities.

Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Move nSVM CPUID 0x8000000A handling into common x86 code

Handle CPUID 0x8000000A in the main switch in __do_cpuid_func() and drop
->set_supported_cpuid() now that both VMX and SVM implementations are
empty.  Like leaf 0x14 (Intel PT) and leaf 0x8000001F (SEV), leaf
0x8000000A is is (obviously) vendor specific but can be queried in
common code while respecting SVM's wishes by querying kvm_cpu_cap_has().

Suggested-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: nSVM: Advertise and enable NRIPS for L1 iff nrips is enabled

Set NRIPS in KVM capabilities if and only if nrips=true, which naturally
incorporates the boot_cpu_has() check, and set nrips_enabled only if the
KVM capability is enabled.

Note, previously KVM would set nrips_enabled based purely on userspace
input, but at worst that would cause KVM to propagate garbage into L1,
i.e. userspace would simply be hosing its VM.

Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: nSVM: Expose SVM features to L1 iff nested is enabled

Set SVM feature bits in KVM capabilities if and only if nested=true, KVM
shouldn't advertise features that realistically can't be used.  Use
kvm_cpu_cap_has(X86_FEATURE_SVM) to indirectly query "nested" in
svm_set_supported_cpuid() in anticipation of moving CPUID 0x8000000A
adjustments into common x86 code.

Suggested-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Move VMX's host_efer to common x86 code

Move host_efer to common x86 code and use it for CPUID's is_efer_nx() to
avoid constantly re-reading the MSR.

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: Drop largepages_enabled and its accessor/mutator

Drop largepages_enabled, kvm_largepages_enabled() and
kvm_disable_largepages() now that all users are gone.

Note, largepages_enabled was an x86-only flag that got left in common
KVM code when KVM gained support for multiple architectures.

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Don't propagate MMU lpage support to memslot.disallow_lpage

Stop propagating MMU large page support into a memslot's disallow_lpage
now that the MMU's max_page_level handles the scenario where VMX's EPT is
enabled and EPT doesn't support 2M pages.

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86/mmu: Configure max page level during hardware setup

Configure the max page level during hardware setup to avoid a retpoline
in the page fault handler.  Drop ->get_lpage_level() as the page fault
handler was the last user.

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86/mmu: Merge kvm_{enable,disable}_tdp() into a common function

Combine kvm_enable_tdp() and kvm_disable_tdp() into a single function,
kvm_configure_mmu(), in preparation for doing additional configuration
during hardware setup.  And because having separate helpers is silly.

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: SVM: Refactor logging of NPT enabled/disabled

Tweak SVM's logging of NPT enabled/disabled to handle the logging in a
single pr_info() in preparation for merging kvm_enable_tdp() and
kvm_disable_tdp() into a single function.

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: VMX: Directly query Intel PT mode when refreshing PMUs

Use vmx_pt_mode_is_host_guest() in intel_pmu_refresh() instead of
bouncing through kvm_x86_ops->pt_supported, and remove ->pt_supported()
as the PMU code was the last remaining user.

Opportunistically clean up the wording of a comment that referenced
kvm_x86_ops->pt_supported().

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Check for Intel PT MSR virtualization using KVM cpu caps

Use kvm_cpu_cap_has() to check for Intel PT when processing the list of
virtualized MSRs to pave the way toward removing ->pt_supported().

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: VMX: Directly use VMX capabilities helper to detect RDTSCP support

Use cpu_has_vmx_rdtscp() directly when computing secondary exec controls
and drop the now defunct vmx_rdtscp_supported().

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Use KVM cpu caps to detect MSR_TSC_AUX virt support

Check for MSR_TSC_AUX virtualization via kvm_cpu_cap_has() and drop
->rdtscp_supported().

Note, vmx_rdtscp_supported() needs to hang around a tiny bit longer due
other usage in VMX code.

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Do kvm_cpuid_array capacity checks in terminal functions

Perform the capacity checks on the userspace provided kvm_cpuid_array
in the lower __do_cpuid_func() and __do_cpuid_func_emulated().
Pre-checking the array in do_cpuid_func() no longer adds value now that
__do_cpuid_func() has been trimmed down to size, i.e. doesn't invoke a
big pile of retpolined functions before doing anything useful.

Note, __do_cpuid_func() already checks the array capacity via
do_host_cpuid(), "moving" the check to __do_cpuid_func() simply means
removing a WARN_ON().

Suggested-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Use kvm_cpu_caps to detect Intel PT support

Check for Intel PT using kvm_cpu_cap_has() to pave the way toward
eliminating ->pt_supported().

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Set emulated/transmuted feature bits via kvm_cpu_caps

Set emulated and transmuted (set based on other features) feature bits
via kvm_cpu_caps now that the CPUID output for KVM_GET_SUPPORTED_CPUID
is direcly overidden with kvm_cpu_caps.

Note, VMX emulation of UMIP already sets kvm_cpu_caps.

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Override host CPUID results with kvm_cpu_caps

Override CPUID entries with kvm_cpu_caps during KVM_GET_SUPPORTED_CPUID
instead of masking the host CPUID result, which is redundant now that
the host CPUID is incorporated into kvm_cpu_caps at runtime.

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Do host CPUID at load time to mask KVM cpu caps

Mask kvm_cpu_caps based on host CPUID in preparation for overriding the
CPUID results during KVM_GET_SUPPORTED_CPUID instead of doing the
masking at runtime.

Note, masking may or may not be necessary, e.g. the kernel rarely, if
ever, sets real CPUID bits that are not supported by hardware.  But, the
code is cheap and only runs once at load, so an abundance of caution is
warranted.

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Remove stateful CPUID handling

Remove the code for handling stateful CPUID 0x2 and mark the associated
flags as deprecated.  WARN if host CPUID 0x2.0.AL > 1, i.e. if by some
miracle a host with stateful CPUID 0x2 is encountered.

No known CPU exists that supports hardware accelerated virtualization
_and_ a stateful CPUID 0x2.  Barring an extremely contrived nested
virtualization scenario, stateful CPUID support is dead code.

Suggested-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Suggested-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Squash CPUID 0x2.0 insanity for modern CPUs

Rework CPUID 0x2.0 to be a normal CPUID leaf if it returns "01" in AL,
i.e. EAX & 0xff, as a step towards removing KVM's stateful CPUID code
altogether.

Long ago, Intel documented CPUID 0x2.0 as being a stateful leaf, e.g. a
version of the SDM circa 1995 states:

  The least-significant byte in register EAX (register AL) indicates the
  number of times the CPUID instruction must be executed with an input
  value of 2 to get a complete description of the processors's caches
  and TLBs.  The Pentium Pro family of processors will return a 1.

A 2000 version of the SDM only updated the paragraph to reference
Intel's new processory family:

  The first member of the family of Pentium 4 processors will return a 1.

Fast forward to the present, and Intel's SDM now states:

  The least-significant byte in register EAX (register AL) will always
  return 01H.  Software should ignore this value and not interpret it as
  an information descriptor.

AMD's APM simply states that CPUID 0x2 is reserved.

Given that CPUID itself was introduced in the Pentium, odds are good
that the only Intel CPU family that *maybe* implemented a stateful CPUID
was the P5.  Which obviously did not support VMX, or KVM.

In other words, KVM's emulation of a stateful CPUID 0x2.0 has likely
been dead code from the day it was introduced.  This is backed up by
commit 0fdf8e59faa5c ("KVM: Fix cpuid iteration on multiple leaves per
eac"), which shows that the stateful iteration code was completely
broken when it was introduced by commit 0771671749b59 ("KVM: Enhance
guest cpuid management"), i.e. not actually tested.

Annotate all stateful code paths as "unlikely", but defer its removal to
a future patch to simplify reinstating the code if by some miracle there
is someone running KVM on a CPU with a stateful CPUID 0x2.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Remove the unnecessary loop on CPUID 0x7 sub-leafs

Explicitly handle CPUID 0x7 sub-leaf 1.  The kernel is currently aware
of exactly one feature in CPUID 0x7.1,  which means there is room for
another 127 features before CPUID 0x7.2 will see the light of day, i.e.
the looping is likely to be dead code for years to come.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Fold CPUID 0x7 masking back into __do_cpuid_func()

Move the CPUID 0x7 masking back into __do_cpuid_func() now that the
size of the code has been trimmed down significantly.

Tweak the WARN case, which is impossible to hit unless the CPU is
completely broken, to break the loop before creating the bogus entry.

Opportunustically reorder the cpuid_entry_set() calls and shorten the
comment about emulation to further reduce the footprint of CPUID 0x7.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Use KVM cpu caps to track UMIP emulation

Set UMIP in kvm_cpu_caps when it is emulated by VMX, even though the
bit will effectively be dropped by do_host_cpuid().  This allows
checking for UMIP emulation via kvm_cpu_caps instead of a dedicated
kvm_x86_ops callback.

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Use KVM cpu caps to mark CR4.LA57 as not-reserved

Add accessor(s) for KVM cpu caps and use said accessor to detect
hardware support for LA57 instead of manually querying CPUID.

Note, the explicit conversion to bool via '!!' in kvm_cpu_cap_has() is
technically unnecessary, but it gives people a warm fuzzy feeling.

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Add a helper to check kernel support when setting cpu cap

Add a helper, kvm_cpu_cap_check_and_set(), to query boot_cpu_has() as
part of setting a KVM cpu capability.  VMX in particular has a number of
features that are dependent on both a VMCS capability and kernel
support.

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Move XSAVES CPUID adjust to VMX's KVM cpu cap update

Move the clearing of the XSAVES CPUID bit into VMX, which has a separate
VMCS control to enable XSAVES in non-root, to eliminate the last ugly
renmant of the undesirable "unsigned f_* = *_supported ? F(*) : 0"
pattern in the common CPUID handling code.

Drop ->xsaves_supported(), CPUID adjustment was the only user.

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: VMX: Convert feature updates from CPUID to KVM cpu caps

Use the recently introduced KVM CPU caps to propagate VMX-only (kernel)
settings to supported CPUID flags.

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: SVM: Convert feature updates from CPUID to KVM cpu caps

Use the recently introduced KVM CPU caps to propagate SVM-only (kernel)
settings to supported CPUID flags.

Note, there are a few subtleties:

  - Setting a flag based on a *different* feature is effectively
    emulation, and must be done at runtime via ->set_supported_cpuid().

  - CPUID 0x8000000A.EDX is a feature leaf that was previously not
    adjusted by kvm_cpu_cap_mask() because all features are hidden by
    default.

Opportunistically add a technically unnecessary break and fix an
indentation issue in svm_set_supported_cpuid().

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Introduce kvm_cpu_caps to replace runtime CPUID masking

Calculate the CPUID masks for KVM_GET_SUPPORTED_CPUID at load time using
what is effectively a KVM-adjusted copy of boot_cpu_data, or more
precisely, the x86_capability array in boot_cpu_data.

In terms of KVM support, the vast majority of CPUID feature bits are
constant, and *all* feature support is known at KVM load time.  Rather
than apply boot_cpu_data, which is effectively read-only after init,
at runtime, copy it into a KVM-specific array and use *that* to mask
CPUID registers.

In additional to consolidating the masking, kvm_cpu_caps can be adjusted
by SVM/VMX at load time and thus eliminate all feature bit manipulation
in ->set_supported_cpuid().

Opportunistically clean up a few warts:

  - Replace bare "unsigned" with "unsigned int" when a feature flag is
    captured in a local variable, e.g. f_nx.

  - Sort the CPUID masks by function, index and register (alphabetically
    for registers, i.e. EBX comes before ECX/EDX).

  - Remove the superfluous /* cpuid 7.0.ecx */ comments.

No functional change intended.

Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
[Call kvm_set_cpu_caps from kvm_x86_ops->hardware_setup due to fixed
 GBPAGES patch. - Paolo]
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Refactor handling of XSAVES CPUID adjustment

Invert the handling of XSAVES, i.e. set it based on boot_cpu_has() by
default, in preparation for adding KVM cpu caps, which will generate the
mask at load time before ->xsaves_supported() is ready.

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: handle GBPAGE CPUID adjustment for EPT with generic code

The clearing of the GBPAGE CPUID bit for VMX is wrong; support for 1GB
pages in EPT has no relationship to whether 1GB pages should be marked as
supported in CPUID.  This has no ill effect because we're only clearing
the bit, but we're not marking 1GB pages as available when EPT is disabled
(even though they are actually supported thanks to shadowing).  Instead,
forcibly enable 1GB pages in the shadow paging case.

This also eliminates an instance of the undesirable "unsigned f_* =
*_supported ? F(*) : 0" pattern in the common CPUID handling code,
and paves the way toward eliminating ->get_lpage_level().

Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Handle Intel PT CPUID adjustment in VMX code

Move the Processor Trace CPUID adjustment into VMX code to eliminate
an instance of the undesirable "unsigned f_* = *_supported ? F(*) : 0"
pattern in the common CPUID handling code, and to pave the way toward
eventually removing ->pt_supported().

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Handle RDTSCP CPUID adjustment in VMX code

Move the clearing of the RDTSCP CPUID bit into VMX, which has a separate
VMCS control to enable RDTSCP in non-root, to eliminate an instance of
the undesirable "unsigned f_* = *_supported ? F(*) : 0" pattern in the
common CPUID handling code.  Drop ->rdtscp_supported() since CPUID
adjustment was the last remaining user.

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Handle PKU CPUID adjustment in VMX code

Move the setting of the PKU CPUID bit into VMX to eliminate an instance
of the undesirable "unsigned f_* = *_supported ? F(*) : 0" pattern in
the common CPUID handling code.  Drop ->pku_supported(), CPUID
adjustment was the only user.

Note, some AMD CPUs now support PKU, but SVM doesn't yet support
exposing it to a guest.

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Handle UMIP emulation CPUID adjustment in VMX code

Move the CPUID adjustment for UMIP emulation into VMX code to eliminate
an instance of the undesirable "unsigned f_* = *_supported ? F(*) : 0"
pattern in the common CPUID handling code.

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Handle INVPCID CPUID adjustment in VMX code

Move the INVPCID CPUID adjustments into VMX to eliminate an instance of
the undesirable "unsigned f_* = *_supported ? F(*) : 0" pattern in the
common CPUID handling code.  Drop ->invpcid_supported(), CPUID
adjustment was the only user.

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Handle MPX CPUID adjustment in VMX code

Move the MPX CPUID adjustments into VMX to eliminate an instance of the
undesirable "unsigned f_* = *_supported ? F(*) : 0" pattern in the
common CPUID handling code.

Note, to maintain existing behavior, VMX must manually check for kernel
support for MPX by querying boot_cpu_has(X86_FEATURE_MPX).  Previously,
do_cpuid_7_mask() masked MPX based on boot_cpu_data by invoking
cpuid_mask() on the associated cpufeatures word, but cpuid_mask() runs
prior to executing vmx_set_supported_cpuid().

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Refactor cpuid_mask() to auto-retrieve the register

Use the recently introduced cpuid_entry_get_reg() to automatically get
the appropriate register when masking a CPUID entry.

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Introduce cpuid_entry_{change,set,clear}() mutators

Introduce mutators to modify feature bits in CPUID entries and use the
new mutators where applicable.  Using the mutators eliminates the need
to manually specify the register to modify query at no extra cost and
will allow adding runtime consistency checks on the function/index in a
future patch.

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Introduce cpuid_entry_{get,has}() accessors

Introduce accessors to retrieve feature bits from CPUID entries and use
the new accessors where applicable.  Using the accessors eliminates the
need to manually specify the register to be queried at no extra cost
(binary output is identical) and will allow adding runtime consistency
checks on the function and index in a future patch.

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Replace bare "unsigned" with "unsigned int" in cpuid helpers

Replace "unsigned" with "unsigned int" to make checkpatch and people
everywhere a little bit happier, and to avoid propagating the filth when
future patches add more cpuid helpers that work with unsigned (ints).

No functional change intended.

Suggested-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Use u32 for holding CPUID register value in helpers

Change the intermediate CPUID output register values from "int" to "u32"
to match both hardware and the storage type in struct cpuid_reg.

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Drop explicit @func param from ->set_supported_cpuid()

Drop the explicit @func param from ->set_supported_cpuid() and instead
pull the CPUID function from the relevant entry.  This sets the stage
for hardening guest CPUID updates in future patches, e.g. allows adding
run-time assertions that the CPUID feature being changed is actually
a bit in the referenced CPUID entry.

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Clear output regs for CPUID 0x14 if PT isn't exposed to guest

Clear the output regs for the main CPUID 0x14 leaf (index=0) if Intel PT
isn't exposed to the guest.  Leaf 0x14 enumerates Intel PT capabilities
and should return zeroes if PT is not supported.  Incorrectly reporting
PT capabilities is essentially a cosmetic error, i.e. doesn't negatively
affect any known userspace/kernel, as the existence of PT itself is
correctly enumerated via CPUID 0x7.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Make kvm_mpx_supported() an inline function

Expose kvm_mpx_supported() as a static inline so that it can be inlined
in kvm_intel.ko.

No functional change intended.

Reviewed-by: Xiaoyao Li <xiaoyao.li@intel.com>
Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Use supported_xcr0 to detect MPX support

Query supported_xcr0 when checking for MPX support instead of invoking
->mpx_supported() and drop ->mpx_supported() as kvm_mpx_supported() was
its last user.  Rename vmx_mpx_supported() to cpu_has_vmx_mpx() to
better align with VMX/VMCS nomenclature.

Modify VMX's adjustment of xcr0 to call cpus_has_vmx_mpx() (renamed from
vmx_mpx_supported()) directly to avoid reading supported_xcr0 before
it's fully configured.

No functional change intended.

Reviewed-by: Xiaoyao Li <xiaoyao.li@intel.com>
Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
[Test that *all* bits are set. - Paolo]
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Calculate the supported xcr0 mask at load time

Add a new global variable, supported_xcr0, to track which xcr0 bits can
be exposed to the guest instead of calculating the mask on every call.
The supported bits are constant for a given instance of KVM.

This paves the way toward eliminating the ->mpx_supported() call in
kvm_mpx_supported(), e.g. eliminates multiple retpolines in VMX's nested
VM-Enter path, and eventually toward eliminating ->mpx_supported()
altogether.

No functional change intended.

Reviewed-by: Xiaoyao Li <xiaoyao.li@intel.com>
Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: VMX: Add helpers to query Intel PT mode

Add helpers to query which of the (two) supported PT modes is active.
The primary motivation is to help document that there is a third PT mode
(host-only) that's currently not supported by KVM.  As is, it's not
obvious that PT_MODE_SYSTEM != !PT_MODE_HOST_GUEST and vice versa, e.g.
that "pt_mode == PT_MODE_SYSTEM" and "pt_mode != PT_MODE_HOST_GUEST" are
two distinct checks.

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Use common loop iterator when handling CPUID 0xD.N

Use __do_cpuid_func()'s common loop iterator, "i", when enumerating the
sub-leafs for CPUID 0xD now that the CPUID 0xD loop doesn't need to
manual maintain separate counts for the entries index and CPUID index.

No functional changed intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Drop redundant array size check

Drop a "nent >= maxnent" check in kvm_get_cpuid() that's fully redundant
now that kvm_get_cpuid() isn't indexing the array to pass an entry to
do_cpuid_func().

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Encapsulate CPUID entries and metadata in struct

Add a struct to hold the array of CPUID entries and its associated
metadata when handling KVM_GET_SUPPORTED_CPUID.  Lookup and provide
the correct entry in do_host_cpuid(), which eliminates the majority of
array indexing shenanigans, e.g. entries[i -1], and generally makes the
code more readable.  The last array indexing holdout is kvm_get_cpuid(),
which can't really be avoided without throwing the baby out with the
bathwater.

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Refactor CPUID 0x4 and 0x8000001d handling

Refactoring the sub-leaf handling for CPUID 0x4/0x8000001d to eliminate
a one-off variable and its associated brackets.

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Hoist loop counter and terminator to top of __do_cpuid_func()

Declare "i" and "max_idx" at the top of __do_cpuid_func() to consolidate
a handful of declarations in various case statements.

More importantly, establish the pattern of using max_idx instead of e.g.
entry->eax as the loop terminator in preparation for refactoring how
entry is handled in __do_cpuid_func().

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Consolidate CPUID array max num entries checking

Move the nent vs. maxnent check and nent increment into do_host_cpuid()
to consolidate what is now identical code.  To signal success vs.
failure, return the entry and NULL respectively.  A future patch will
build on this to also move the entry retrieval into do_host_cpuid().

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Drop redundant boot cpu checks on SSBD feature bits

Drop redundant checks when "emulating" SSBD feature across vendors,
i.e. advertising the AMD variant when running on an Intel CPU and vice
versa.  Both SPEC_CTRL_SSBD and AMD_SSBD are already defined in the
leaf-specific feature masks and are *not* forcefully set by the kernel,
i.e. will already be set in the entry when supported by the host.

Functionally, this changes nothing, but the redundant check is
confusing, especially when considering future patches that will further
differentiate between "real" and "emulated" feature bits.

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Drop the explicit @index from do_cpuid_7_mask()

Drop the index param from do_cpuid_7_mask() and instead switch on the
entry's index, which is guaranteed to be set by do_host_cpuid().

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Clean up CPUID 0x7 sub-leaf loop

Refactor the sub-leaf loop for CPUID 0x7 to move the main leaf out of
said loop.  The emitted code savings is basically a mirage, as the
handling of the main leaf can easily be split to its own helper to avoid
code bloat.

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Refactor CPUID 0xD.N sub-leaf entry creation

Increment the number of CPUID entries immediately after do_host_cpuid()
in preparation for moving the logic into do_host_cpuid().  Handle the
rare/impossible case of encountering a bogus sub-leaf by decrementing
the number entries on failure.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Warn on zero-size save state for valid CPUID 0xD.N sub-leaf

WARN if the save state size for a valid XCR0-managed sub-leaf is zero,
which would indicate a KVM or CPU bug.  Add a comment to explain why KVM
WARNs so the reader doesn't have to tease out the relevant bits from
Intel's SDM and KVM's XCR0/XSS code.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Check for CPUID 0xD.N support before validating array size

Now that sub-leaf 1 is handled separately, verify the next sub-leaf is
needed before rejecting KVM_GET_SUPPORTED_CPUID due to an insufficiently
sized userspace array.

Note, although this is technically a bug, it's not visible to userspace
as KVM_GET_SUPPORTED_CPUID is guaranteed to fail on KVM_CPUID_SIGNATURE,
which is hardcoded to be added after leaf 0xD.  The real motivation for
the change is to tightly couple the nent/maxnent and do_host_cpuid()
sequences in preparation for future cleanup.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Move CPUID 0xD.1 handling out of the index>0 loop

Mov the sub-leaf 1 handling for CPUID 0xD out of the index>0 loop so
that the loop only handles index>2.  Sub-leafs 2+ have identical
semantics, whereas sub-leaf 1 is effectively a feature sub-leaf.

Moving sub-leaf 1 out of the loop does duplicate a bit of code, but
the nent/maxnent code will be consolidated in a future patch, and
duplicating the clear of ECX/EDX is arguably a good thing as the reasons
for clearing said registers are completely different.

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Check userspace CPUID array size after validating sub-leaf

Verify that the next sub-leaf of CPUID 0x4 (or 0x8000001d) is valid
before rejecting the entire KVM_GET_SUPPORTED_CPUID due to insufficent
space in the userspace array.

Note, although this is technically a bug, it's not visible to userspace
as KVM_GET_SUPPORTED_CPUID is guaranteed to fail on KVM_CPUID_SIGNATURE,
which is hardcoded to be added after the affected leafs.  The real
motivation for the change is to tightly couple the nent/maxnent and
do_host_cpuid() sequences in preparation for future cleanup.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Clean up error handling in kvm_dev_ioctl_get_cpuid()

Clean up the error handling in kvm_dev_ioctl_get_cpuid(), which has
gotten a bit crusty as the function has evolved over the years.

Opportunistically hoist the static @funcs declaration to the top of the
function to make it more obvious that it's a "static const".

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Simplify handling of Centaur CPUID leafs

Refactor the handling of the Centaur-only CPUID leaf to detect the leaf
via a runtime query instead of adding a one-off callback in the static
array.  When the callback was introduced, there were additional fields
in the array's structs, and more importantly, retpoline wasn't a thing.

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Refactor loop around do_cpuid_func() to separate helper

Move the guts of kvm_dev_ioctl_get_cpuid()'s CPUID func loop to a
separate helper to improve code readability and pave the way for future
cleanup.

No functional change intended.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Return -E2BIG when KVM_GET_SUPPORTED_CPUID hits max entries

Fix a long-standing bug that causes KVM to return 0 instead of -E2BIG
when userspace's array is insufficiently sized.

This technically breaks backwards compatibility, e.g. a userspace with a
hardcoded cpuid->nent could theoretically be broken as it would see an
error instead of success if cpuid->nent is less than the number of
entries required to fully enumerate the host CPU.  But, the lowest known
cpuid->nent hardcoded by a VMM is 100 (lkvm and selftests), and the
limit for current processors on Intel and AMD is well under a 100.  E.g.
Intel's Icelake server with all the bells and whistles tops out at ~60
entries (variable due to SGX sub-leafs), and AMD's CPUID documentation
allows for less than 50.  CPUID 0xD sub-leaves on current kernels are
capped by the value of KVM_SUPPORTED_XCR0, and therefore so many subleaves
cannot have appeared on current kernels.

Note, while the Fixes: tag is accurate with respect to the immediate
bug, it's likely that similar bugs in KVM_GET_SUPPORTED_CPUID existed
prior to the refactoring, e.g. Qemu contains a workaround for the broken
KVM_GET_SUPPORTED_CPUID behavior that predates the buggy commit by over
two years.  The Qemu workaround is also likely the main reason the bug
has gone unreported for so long.

Qemu hack:
  commit 76ae317f7c16aec6b469604b1764094870a75470
  Author: Mark McLoughlin <markmc@redhat.com>
  Date:   Tue May 19 18:55:21 2009 +0100

    kvm: work around supported cpuid ioctl() brokenness

    KVM_GET_SUPPORTED_CPUID has been known to fail to return -E2BIG
    when it runs out of entries. Detect this by always trying again
    with a bigger table if the ioctl() fills the table.

Fixes: 831bf664e9c1f ("KVM: Refactor and simplify kvm_dev_ioctl_get_supported_cpuid")
Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Shrink the usercopy region of the emulation context

Shuffle a few operand structs to the end of struct x86_emulate_ctxt and
update the cache creation to whitelist only the region of the emulation
context that is expected to be copied to/from user memory, e.g. the
instruction operands, registers, and fetch/io/mem caches.

Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Move kvm_emulate.h into KVM's private directory

Now that the emulation context is dynamically allocated and not embedded
in struct kvm_vcpu, move its header, kvm_emulate.h, out of the public
asm directory and into KVM's private x86 directory.

Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Dynamically allocate per-vCPU emulation context

Allocate the emulation context instead of embedding it in struct
kvm_vcpu_arch.

Dynamic allocation provides several benefits:

  - Shrinks the size x86 vcpus by ~2.5k bytes, dropping them back below
    the PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER threshold.
  - Allows for dropping the include of kvm_emulate.h from asm/kvm_host.h
    and moving kvm_emulate.h into KVM's private directory.
  - Allows a reducing KVM's attack surface by shrinking the amount of
    vCPU data that is exposed to usercopy.
  - Allows a future patch to disable the emulator entirely, which may or
    may not be a realistic endeavor.

Mark the entire struct as valid for usercopy to maintain existing
behavior with respect to hardened usercopy.  Future patches can shrink
the usercopy range to cover only what is necessary.

Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Move emulation-only helpers to emulate.c

Move ctxt_virt_addr_bits() and emul_is_noncanonical_address() from x86.h
to emulate.c.  This eliminates all references to struct x86_emulate_ctxt
from x86.h, and sets the stage for a future patch to stop including
kvm_emulate.h in asm/kvm_host.h.

Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Explicitly pass an exception struct to check_intercept

Explicitly pass an exception struct when checking for intercept from
the emulator, which eliminates the last reference to arch.emulate_ctxt
in vendor specific code.

Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Refactor I/O emulation helpers to provide vcpu-only variant

Add variants of the I/O helpers that take a vCPU instead of an emulation
context.  This will eventually allow KVM to limit use of the emulation
context to the full emulation path.

Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: Drop gfn_to_pfn_atomic()

It's never used anywhere now.

Signed-off-by: Peter Xu <peterx@redhat.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Fix warning due to implicit truncation on 32-bit KVM

Explicitly cast the integer literal to an unsigned long when stuffing a
non-canonical value into the host virtual address during private memslot
deletion.  The explicit cast fixes a warning that gets promoted to an
error when running with KVM's newfangled -Werror setting.

  arch/x86/kvm/x86.c:9739:9: error: large integer implicitly truncated
  to unsigned type [-Werror=overflow]

Fixes: a3e967c0b87d3 ("KVM: Terminate memslot walks via used_slots"
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: nVMX: Drop unnecessary check on ept caps for execute-only

Drop the call to cpu_has_vmx_ept_execute_only() when calculating which
EPT capabilities will be exposed to L1 for nested EPT.  The resulting
configuration is immediately sanitized by the passed in @ept_caps, and
except for the call from vmx_check_processor_compat(), @ept_caps is the
capabilities that are queried by cpu_has_vmx_ept_execute_only().  For
vmx_check_processor_compat(), KVM *wants* to ignore vmx_capability.ept
so that a divergence in EPT capabilities between CPUs is detected.

Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86/mmu: Rename kvm_mmu->get_cr3() to ->get_guest_pgd()

Rename kvm_mmu->get_cr3() to call out that it is retrieving a guest
value, as opposed to kvm_mmu->set_cr3(), which sets a host value, and to
note that it will return something other than CR3 when nested EPT is in
use.  Hopefully the new name will also make it more obvious that L1's
nested_cr3 is returned in SVM's nested NPT case.

No functional change intended.

Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: nVMX: Rename EPTP validity helper and associated variables

Rename valid_ept_address() to nested_vmx_check_eptp() to follow the nVMX
nomenclature and to reflect that the function now checks a lot more than
just the address contained in the EPTP.  Rename address to new_eptp in
associated code.

No functional change intended.

Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: nVMX: Rename nested_ept_get_cr3() to nested_ept_get_eptp()

Rename the accessor for vmcs12.EPTP to use "eptp" instead of "cr3".  The
accessor has no relation to cr3 whatsoever, other than it being assigned
to the also poorly named kvm_mmu->get_cr3() hook.

No functional change intended.

Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: nVMX: Allow L1 to use 5-level page walks for nested EPT

Add support for 5-level nested EPT, and advertise said support in the
EPT capabilities MSR.  KVM's MMU can already handle 5-level legacy page
tables, there's no reason to force an L1 VMM to use shadow paging if it
wants to employ 5-level page tables.

Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86/mmu: Drop kvm_mmu_extended_role.cr4_la57 hack

Drop kvm_mmu_extended_role.cr4_la57 now that mmu_role doesn't mask off
level, which already incorporates the guest's CR4.LA57 for a shadow MMU
by querying is_la57_mode().

Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86/mmu: Don't drop level/direct from MMU role calculation

Use the calculated role as-is when propagating it to kvm_mmu.mmu_role,
i.e. stop masking off meaningful fields.  The concept of masking off
fields came from kvm_mmu_pte_write(), which (correctly) ignores certain
fields when comparing kvm_mmu_page.role against kvm_mmu.mmu_role, e.g.
the current mmu's access and level have no relation to a shadow page's
access and level.

Masking off the level causes problems for 5-level paging, e.g. CR4.LA57
has its own redundant flag in the extended role, and nested EPT would
need a similar hack to support 5-level paging for L2.

Opportunistically rework the mask for kvm_mmu_pte_write() to define the
fields that should be ignored as opposed to the fields that should be
checked, i.e. make it opt-out instead of opt-in so that new fields are
automatically picked up.  While doing so, stop ignoring "direct".  The
field is effectively ignored anyways because kvm_mmu_pte_write() is only
reached with an indirect mmu and the loop only walks indirect shadow
pages, but double checking "direct" literally costs nothing.

Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

kvm: selftests: Support dirty log initial-all-set test

Since the new capability KVM_DIRTY_LOG_INITIALLY_SET of
KVM_CAP_MANUAL_DIRTY_LOG_PROTECT2 has been introduced, tweak the
clear_dirty_log_test to use it.

Signed-off-by: Jay Zhou <jianjay.zhou@huawei.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: nVMX: Properly handle userspace interrupt window request

Return true for vmx_interrupt_allowed() if the vCPU is in L2 and L1 has
external interrupt exiting enabled.  IRQs are never blocked in hardware
if the CPU is in the guest (L2 from L1's perspective) when IRQs trigger
VM-Exit.

The new check percolates up to kvm_vcpu_ready_for_interrupt_injection()
and thus vcpu_run(), and so KVM will exit to userspace if userspace has
requested an interrupt window (to inject an IRQ into L1).

Remove the @external_intr param from vmx_check_nested_events(), which is
actually an indicator that userspace wants an interrupt window, e.g.
it's named @req_int_win further up the stack.  Injecting a VM-Exit into
L1 to try and bounce out to L0 userspace is all kinds of broken and is
no longer necessary.

Remove the hack in nested_vmx_vmexit() that attempted to workaround the
breakage in vmx_check_nested_events() by only filling interrupt info if
there's an actual interrupt pending.  The hack actually made things
worse because it caused KVM to _never_ fill interrupt info when the
LAPIC resides in userspace (kvm_cpu_has_interrupt() queries
interrupt.injected, which is always cleared by prepare_vmcs12() before
reaching the hack in nested_vmx_vmexit()).

Fixes: 6550c4df7e50 ("KVM: nVMX: Fix interrupt window request with "Acknowledge interrupt on exit"")
Cc: stable@vger.kernel.org
Cc: Liran Alon <liran.alon@oracle.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: X86: trigger kvmclock sync request just once on VM creation

In the progress of vCPUs creation, it queues a kvmclock sync worker to the global
workqueue before each vCPU creation completes. The workqueue subsystem guarantees
not to queue the already queued work; however, we can make the logic more clear by
making just one leader to trigger this kvmclock sync request, and also save on
cacheline bouncing caused by test_and_set_bit.

Signed-off-by: Wanpeng Li <wanpengli@tencent.com>
Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: LAPIC: Recalculate apic map in batch

In the vCPU reset and set APIC_BASE MSR path, the apic map will be recalculated
several times, each time it will consume 10+ us observed by ftrace in my
non-overcommit environment since the expensive memory allocate/mutex/rcu etc
operations. This patch optimizes it by recaluating apic map in batch, I hope
this can benefit the serverless scenario which can frequently create/destroy
VMs.

Before patch:

kvm_lapic_reset  ~27us

After patch:

kvm_lapic_reset  ~14us

Observed by ftrace, improve ~48%.

Signed-off-by: Wanpeng Li <wanpengli@tencent.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: Fix some obsolete comments

Remove some obsolete comments, fix wrong function name and description.

Reviewed-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Miaohe Lin <linmiaohe@huawei.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: enable dirty log gradually in small chunks

It could take kvm->mmu_lock for an extended period of time when
enabling dirty log for the first time. The main cost is to clear
all the D-bits of last level SPTEs. This situation can benefit from
manual dirty log protect as well, which can reduce the mmu_lock
time taken. The sequence is like this:

1. Initialize all the bits of the dirty bitmap to 1 when enabling
   dirty log for the first time
2. Only write protect the huge pages
3. KVM_GET_DIRTY_LOG returns the dirty bitmap info
4. KVM_CLEAR_DIRTY_LOG will clear D-bit for each of the leaf level
   SPTEs gradually in small chunks

Under the Intel(R) Xeon(R) Gold 6152 CPU @ 2.10GHz environment,
I did some tests with a 128G windows VM and counted the time taken
of memory_global_dirty_log_start, here is the numbers:

VM Size        Before    After optimization
128G           460ms     10ms

Signed-off-by: Jay Zhou <jianjay.zhou@huawei.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86/mmu: Reuse the current root if possible for fast switch

Reuse the current root when possible instead of grabbing a different
root from the array of cached roots.  Doing so avoids unnecessary MMU
switches and also fixes a quirk where KVM can't reuse roots without
creating multiple roots since the cache is a victim cache, i.e. roots
are added to the cache when they're "evicted", not when they are
created.  The quirk could be fixed by adding roots to the cache on
creation, but that would reduce the effective size of the cache as one
of its entries would be burned to track the current root.

Reusing the current root is especially helpful for nested virt as the
current root is almost always usable for the "new" MMU on nested
VM-entry/VM-exit.

Cc: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86/mmu: Ignore guest CR3 on fast root switch for direct MMU

Ignore the guest's CR3 when looking for a cached root for a direct MMU,
the guest's CR3 has no impact on the direct MMU's shadow pages (the
role check ensures compatibility with CR0.WP, etc...).

Zero out root_cr3 when allocating the direct roots to make it clear that
it's ignored.

Cc: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: SVM: Inhibit APIC virtualization for X2APIC guest

The AVIC does not support guest use of the x2APIC interface. Currently,
KVM simply chooses to squash the x2APIC feature in the guest's CPUID
If the AVIC is enabled. Doing so prevents KVM from running a guest
with greater than 255 vCPUs, as such a guest necessitates the use
of the x2APIC interface.

Instead, inhibit AVIC enablement on a per-VM basis whenever the x2APIC
feature is set in the guest's CPUID.

Signed-off-by: Oliver Upton <oupton@google.com>
Reviewed-by: Jim Mattson <jmattson@google.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: Remove unnecessary asm/kvm_host.h includes

Remove includes of asm/kvm_host.h from files that already include
linux/kvm_host.h to make it more obvious that there is no ordering issue
between the two headers.  linux/kvm_host.h includes asm/kvm_host.h to
pick up architecture specific settings, and this will never change, i.e.
including asm/kvm_host.h after linux/kvm_host.h may seem problematic,
but in practice is simply redundant.

Signed-off-by: Peter Xu <peterx@redhat.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>