]> git.proxmox.com Git - mirror_edk2.git/blobdiff - MdeModulePkg/Core/DxeIplPeim/X64/VirtualMemory.c
MdeModulePkg/DxeIpl: Mark page table as read-only
[mirror_edk2.git] / MdeModulePkg / Core / DxeIplPeim / X64 / VirtualMemory.c
index 7f6314451028cc763613f132857f754cbc9c7b92..26116e420ca4f1c7873a4f4b2ca9fc67058e8fcc 100644 (file)
@@ -31,6 +31,11 @@ WITHOUT WARRANTIES OR REPRESENTATIONS OF ANY KIND, EITHER EXPRESS OR IMPLIED.
 #include "DxeIpl.h"\r
 #include "VirtualMemory.h"\r
 \r
+//\r
+// Global variable to keep track current available memory used as page table.\r
+//\r
+PAGE_TABLE_POOL   *mPageTablePool = NULL;\r
+\r
 /**\r
   Clear legacy memory located at the first 4K-page, if available.\r
 \r
@@ -150,6 +155,110 @@ ToSplitPageTable (
 \r
   return FALSE;\r
 }\r
+/**\r
+  Initialize a buffer pool for page table use only.\r
+\r
+  To reduce the potential split operation on page table, the pages reserved for\r
+  page table should be allocated in the times of PAGE_TABLE_POOL_UNIT_PAGES and\r
+  at the boundary of PAGE_TABLE_POOL_ALIGNMENT. So the page pool is always\r
+  initialized with number of pages greater than or equal to the given PoolPages.\r
+\r
+  Once the pages in the pool are used up, this method should be called again to\r
+  reserve at least another PAGE_TABLE_POOL_UNIT_PAGES. But usually this won't\r
+  happen in practice.\r
+\r
+  @param PoolPages  The least page number of the pool to be created.\r
+\r
+  @retval TRUE    The pool is initialized successfully.\r
+  @retval FALSE   The memory is out of resource.\r
+**/\r
+BOOLEAN\r
+InitializePageTablePool (\r
+  IN UINTN           PoolPages\r
+  )\r
+{\r
+  VOID          *Buffer;\r
+\r
+  //\r
+  // Always reserve at least PAGE_TABLE_POOL_UNIT_PAGES, including one page for\r
+  // header.\r
+  //\r
+  PoolPages += 1;   // Add one page for header.\r
+  PoolPages = ((PoolPages - 1) / PAGE_TABLE_POOL_UNIT_PAGES + 1) *\r
+              PAGE_TABLE_POOL_UNIT_PAGES;\r
+  Buffer = AllocateAlignedPages (PoolPages, PAGE_TABLE_POOL_ALIGNMENT);\r
+  if (Buffer == NULL) {\r
+    DEBUG ((DEBUG_ERROR, "ERROR: Out of aligned pages\r\n"));\r
+    return FALSE;\r
+  }\r
+\r
+  //\r
+  // Link all pools into a list for easier track later.\r
+  //\r
+  if (mPageTablePool == NULL) {\r
+    mPageTablePool = Buffer;\r
+    mPageTablePool->NextPool = mPageTablePool;\r
+  } else {\r
+    ((PAGE_TABLE_POOL *)Buffer)->NextPool = mPageTablePool->NextPool;\r
+    mPageTablePool->NextPool = Buffer;\r
+    mPageTablePool = Buffer;\r
+  }\r
+\r
+  //\r
+  // Reserve one page for pool header.\r
+  //\r
+  mPageTablePool->FreePages  = PoolPages - 1;\r
+  mPageTablePool->Offset = EFI_PAGES_TO_SIZE (1);\r
+\r
+  return TRUE;\r
+}\r
+\r
+/**\r
+  This API provides a way to allocate memory for page table.\r
+\r
+  This API can be called more than once to allocate memory for page tables.\r
+\r
+  Allocates the number of 4KB pages and returns a pointer to the allocated\r
+  buffer. The buffer returned is aligned on a 4KB boundary.\r
+\r
+  If Pages is 0, then NULL is returned.\r
+  If there is not enough memory remaining to satisfy the request, then NULL is\r
+  returned.\r
+\r
+  @param  Pages                 The number of 4 KB pages to allocate.\r
+\r
+  @return A pointer to the allocated buffer or NULL if allocation fails.\r
+\r
+**/\r
+VOID *\r
+AllocatePageTableMemory (\r
+  IN UINTN           Pages\r
+  )\r
+{\r
+  VOID          *Buffer;\r
+\r
+  if (Pages == 0) {\r
+    return NULL;\r
+  }\r
+\r
+  //\r
+  // Renew the pool if necessary.\r
+  //\r
+  if (mPageTablePool == NULL ||\r
+      Pages > mPageTablePool->FreePages) {\r
+    if (!InitializePageTablePool (Pages)) {\r
+      return NULL;\r
+    }\r
+  }\r
+\r
+  Buffer = (UINT8 *)mPageTablePool + mPageTablePool->Offset;\r
+\r
+  mPageTablePool->Offset     += EFI_PAGES_TO_SIZE (Pages);\r
+  mPageTablePool->FreePages  -= Pages;\r
+\r
+  return Buffer;\r
+}\r
+\r
 /**\r
   Split 2M page to 4K.\r
 \r
@@ -177,7 +286,7 @@ Split2MPageTo4K (
   //\r
   AddressEncMask = PcdGet64 (PcdPteMemoryEncryptionAddressOrMask) & PAGING_1G_ADDRESS_MASK_64;\r
 \r
-  PageTableEntry = AllocatePages (1);\r
+  PageTableEntry = AllocatePageTableMemory (1);\r
   ASSERT (PageTableEntry != NULL);\r
 \r
   //\r
@@ -238,7 +347,7 @@ Split1GPageTo2M (
   //\r
   AddressEncMask = PcdGet64 (PcdPteMemoryEncryptionAddressOrMask) & PAGING_1G_ADDRESS_MASK_64;\r
 \r
-  PageDirectoryEntry = AllocatePages (1);\r
+  PageDirectoryEntry = AllocatePageTableMemory (1);\r
   ASSERT (PageDirectoryEntry != NULL);\r
 \r
   //\r
@@ -265,6 +374,184 @@ Split1GPageTo2M (
   }\r
 }\r
 \r
+/**\r
+  Set one page of page table pool memory to be read-only.\r
+\r
+  @param[in] PageTableBase    Base address of page table (CR3).\r
+  @param[in] Address          Start address of a page to be set as read-only.\r
+  @param[in] Level4Paging     Level 4 paging flag.\r
+\r
+**/\r
+VOID\r
+SetPageTablePoolReadOnly (\r
+  IN  UINTN                             PageTableBase,\r
+  IN  EFI_PHYSICAL_ADDRESS              Address,\r
+  IN  BOOLEAN                           Level4Paging\r
+  )\r
+{\r
+  UINTN                 Index;\r
+  UINTN                 EntryIndex;\r
+  UINT64                AddressEncMask;\r
+  EFI_PHYSICAL_ADDRESS  PhysicalAddress;\r
+  UINT64                *PageTable;\r
+  UINT64                *NewPageTable;\r
+  UINT64                PageAttr;\r
+  UINT64                LevelSize[5];\r
+  UINT64                LevelMask[5];\r
+  UINTN                 LevelShift[5];\r
+  UINTN                 Level;\r
+  UINT64                PoolUnitSize;\r
+\r
+  ASSERT (PageTableBase != 0);\r
+\r
+  //\r
+  // Since the page table is always from page table pool, which is always\r
+  // located at the boundary of PcdPageTablePoolAlignment, we just need to\r
+  // set the whole pool unit to be read-only.\r
+  //\r
+  Address = Address & PAGE_TABLE_POOL_ALIGN_MASK;\r
+\r
+  LevelShift[1] = PAGING_L1_ADDRESS_SHIFT;\r
+  LevelShift[2] = PAGING_L2_ADDRESS_SHIFT;\r
+  LevelShift[3] = PAGING_L3_ADDRESS_SHIFT;\r
+  LevelShift[4] = PAGING_L4_ADDRESS_SHIFT;\r
+\r
+  LevelMask[1] = PAGING_4K_ADDRESS_MASK_64;\r
+  LevelMask[2] = PAGING_2M_ADDRESS_MASK_64;\r
+  LevelMask[3] = PAGING_1G_ADDRESS_MASK_64;\r
+  LevelMask[4] = PAGING_1G_ADDRESS_MASK_64;\r
+\r
+  LevelSize[1] = SIZE_4KB;\r
+  LevelSize[2] = SIZE_2MB;\r
+  LevelSize[3] = SIZE_1GB;\r
+  LevelSize[4] = SIZE_512GB;\r
+\r
+  AddressEncMask  = PcdGet64 (PcdPteMemoryEncryptionAddressOrMask) &\r
+                    PAGING_1G_ADDRESS_MASK_64;\r
+  PageTable       = (UINT64 *)(UINTN)PageTableBase;\r
+  PoolUnitSize    = PAGE_TABLE_POOL_UNIT_SIZE;\r
+\r
+  for (Level = (Level4Paging) ? 4 : 3; Level > 0; --Level) {\r
+    Index = ((UINTN)RShiftU64 (Address, LevelShift[Level]));\r
+    Index &= PAGING_PAE_INDEX_MASK;\r
+\r
+    PageAttr = PageTable[Index];\r
+    if ((PageAttr & IA32_PG_PS) == 0) {\r
+      //\r
+      // Go to next level of table.\r
+      //\r
+      PageTable = (UINT64 *)(UINTN)(PageAttr & ~AddressEncMask &\r
+                                    PAGING_4K_ADDRESS_MASK_64);\r
+      continue;\r
+    }\r
+\r
+    if (PoolUnitSize >= LevelSize[Level]) {\r
+      //\r
+      // Clear R/W bit if current page granularity is not larger than pool unit\r
+      // size.\r
+      //\r
+      if ((PageAttr & IA32_PG_RW) != 0) {\r
+        while (PoolUnitSize > 0) {\r
+          //\r
+          // PAGE_TABLE_POOL_UNIT_SIZE and PAGE_TABLE_POOL_ALIGNMENT are fit in\r
+          // one page (2MB). Then we don't need to update attributes for pages\r
+          // crossing page directory. ASSERT below is for that purpose.\r
+          //\r
+          ASSERT (Index < EFI_PAGE_SIZE/sizeof (UINT64));\r
+\r
+          PageTable[Index] &= ~(UINT64)IA32_PG_RW;\r
+          PoolUnitSize    -= LevelSize[Level];\r
+\r
+          ++Index;\r
+        }\r
+      }\r
+\r
+      break;\r
+\r
+    } else {\r
+      //\r
+      // The smaller granularity of page must be needed.\r
+      //\r
+      NewPageTable = AllocatePageTableMemory (1);\r
+      ASSERT (NewPageTable != NULL);\r
+\r
+      PhysicalAddress = PageAttr & LevelMask[Level];\r
+      for (EntryIndex = 0;\r
+            EntryIndex < EFI_PAGE_SIZE/sizeof (UINT64);\r
+            ++EntryIndex) {\r
+        NewPageTable[EntryIndex] = PhysicalAddress  | AddressEncMask |\r
+                                   IA32_PG_P | IA32_PG_RW;\r
+        if (Level > 1) {\r
+          NewPageTable[EntryIndex] |= IA32_PG_PS;\r
+        }\r
+        PhysicalAddress += LevelSize[Level];\r
+      }\r
+\r
+      PageTable[Index] = (UINT64)(UINTN)NewPageTable | AddressEncMask |\r
+                                        IA32_PG_P | IA32_PG_RW;\r
+      PageTable = NewPageTable;\r
+    }\r
+  }\r
+}\r
+\r
+/**\r
+  Prevent the memory pages used for page table from been overwritten.\r
+\r
+  @param[in] PageTableBase    Base address of page table (CR3).\r
+  @param[in] Level4Paging     Level 4 paging flag.\r
+\r
+**/\r
+VOID\r
+EnablePageTableProtection (\r
+  IN  UINTN     PageTableBase,\r
+  IN  BOOLEAN   Level4Paging\r
+  )\r
+{\r
+  PAGE_TABLE_POOL         *HeadPool;\r
+  PAGE_TABLE_POOL         *Pool;\r
+  UINT64                  PoolSize;\r
+  EFI_PHYSICAL_ADDRESS    Address;\r
+\r
+  if (mPageTablePool == NULL) {\r
+    return;\r
+  }\r
+\r
+  //\r
+  // Disable write protection, because we need to mark page table to be write\r
+  // protected.\r
+  //\r
+  AsmWriteCr0 (AsmReadCr0() & ~CR0_WP);\r
+\r
+  //\r
+  // SetPageTablePoolReadOnly might update mPageTablePool. It's safer to\r
+  // remember original one in advance.\r
+  //\r
+  HeadPool = mPageTablePool;\r
+  Pool = HeadPool;\r
+  do {\r
+    Address  = (EFI_PHYSICAL_ADDRESS)(UINTN)Pool;\r
+    PoolSize = Pool->Offset + EFI_PAGES_TO_SIZE (Pool->FreePages);\r
+\r
+    //\r
+    // The size of one pool must be multiple of PAGE_TABLE_POOL_UNIT_SIZE, which\r
+    // is one of page size of the processor (2MB by default). Let's apply the\r
+    // protection to them one by one.\r
+    //\r
+    while (PoolSize > 0) {\r
+      SetPageTablePoolReadOnly(PageTableBase, Address, Level4Paging);\r
+      Address   += PAGE_TABLE_POOL_UNIT_SIZE;\r
+      PoolSize  -= PAGE_TABLE_POOL_UNIT_SIZE;\r
+    }\r
+\r
+    Pool = Pool->NextPool;\r
+  } while (Pool != HeadPool);\r
+\r
+  //\r
+  // Enable write protection, after page table attribute updated.\r
+  //\r
+  AsmWriteCr0 (AsmReadCr0() | CR0_WP);\r
+}\r
+\r
 /**\r
   Allocates and fills in the Page Directory and Page Table Entries to\r
   establish a 1:1 Virtual to Physical mapping.\r
@@ -360,7 +647,7 @@ CreateIdentityMappingPageTables (
   } else {\r
     TotalPagesNum = NumberOfPml4EntriesNeeded + 1;\r
   }\r
-  BigPageAddress = (UINTN) AllocatePages (TotalPagesNum);\r
+  BigPageAddress = (UINTN) AllocatePageTableMemory (TotalPagesNum);\r
   ASSERT (BigPageAddress != 0);\r
 \r
   //\r
@@ -455,6 +742,12 @@ CreateIdentityMappingPageTables (
       );\r
   }\r
 \r
+  //\r
+  // Protect the page table by marking the memory used for page table to be\r
+  // read-only.\r
+  //\r
+  EnablePageTableProtection ((UINTN)PageMap, TRUE);\r
+\r
   if (PcdGetBool (PcdSetNxForStack)) {\r
     EnableExecuteDisableBit ();\r
   }\r