kvm: BIOS E820 memory map emulation

This patch adds BIOS E820 memory map emulation to KVM.

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm, bios: Rework BIOS setup

This is a really huge rework of our primitive BIOS emulator.

The initial idea was to implement stack management in BIOS
irq handlers. In turn it ends up in re-factoring of all BIOS
code.

Some code details
-----------------

1) BIOS stack is placed at predefined constant memory address.
2) BIOS stack is only 64 bytes deep. It must be enough even for
   future irq handlers.
3) To be able to place irq handlers at almost arbitrary place of
   guest memory their start address must be 16 byte aligned.
   This makes easy to compute irq routines local variables addresses.
4) To eliminate address relocations in irq handlers code we use a
   special loader script.

TODO
----

- Still needs e820 map implements, int15 is dummy at moment

P.S. Thanks H. Peter Anvin for advices.

[ penberg@cs.helsinki.fi: cleanups ]
Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>
Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

Exclude .cscope from .gitignore

Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

kvm, bios: Get rid of buggy int10 handler

At moment any BIOS code using which needs own stack
have to be remade. It's a bit not that easy task.

We're happily may live without int10 handler since we
switch to early_printk interface really early. And
actually we don't scan VGA memory anyway so that even
if there is something written we ignore the result.

Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

kvm: Cleanup struct boot_params setup

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Cleanup kvm__cpu_supports_vm()

This patch cleans up kvm__cpu_supports_vm() by unifying the VMX and SVM paths.

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Check for SVM extension being supported for AMD cpus

Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

kvm: Check vmx capability using cpuid

[ penberg@cs.helsinki.fi: use host_cpuid(), cleanups ]
Reported-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>
Signed-off-by: Asias He <asias.hejun@gmail.com>
Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Introduce '--kvm-dev' command line option

This patch introduces a '--kvm-dev' command line option for debugging purposes.

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Introduce 'make devices' target

This patch adds a 'make devices' target to Makefile that sets up KVM device if
one does not exist in '/dev/kvm'.

Suggested-by: Ingo Molnar <mingo@elte.hu>
Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Fix compilation warning

This patch fixes the following compilation warning:

  main.c: In function ‘main’:
  main.c:149: warning: label ‘out’ defined but not used

Reported-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>
Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Don't stop on ioport errors by default

This patch introduces a '--ioport-debug' option that preserves the old
stop-on-error behavior and changes the default to keep on running despite of
ioport errors. This allows Linux kernel to boot to VFS mount phase.

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Add '--params' to usage

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Add proper 00E0 ioport handling

We use 00E0 ioport for trapping to the hypervisor. This patch cleans up
handling of the ioport to call exit() in ioport emulation handler.

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Cleanup ioport_ops table

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Cleanup command line parsing

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Use 'nopci pci=off' kernel parameters by default

As pointed out by Cyrill, use 'nopci pci=off' by default to avoid the need for
emulating PCI.

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm, cpuid: Use logical AND on bit ops

Otherwise we may push cleaned bits back.

Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

kvm, cpuid: Fill up func 0 and 4

Retun "qemu64" largest function number and set
cpu to GenueIntel, fill up cache info and rename
cpuid to host_cpuid since we may need to distinguish
which cpuid (host or guest) is called.

Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

kvm: KVM_CAP_EXT_CPUID is required

Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

kvm, cpuid: Fix XSTOR and VMX compatibility in cpuid

Under virtual environment we don't support XSTOR and VMX features.

Reported-by: Asias He <asias.hejun.hj@gmail.com>
Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

kvm, tests: Use motherboard specific ports for testing

H. Peter Anvin suggested to use motherboard specific ports
for testing instead of ones well known. Thanks, Peter!

Reported-by: "H. Peter Anvin" <hpa@zytor.com>
Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

kvm: Add force exit from tests

To make so we write any value to port 0 and
start kvm in --dbgtest mode so we are expecting
for this exit.

Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

tests/pit: Increase PIT frequency up to 1KHz

Otherwise it's too boring ;)

Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

kvm: Check for HTL extension granted

We need it thought it seems it doesn't work in
all our testcases.

Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

kvm: Add 'check' target to Makefile

This patch adds a 'check' target to Makefile that can be used to run some
simple test cases.

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm, test: Improve PIT test output

This patch makes the PIT test output less verbose.

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Add .gitignore for tests

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Add Makefile for compiling all test cases

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

test/pit: Fill up IDT with noop handler

To cover all IRQs.

Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

tests/pit: Issue cli on ISR handling

Better to not allow any nested maskable IRQs
while we handle timer irq.

Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

kvm, test: Move PIT tests to separate directory

This patch moves PIT tests to separate directory and adds Makefile for it.

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm, test: add a counter to tick test in ISR

when the counter reaches zero, ISR print "TESK OK" then issue a hlt.

Reported-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>
Signed-off-by: Asias He <asias.hejun@gmail.com>
Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm, test: add PIT 8254 and PIC 8259 test code

8254 ticks at 100HZ.

Signed-off-by: Asias He <asias.hejun@gmail.com>
Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm__setup_sregs: fix indentation

Signed-off-by: Asias He <asias.hejun@gmail.com>
Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

early_printk: Simplify the code

Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

early_printk.c: add rep/outsb support

Signed-off-by: Asias He <asias.hejun@gmail.com>
Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

kvm: The command line storage should not be too short

At moment boot protocol may hold up to 2048 symbols
from command line we should provide the same compatibility
for --params option.

Reported-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>
Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

kvm: Append missing ending space for built-in command line

We have a predefined command line but when an user passes
additional parameters the last predefined argument and
first user's one get sticked together. Fix it by adding
ending space for built-in command line.

Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

kvm: Check for required KVM extensions in one place

Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

kvm: kvm__setup_sregs initialize more registers

This allow to boot bzImage

Signed-off-by: Asias He <asias.hejun@gmail.com>
Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

kvm: reimplement kvm__setup_sregs

It's better to get sregs which was initialized by kernel and change what
we need precisely. Actually vmx_vcpu_reset does the cpu initialization
before us.

This solves the problem of failing to run on x86-32 host kernel.

Signed-off-by: Asias He <asias.hejun@gmail.com>
Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

kvm__init: the kernel should support irq and pit

We rely on kenrnel being fresh enough since we're
not going to support non built-in IRQ routing and
PIT emulation.

Signed-off-by: Asias He <asias.hejun@gmail.com>
Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

kvm: remove unneccessary iotcl parameter

The last parameter of the following is unneccessary:

  ret = ioctl(self->vm_fd, KVM_SET_USER_MEMORY_REGION, &mem, 1);

as seen in linux-2.6.32.12/virt/kvm/kvm_main.c:

case KVM_SET_USER_MEMORY_REGION: {
        struct kvm_userspace_memory_region kvm_userspace_mem;

        r = -EFAULT;
        if (copy_from_user(&kvm_userspace_mem, argp,
                                        sizeof kvm_userspace_mem))
                goto out;

        r = kvm_vm_ioctl_set_memory_region(kvm, &kvm_userspace_mem, 1);
        if (r)
                goto out;
        break;
}

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Use strlcat helper for copying cmdline params

Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

kvm: Use PRIx qualificator for printf

In sake of portability better to use PRIx qualificator
for printf flags.

Reported-by: Asias He <asias.hejun@gmail.com>
Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

bios: No new line at EOF nit fix

Signed-off-by: Asias He <asias.hejun@gmail.com>
Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

kvm: Fix .gitignore patterns

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Print error code on unknown error

Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

Change __x86_x__ to CONFIG_X86_X

Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

kvm: Flush stdout for early printk

Make sure we flush stdout for early printk so that we can see what's really
going on when a kernel gets stuck.

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Dump state on SIGQUIT

This patch adds state dumping to SIGQUIT signal handler to make debugging
infinite loops easier.  If a kernel gets stuck under KVM, you can press Ctrl-4
and then use 'addr2line' to figure out the exact location where it's stuck from
the reported 'rip':

  ^\[    0.000000] Calibrating delay loop... Registers:
   rip: ffffffff816a0c83   rsp: ffffffff81c01eb8 flags: 0000000000000246
   rax: 00000000ffff8ad0   rbx: ffffffff81d541a0   rcx: 00000000ffffffff
   rdx: 00000000ffff8ad0   rsi: 0000000000000046   rdi: 0000000000002000
   rbp: ffffffff81c01f28   r8:  00000000000003fd   r9:  0000000000000000
   r10: 0000000000000000   r11: 000000000000000d   r12: ffffffff81d56d20
   r13: 0000000000000000   r14: ffffffffffffffff   r15: 0000000000013690
   cr0: 000000008005003b   cr2: 0000000000000000   cr3: 0000000001c08000
   cr4: 00000000000006b0   cr8: 0000000000000000
  Segment registers:
   register  selector  base              limit     type  p dpl db s l g avl
   cs        0010      0000000000000000  ffffffff  0b    1 0   0  1 1 1 0
   ss        0000      0000000000000000  ffffffff  00    0 0   0  0 0 0 0
   ds        0000      0000000000000000  ffffffff  00    0 0   0  0 0 0 0
   es        0000      0000000000000000  ffffffff  00    0 0   0  0 0 0 0
   fs        0000      0000000000000000  ffffffff  00    0 0   0  0 0 0 0
   gs        0000      ffff880002000000  ffffffff  00    0 0   0  0 0 0 0
   tr        0040      ffff880002011bc0  00002087  0b    1 0   0  0 0 0 0
   ldt       0000      0000000000000000  ffffffff  00    0 0   0  0 0 0 0
   gdt                 ffff880002004000  0000007f
   idt                 ffffffff81de9000  00000fff
   [ efer: 0000000000000d01  apic base: 0000000000000000  nmi: enabled ]
  Interrupt bitmap:
   0000000000000000 0000000000000000 0000000000000000 0000000000000000
  Code:
  Stack:
  penberg@tiger:~/vm$ addr2line -e vmlinux
  0xffffffff816a0c83
  /home/penberg/linux/init/calibrate.c:149

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Don't touch 64 bit specific MSR registers on 32 bit

Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>
Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Set more fields in boot protocol

Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

kvm: Command line update must honor ABI

This is a part of boot protocol, so that we
must honor it.

Reported-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>
Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

Makefile: Add cpu specific definition

We need to figure out what kind of cpu we're
going to run on for bios code.

Suggested-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>
Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

kvm: Kill the bin2c helper

Instead of calling bin2c helper we just include 16-bit pure code with .incbin
and export the symbols we need.

Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>
Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Add more default kernel command line parameters

We dont support ACPI, APIC, SMP yet, mark it so.

Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

Merge branch 'master' of git://github.com/cyrillos/vm

kvm: Clean up early serial code

Use similar constants and variable names as in arch/x86/kernel/early_printk.c
in the Linux kernel.

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

ioport: Make all PIT channels being dummy

Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

kvm: Force 'notsc' and 'earlyprintk' kernel parameters

We don't support TSC calibration properly and we want early printk so force
them as kernel parameters.

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Add support for early serial printk

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Make command line to be placed at predefined address

We support only 0x202 boot protocol at moment so that kernel command line is
copied into predefined address.

Reported-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>
Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>
Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Fix minor formatting glitch in cpuid.c

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Fix off-by-one bugs in kvm__setup_cpuid()

The cpuid_highest_func() and cpuid_highest_ext_func() return the highest
possible function number, not the first non-existing function.

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Ignore keyboard controller ioports

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Ignore PIT ioports

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Ignore dummy delay ioport

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Ignore CRT control ioports

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Ignore CMOS RAM/RTC ioports

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Ignore PIC accesses

Fix up some dummy ioport ops so that we don't stop on PIC setup code in the
kernel.

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Ignore MMIO accesses

Lets cheat some more and ignore MMIO accesses altogether.

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Ignore PCI config space accesses

Lets try to cheat a bit and just flat out ignore PCI config space accesses.

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Don't crash debug dump if address isn't in guest memory

We don't do MMU translation in the hypevisor for guest memory addresses which
causes us to try to dereference invalid pointers.  Work around the problem by
checking that a pointer is in guest memory before dumping the contents.

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Set up MAXPHYADDR guest CPUID

As explained by Avi Kivity, we need to set up MAXPHYADDR for the guest to avoid
a triple fault when the guest tries to enter long mode. This fixes the
KVM_EXIT_SHUTDOWN problem I was seeing on my machine.

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Dump page tables at exit

To make debugging more easy, dump page tables at exit as suggested by Avi
Kivity.

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Dump stack on KVM oops

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Show gdt and idt registers

As suggested by Avi Kivity, dump 'gdt' and 'idt' registers as well.

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Reference to undefined variable

We may have cmdline_size not initialized before use. Fix it.

Reported-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>
Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>
Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Add .gitignore for bios build files

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Setup VCPU MSRs

Use the KVM_SET_MSRS ioctl() to set up model-specific registers (MSRs) to a
known state.  The MSRs are initialized to zero for now because I'm not sure
what are the right values.

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Clean up kvm__reset_vcpu() function

This patch splits kvm__reset_vcpu() into three separate helper functions to
make the function more readable.

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Add test binaries to .gitignore

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Clean up Makefile output

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Update command line related enitites in boot parameters

Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

kvm: Add copying of kernel command line into guest memory

We will need to modify heap pointer in guest.

Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

bios: Add bios stubs generated from assembly files

We substitute hardcoded fake bios handlers with ones generated
from assembly sources. This way we may extend them if needed.

In particular new int0x10 handler just write output into video
guest memory so the node machine may read the output anytime
it needs (though, to be fair, the kernel uses int0x10 only once
at bootup procedure if there was an attempt to boot directly
from disk/floppy, any other output is done via video port I/O
which is not implemented yet).

Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

interrupt: Move bios related constants to kvm/bios.h

This will allow us to share them between assembly code
and C code as well.

Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

kvm: Introduce kvm__dump_mem helper

Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

interrupt: Add interrupt_table__set helper

In case if some particular interrupt entry needs
to be modified we should use interrupt_table__set
helper.

Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

bios: Add simple bin2c converter

We will need it to convert binary data into compilable C code.
It's pretty trivial.

Signed-off-by: Tobias Brox <tobixen@gmail.com>
Signed-off-by: Cyrill Gorcunov <gorcunov@gmail.com>

kvm: Free memory on exit

Free memory on exit so that valgrind reports are easier to read.

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Fix protected mode code dump

This patch fixes protected mode code dump not to take 16-bit segment selector
into account when calculating the guest flat address.

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Ignore PIC init during boot

We don't have interrupt injection so we can safely ignore PIC interrupt masking
during bootup.

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Ignore math co-processor reset I/O writes

The Linux kernel resets math co-processor when entering protected mode.  Ignore
the reset for now so kernel boot doesn't stop there.

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Setup guest FPU state

Use the KVM_SET_FPU ioctl() to set up guest initial FPU state.

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Remove unused cpu.c file

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Add simple NMI enable/disable support

This patch adds simple NMI I/O port emulation.

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>

kvm: Don't abort guest on KVM_EXIT_IO

This is a preparational step for emulating IO.

Signed-off-by: Pekka Enberg <penberg@cs.helsinki.fi>