]> xenbits.xensource.com Git - xen.git/commitdiff
x86/pv: Don't have %cr4.fsgsbase active behind a guest kernels back
authorAndrew Cooper <andrew.cooper3@citrix.com>
Tue, 5 Mar 2019 14:31:44 +0000 (15:31 +0100)
committerJan Beulich <jbeulich@suse.com>
Tue, 5 Mar 2019 14:31:44 +0000 (15:31 +0100)
Currently, a 64bit PV guest can appear to set and clear FSGSBASE in %cr4, but
the bit remains set in hardware.  Therefore, the {RD,WR}{FS,GS}BASE are usable
even when the guest kernel believes that they are disabled.

The FSGSBASE feature isn't currently supported in Linux, and its context
switch path has some optimisations which rely on userspace being unable to use
the WR{FS,GS}BASE instructions.  Xen's current behaviour undermines this
expectation.

In 64bit PV guest context, always load the guest kernels setting of FSGSBASE
into %cr4.  This requires adjusting how Xen uses the {RD,WR}{FS,GS}BASE
instructions.

 * Delete the cpu_has_fsgsbase helper.  It is no longer safe, as users need to
   check %cr4 directly.
 * The raw __rd{fs,gs}base() helpers are only safe to use when %cr4.fsgsbase
   is set.  Comment this property.
 * The {rd,wr}{fs,gs}{base,shadow}() and read_msr() helpers are updated to use
   the current %cr4 value to determine which mechanism to use.
 * toggle_guest_mode() and save_segments() are update to avoid reading
   fs/gsbase if the values in hardware cannot be stale WRT struct vcpu.  A
   consequence of this is that the write_cr() path needs to cache the current
   bases, as subsequent context switches will skip saving the values.
 * write_cr4() is updated to ensure that the shadow %cr4.fsgsbase value is
   observed in a safe way WRT the hardware setting, if an interrupt happens to
   hit in the middle.
 * load_segments() is updated to use the VMLOAD optimisation if FSGSBASE is
   unavailable, even if only gs_shadow needs updating.  As a minor perf
   improvement, check cpu_has_svm first to short circuit a context-dependent
   conditional on Intel hardware.
 * pv_make_cr4() is updated for 64bit PV guests to use the guest kernels
   choice of FSGSBASE.

This is part of XSA-293.

Reported-by: Andy Lutomirski <luto@kernel.org>
Signed-off-by: Andrew Cooper <andrew.cooper3@citrix.com>
Reviewed-by: Jan Beulich <jbeulich@suse.com>
master commit: eccc170053e46b4ab1d9e7485c09e210be15bbd7
master date: 2019-03-05 13:54:05 +0100

xen/arch/x86/domain.c
xen/arch/x86/setup.c
xen/arch/x86/traps.c
xen/arch/x86/x86_64/traps.c
xen/include/asm-x86/cpufeature.h
xen/include/asm-x86/msr.h
xen/include/asm-x86/processor.h

index e9b95e41746a2824326c93e9f927d213870c3977..b1e2cfa27eae0c82c4a05915a7e392d4e11b30a7 100644 (file)
@@ -441,6 +441,16 @@ unsigned long pv_make_cr4(const struct vcpu *v)
     if ( d->arch.vtsc || (v->arch.pv_vcpu.ctrlreg[4] & X86_CR4_TSD) )
         cr4 |= X86_CR4_TSD;
 
+    /*
+     * The {RD,WR}{FS,GS}BASE are only useable in 64bit code segments.  While
+     * we must not have CR4.FSGSBASE set behind the back of a 64bit PV kernel,
+     * we do leave it set in 32bit PV context to speed up Xen's context switch
+     * path.
+     */
+    if ( !is_pv_32bit_domain(d) &&
+         !(v->arch.pv_vcpu.ctrlreg[4] & X86_CR4_FSGSBASE) )
+        cr4 &= ~X86_CR4_FSGSBASE;
+
     return cr4;
 }
 
@@ -1987,7 +1997,8 @@ static void save_segments(struct vcpu *v)
     regs->fs = read_sreg(fs);
     regs->gs = read_sreg(gs);
 
-    if ( cpu_has_fsgsbase && !is_pv_32bit_vcpu(v) )
+    /* %fs/%gs bases can only be stale if WR{FS,GS}BASE are usable. */
+    if ( (read_cr4() & X86_CR4_FSGSBASE) && !is_pv_32bit_vcpu(v) )
     {
         v->arch.pv_vcpu.fs_base = __rdfsbase();
         if ( v->arch.flags & TF_kernel_mode )
index bf5ed1fd3380df8c75a28e38360f3a90940157ef..40af7e65d4f7eeb6567a4de5fcf84b20afc461f9 100644 (file)
@@ -1510,7 +1510,7 @@ void __init noreturn __start_xen(unsigned long mbi_p)
 
     cr4_pv32_mask = mmu_cr4_features & XEN_CR4_PV32_BITS;
 
-    if ( cpu_has_fsgsbase )
+    if ( boot_cpu_has(X86_FEATURE_FSGSBASE) )
         set_in_cr4(X86_CR4_FSGSBASE);
 
     if ( opt_invpcid && cpu_has_invpcid )
index dc5a0d643e12f5e3626f3ee44abd94bde3b28b5e..2f9f75f7be88b264004130fc0f504adf36f30eb8 100644 (file)
@@ -2486,6 +2486,17 @@ static int priv_op_write_cr(unsigned int reg, unsigned long val,
     }
 
     case 4: /* Write CR4 */
+        /*
+         * If this write will disable FSGSBASE, refresh Xen's idea of the
+         * guest bases now that they can no longer change.
+         */
+        if ( (curr->arch.pv_vcpu.ctrlreg[4] & X86_CR4_FSGSBASE) &&
+             !(val & X86_CR4_FSGSBASE) )
+        {
+            curr->arch.pv_vcpu.fs_base = __rdfsbase();
+            curr->arch.pv_vcpu.gs_base_kernel = __rdgsbase();
+        }
+
         curr->arch.pv_vcpu.ctrlreg[4] = pv_fixup_guest_cr4(curr, val);
         write_cr4(pv_make_cr4(curr));
         ctxt_switch_levelling(curr);
@@ -2526,14 +2537,15 @@ static int priv_op_read_msr(unsigned int reg, uint64_t *val,
     case MSR_FS_BASE:
         if ( is_pv_32bit_domain(currd) )
             break;
-        *val = cpu_has_fsgsbase ? __rdfsbase() : curr->arch.pv_vcpu.fs_base;
+        *val = (read_cr4() & X86_CR4_FSGSBASE) ? __rdfsbase()
+                                               : curr->arch.pv_vcpu.fs_base;
         return X86EMUL_OKAY;
 
     case MSR_GS_BASE:
         if ( is_pv_32bit_domain(currd) )
             break;
-        *val = cpu_has_fsgsbase ? __rdgsbase()
-                                : curr->arch.pv_vcpu.gs_base_kernel;
+        *val = (read_cr4() & X86_CR4_FSGSBASE) ? __rdgsbase()
+                                               : curr->arch.pv_vcpu.gs_base_kernel;
         return X86EMUL_OKAY;
 
     case MSR_SHADOW_GS_BASE:
index 8a06b21b026026f33655d2534fe4a341a7f14557..67a999364102be56ce3ecb38f8a2b1e7861d6946 100644 (file)
@@ -266,7 +266,9 @@ void toggle_guest_mode(struct vcpu *v)
 {
     if ( is_pv_32bit_vcpu(v) )
         return;
-    if ( cpu_has_fsgsbase )
+
+    /* %fs/%gs bases can only be stale if WR{FS,GS}BASE are usable. */
+    if ( read_cr4() & X86_CR4_FSGSBASE )
     {
         if ( v->arch.flags & TF_kernel_mode )
             v->arch.pv_vcpu.gs_base_kernel = __rdgsbase();
index ff6f969e746fa4286383f426aaa92510f60f2ce3..50432311ea3c4a9f2b39dd38bc09058d9b53fdac 100644 (file)
@@ -84,7 +84,6 @@
 #define cpu_has_xsaves          boot_cpu_has(X86_FEATURE_XSAVES)
 
 /* CPUID level 0x00000007:0.ebx */
-#define cpu_has_fsgsbase        boot_cpu_has(X86_FEATURE_FSGSBASE)
 #define cpu_has_bmi1            boot_cpu_has(X86_FEATURE_BMI1)
 #define cpu_has_hle             boot_cpu_has(X86_FEATURE_HLE)
 #define cpu_has_avx2            boot_cpu_has(X86_FEATURE_AVX2)
index 8d4de61d09bc4e2d945b466e80056bbc8f42f9f8..fe6d5a0e6d6a029b1cd4378a8f4e0c70f070469c 100644 (file)
@@ -120,6 +120,14 @@ static inline uint64_t rdtsc_ordered(void)
                          : "=a" (low), "=d" (high) \
                          : "c" (counter))
 
+/*
+ * On hardware supporting FSGSBASE, the value loaded into hardware is the
+ * guest kernel's choice for 64bit PV guests (Xen's choice for Idle, HVM and
+ * 32bit PV).
+ *
+ * Therefore, the {RD,WR}{FS,GS}BASE instructions are only safe to use if
+ * %cr4.fsgsbase is set.
+ */
 static inline unsigned long __rdfsbase(void)
 {
     unsigned long base;
@@ -150,7 +158,7 @@ static inline unsigned long rdfsbase(void)
 {
     unsigned long base;
 
-    if ( cpu_has_fsgsbase )
+    if ( read_cr4() & X86_CR4_FSGSBASE )
         return __rdfsbase();
 
     rdmsrl(MSR_FS_BASE, base);
@@ -162,7 +170,7 @@ static inline unsigned long rdgsbase(void)
 {
     unsigned long base;
 
-    if ( cpu_has_fsgsbase )
+    if ( read_cr4() & X86_CR4_FSGSBASE )
         return __rdgsbase();
 
     rdmsrl(MSR_GS_BASE, base);
@@ -172,7 +180,7 @@ static inline unsigned long rdgsbase(void)
 
 static inline void wrfsbase(unsigned long base)
 {
-    if ( cpu_has_fsgsbase )
+    if ( read_cr4() & X86_CR4_FSGSBASE )
 #ifdef HAVE_GAS_FSGSBASE
         asm volatile ( "wrfsbase %0" :: "r" (base) );
 #else
@@ -184,7 +192,7 @@ static inline void wrfsbase(unsigned long base)
 
 static inline void wrgsbase(unsigned long base)
 {
-    if ( cpu_has_fsgsbase )
+    if ( read_cr4() & X86_CR4_FSGSBASE )
 #ifdef HAVE_GAS_FSGSBASE
         asm volatile ( "wrgsbase %0" :: "r" (base) );
 #else
index da42e842b43d3866c85085516b18c4f7a707a470..44873477131159a7b274eb79da8082023dbdca2a 100644 (file)
@@ -306,11 +306,31 @@ static inline unsigned long read_cr4(void)
 
 static inline void write_cr4(unsigned long val)
 {
+    struct cpu_info *info = get_cpu_info();
+
     /* No global pages in case of PCIDs enabled! */
     ASSERT(!(val & X86_CR4_PGE) || !(val & X86_CR4_PCIDE));
 
-    get_cpu_info()->cr4 = val;
-    asm volatile ( "mov %0,%%cr4" : : "r" (val) );
+    /*
+     * On hardware supporting FSGSBASE, the value in %cr4 is the kernel's
+     * choice for 64bit PV guests, which impacts whether Xen can use the
+     * instructions.
+     *
+     * The {rd,wr}{fs,gs}base() helpers use info->cr4 to work out whether it
+     * is safe to execute the {RD,WR}{FS,GS}BASE instruction, falling back to
+     * the MSR path if not.  Some users require interrupt safety.
+     *
+     * If FSGSBASE is currently or about to become clear, reflect this in
+     * info->cr4 before updating %cr4, so an interrupt which hits in the
+     * middle won't observe FSGSBASE set in info->cr4 but clear in %cr4.
+     */
+    info->cr4 = val & (info->cr4 | ~X86_CR4_FSGSBASE);
+
+    asm volatile ( "mov %[val], %%cr4"
+                   : "+m" (info->cr4) /* Force ordering without a barrier. */
+                   : [val] "r" (val) );
+
+    info->cr4 = val;
 }
 
 /* Clear and set 'TS' bit respectively */