KVM: Properly check if "page" is valid in kvm_vcpu_unmap

The field "page" is initialized to KVM_UNMAPPED_PAGE when it is not used
(i.e. when the memory lives outside kernel control). So this check will
always end up using kunmap even for memremap regions.

Fixes: e45adf665a53 ("KVM: Introduce a new guest mapping API")
Cc: stable@vger.kernel.org
Signed-off-by: KarimAllah Ahmed <karahmed@amazon.de>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: LAPIC: Retry tune per-vCPU timer_advance_ns if adaptive tuning goes insane

Retry tune per-vCPU timer_advance_ns if adaptive tuning goes insane which
can happen sporadically in product environment.

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

kvm: LAPIC: write down valid APIC registers

Replace a magic 64-bit mask with a list of valid registers, computing
the same mask in the end.

Suggested-by: Liran Alon <liran.alon@oracle.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: LAPIC: ARBPRI is a reserved register for x2APIC

kvm-unit-tests were adjusted to match bare metal behavior, but KVM
itself was not doing what bare metal does; fix that.

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

KVM nVMX: Check Host Segment Registers and Descriptor Tables on vmentry of nested guests

According to section "Checks on Host Segment and Descriptor-Table
Registers" in Intel SDM vol 3C, the following checks are performed on
vmentry of nested guests:

   - In the selector field for each of CS, SS, DS, ES, FS, GS and TR, the
     RPL (bits 1:0) and the TI flag (bit 2) must be 0.
   - The selector fields for CS and TR cannot be 0000H.
   - The selector field for SS cannot be 0000H if the "host address-space
     size" VM-exit control is 0.
   - On processors that support Intel 64 architecture, the base-address
     fields for FS, GS and TR must contain canonical addresses.

Signed-off-by: Krish Sadhukhan <krish.sadhukhan@oracle.com>
Reviewed-by: Karl Heubaum <karl.heubaum@oracle.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: nVMX: Stash L1's CR3 in vmcs01.GUEST_CR3 on nested entry w/o EPT

KVM does not have 100% coverage of VMX consistency checks, i.e. some
checks that cause VM-Fail may only be detected by hardware during a
nested VM-Entry.  In such a case, KVM must restore L1's state to the
pre-VM-Enter state as L2's state has already been loaded into KVM's
software model.

L1's CR3 and PDPTRs in particular are loaded from vmcs01.GUEST_*.  But
when EPT is disabled, the associated fields hold KVM's shadow values,
not L1's "real" values.  Fortunately, when EPT is disabled the PDPTRs
come from memory, i.e. are not cached in the VMCS.  Which leaves CR3
as the sole anomaly.

A previously applied workaround to handle CR3 was to force nested early
checks if EPT is disabled:

  commit 2b27924bb1d48 ("KVM: nVMX: always use early vmcs check when EPT
                         is disabled")

Forcing nested early checks is undesirable as doing so adds hundreds of
cycles to every nested VM-Entry.  Rather than take this performance hit,
handle CR3 by overwriting vmcs01.GUEST_CR3 with L1's CR3 during nested
VM-Entry when EPT is disabled *and* nested early checks are disabled.
By stuffing vmcs01.GUEST_CR3, nested_vmx_restore_host_state() will
naturally restore the correct vcpu->arch.cr3 from vmcs01.GUEST_CR3.

These shenanigans work because nested_vmx_restore_host_state() does a
full kvm_mmu_reset_context(), i.e. unloads the current MMU, which
guarantees vmcs01.GUEST_CR3 will be rewritten with a new shadow CR3
prior to re-entering L1.

vcpu->arch.root_mmu.root_hpa is set to INVALID_PAGE via:

    nested_vmx_restore_host_state() ->
        kvm_mmu_reset_context() ->
            kvm_mmu_unload() ->
                kvm_mmu_free_roots()

kvm_mmu_unload() has WARN_ON(root_hpa != INVALID_PAGE), i.e. we can bank
on 'root_hpa == INVALID_PAGE' unless the implementation of
kvm_mmu_reset_context() is changed.

On the way into L1, VMCS.GUEST_CR3 is guaranteed to be written (on a
successful entry) via:

    vcpu_enter_guest() ->
        kvm_mmu_reload() ->
            kvm_mmu_load() ->
                kvm_mmu_load_cr3() ->
                    vmx_set_cr3()

Stuff vmcs01.GUEST_CR3 if and only if nested early checks are disabled
as a "late" VM-Fail should never happen win that case (KVM WARNs), and
the conditional write avoids the need to restore the correct GUEST_CR3
when nested_vmx_check_vmentry_hw() fails.

Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Message-Id: <20190607185534.24368-1-sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: add tracepoints around __direct_map and FNAME(fetch)

These are useful in debugging shadow paging.

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

KVM: x86: change kvm_mmu_page_get_gfn BUG_ON to WARN_ON

Note that in such a case it is quite likely that KVM will BUG_ON
in __pte_list_remove when the VM is closed.  However, there is no
immediate risk of memory corruption in the host so a WARN_ON is
enough and it lets you gather traces for debugging.

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

KVM: x86: remove now unneeded hugepage gfn adjustment

After the previous patch, the low bits of the gfn are masked in
both FNAME(fetch) and __direct_map, so we do not need to clear them
in transparent_hugepage_adjust.

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

KVM: x86: make FNAME(fetch) and __direct_map more similar

These two functions are basically doing the same thing through
kvm_mmu_get_page, link_shadow_page and mmu_set_spte; yet, for historical
reasons, their code looks very different.  This patch tries to take the
best of each and make them very similar, so that it is easy to understand
changes that apply to both of them.

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

kvm: x86: Do not release the page inside mmu_set_spte()

Release the page at the call-site where it was originally acquired.
This makes the exit code cleaner for most call sites, since they
do not need to duplicate code between success and the failure
label.

Signed-off-by: Junaid Shahid <junaids@google.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: cpuid: remove has_leaf_count from struct kvm_cpuid_param

The has_leaf_count member was originally added for KVM's paravirtualization
CPUID leaves.  However, since then the leaf count _has_ been added to those
leaves as well, so we can drop that special case.

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

KVM: cpuid: rename do_cpuid_1_ent

do_cpuid_1_ent does not do the entire processing for a CPUID entry, it
only retrieves the host's values.  Rename it to match reality.

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

KVM: cpuid: set struct kvm_cpuid_entry2 flags in do_cpuid_1_ent

do_cpuid_1_ent is typically called in two places by __do_cpuid_func
for CPUID functions that have subleafs.  Both places have to set
the KVM_CPUID_FLAG_SIGNIFCANT_INDEX.  Set that flag, and
KVM_CPUID_FLAG_STATEFUL_FUNC as well, directly in do_cpuid_1_ent.

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

KVM: cpuid: extract do_cpuid_7_mask and support multiple subleafs

CPUID function 7 has multiple subleafs.  Instead of having nested
switch statements, move the logic to filter supported features to
a separate function, and call it for each subleaf.

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

KVM: cpuid: do_cpuid_ent works on a whole CPUID function

Rename it as well as __do_cpuid_ent and __do_cpuid_ent_emulated to have
"func" in its name, and drop the index parameter which is always 0.

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

KVM: LAPIC: remove the trailing newline used in the fmt parameter of TP_printk

The trailing newlines will lead to extra newlines in the trace file
which looks like the following output, so remove it.

qemu-system-x86-15695 [002] ...1 15774.839240: kvm_hv_timer_state: vcpu_id 0 hv_timer 1

qemu-system-x86-15695 [002] ...1 15774.839309: kvm_hv_timer_state: vcpu_id 0 hv_timer 1

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

KVM: svm: add nrips module parameter

Allow testing code for old processors that lack the next RIP save
feature, by disabling usage of the next_rip field.

Nested hypervisors however get the feature unconditionally.

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

kvm: x86: Pass through AMD_STIBP_ALWAYS_ON in GET_SUPPORTED_CPUID

This bit is purely advisory. Passing it through to the guest indicates
that the virtual processor, like the physical processor, prefers that
STIBP is only set once during boot and not changed.

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

kvm: nVMX: Remove unnecessary sync_roots from handle_invept

When L0 is executing handle_invept(), the TDP MMU is active. Emulating
an L1 INVEPT does require synchronizing the appropriate shadow EPT
root(s), but a call to kvm_mmu_sync_roots in this context won't do
that. Similarly, the hardware TLB and paging-structure-cache entries
associated with the appropriate shadow EPT root(s) must be flushed,
but requesting a TLB_FLUSH from this context won't do that either.

How did this ever work? KVM always does a sync_roots and TLB flush (in
the correct context) when transitioning from L1 to L2. That isn't the
best choice for nested VM performance, but it effectively papers over
the mistakes here.

Remove the unnecessary operations and leave a comment to try to do
better in the future.

Reported-by: Junaid Shahid <junaids@google.com>
Fixes: bfd0a56b90005f ("nEPT: Nested INVEPT")
Cc: Xiao Guangrong <xiaoguangrong@linux.vnet.ibm.com>
Cc: Nadav Har'El <nyh@il.ibm.com>
Cc: Jun Nakajima <jun.nakajima@intel.com>
Cc: Xinhao Xu <xinhao.xu@intel.com>
Cc: Yang Zhang <yang.z.zhang@Intel.com>
Cc: Gleb Natapov <gleb@redhat.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Reviewed-by Peter Shier <pshier@google.com>
Reviewed-by: Junaid Shahid <junaids@google.com>
Signed-off-by: Jim Mattson <jmattson@google.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

Documentation: kvm: document CPUID bit for MSR_KVM_POLL_CONTROL

Cc: Marcelo Tosatti <mtosatti@redhat.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: X86: Expose PV_SCHED_YIELD CPUID feature bit to guest

Expose PV_SCHED_YIELD feature bit to guest, the guest can check this
feature bit before using paravirtualized sched yield.

Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: Radim Krčmář <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Liran Alon <liran.alon@oracle.com>
Signed-off-by: Wanpeng Li <wanpengli@tencent.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: X86: Implement PV sched yield hypercall

The target vCPUs are in runnable state after vcpu_kick and suitable
as a yield target. This patch implements the sched yield hypercall.

17% performance increasement of ebizzy benchmark can be observed in an
over-subscribe environment. (w/ kvm-pv-tlb disabled, testing TLB flush
call-function IPI-many since call-function is not easy to be trigged
by userspace workload).

Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: Radim Krčmář <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Liran Alon <liran.alon@oracle.com>
Signed-off-by: Wanpeng Li <wanpengli@tencent.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: X86: Yield to IPI target if necessary

When sending a call-function IPI-many to vCPUs, yield if any of
the IPI target vCPUs was preempted, we just select the first
preempted target vCPU which we found since the state of target
vCPUs can change underneath and to avoid race conditions.

Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: Radim Krčmář <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Liran Alon <liran.alon@oracle.com>
Signed-off-by: Wanpeng Li <wanpengli@tencent.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

x86/kvm/nVMX: fix VMCLEAR when Enlightened VMCS is in use

When Enlightened VMCS is in use, it is valid to do VMCLEAR and,
according to TLFS, this should "transition an enlightened VMCS from the
active to the non-active state". It is, however, wrong to assume that
it is only valid to do VMCLEAR for the eVMCS which is currently active
on the vCPU performing VMCLEAR.

Currently, the logic in handle_vmclear() is broken: in case, there is no
active eVMCS on the vCPU doing VMCLEAR we treat the argument as a 'normal'
VMCS and kvm_vcpu_write_guest() to the 'launch_state' field irreversibly
corrupts the memory area.

So, in case the VMCLEAR argument is not the current active eVMCS on the
vCPU, how can we know if the area it is pointing to is a normal or an
enlightened VMCS?
Thanks to the bug in Hyper-V (see commit 72aeb60c52bf7 ("KVM: nVMX: Verify
eVMCS revision id match supported eVMCS version on eVMCS VMPTRLD")) we can
not, the revision can't be used to distinguish between them. So let's
assume it is always enlightened in case enlightened vmentry is enabled in
the assist page. Also, check if vmx->nested.enlightened_vmcs_enabled to
minimize the impact for 'unenlightened' workloads.

Fixes: b8bbab928fb1 ("KVM: nVMX: implement enlightened VMPTRLD and VMCLEAR")
Signed-off-by: Vitaly Kuznetsov <vkuznets@redhat.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

x86/KVM/nVMX: don't use clean fields data on enlightened VMLAUNCH

Apparently, Windows doesn't maintain clean fields data after it does
VMCLEAR for an enlightened VMCS so we can only use it on VMRESUME.
The issue went unnoticed because currently we do nested_release_evmcs()
in handle_vmclear() and the consecutive enlightened VMPTRLD invalidates
clean fields when a new eVMCS is mapped but we're going to change the
logic.

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

KVM: nVMX: list VMX MSRs in KVM_GET_MSR_INDEX_LIST

This allows userspace to know which MSRs are supported by the hypervisor.
Unfortunately userspace must resort to tricks for everything except
MSR_IA32_VMX_VMFUNC (which was just added in the previous patch).
One possibility is to use the feature control MSR, which is tied to nested
VMX as well and is present on all KVM versions that support feature MSRs.

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

KVM: nVMX: allow setting the VMFUNC controls MSR

Allow userspace to set a custom value for the VMFUNC controls MSR, as long
as the capabilities it advertises do not exceed those of the host.

Fixes: 27c42a1bb ("KVM: nVMX: Enable VMFUNC for the L1 hypervisor", 2017-08-03)
Reviewed-by: Liran Alon <liran.alon@oracle.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: nVMX: include conditional controls in /dev/kvm KVM_GET_MSRS

Some secondary controls are automatically enabled/disabled based on the CPUID
values that are set for the guest.  However, they are still available at a
global level and therefore should be present when KVM_GET_MSRS is sent to
/dev/kvm.

Fixes: 1389309c811 ("KVM: nVMX: expose VMX capabilities for nested hypervisors to userspace", 2018-02-26)
Reviewed-by: Liran Alon <liran.alon@oracle.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Fix apic dangling pointer in vcpu

The function kvm_create_lapic() attempts to allocate the apic structure
and sets a pointer to it in the virtual processor structure. However, if
get_zeroed_page() failed, the function frees the apic chunk, but forgets
to set the pointer in the vcpu to NULL. It's not a security issue since
there isn't a use of that pointer if kvm_create_lapic() returns error,
but it's more accurate that way.

Signed-off-by: Saar Amar <saaramar@microsoft.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: VMX: check CPUID before allowing read/write of IA32_XSS

Raise #GP when guest read/write IA32_XSS, but the CPUID bits
say that it shouldn't exist.

Fixes: 203000993de5 (kvm: vmx: add MSR logic for XSAVES)
Reported-by: Xiaoyao Li <xiaoyao.li@linux.intel.com>
Reported-by: Tao Xu <tao3.xu@intel.com>
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: Radim Krčmář <rkrcmar@redhat.com>
Cc: stable@vger.kernel.org
Signed-off-by: Wanpeng Li <wanpengli@tencent.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: nVMX: shadow pin based execution controls

The VMX_PREEMPTION_TIMER flag may be toggled frequently, though not
*very* frequently.  Since it does not affect KVM's dirty logic, e.g.
the preemption timer value is loaded from vmcs12 even if vmcs12 is
"clean", there is no need to mark vmcs12 dirty when L1 writes pin
controls, and shadowing the field achieves that.

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

KVM: VMX: Leave preemption timer running when it's disabled

VMWRITEs to the major VMCS controls, pin controls included, are
deceptively expensive.  CPUs with VMCS caching (Westmere and later) also
optimize away consistency checks on VM-Entry, i.e. skip consistency
checks if the relevant fields have not changed since the last successful
VM-Entry (of the cached VMCS).  Because uops are a precious commodity,
uCode's dirty VMCS field tracking isn't as precise as software would
prefer.  Notably, writing any of the major VMCS fields effectively marks
the entire VMCS dirty, i.e. causes the next VM-Entry to perform all
consistency checks, which consumes several hundred cycles.

As it pertains to KVM, toggling PIN_BASED_VMX_PREEMPTION_TIMER more than
doubles the latency of the next VM-Entry (and again when/if the flag is
toggled back).  In a non-nested scenario, running a "standard" guest
with the preemption timer enabled, toggling the timer flag is uncommon
but not rare, e.g. roughly 1 in 10 entries.  Disabling the preemption
timer can change these numbers due to its use for "immediate exits",
even when explicitly disabled by userspace.

Nested virtualization in particular is painful, as the timer flag is set
for the majority of VM-Enters, but prepare_vmcs02() initializes vmcs02's
pin controls to *clear* the flag since its the timer's final state isn't
known until vmx_vcpu_run().  I.e. the majority of nested VM-Enters end
up unnecessarily writing pin controls *twice*.

Rather than toggle the timer flag in pin controls, set the timer value
itself to the largest allowed value to put it into a "soft disabled"
state, and ignore any spurious preemption timer exits.

Sadly, the timer is a 32-bit value and so theoretically it can fire
before the head death of the universe, i.e. spurious exits are possible.
But because KVM does *not* save the timer value on VM-Exit and because
the timer runs at a slower rate than the TSC, the maximuma timer value
is still sufficiently large for KVM's purposes.  E.g. on a modern CPU
with a timer that runs at 1/32 the frequency of a 2.4ghz constant-rate
TSC, the timer will fire after ~55 seconds of *uninterrupted* guest
execution.  In other words, spurious VM-Exits are effectively only
possible if the host is completely tickless on the logical CPU, the
guest is not using the preemption timer, and the guest is not generating
VM-Exits for any other reason.

To be safe from bad/weird hardware, disable the preemption timer if its
maximum delay is less than ten seconds.  Ten seconds is mostly arbitrary
and was selected in no small part because it's a nice round number.
For simplicity and paranoia, fall back to __kvm_request_immediate_exit()
if the preemption timer is disabled by KVM or userspace.  Previously
KVM continued to use the preemption timer to force immediate exits even
when the timer was disabled by userspace.  Now that KVM leaves the timer
running instead of truly disabling it, allow userspace to kill it
entirely in the unlikely event the timer (or KVM) malfunctions.

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

KVM: VMX: Drop hv_timer_armed from 'struct loaded_vmcs'

... now that it is fully redundant with the pin controls shadow.

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

KVM: nVMX: Preset *DT exiting in vmcs02 when emulating UMIP

KVM dynamically toggles SECONDARY_EXEC_DESC to intercept (a subset of)
instructions that are subject to User-Mode Instruction Prevention, i.e.
VMCS.SECONDARY_EXEC_DESC == CR4.UMIP when emulating UMIP.  Preset the
VMCS control when preparing vmcs02 to avoid unnecessarily VMWRITEs,
e.g. KVM will clear VMCS.SECONDARY_EXEC_DESC in prepare_vmcs02_early()
and then set it in vmx_set_cr4().

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

KVM: nVMX: Preserve last USE_MSR_BITMAPS when preparing vmcs02

KVM dynamically toggles the CPU_BASED_USE_MSR_BITMAPS execution control
for nested guests based on whether or not both L0 and L1 want to pass
through the same MSRs to L2.  Preserve the last used value from vmcs02
so as to avoid multiple VMWRITEs to (re)set/(re)clear the bit on nested
VM-Entry.

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

KVM: VMX: Explicitly initialize controls shadow at VMCS allocation

Or: Don't re-initialize vmcs02's controls on every nested VM-Entry.

VMWRITEs to the major VMCS controls are deceptively expensive.  Intel
CPUs with VMCS caching (Westmere and later) also optimize away
consistency checks on VM-Entry, i.e. skip consistency checks if the
relevant fields have not changed since the last successful VM-Entry (of
the cached VMCS).  Because uops are a precious commodity, uCode's dirty
VMCS field tracking isn't as precise as software would prefer.  Notably,
writing any of the major VMCS fields effectively marks the entire VMCS
dirty, i.e. causes the next VM-Entry to perform all consistency checks,
which consumes several hundred cycles.

Zero out the controls' shadow copies during VMCS allocation and use the
optimized setter when "initializing" controls.  While this technically
affects both non-nested and nested virtualization, nested virtualization
is the primary beneficiary as avoid VMWRITEs when prepare vmcs02 allows
hardware to optimizie away consistency checks.

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

KVM: nVMX: Don't reset VMCS controls shadow on VMCS switch

... now that the shadow copies are per-VMCS.

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

KVM: nVMX: Shadow VMCS controls on a per-VMCS basis

... to pave the way for not preserving the shadow copies across switches
between vmcs01 and vmcs02, and eventually to avoid VMWRITEs to vmcs02
when the desired value is unchanged across nested VM-Enters.

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

KVM: VMX: Shadow VMCS secondary execution controls

Prepare to shadow all major control fields on a per-VMCS basis, which
allows KVM to avoid costly VMWRITEs when switching between vmcs01 and
vmcs02.

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

KVM: VMX: Shadow VMCS primary execution controls

Prepare to shadow all major control fields on a per-VMCS basis, which
allows KVM to avoid VMREADs when switching between vmcs01 and vmcs02,
and more importantly can eliminate costly VMWRITEs to controls when
preparing vmcs02.

Shadowing exec controls also saves a VMREAD when opening virtual
INTR/NMI windows, yay...

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

KVM: VMX: Shadow VMCS pin controls

Prepare to shadow all major control fields on a per-VMCS basis, which
allows KVM to avoid costly VMWRITEs when switching between vmcs01 and
vmcs02.

Shadowing pin controls also allows a future patch to remove the per-VMCS
'hv_timer_armed' flag, as the shadow copy is a superset of said flag.

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

KVM: VMX: Add builder macros for shadowing controls

... to pave the way for shadowing all (five) major VMCS control fields
without massive amounts of error prone copy+paste+modify.

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

KVM: nVMX: Use adjusted pin controls for vmcs02

KVM provides a module parameter to allow disabling virtual NMI support
to simplify testing (hardware *without* virtual NMI support is hard to
come by but it does have users).  When preparing vmcs02, use the accessor
for pin controls to ensure that the module param is respected for nested
guests.

Opportunistically swap the order of applying L0's and L1's pin controls
to better align with other controls and to prepare for a future patche
that will ignore L1's, but not L0's, preemption timer flag.

Fixes: d02fcf50779ec ("kvm: vmx: Allow disabling virtual NMI support")
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: nVMX: Copy PDPTRs to/from vmcs12 only when necessary

Per Intel's SDM:

  ... the logical processor uses PAE paging if CR0.PG=1, CR4.PAE=1 and
  IA32_EFER.LME=0.  A VM entry to a guest that uses PAE paging loads the
  PDPTEs into internal, non-architectural registers based on the setting
  of the "enable EPT" VM-execution control.

and:

  [GUEST_PDPTR] values are saved into the four PDPTE fields as follows:

    - If the "enable EPT" VM-execution control is 0 or the logical
      processor was not using PAE paging at the time of the VM exit,
      the values saved are undefined.

In other words, if EPT is disabled or the guest isn't using PAE paging,
then the PDPTRS aren't consumed by hardware on VM-Entry and are loaded
with junk on VM-Exit.  From a nesting perspective, all of the above hold
true, i.e. KVM can effectively ignore the VMCS PDPTRs.  E.g. KVM already
loads the PDPTRs from memory when nested EPT is disabled (see
nested_vmx_load_cr3()).

Because KVM intercepts setting CR4.PAE, there is no danger of consuming
a stale value or crushing L1's VMWRITEs regardless of whether L1
intercepts CR4.PAE. The vmcs12's values are unchanged up until the
VM-Exit where L2 sets CR4.PAE, i.e. L0 will see the new PAE state on the
subsequent VM-Entry and propagate the PDPTRs from vmcs12 to vmcs02.

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

KVM: x86: introduce is_pae_paging

Checking for 32-bit PAE is quite common around code that fiddles with
the PDPTRs.  Add a function to compress all checks into a single
invocation.

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

KVM: nVMX: Don't update GUEST_BNDCFGS if it's clean in HV eVMCS

L1 is responsible for dirtying GUEST_GRP1 if it writes GUEST_BNDCFGS.

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: nVMX: Update vmcs12 for MSR_IA32_DEBUGCTLMSR when it's written

KVM unconditionally intercepts WRMSR to MSR_IA32_DEBUGCTLMSR.  In the
unlikely event that L1 allows L2 to write L1's MSR_IA32_DEBUGCTLMSR, but
but saves L2's value on VM-Exit, update vmcs12 during L2's WRMSR so as
to eliminate the need to VMREAD the value from vmcs02 on nested VM-Exit.

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

KVM: nVMX: Update vmcs12 for SYSENTER MSRs when they're written

For L2, KVM always intercepts WRMSR to SYSENTER MSRs.  Update vmcs12 in
the WRMSR handler so that they don't need to be (re)read from vmcs02 on
every nested VM-Exit.

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

KVM: nVMX: Update vmcs12 for MSR_IA32_CR_PAT when it's written

As alluded to by the TODO comment, KVM unconditionally intercepts writes
to the PAT MSR.  In the unlikely event that L1 allows L2 to write L1's
PAT directly but saves L2's PAT on VM-Exit, update vmcs12 when L2 writes
the PAT.  This eliminates the need to VMREAD the value from vmcs02 on
VM-Exit as vmcs12 is already up to date in all situations.

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

KVM: nVMX: Don't speculatively write APIC-access page address

If nested_get_vmcs12_pages() fails to map L1's APIC_ACCESS_ADDR into
L2, then it disables SECONDARY_EXEC_VIRTUALIZE_APIC_ACCESSES in vmcs02.
In other words, the APIC_ACCESS_ADDR in vmcs02 is guaranteed to be
written with the correct value before being consumed by hardware, drop
the unneessary VMWRITE.

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

KVM: nVMX: Don't speculatively write virtual-APIC page address

The VIRTUAL_APIC_PAGE_ADDR in vmcs02 is guaranteed to be updated before
it is consumed by hardware, either in nested_vmx_enter_non_root_mode()
or via the KVM_REQ_GET_VMCS12_PAGES callback.  Avoid an extra VMWRITE
and only stuff a bad value into vmcs02 when mapping vmcs12's address
fails.  This also eliminates the need for extra comments to connect the
dots between prepare_vmcs02_early() and nested_get_vmcs12_pages().

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

KVM: nVMX: Don't dump VMCS if virtual APIC page can't be mapped

... as a malicious userspace can run a toy guest to generate invalid
virtual-APIC page addresses in L1, i.e. flood the kernel log with error
messages.

Fixes: 690908104e39d ("KVM: nVMX: allow tests to use bad virtual-APIC page address")
Cc: stable@vger.kernel.org
Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: nVMX: Don't reread VMCS-agnostic state when switching VMCS

When switching between vmcs01 and vmcs02, there is no need to update
state tracking for values that aren't tied to any particular VMCS as
the per-vCPU values are already up-to-date (vmx_switch_vmcs() can only
be called when the vCPU is loaded).

Avoiding the update eliminates a RDMSR, and potentially a RDPKRU and
posted-interrupt update (cmpxchg64() and more).

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

KVM: nVMX: Don't "put" vCPU or host state when switching VMCS

When switching between vmcs01 and vmcs02, KVM isn't actually switching
between guest and host.  If guest state is already loaded (the likely,
if not guaranteed, case), keep the guest state loaded and manually swap
the loaded_cpu_state pointer after propagating saved host state to the
new vmcs0{1,2}.

Avoiding the switch between guest and host reduces the latency of
switching between vmcs01 and vmcs02 by several hundred cycles, and
reduces the roundtrip time of a nested VM by upwards of 1000 cycles.

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

KVM: VMX: simplify vmx_prepare_switch_to_{guest,host}

vmx->loaded_cpu_state can only be NULL or equal to vmx->loaded_vmcs,
so change it to a bool.  Because the direction of the bool is
now the opposite of vmx->guest_msrs_dirty, change the direction of
vmx->guest_msrs_dirty so that they match.

Finally, do not imply that MSRs have to be reloaded when
vmx->guest_state_loaded is false; instead, set vmx->guest_msrs_ready
to false explicitly in vmx_prepare_switch_to_host.

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

KVM: nVMX: Don't rewrite GUEST_PML_INDEX during nested VM-Entry

Emulation of GUEST_PML_INDEX for a nested VMM is a bit weird.  Because
L0 flushes the PML on every VM-Exit, the value in vmcs02 at the time of
VM-Enter is a constant -1, regardless of what L1 thinks/wants.

Fixes: 09abe32002665 ("KVM: nVMX: split pieces of prepare_vmcs02() to prepare_vmcs02_early()")
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: nVMX: Write ENCLS-exiting bitmap once per vmcs02

KVM doesn't yet support SGX virtualization, i.e. writes a constant value
to ENCLS_EXITING_BITMAP so that it can intercept ENCLS and inject a #UD.

Fixes: 0b665d3040281 ("KVM: vmx: Inject #UD for SGX ENCLS instruction in guest")
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: nVMX: Always sync GUEST_BNDCFGS when it comes from vmcs01

If L1 does not set VM_ENTRY_LOAD_BNDCFGS, then L1's BNDCFGS value must
be propagated to vmcs02 since KVM always runs with VM_ENTRY_LOAD_BNDCFGS
when MPX is supported.  Because the value effectively comes from vmcs01,
vmcs02 must be updated even if vmcs12 is clean.

Fixes: 62cf9bd8118c4 ("KVM: nVMX: Fix emulation of VM_ENTRY_LOAD_BNDCFGS")
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: VMX: Always signal #GP on WRMSR to MSR_IA32_CR_PAT with bad value

The behavior of WRMSR is in no way dependent on whether or not KVM
consumes the value.

Fixes: 4566654bb9be9 ("KVM: vmx: Inject #GP on invalid PAT CR")
Cc: stable@vger.kernel.org
Cc: Nadav Amit <nadav.amit@gmail.com>
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: nVMX: Rename prepare_vmcs02_*_full to prepare_vmcs02_*_rare

These function do not prepare the entire state of the vmcs02, only the
rarely needed parts.  Rename them to make this clearer.

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

KVM: nVMX: Sync rarely accessed guest fields only when needed

Many guest fields are rarely read (or written) by VMMs, i.e. likely
aren't accessed between runs of a nested VMCS.  Delay pulling rarely
accessed guest fields from vmcs02 until they are VMREAD or until vmcs12
is dirtied.  The latter case is necessary because nested VM-Entry will
consume all manner of fields when vmcs12 is dirty, e.g. for consistency
checks.

Note, an alternative to synchronizing all guest fields on VMREAD would
be to read *only* the field being accessed, but switching VMCS pointers
is expensive and odds are good if one guest field is being accessed then
others will soon follow, or that vmcs12 will be dirtied due to a VMWRITE
(see above).  And the full synchronization results in slightly cleaner
code.

Note, although GUEST_PDPTRs are relevant only for a 32-bit PAE guest,
they are accessed quite frequently for said guests, and a separate patch
is in flight to optimize away GUEST_PDTPR synchronziation for non-PAE
guests.

Skipping rarely accessed guest fields reduces the latency of a nested
VM-Exit by ~200 cycles.

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

KVM: nVMX: Add helpers to identify shadowed VMCS fields

So that future optimizations related to shadowed fields don't need to
define their own switch statement.

Add a BUILD_BUG_ON() to ensure at least one of the types (RW vs RO) is
defined when including vmcs_shadow_fields.h (guess who keeps mistyping
SHADOW_FIELD_RO as SHADOW_FIELD_R0).

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

KVM: nVMX: Use descriptive names for VMCS sync functions and flags

Nested virtualization involves copying data between many different types
of VMCSes, e.g. vmcs02, vmcs12, shadow VMCS and eVMCS.  Rename a variety
of functions and flags to document both the source and destination of
each sync.

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

KVM: nVMX: Lift sync_vmcs12() out of prepare_vmcs12()

... to make it more obvious that sync_vmcs12() is invoked on all nested
VM-Exits, e.g. hiding sync_vmcs12() in prepare_vmcs12() makes it appear
that guest state is NOT propagated to vmcs12 for a normal VM-Exit.

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

KVM: nVMX: Track vmcs12 offsets for shadowed VMCS fields

The vmcs12 fields offsets are constant and known at compile time.  Store
the associated offset for each shadowed field to avoid the costly lookup
in vmcs_field_to_offset() when copying between vmcs12 and the shadow
VMCS.  Avoiding the costly lookup reduces the latency of copying by
~100 cycles in each direction.

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

KVM: nVMX: Intercept VMWRITEs to GUEST_{CS,SS}_AR_BYTES

VMMs frequently read the guest's CS and SS AR bytes to detect 64-bit
mode and CPL respectively, but effectively never write said fields once
the VM is initialized.  Intercepting VMWRITEs for the two fields saves
~55 cycles in copy_shadow_to_vmcs12().

Because some Intel CPUs, e.g. Haswell, drop the reserved bits of the
guest access rights fields on VMWRITE, exposing the fields to L1 for
VMREAD but not VMWRITE leads to inconsistent behavior between L1 and L2.
On hardware that drops the bits, L1 will see the stripped down value due
to reading the value from hardware, while L2 will see the full original
value as stored by KVM.  To avoid such an inconsistency, emulate the
behavior on all CPUS, but only for intercepted VMWRITEs so as to avoid
introducing pointless latency into copy_shadow_to_vmcs12(), e.g. if the
emulation were added to vmcs12_write_any().

Since the AR_BYTES emulation is done only for intercepted VMWRITE, if a
future patch (re)exposed AR_BYTES for both VMWRITE and VMREAD, then KVM
would end up with incosistent behavior on pre-Haswell hardware, e.g. KVM
would drop the reserved bits on intercepted VMWRITE, but direct VMWRITE
to the shadow VMCS would not drop the bits.  Add a WARN in the shadow
field initialization to detect any attempt to expose an AR_BYTES field
without updating vmcs12_write_any().

Note, emulation of the AR_BYTES reserved bit behavior is based on a
patch[1] from Jim Mattson that applied the emulation to all writes to
vmcs12 so that live migration across different generations of hardware
would not introduce divergent behavior.  But given that live migration
of nested state has already been enabled, that ship has sailed (not to
mention that no sane VMM will be affected by this behavior).

[1] https://patchwork.kernel.org/patch/10483321/

Cc: Jim Mattson <jmattson@google.com>
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: nVMX: Intercept VMWRITEs to read-only shadow VMCS fields

Allowing L1 to VMWRITE read-only fields is only beneficial in a double
nesting scenario, e.g. no sane VMM will VMWRITE VM_EXIT_REASON in normal
non-nested operation.  Intercepting RO fields means KVM doesn't need to
sync them from the shadow VMCS to vmcs12 when running L2.  The obvious
downside is that L1 will VM-Exit more often when running L3, but it's
likely safe to assume most folks would happily sacrifice a bit of L3
performance, which may not even be noticeable in the grande scheme, to
improve L2 performance across the board.

Not intercepting fields tagged read-only also allows for additional
optimizations, e.g. marking GUEST_{CS,SS}_AR_BYTES as SHADOW_FIELD_RO
since those fields are rarely written by a VMMs, but read frequently.

When utilizing a shadow VMCS with asymmetric R/W and R/O bitmaps, fields
that cause VM-Exit on VMWRITE but not VMREAD need to be propagated to
the shadow VMCS during VMWRITE emulation, otherwise a subsequence VMREAD
from L1 will consume a stale value.

Note, KVM currently utilizes asymmetric bitmaps when "VMWRITE any field"
is not exposed to L1, but only so that it can reject the VMWRITE, i.e.
propagating the VMWRITE to the shadow VMCS is a new requirement, not a
bug fix.

Eliminating the copying of RO fields reduces the latency of nested
VM-Entry (copy_shadow_to_vmcs12()) by ~100 cycles (plus 40-50 cycles
if/when the AR_BYTES fields are exposed RO).

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

KVM: VMX: Handle NMIs, #MCs and async #PFs in common irqs-disabled fn

Per commit 1b6269db3f833 ("KVM: VMX: Handle NMIs before enabling
interrupts and preemption"), NMIs are handled directly in vmx_vcpu_run()
to "make sure we handle NMI on the current cpu, and that we don't
service maskable interrupts before non-maskable ones".  The other
exceptions handled by complete_atomic_exit(), e.g. async #PF and #MC,
have similar requirements, and are located there to avoid extra VMREADs
since VMX bins hardware exceptions and NMIs into a single exit reason.

Clean up the code and eliminate the vaguely named complete_atomic_exit()
by moving the interrupts-disabled exception and NMI handling into the
existing handle_external_intrs() callback, and rename the callback to
a more appropriate name.  Rename VMexit handlers throughout so that the
atomic and non-atomic counterparts have similar names.

In addition to improving code readability, this also ensures the NMI
handler is run with the host's debug registers loaded in the unlikely
event that the user is debugging NMIs.  Accuracy of the last_guest_tsc
field is also improved when handling NMIs (and #MCs) as the handler
will run after updating said field.

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

KVM: x86: Move kvm_{before,after}_interrupt() calls to vendor code

VMX can conditionally call kvm_{before,after}_interrupt() since KVM
always uses "ack interrupt on exit" and therefore explicitly handles
interrupts as opposed to blindly enabling irqs.

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

KVM: VMX: Store the host kernel's IDT base in a global variable

Although the kernel may use multiple IDTs, KVM should only ever see the
"real" IDT, e.g. the early init IDT is long gone by the time KVM runs
and the debug stack IDT is only used for small windows of time in very
specific flows.

Before commit a547c6db4d2f1 ("KVM: VMX: Enable acknowledge interupt on
vmexit"), the kernel's IDT base was consumed by KVM only when setting
constant VMCS state, i.e. to set VMCS.HOST_IDTR_BASE.  Because constant
host state is done once per vCPU, there was ostensibly no need to cache
the kernel's IDT base.

When support for "ack interrupt on exit" was introduced, KVM added a
second consumer of the IDT base as handling already-acked interrupts
requires directly calling the interrupt handler, i.e. KVM uses the IDT
base to find the address of the handler.  Because interrupts are a fast
path, KVM cached the IDT base to avoid having to VMREAD HOST_IDTR_BASE.
Presumably, the IDT base was cached on a per-vCPU basis simply because
the existing code grabbed the IDT base on a per-vCPU (VMCS) basis.

Note, all post-boot IDTs use the same handlers for external interrupts,
i.e. the "ack interrupt on exit" use of the IDT base would be unaffected
even if the cached IDT somehow did not match the current IDT.  And as
for the original use case of setting VMCS.HOST_IDTR_BASE, if any of the
above analysis is wrong then KVM has had a bug since the beginning of
time since KVM has effectively been caching the IDT at vCPU creation
since commit a8b732ca01c ("[PATCH] kvm: userspace interface").

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

KVM: VMX: Read cached VM-Exit reason to detect external interrupt

Generic x86 code invokes the kvm_x86_ops external interrupt handler on
all VM-Exits regardless of the actual exit type.  Use the already-cached
EXIT_REASON to determine if the VM-Exit was due to an interrupt, thus
avoiding an extra VMREAD (to query VM_EXIT_INTR_INFO) for all other
types of VM-Exit.

In addition to avoiding the extra VMREAD, checking the EXIT_REASON
instead of VM_EXIT_INTR_INFO makes it more obvious that
vmx_handle_external_intr() is called for all VM-Exits, e.g. someone
unfamiliar with the flow might wonder under what condition(s)
VM_EXIT_INTR_INFO does not contain a valid interrupt, which is
simply not possible since KVM always runs with "ack interrupt on exit".

WARN once if VM_EXIT_INTR_INFO doesn't contain a valid interrupt on
an EXTERNAL_INTERRUPT VM-Exit, as such a condition would indicate a
hardware bug.

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

kvm: nVMX: small cleanup in handle_exception

The reason for skipping handling of NMI and #MC in handle_exception is
the same, namely they are handled earlier by vmx_complete_atomic_exit.
Calling the machine check handler (which just returns 1) is misleading,
don't do it.

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

KVM: VMX: Fix handling of #MC that occurs during VM-Entry

A previous fix to prevent KVM from consuming stale VMCS state after a
failed VM-Entry inadvertantly blocked KVM's handling of machine checks
that occur during VM-Entry.

Per Intel's SDM, a #MC during VM-Entry is handled in one of three ways,
depending on when the #MC is recognoized.  As it pertains to this bug
fix, the third case explicitly states EXIT_REASON_MCE_DURING_VMENTRY
is handled like any other VM-Exit during VM-Entry, i.e. sets bit 31 to
indicate the VM-Entry failed.

If a machine-check event occurs during a VM entry, one of the following occurs:
 - The machine-check event is handled as if it occurred before the VM entry:
        ...
 - The machine-check event is handled after VM entry completes:
        ...
 - A VM-entry failure occurs as described in Section 26.7. The basic
   exit reason is 41, for "VM-entry failure due to machine-check event".

Explicitly handle EXIT_REASON_MCE_DURING_VMENTRY as a one-off case in
vmx_vcpu_run() instead of binning it into vmx_complete_atomic_exit().
Doing so allows vmx_vcpu_run() to handle VMX_EXIT_REASONS_FAILED_VMENTRY
in a sane fashion and also simplifies vmx_complete_atomic_exit() since
VMCS.VM_EXIT_INTR_INFO is guaranteed to be fresh.

Fixes: b060ca3b2e9e7 ("kvm: vmx: Handle VMLAUNCH/VMRESUME failure properly")
Cc: stable@vger.kernel.org
Signed-off-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Reviewed-by: Jim Mattson <jmattson@google.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: move MSR_IA32_POWER_CTL handling to common code

Make it available to AMD hosts as well, just in case someone is trying
to use an Intel processor's CPUID setup.

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

kvm: x86: offset is ensure to be in range

In function apic_mmio_write(), the offset has been checked in:

   * apic_mmio_in_range()
   * offset & 0xf

These two ensures offset is in range [0x010, 0xff0].

Signed-off-by: Wei Yang <richardw.yang@linux.intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

kvm: x86: use same convention to name kvm_lapic_{set,clear}_vector()

apic_clear_vector() is the counterpart of kvm_lapic_set_vector(),
while they have different naming convention.

Rename it and move together to arch/x86/kvm/lapic.h. Also fix one typo
in comment by hand.

Signed-off-by: Wei Yang <richardw.yang@linux.intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

kvm: x86: check kvm_apic_sw_enabled() is enough

On delivering irq to apic, we iterate on vcpu and do the check like
this:

    kvm_apic_present(vcpu)
    kvm_lapic_enabled(vpu)
        kvm_apic_present(vcpu) && kvm_apic_sw_enabled(vcpu->arch.apic)

Since we have already checked kvm_apic_present(), it is reasonable to
replace kvm_lapic_enabled() with kvm_apic_sw_enabled().

Signed-off-by: Wei Yang <richardw.yang@linux.intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

kvm: x86: add host poll control msrs

Add an MSRs which allows the guest to disable
host polling (specifically the cpuidle-haltpoll,
when performing polling in the guest, disables
host side polling).

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

kvm: vmx: segment limit check: use access length

There is an imperfection in get_vmx_mem_address(): access length is ignored
when checking the limit. To fix this, pass access length as a function argument.
The access length is usually obvious since it is used by callers after
get_vmx_mem_address() call, but for vmread/vmwrite it depends on the
state of 64-bit mode.

Signed-off-by: Eugene Korenevsky <ekorenevsky@gmail.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

kvm: vmx: fix limit checking in get_vmx_mem_address()

Intel SDM vol. 3, 5.3:
The processor causes a
general-protection exception (or, if the segment is SS, a stack-fault
exception) any time an attempt is made to access the following addresses
in a segment:
- A byte at an offset greater than the effective limit
- A word at an offset greater than the (effective-limit â€“ 1)
- A doubleword at an offset greater than the (effective-limit â€“ 3)
- A quadword at an offset greater than the (effective-limit â€“ 7)

Therefore, the generic limit checking error condition must be

exn = (off > limit + 1 - access_len) = (off + access_len - 1 > limit)

but not

exn = (off + access_len > limit)

as for now.

Also avoid integer overflow of `off` at 32-bit KVM by casting it to u64.

Note: access length is currently sizeof(u64) which is incorrect. This
will be fixed in the subsequent patch.

Signed-off-by: Eugene Korenevsky <ekorenevsky@gmail.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Add Intel CPUID.1F cpuid emulation support

Add support to expose Intel V2 Extended Topology Enumeration Leaf for
some new systems with multiple software-visible die within each package.

Because unimplemented and unexposed leaves should be explicitly reported
as zero, there is no need to limit cpuid.0.eax to the maximum value of
feature configuration but limit it to the highest leaf implemented in
the current code. A single clamping seems sufficient and cheaper.

Co-developed-by: Xiaoyao Li <xiaoyao.li@linux.intel.com>
Signed-off-by: Xiaoyao Li <xiaoyao.li@linux.intel.com>
Signed-off-by: Like Xu <like.xu@linux.intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: Use DR_TRAP_BITS instead of hard-coded 15

Make all code consistent with kvm_deliver_exception_payload() by using
appropriate symbolic constant instead of hard-coded number.

Reviewed-by: Nikita Leshenko <nikita.leshchenko@oracle.com>
Reviewed-by: Krish Sadhukhan <krish.sadhukhan@oracle.com>
Signed-off-by: Liran Alon <liran.alon@oracle.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: x86: clean up conditions for asynchronous page fault handling

Even when asynchronous page fault is disabled, KVM does not want to pause
the host if a guest triggers a page fault; instead it will put it into
an artificial HLT state that allows running other host processes while
allowing interrupt delivery into the guest.

However, the way this feature is triggered is a bit confusing.
First, it is not used for page faults while a nested guest is
running: but this is not an issue since the artificial halt
is completely invisible to the guest, either L1 or L2.  Second,
it is used even if kvm_halt_in_guest() returns true; in this case,
the guest probably should not pay the additional latency cost of the
artificial halt, and thus we should handle the page fault in a
completely synchronous way.

By introducing a new function kvm_can_deliver_async_pf, this patch
commonizes the code that chooses whether to deliver an async page fault
(kvm_arch_async_page_not_present) and the code that chooses whether a
page fault should be handled synchronously (kvm_can_do_async_pf).

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

kvm: Convert kvm_lock to a mutex

It doesn't seem as if there is any particular need for kvm_lock to be a
spinlock, so convert the lock to a mutex so that sleepable functions (in
particular cond_resched()) can be called while holding it.

Signed-off-by: Junaid Shahid <junaids@google.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: VMX: remove unneeded 'asm volatile ("")' from vmcs_write64

__vmcs_writel uses volatile asm, so there is no need to insert another
one between the first and the second call to __vmcs_writel in order
to prevent unwanted code moves for 32bit targets.

Signed-off-by: Uros Bizjak <ubizjak@gmail.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: irqchip: Use struct_size() in kzalloc()

One of the more common cases of allocation size calculations is finding
the size of a structure that has a zero-sized array at the end, along
with memory for some number of elements for that array. For example:

struct foo {
   int stuff;
   struct boo entry[];
};

instance = kzalloc(sizeof(struct foo) + count * sizeof(struct boo), GFP_KERNEL);

Instead of leaving these open-coded and prone to type mistakes, we can
now use the new struct_size() helper:

instance = kzalloc(struct_size(instance, entry, count), GFP_KERNEL);

This code was detected with the help of Coccinelle.

Signed-off-by: Gustavo A. R. Silva <gustavo@embeddedor.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

x86/kvm/VMX: drop bad asm() clobber from nested_vmx_check_vmentry_hw()

While upstream gcc doesn't detect conflicts on cc (yet), it really
should, and hence "cc" should not be specified for asm()-s also having
"=@cc<cond>" outputs. (It is quite pointless anyway to specify a "cc"
clobber in x86 inline assembly, since the compiler assumes it to be
always clobbered, and has no means [yet] to suppress this behavior.)

Signed-off-by: Jan Beulich <jbeulich@suse.com>
Fixes: bbc0b8239257 ("KVM: nVMX: Capture VM-Fail via CC_{SET,OUT} in nested early checks")
Reviewed-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

kvm: selftests: introduce aarch64_vcpu_add_default

This is the same as vm_vcpu_add_default, but it also takes a
kvm_vcpu_init struct pointer.

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

kvm: selftests: introduce aarch64_vcpu_setup

This allows aarch64 tests to run on more targets, such as the Arm
simulator that doesn't like KVM_ARM_TARGET_GENERIC_V8. And it also
allows aarch64 tests to provide vcpu features in struct kvm_vcpu_init.
Additionally it drops the unused memslot parameters.

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

kvm: selftests: hide vcpu_setup in processor code

This removes the processor-dependent arguments from vm_vcpu_add.

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

kvm: selftests: ucall improvements

Make sure we complete the I/O after determining we have a ucall,
which is I/O. Also allow the *uc parameter to optionally be NULL.
It's quite possible that a test case will only care about the
return value, like for example when looping on a check for
UCALL_DONE.

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

KVM: X86: Emulate MSR_IA32_MISC_ENABLE MWAIT bit

MSR IA32_MISC_ENABLE bit 18, according to SDM:

| When this bit is set to 0, the MONITOR feature flag is not set (CPUID.01H:ECX[bit 3] = 0).
| This indicates that MONITOR/MWAIT are not supported.
|
| Software attempts to execute MONITOR/MWAIT will cause #UD when this bit is 0.
|
| When this bit is set to 1 (default), MONITOR/MWAIT are supported (CPUID.01H:ECX[bit 3] = 1).

The CPUID.01H:ECX[bit 3] ought to mirror the value of the MSR bit,
CPUID.01H:ECX[bit 3] is a better guard than kvm_mwait_in_guest().
kvm_mwait_in_guest() affects the behavior of MONITOR/MWAIT, not its
guest visibility.

This patch implements toggling of the CPUID bit based on guest writes
to the MSR.

Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: Radim Krčmář <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Cc: Liran Alon <liran.alon@oracle.com>
Cc: Konrad Rzeszutek Wilk <konrad.wilk@oracle.com>
Signed-off-by: Wanpeng Li <wanpengli@tencent.com>
[Fixes for backwards compatibility - Paolo]
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: X86: Provide a capability to disable cstate msr read intercepts

Allow guest reads CORE cstate when exposing host CPU power management capabilities
to the guest. PKG cstate is restricted to avoid a guest to get the whole package
information in multi-tenant scenario.

Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: Radim Krčmář <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Cc: Liran Alon <liran.alon@oracle.com>
Signed-off-by: Wanpeng Li <wanpengli@tencent.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: Documentation: Add disable pause exits to KVM_CAP_X86_DISABLE_EXITS

Commit b31c114b (KVM: X86: Provide a capability to disable PAUSE intercepts)
forgot to add the KVM_X86_DISABLE_EXITS_PAUSE into api doc. This patch adds
it.

Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: Radim Krčmář <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Cc: Liran Alon <liran.alon@oracle.com>
Signed-off-by: Wanpeng Li <wanpengli@tencent.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

kvm: x86: refine kvm_get_arch_capabilities()

1. Using X86_FEATURE_ARCH_CAPABILITIES to enumerate the existence of
MSR_IA32_ARCH_CAPABILITIES to avoid using rdmsrl_safe().

2. Since kvm_get_arch_capabilities() is only used in this file, making
it static.

Signed-off-by: Xiaoyao Li <xiaoyao.li@linux.intel.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: Directly return result from kvm_arch_check_processor_compat()

Add a wrapper to invoke kvm_arch_check_processor_compat() so that the
boilerplate ugliness of checking virtualization support on all CPUs is
hidden from the arch specific code.  x86's implementation in particular
is quite heinous, as it unnecessarily propagates the out-param pattern
into kvm_x86_ops.

While the x86 specific issue could be resolved solely by changing
kvm_x86_ops, make the change for all architectures as returning a value
directly is prettier and technically more robust, e.g. s390 doesn't set
the out param, which could lead to subtle breakage in the (highly
unlikely) scenario where the out-param was not pre-initialized by the
caller.

Opportunistically annotate svm_check_processor_compat() with __init.

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

kvm: svm/avic: Do not send AVIC doorbell to self

AVIC doorbell is used to notify a running vCPU that interrupts
has been injected into the vCPU AVIC backing page. Current logic
checks only if a VCPU is running before sending a doorbell.
However, the doorbell is not necessary if the destination
CPU is itself.

Add logic to check currently running CPU before sending doorbell.

Signed-off-by: Suravee Suthikulpanit <suravee.suthikulpanit@amd.com>
Reviewed-by: Alexander Graf <graf@amazon.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: LAPIC: Optimize timer latency further

Advance lapic timer tries to hidden the hypervisor overhead between the
host emulated timer fires and the guest awares the timer is fired. However,
it just hidden the time between apic_timer_fn/handle_preemption_timer ->
wait_lapic_expire, instead of the real position of vmentry which is
mentioned in the orignial commit d0659d946be0 ("KVM: x86: add option to
advance tscdeadline hrtimer expiration"). There is 700+ cpu cycles between
the end of wait_lapic_expire and before world switch on my haswell desktop.

This patch tries to narrow the last gap(wait_lapic_expire -> world switch),
it takes the real overhead time between apic_timer_fn/handle_preemption_timer
and before world switch into consideration when adaptively tuning timer
advancement. The patch can reduce 40% latency (~1600+ cycles to ~1000+ cycles
on a haswell desktop) for kvm-unit-tests/tscdeadline_latency when testing
busy waits.

Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: Radim Krčmář <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Cc: Liran Alon <liran.alon@oracle.com>
Reviewed-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Wanpeng Li <wanpengli@tencent.com>
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>

KVM: LAPIC: Delay trace_kvm_wait_lapic_expire tracepoint to after vmexit

wait_lapic_expire() call was moved above guest_enter_irqoff() because of
its tracepoint, which violated the RCU extended quiescent state invoked
by guest_enter_irqoff()[1][2]. This patch simply moves the tracepoint
below guest_exit_irqoff() in vcpu_enter_guest(). Snapshot the delta before
VM-Enter, but trace it after VM-Exit. This can help us to move
wait_lapic_expire() just before vmentry in the later patch.

[1] Commit 8b89fe1f6c43 ("kvm: x86: move tracepoints outside extended quiescent state")
[2] https://patchwork.kernel.org/patch/7821111/

Cc: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>
Cc: Radim Krčmář <rkrcmar@redhat.com>
Cc: Liran Alon <liran.alon@oracle.com>
Suggested-by: Sean Christopherson <sean.j.christopherson@intel.com>
Signed-off-by: Wanpeng Li <wanpengli@tencent.com>
[Track whether wait_lapic_expire was called, and do not invoke the tracepoint
 if not. - Paolo]
Signed-off-by: Paolo Bonzini <pbonzini@redhat.com>