tools/testing/selftests/kvm/max_guest_memory_test.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 #define _GNU_SOURCE
   3
   4 #include <stdio.h>
   5 #include <stdlib.h>
   6 #include <pthread.h>
   7 #include <semaphore.h>
   8 #include <sys/types.h>
   9 #include <signal.h>
  10 #include <errno.h>
  11 #include <linux/bitmap.h>
  12 #include <linux/bitops.h>
  13 #include <linux/atomic.h>
  14 #include <linux/sizes.h>
  15
  16 #include "kvm_util.h"
  17 #include "test_util.h"
  18 #include "guest_modes.h"
  19 #include "processor.h"
  20
  21 static void guest_code(uint64_t start_gpa, uint64_t end_gpa, uint64_t stride)
  22 {
  23         uint64_t gpa;
  24
  25         for (gpa = start_gpa; gpa < end_gpa; gpa += stride)
  26                 *((volatile uint64_t *)gpa) = gpa;
  27
  28         GUEST_DONE();
  29 }
  30
  31 struct vcpu_info {
  32         struct kvm_vcpu *vcpu;
  33         uint64_t start_gpa;
  34         uint64_t end_gpa;
  35 };
  36
  37 static int nr_vcpus;
  38 static atomic_t rendezvous;
  39
  40 static void rendezvous_with_boss(void)
  41 {
  42         int orig = atomic_read(&rendezvous);
  43
  44         if (orig > 0) {
  45                 atomic_dec_and_test(&rendezvous);
  46                 while (atomic_read(&rendezvous) > 0)
  47                         cpu_relax();
  48         } else {
  49                 atomic_inc(&rendezvous);
  50                 while (atomic_read(&rendezvous) < 0)
  51                         cpu_relax();
  52         }
  53 }
  54
  55 static void run_vcpu(struct kvm_vcpu *vcpu)
  56 {
  57         vcpu_run(vcpu);
  58         TEST_ASSERT_EQ(get_ucall(vcpu, NULL), UCALL_DONE);
  59 }
  60
  61 static void *vcpu_worker(void *data)
  62 {
  63         struct vcpu_info *info = data;
  64         struct kvm_vcpu *vcpu = info->vcpu;
  65         struct kvm_vm *vm = vcpu->vm;
  66         struct kvm_sregs sregs;
  67         struct kvm_regs regs;
  68
  69         vcpu_args_set(vcpu, 3, info->start_gpa, info->end_gpa, vm->page_size);
  70
  71         /* Snapshot regs before the first run. */
  72         vcpu_regs_get(vcpu, &regs);
  73         rendezvous_with_boss();
  74
  75         run_vcpu(vcpu);
  76         rendezvous_with_boss();
  77         vcpu_regs_set(vcpu, &regs);
  78         vcpu_sregs_get(vcpu, &sregs);
  79 #ifdef __x86_64__
  80         /* Toggle CR0.WP to trigger a MMU context reset. */
  81         sregs.cr0 ^= X86_CR0_WP;
  82 #endif
  83         vcpu_sregs_set(vcpu, &sregs);
  84         rendezvous_with_boss();
  85
  86         run_vcpu(vcpu);
  87         rendezvous_with_boss();
  88
  89         return NULL;
  90 }
  91
  92 static pthread_t *spawn_workers(struct kvm_vm *vm, struct kvm_vcpu **vcpus,
  93                                 uint64_t start_gpa, uint64_t end_gpa)
  94 {
  95         struct vcpu_info *info;
  96         uint64_t gpa, nr_bytes;
  97         pthread_t *threads;
  98         int i;
  99
 100         threads = malloc(nr_vcpus * sizeof(*threads));
 101         TEST_ASSERT(threads, "Failed to allocate vCPU threads");
 102
 103         info = malloc(nr_vcpus * sizeof(*info));
 104         TEST_ASSERT(info, "Failed to allocate vCPU gpa ranges");
 105
 106         nr_bytes = ((end_gpa - start_gpa) / nr_vcpus) &
 107                         ~((uint64_t)vm->page_size - 1);
 108         TEST_ASSERT(nr_bytes, "C'mon, no way you have %d CPUs", nr_vcpus);
 109
 110         for (i = 0, gpa = start_gpa; i < nr_vcpus; i++, gpa += nr_bytes) {
 111                 info[i].vcpu = vcpus[i];
 112                 info[i].start_gpa = gpa;
 113                 info[i].end_gpa = gpa + nr_bytes;
 114                 pthread_create(&threads[i], NULL, vcpu_worker, &info[i]);
 115         }
 116         return threads;
 117 }
 118
 119 static void rendezvous_with_vcpus(struct timespec *time, const char *name)
 120 {
 121         int i, rendezvoused;
 122
 123         pr_info("Waiting for vCPUs to finish %s...\n", name);
 124
 125         rendezvoused = atomic_read(&rendezvous);
 126         for (i = 0; abs(rendezvoused) != 1; i++) {
 127                 usleep(100);
 128                 if (!(i & 0x3f))
 129                         pr_info("\r%d vCPUs haven't rendezvoused...",
 130                                 abs(rendezvoused) - 1);
 131                 rendezvoused = atomic_read(&rendezvous);
 132         }
 133
 134         clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, time);
 135
 136         /* Release the vCPUs after getting the time of the previous action. */
 137         pr_info("\rAll vCPUs finished %s, releasing...\n", name);
 138         if (rendezvoused > 0)
 139                 atomic_set(&rendezvous, -nr_vcpus - 1);
 140         else
 141                 atomic_set(&rendezvous, nr_vcpus + 1);
 142 }
 143
 144 static void calc_default_nr_vcpus(void)
 145 {
 146         cpu_set_t possible_mask;
 147         int r;
 148
 149         r = sched_getaffinity(0, sizeof(possible_mask), &possible_mask);
 150         TEST_ASSERT(!r, "sched_getaffinity failed, errno = %d (%s)",
 151                     errno, strerror(errno));
 152
 153         nr_vcpus = CPU_COUNT(&possible_mask) * 3/4;
 154         TEST_ASSERT(nr_vcpus > 0, "Uh, no CPUs?");
 155 }
 156
 157 int main(int argc, char *argv[])
 158 {
 159         /*
 160          * Skip the first 4gb and slot0.  slot0 maps <1gb and is used to back
 161          * the guest's code, stack, and page tables.  Because selftests creates
 162          * an IRQCHIP, a.k.a. a local APIC, KVM creates an internal memslot
 163          * just below the 4gb boundary.  This test could create memory at
 164          * 1gb-3gb,but it's simpler to skip straight to 4gb.
 165          */
 166         const uint64_t start_gpa = SZ_4G;
 167         const int first_slot = 1;
 168
 169         struct timespec time_start, time_run1, time_reset, time_run2;
 170         uint64_t max_gpa, gpa, slot_size, max_mem, i;
 171         int max_slots, slot, opt, fd;
 172         bool hugepages = false;
 173         struct kvm_vcpu **vcpus;
 174         pthread_t *threads;
 175         struct kvm_vm *vm;
 176         void *mem;
 177
 178         /*
 179          * Default to 2gb so that maxing out systems with MAXPHADDR=46, which
 180          * are quite common for x86, requires changing only max_mem (KVM allows
 181          * 32k memslots, 32k * 2gb == ~64tb of guest memory).
 182          */
 183         slot_size = SZ_2G;
 184
 185         max_slots = kvm_check_cap(KVM_CAP_NR_MEMSLOTS);
 186         TEST_ASSERT(max_slots > first_slot, "KVM is broken");
 187
 188         /* All KVM MMUs should be able to survive a 128gb guest. */
 189         max_mem = 128ull * SZ_1G;
 190
 191         calc_default_nr_vcpus();
 192
 193         while ((opt = getopt(argc, argv, "c:h:m:s:H")) != -1) {
 194                 switch (opt) {
 195                 case 'c':
 196                         nr_vcpus = atoi_positive("Number of vCPUs", optarg);
 197                         break;
 198                 case 'm':
 199                         max_mem = 1ull * atoi_positive("Memory size", optarg) * SZ_1G;
 200                         break;
 201                 case 's':
 202                         slot_size = 1ull * atoi_positive("Slot size", optarg) * SZ_1G;
 203                         break;
 204                 case 'H':
 205                         hugepages = true;
 206                         break;
 207                 case 'h':
 208                 default:
 209                         printf("usage: %s [-c nr_vcpus] [-m max_mem_in_gb] [-s slot_size_in_gb] [-H]\n", argv[0]);
 210                         exit(1);
 211                 }
 212         }
 213
 214         vcpus = malloc(nr_vcpus * sizeof(*vcpus));
 215         TEST_ASSERT(vcpus, "Failed to allocate vCPU array");
 216
 217         vm = vm_create_with_vcpus(nr_vcpus, guest_code, vcpus);
 218
 219         max_gpa = vm->max_gfn << vm->page_shift;
 220         TEST_ASSERT(max_gpa > (4 * slot_size), "MAXPHYADDR <4gb ");
 221
 222         fd = kvm_memfd_alloc(slot_size, hugepages);
 223         mem = mmap(NULL, slot_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
 224         TEST_ASSERT(mem != MAP_FAILED, "mmap() failed");
 225
 226         TEST_ASSERT(!madvise(mem, slot_size, MADV_NOHUGEPAGE), "madvise() failed");
 227
 228         /* Pre-fault the memory to avoid taking mmap_sem on guest page faults. */
 229         for (i = 0; i < slot_size; i += vm->page_size)
 230                 ((uint8_t *)mem)[i] = 0xaa;
 231
 232         gpa = 0;
 233         for (slot = first_slot; slot < max_slots; slot++) {
 234                 gpa = start_gpa + ((slot - first_slot) * slot_size);
 235                 if (gpa + slot_size > max_gpa)
 236                         break;
 237
 238                 if ((gpa - start_gpa) >= max_mem)
 239                         break;
 240
 241                 vm_set_user_memory_region(vm, slot, 0, gpa, slot_size, mem);
 242
 243 #ifdef __x86_64__
 244                 /* Identity map memory in the guest using 1gb pages. */
 245                 for (i = 0; i < slot_size; i += SZ_1G)
 246                         __virt_pg_map(vm, gpa + i, gpa + i, PG_LEVEL_1G);
 247 #else
 248                 for (i = 0; i < slot_size; i += vm->page_size)
 249                         virt_pg_map(vm, gpa + i, gpa + i);
 250 #endif
 251         }
 252
 253         atomic_set(&rendezvous, nr_vcpus + 1);
 254         threads = spawn_workers(vm, vcpus, start_gpa, gpa);
 255
 256         free(vcpus);
 257         vcpus = NULL;
 258
 259         pr_info("Running with %lugb of guest memory and %u vCPUs\n",
 260                 (gpa - start_gpa) / SZ_1G, nr_vcpus);
 261
 262         rendezvous_with_vcpus(&time_start, "spawning");
 263         rendezvous_with_vcpus(&time_run1, "run 1");
 264         rendezvous_with_vcpus(&time_reset, "reset");
 265         rendezvous_with_vcpus(&time_run2, "run 2");
 266
 267         time_run2  = timespec_sub(time_run2,   time_reset);
 268         time_reset = timespec_sub(time_reset, time_run1);
 269         time_run1  = timespec_sub(time_run1,   time_start);
 270
 271         pr_info("run1 = %ld.%.9lds, reset = %ld.%.9lds, run2 =  %ld.%.9lds\n",
 272                 time_run1.tv_sec, time_run1.tv_nsec,
 273                 time_reset.tv_sec, time_reset.tv_nsec,
 274                 time_run2.tv_sec, time_run2.tv_nsec);
 275
 276         /*
 277          * Delete even numbered slots (arbitrary) and unmap the first half of
 278          * the backing (also arbitrary) to verify KVM correctly drops all
 279          * references to the removed regions.
 280          */
 281         for (slot = (slot - 1) & ~1ull; slot >= first_slot; slot -= 2)
 282                 vm_set_user_memory_region(vm, slot, 0, 0, 0, NULL);
 283
 284         munmap(mem, slot_size / 2);
 285
 286         /* Sanity check that the vCPUs actually ran. */
 287         for (i = 0; i < nr_vcpus; i++)
 288                 pthread_join(threads[i], NULL);
 289
 290         /*
 291          * Deliberately exit without deleting the remaining memslots or closing
 292          * kvm_fd to test cleanup via mmu_notifier.release.
 293          */
 294 }