x86: allow 64-bit PV guest kernels to suppress user mode exposure of M2P
authorJan Beulich <jbeulich@suse.com>
Mon, 23 Mar 2015 15:51:14 +0000 (16:51 +0100)
committerJan Beulich <jbeulich@suse.com>
Mon, 23 Mar 2015 15:51:14 +0000 (16:51 +0100)
Xen L4 entries being uniformly installed into any L4 table and 64-bit
PV kernels running in ring 3 means that user mode was able to see the
read-only M2P presented by Xen to the guests. While apparently not
really representing an exploitable information leak, this still very
certainly was never meant to be that way.

Building on the fact that these guests already have separate kernel and
user mode page tables we can allow guest kernels to tell Xen that they
don't want user mode to see this table. We can't, however, do this by
default: There is no ABI requirement that kernel and user mode page
tables be separate. Therefore introduce a new VM-assist flag allowing
the guest to control respective hypervisor behavior:
- when not set, L4 tables get created with the respective slot blank,
  and whenever the L4 table gets used as a kernel one the missing
  mapping gets inserted,
- when set, L4 tables get created with the respective slot initialized
  as before, and whenever the L4 table gets used as a user one the
  mapping gets zapped.

Signed-off-by: Jan Beulich <jbeulich@suse.com>
Reviewed-by: Tim Deegan <tim@xen.org>
xen/arch/x86/domain.c
xen/arch/x86/domain_build.c
xen/arch/x86/mm.c
xen/arch/x86/mm/shadow/multi.c
xen/arch/x86/x86_64/mm.c
xen/include/asm-x86/config.h
xen/include/asm-x86/mm.h
xen/include/public/xen.h

index 04c189845d2088df2c953b595b424f7c83fca4fb..515b6c74e87c3bd898bee29d24d581e0d29eb3d4 100644 (file)
@@ -339,7 +339,7 @@ static int setup_compat_l4(struct vcpu *v)
 
     l4tab = __map_domain_page(pg);
     clear_page(l4tab);
-    init_guest_l4_table(l4tab, v->domain);
+    init_guest_l4_table(l4tab, v->domain, 1);
     unmap_domain_page(l4tab);
 
     v->arch.guest_table = pagetable_from_page(pg);
@@ -971,7 +971,11 @@ int arch_set_info_guest(
         case -EINTR:
             rc = -ERESTART;
         case -ERESTART:
+            break;
         case 0:
+            if ( !compat && !VM_ASSIST(d, VMASST_TYPE_m2p_strict) &&
+                 !paging_mode_refcounts(d) )
+                fill_ro_mpt(cr3_gfn);
             break;
         default:
             if ( cr3_page == current->arch.old_guest_table )
@@ -1006,7 +1010,10 @@ int arch_set_info_guest(
                 default:
                     if ( cr3_page == current->arch.old_guest_table )
                         cr3_page = NULL;
+                    break;
                 case 0:
+                    if ( VM_ASSIST(d, VMASST_TYPE_m2p_strict) )
+                        zap_ro_mpt(cr3_gfn);
                     break;
                 }
             }
index e5c845c3f50bc57d8dd5e9e8fd19d04d8f5dfc0e..287b93251b367918ab1bf9447cb5a8c4789462ea 100644 (file)
@@ -1203,7 +1203,7 @@ int __init construct_dom0(
         l3start = __va(mpt_alloc); mpt_alloc += PAGE_SIZE;
     }
     clear_page(l4tab);
-    init_guest_l4_table(l4tab, d);
+    init_guest_l4_table(l4tab, d, 0);
     v->arch.guest_table = pagetable_from_paddr(__pa(l4start));
     if ( is_pv_32on64_domain(d) )
         v->arch.guest_table_user = v->arch.guest_table;
index 45acfb50567334d721fa555b0844cce28066795c..87ed78ea2bc14ebff9751231e180aa6a491ead67 100644 (file)
@@ -1380,7 +1380,8 @@ static int alloc_l3_table(struct page_info *page)
     return rc > 0 ? 0 : rc;
 }
 
-void init_guest_l4_table(l4_pgentry_t l4tab[], const struct domain *d)
+void init_guest_l4_table(l4_pgentry_t l4tab[], const struct domain *d,
+                         bool_t zap_ro_mpt)
 {
     /* Xen private mappings. */
     memcpy(&l4tab[ROOT_PAGETABLE_FIRST_XEN_SLOT],
@@ -1395,6 +1396,25 @@ void init_guest_l4_table(l4_pgentry_t l4tab[], const struct domain *d)
         l4e_from_pfn(domain_page_map_to_mfn(l4tab), __PAGE_HYPERVISOR);
     l4tab[l4_table_offset(PERDOMAIN_VIRT_START)] =
         l4e_from_page(d->arch.perdomain_l3_pg, __PAGE_HYPERVISOR);
+    if ( zap_ro_mpt || is_pv_32on64_domain(d) || paging_mode_refcounts(d) )
+        l4tab[l4_table_offset(RO_MPT_VIRT_START)] = l4e_empty();
+}
+
+void fill_ro_mpt(unsigned long mfn)
+{
+    l4_pgentry_t *l4tab = map_domain_page(mfn);
+
+    l4tab[l4_table_offset(RO_MPT_VIRT_START)] =
+        idle_pg_table[l4_table_offset(RO_MPT_VIRT_START)];
+    unmap_domain_page(l4tab);
+}
+
+void zap_ro_mpt(unsigned long mfn)
+{
+    l4_pgentry_t *l4tab = map_domain_page(mfn);
+
+    l4tab[l4_table_offset(RO_MPT_VIRT_START)] = l4e_empty();
+    unmap_domain_page(l4tab);
 }
 
 static int alloc_l4_table(struct page_info *page)
@@ -1444,7 +1464,7 @@ static int alloc_l4_table(struct page_info *page)
         adjust_guest_l4e(pl4e[i], d);
     }
 
-    init_guest_l4_table(pl4e, d);
+    init_guest_l4_table(pl4e, d, !VM_ASSIST(d, VMASST_TYPE_m2p_strict));
     unmap_domain_page(pl4e);
 
     return rc > 0 ? 0 : rc;
@@ -2755,6 +2775,8 @@ int new_guest_cr3(unsigned long mfn)
 
     invalidate_shadow_ldt(curr, 0);
 
+    if ( !VM_ASSIST(d, VMASST_TYPE_m2p_strict) && !paging_mode_refcounts(d) )
+        fill_ro_mpt(mfn);
     curr->arch.guest_table = pagetable_from_pfn(mfn);
     update_cr3(curr);
 
@@ -3112,6 +3134,9 @@ long do_mmuext_op(
                                 op.arg1.mfn);
                     break;
                 }
+                if ( VM_ASSIST(d, VMASST_TYPE_m2p_strict) &&
+                     !paging_mode_refcounts(d) )
+                    zap_ro_mpt(op.arg1.mfn);
             }
 
             curr->arch.guest_table_user = pagetable_from_pfn(op.arg1.mfn);
index c82aa96682eba0ac21033223fd0231c10dfc47a9..6e0d03e94c21d89097332395b3a90ee1599e75b4 100644 (file)
@@ -1435,6 +1435,9 @@ void sh_install_xen_entries_in_l4(struct domain *d, mfn_t gl4mfn, mfn_t sl4mfn)
         shadow_l4e_from_mfn(page_to_mfn(d->arch.perdomain_l3_pg),
                             __PAGE_HYPERVISOR);
 
+    if ( !VM_ASSIST(d, VMASST_TYPE_m2p_strict) )
+        sl4e[shadow_l4_table_offset(RO_MPT_VIRT_START)] = shadow_l4e_empty();
+
     /* Shadow linear mapping for 4-level shadows.  N.B. for 3-level
      * shadows on 64-bit xen, this linear mapping is later replaced by the
      * monitor pagetable structure, which is built in make_monitor_table
@@ -3975,6 +3978,19 @@ sh_update_cr3(struct vcpu *v, int do_locking)
         /* PAGING_LEVELS==4 implies 64-bit, which means that
          * map_domain_page_global can't fail */
         BUG_ON(v->arch.paging.shadow.guest_vtable == NULL);
+        if ( !shadow_mode_external(d) && !is_pv_32on64_domain(d) )
+        {
+            shadow_l4e_t *sl4e = v->arch.paging.shadow.guest_vtable;
+
+            if ( (v->arch.flags & TF_kernel_mode) &&
+                 !VM_ASSIST(d, VMASST_TYPE_m2p_strict) )
+                sl4e[shadow_l4_table_offset(RO_MPT_VIRT_START)] =
+                    idle_pg_table[l4_table_offset(RO_MPT_VIRT_START)];
+            else if ( !(v->arch.flags & TF_kernel_mode) &&
+                      VM_ASSIST(d, VMASST_TYPE_m2p_strict) )
+                sl4e[shadow_l4_table_offset(RO_MPT_VIRT_START)] =
+                    shadow_l4e_empty();
+        }
     }
     else
         v->arch.paging.shadow.guest_vtable = __linear_l4_table;
index 6875c9277f3165357696435388de02eb0795f4d6..5c7006116fabad48f65a06c4a06761b0877597f3 100644 (file)
@@ -480,7 +480,7 @@ static int setup_m2p_table(struct mem_hotadd_info *info)
                 l2_ro_mpt += l2_table_offset(va);
             }
 
-            /* NB. Cannot be GLOBAL as shadow_mode_translate reuses this area. */
+            /* NB. Cannot be GLOBAL: guest user mode should not see it. */
             l2e_write(l2_ro_mpt, l2e_from_pfn(mfn,
                    /*_PAGE_GLOBAL|*/_PAGE_PSE|_PAGE_USER|_PAGE_PRESENT));
         }
@@ -583,7 +583,7 @@ void __init paging_init(void)
                        0x77, 1UL << L3_PAGETABLE_SHIFT);
 
                 ASSERT(!l2_table_offset(va));
-                /* NB. Cannot be GLOBAL as shadow_mode_translate reuses this area. */
+                /* NB. Cannot be GLOBAL: guest user mode should not see it. */
                 l3e_write(&l3_ro_mpt[l3_table_offset(va)],
                     l3e_from_page(l1_pg,
                         /*_PAGE_GLOBAL|*/_PAGE_PSE|_PAGE_USER|_PAGE_PRESENT));
@@ -621,7 +621,7 @@ void __init paging_init(void)
                       l3e_from_page(l2_pg, __PAGE_HYPERVISOR | _PAGE_USER));
             ASSERT(!l2_table_offset(va));
         }
-        /* NB. Cannot be GLOBAL as shadow_mode_translate reuses this area. */
+        /* NB. Cannot be GLOBAL: guest user mode should not see it. */
         if ( l1_pg )
             l2e_write(l2_ro_mpt, l2e_from_page(
                 l1_pg, /*_PAGE_GLOBAL|*/_PAGE_PSE|_PAGE_USER|_PAGE_PRESENT));
index 3569753da7a5355ef3cd0582123ca033f1824265..7700c779be8f53c0b51647040c2286944b808357 100644 (file)
@@ -346,7 +346,8 @@ extern unsigned long xen_phys_start;
 #define NATIVE_VM_ASSIST_VALID   ((1UL << VMASST_TYPE_4gb_segments)        | \
                                   (1UL << VMASST_TYPE_4gb_segments_notify) | \
                                   (1UL << VMASST_TYPE_writable_pagetables) | \
-                                  (1UL << VMASST_TYPE_pae_extended_cr3))
+                                  (1UL << VMASST_TYPE_pae_extended_cr3)    | \
+                                  (1UL << VMASST_TYPE_m2p_strict))
 #define VM_ASSIST_VALID          NATIVE_VM_ASSIST_VALID
 #define COMPAT_VM_ASSIST_VALID   (NATIVE_VM_ASSIST_VALID & \
                                   ((1UL << COMPAT_BITS_PER_LONG) - 1))
index 136f1c36b83b06c6bfdeb01395c140a65dfa0f20..d1f95c85d9394eaa4e9137f64e5d633a00715aa1 100644 (file)
@@ -318,7 +318,10 @@ static inline void *__page_to_virt(const struct page_info *pg)
 int free_page_type(struct page_info *page, unsigned long type,
                    int preemptible);
 
-void init_guest_l4_table(l4_pgentry_t[], const struct domain *);
+void init_guest_l4_table(l4_pgentry_t[], const struct domain *,
+                         bool_t zap_ro_mpt);
+void fill_ro_mpt(unsigned long mfn);
+void zap_ro_mpt(unsigned long mfn);
 
 int is_iomem_page(unsigned long mfn);
 
index a354f5c8d6f7ad840d23aa652a6c47be1779135f..c2daeb358988a7e326662c03a78ced659108ab09 100644 (file)
@@ -486,6 +486,18 @@ DEFINE_XEN_GUEST_HANDLE(mmuext_op_t);
 /* x86/PAE guests: support PDPTs above 4GB. */
 #define VMASST_TYPE_pae_extended_cr3     3
 
+/*
+ * x86/64 guests: strictly hide M2P from user mode.
+ * This allows the guest to control respective hypervisor behavior:
+ * - when not set, L4 tables get created with the respective slot blank,
+ *   and whenever the L4 table gets used as a kernel one the missing
+ *   mapping gets inserted,
+ * - when set, L4 tables get created with the respective slot initialized
+ *   as before, and whenever the L4 table gets used as a user one the
+ *   mapping gets zapped.
+ */
+#define VMASST_TYPE_m2p_strict           32
+
 #if __XEN_INTERFACE_VERSION__ < 0x00040600
 #define MAX_VMASST_TYPE                  3
 #endif