x86/vtx: Disable executable EPT superpages to work around CVE-2018-12207
authorAndrew Cooper <andrew.cooper3@citrix.com>
Thu, 20 Dec 2018 17:25:29 +0000 (17:25 +0000)
committerAndrew Cooper <andrew.cooper3@citrix.com>
Tue, 12 Nov 2019 17:15:38 +0000 (17:15 +0000)
CVE-2018-12207 covers a set of errata on various Intel processors, whereby a
machine check exception can be generated in a corner case when an executable
mapping changes size or cacheability without TLB invalidation.  HVM guest
kernels can trigger this to DoS the host.

To mitigate, in affected hardware, all EPT superpages are marked NX.  When an
instruction fetch violation is observed against the superpage, the superpage
is shattered to 4k and has execute permissions restored.  This prevents the
guest kernel from being able to create the necessary preconditions in the iTLB
to exploit the vulnerability.

This does come with a workload-dependent performance overhead, caused by
increased TLB pressure.  Performance can be restored, if guest kernels are
trusted not to mount an attack, by specifying ept=exec-sp on the command line.

This is part of XSA-304 / CVE-2018-12207

Signed-off-by: Andrew Cooper <andrew.cooper3@citrix.com>
Acked-by: George Dunlap <george.dunlap@citrix.com>
Reviewed-by: Jan Beulich <jbeulich@suse.com>
docs/misc/xen-command-line.markdown
xen/arch/x86/hvm/hvm.c
xen/arch/x86/hvm/vmx/vmcs.c
xen/arch/x86/hvm/vmx/vmx.c
xen/arch/x86/mm/p2m-ept.c
xen/include/asm-x86/hvm/vmx/vmx.h
xen/include/asm-x86/msr-index.h

index c63a07d29bdab0d7bffb241e89ba8f847a048518..684671cb7bba8dbb41d9273d0ba774ac515ffd2c 100644 (file)
@@ -828,7 +828,7 @@ effect the inverse meaning.
 >> set as UC.
 
 ### ept (Intel)
-> `= List of ( {no-}pml | {no-}ad )`
+> `= List of [ {no-}pml,  {no-}ad, {no-}exec-sp ]`
 
 Controls EPT related features.
 
@@ -851,6 +851,16 @@ Controls EPT related features.
 
 >> Have hardware keep accessed/dirty (A/D) bits updated.
 
+*   The `exec-sp` boolean controls whether EPT superpages with execute
+    permissions are permitted.  In general this is good for performance.
+
+    However, on processors vulnerable CVE-2018-12207, HVM guest kernels can
+    use executable superpages to crash the host.  By default, executable
+    superpages are disabled on affected hardware.
+
+    If HVM guest kernels are trusted not to mount a DoS against the system,
+    this option can enabled to regain performance.
+
 ### extra\_guest\_irqs
 > `= [<domU number>][,<dom0 number>]`
 
index f4a6a371499a9ae782883daac5705c97f05b1d78..19244349602aeebc1175d302f6fc349d42908974 100644 (file)
@@ -1706,6 +1706,7 @@ int hvm_hap_nested_page_fault(paddr_t gpa, unsigned long gla,
     struct p2m_domain *p2m, *hostp2m;
     int rc, fall_through = 0, paged = 0;
     int sharing_enomem = 0;
+    unsigned int page_order = 0;
     vm_event_request_t *req_ptr = NULL;
     bool_t ap2m_active, sync = 0;
 
@@ -1774,7 +1775,7 @@ int hvm_hap_nested_page_fault(paddr_t gpa, unsigned long gla,
     hostp2m = p2m_get_hostp2m(currd);
     mfn = get_gfn_type_access(hostp2m, gfn, &p2mt, &p2ma,
                               P2M_ALLOC | (npfec.write_access ? P2M_UNSHARE : 0),
-                              NULL);
+                              &page_order);
 
     if ( ap2m_active )
     {
@@ -1786,7 +1787,7 @@ int hvm_hap_nested_page_fault(paddr_t gpa, unsigned long gla,
             goto out;
         }
 
-        mfn = get_gfn_type_access(p2m, gfn, &p2mt, &p2ma, 0, NULL);
+        mfn = get_gfn_type_access(p2m, gfn, &p2mt, &p2ma, 0, &page_order);
     }
     else
         p2m = hostp2m;
@@ -1828,6 +1829,24 @@ int hvm_hap_nested_page_fault(paddr_t gpa, unsigned long gla,
             break;
         }
 
+        /*
+         * Workaround for XSA-304 / CVE-2018-12207.  If we take an execution
+         * fault against a non-executable superpage, shatter it to regain
+         * execute permissions.
+         */
+        if ( page_order > 0 && npfec.insn_fetch && npfec.present && !violation )
+        {
+            int res = p2m_set_entry(p2m, _gfn(gfn), mfn, PAGE_ORDER_4K,
+                                    p2mt, p2ma);
+
+            if ( res )
+                printk(XENLOG_ERR "Failed to shatter gfn %"PRI_gfn": %d\n",
+                       gfn, res);
+
+            rc = !res;
+            goto out_put_gfn;
+        }
+
         if ( violation )
         {
             /* Should #VE be emulated for this fault? */
index 493986e84a016e461342743b95cdce282f6aa2af..8821a3b5368e7672b7e169c5bb1d1f5926ea11a9 100644 (file)
@@ -67,6 +67,7 @@ integer_param("ple_window", ple_window);
 
 static bool_t __read_mostly opt_pml_enabled = 1;
 static s8 __read_mostly opt_ept_ad = -1;
+int8_t __read_mostly opt_ept_exec_sp = -1;
 
 /*
  * The 'ept' parameter controls functionalities that depend on, or impact the
@@ -94,6 +95,8 @@ static int __init parse_ept_param(const char *s)
             opt_pml_enabled = val;
         else if ( !cmdline_strcmp(s, "ad") )
             opt_ept_ad = val;
+        else if ( !cmdline_strcmp(s, "exec-sp") )
+            opt_ept_exec_sp = val;
         else
             rc = -EINVAL;
 
index 840dc2b44df8b92c9d9f400be3898d13f0e605ea..a568d62643bdb091d7600ee5f1b6bd873f46b8b0 100644 (file)
@@ -2415,6 +2415,102 @@ static void pi_notification_interrupt(struct cpu_user_regs *regs)
 static void __init lbr_tsx_fixup_check(void);
 static void __init bdw_erratum_bdf14_fixup_check(void);
 
+/*
+ * Calculate whether the CPU is vulnerable to Instruction Fetch page
+ * size-change MCEs.
+ */
+static bool __init has_if_pschange_mc(void)
+{
+    uint64_t caps = 0;
+
+    /*
+     * If we are virtualised, there is nothing we can do.  Our EPT tables are
+     * shadowed by our hypervisor, and not walked by hardware.
+     */
+    if ( cpu_has_hypervisor )
+        return false;
+
+    if ( boot_cpu_has(X86_FEATURE_ARCH_CAPS) )
+        rdmsrl(MSR_ARCH_CAPABILITIES, caps);
+
+    if ( caps & ARCH_CAPS_IF_PSCHANGE_MC_NO )
+        return false;
+
+    /*
+     * IF_PSCHANGE_MC is only known to affect Intel Family 6 processors at
+     * this time.
+     */
+    if ( boot_cpu_data.x86_vendor != X86_VENDOR_INTEL ||
+         boot_cpu_data.x86 != 6 )
+        return false;
+
+    switch ( boot_cpu_data.x86_model )
+    {
+        /*
+         * Core processors since at least Nehalem are vulnerable.
+         */
+    case 0x1f: /* Auburndale / Havendale */
+    case 0x1e: /* Nehalem */
+    case 0x1a: /* Nehalem EP */
+    case 0x2e: /* Nehalem EX */
+    case 0x25: /* Westmere */
+    case 0x2c: /* Westmere EP */
+    case 0x2f: /* Westmere EX */
+    case 0x2a: /* SandyBridge */
+    case 0x2d: /* SandyBridge EP/EX */
+    case 0x3a: /* IvyBridge */
+    case 0x3e: /* IvyBridge EP/EX */
+    case 0x3c: /* Haswell */
+    case 0x3f: /* Haswell EX/EP */
+    case 0x45: /* Haswell D */
+    case 0x46: /* Haswell H */
+    case 0x3d: /* Broadwell */
+    case 0x47: /* Broadwell H */
+    case 0x4f: /* Broadwell EP/EX */
+    case 0x56: /* Broadwell D */
+    case 0x4e: /* Skylake M */
+    case 0x5e: /* Skylake D */
+    case 0x55: /* Skylake-X / Cascade Lake */
+    case 0x8e: /* Kaby / Coffee / Whiskey Lake M */
+    case 0x9e: /* Kaby / Coffee / Whiskey Lake D */
+        return true;
+
+        /*
+         * Atom processors are not vulnerable.
+         */
+    case 0x1c: /* Pineview */
+    case 0x26: /* Lincroft */
+    case 0x27: /* Penwell */
+    case 0x35: /* Cloverview */
+    case 0x36: /* Cedarview */
+    case 0x37: /* Baytrail / Valleyview (Silvermont) */
+    case 0x4d: /* Avaton / Rangely (Silvermont) */
+    case 0x4c: /* Cherrytrail / Brasswell */
+    case 0x4a: /* Merrifield */
+    case 0x5a: /* Moorefield */
+    case 0x5c: /* Goldmont */
+    case 0x5d: /* SoFIA 3G Granite/ES2.1 */
+    case 0x65: /* SoFIA LTE AOSP */
+    case 0x5f: /* Denverton */
+    case 0x6e: /* Cougar Mountain */
+    case 0x75: /* Lightning Mountain */
+    case 0x7a: /* Gemini Lake */
+    case 0x86: /* Jacobsville */
+
+        /*
+         * Knights processors are not vulnerable.
+         */
+    case 0x57: /* Knights Landing */
+    case 0x85: /* Knights Mill */
+        return false;
+
+    default:
+        printk("Unrecognised CPU model %#x - assuming vulnerable to IF_PSCHANGE_MC\n",
+               boot_cpu_data.x86_model);
+        return true;
+    }
+}
+
 const struct hvm_function_table * __init start_vmx(void)
 {
     set_in_cr4(X86_CR4_VMXE);
@@ -2435,6 +2531,17 @@ const struct hvm_function_table * __init start_vmx(void)
      */
     if ( cpu_has_vmx_ept && (cpu_has_vmx_pat || opt_force_ept) )
     {
+        bool cpu_has_bug_pschange_mc = has_if_pschange_mc();
+
+        if ( opt_ept_exec_sp == -1 )
+        {
+            /* Default to non-executable superpages on vulnerable hardware. */
+            opt_ept_exec_sp = !cpu_has_bug_pschange_mc;
+
+            if ( cpu_has_bug_pschange_mc )
+                printk("VMX: Disabling executable EPT superpages due to CVE-2018-12207\n");
+        }
+
         vmx_function_table.hap_supported = 1;
         vmx_function_table.altp2m_supported = 1;
 
index ce46201d4590db78ec776e9a2baa2c7ac92d0017..93e08f89a2140c10f509540a5f1b92553ccd424f 100644 (file)
@@ -215,6 +215,12 @@ static void ept_p2m_type_to_flags(struct p2m_domain *p2m, ept_entry_t *entry,
             break;
     }
     
+    /*
+     * Don't create executable superpages if we need to shatter them to
+     * protect against CVE-2018-12207.
+     */
+    if ( !opt_ept_exec_sp && is_epte_superpage(entry) )
+        entry->x = 0;
 }
 
 #define GUEST_TABLE_MAP_FAILED  0
index 89619e4afdde0006410ae5adc9f6057a0ffca6cc..20eb7f608279470ca55ebda99572e11c058c3ddc 100644 (file)
@@ -28,6 +28,8 @@
 #include <asm/hvm/trace.h>
 #include <asm/hvm/vmx/vmcs.h>
 
+extern int8_t opt_ept_exec_sp;
+
 typedef union {
     struct {
         u64 r       :   1,  /* bit 0 - Read permission */
index b8151d2d9fb38bda5d9ed3acf8bd9cc11a53bc14..89ae3e03f11c6b30352831a8b1034b28464bf438 100644 (file)
@@ -54,6 +54,7 @@
 #define ARCH_CAPS_SKIP_L1DFL           (_AC(1, ULL) << 3)
 #define ARCH_CAPS_SSB_NO               (_AC(1, ULL) << 4)
 #define ARCH_CAPS_MDS_NO               (_AC(1, ULL) << 5)
+#define ARCH_CAPS_IF_PSCHANGE_MC_NO    (_AC(1, ULL) << 6)
 
 #define MSR_FLUSH_CMD                  0x0000010b
 #define FLUSH_CMD_L1D                  (_AC(1, ULL) << 0)