Documentation/virt/kvm/s390-pv.rst

   1 .. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
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   4 s390 (IBM Z) Ultravisor and Protected VMs
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   7 Summary
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   9 Protected virtual machines (PVM) are KVM VMs that do not allow KVM to
  10 access VM state like guest memory or guest registers. Instead, the
  11 PVMs are mostly managed by a new entity called Ultravisor (UV). The UV
  12 provides an API that can be used by PVMs and KVM to request management
  13 actions.
  14
  15 Each guest starts in non-protected mode and then may make a request to
  16 transition into protected mode. On transition, KVM registers the guest
  17 and its VCPUs with the Ultravisor and prepares everything for running
  18 it.
  19
  20 The Ultravisor will secure and decrypt the guest's boot memory
  21 (i.e. kernel/initrd). It will safeguard state changes like VCPU
  22 starts/stops and injected interrupts while the guest is running.
  23
  24 As access to the guest's state, such as the SIE state description, is
  25 normally needed to be able to run a VM, some changes have been made in
  26 the behavior of the SIE instruction. A new format 4 state description
  27 has been introduced, where some fields have different meanings for a
  28 PVM. SIE exits are minimized as much as possible to improve speed and
  29 reduce exposed guest state.
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  32 Interrupt injection
  33 -------------------
  34 Interrupt injection is safeguarded by the Ultravisor. As KVM doesn't
  35 have access to the VCPUs' lowcores, injection is handled via the
  36 format 4 state description.
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  38 Machine check, external, IO and restart interruptions each can be
  39 injected on SIE entry via a bit in the interrupt injection control
  40 field (offset 0x54). If the guest cpu is not enabled for the interrupt
  41 at the time of injection, a validity interception is recognized. The
  42 format 4 state description contains fields in the interception data
  43 block where data associated with the interrupt can be transported.
  44
  45 Program and Service Call exceptions have another layer of
  46 safeguarding; they can only be injected for instructions that have
  47 been intercepted into KVM. The exceptions need to be a valid outcome
  48 of an instruction emulation by KVM, e.g. we can never inject a
  49 addressing exception as they are reported by SIE since KVM has no
  50 access to the guest memory.
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  53 Mask notification interceptions
  54 -------------------------------
  55 KVM cannot intercept lctl(g) and lpsw(e) anymore in order to be
  56 notified when a PVM enables a certain class of interrupt.  As a
  57 replacement, two new interception codes have been introduced: One
  58 indicating that the contents of CRs 0, 6, or 14 have been changed,
  59 indicating different interruption subclasses; and one indicating that
  60 PSW bit 13 has been changed, indicating that a machine check
  61 intervention was requested and those are now enabled.
  62
  63 Instruction emulation
  64 ---------------------
  65 With the format 4 state description for PVMs, the SIE instruction already
  66 interprets more instructions than it does with format 2. It is not able
  67 to interpret every instruction, but needs to hand some tasks to KVM;
  68 therefore, the SIE and the ultravisor safeguard emulation inputs and outputs.
  69
  70 The control structures associated with SIE provide the Secure
  71 Instruction Data Area (SIDA), the Interception Parameters (IP) and the
  72 Secure Interception General Register Save Area.  Guest GRs and most of
  73 the instruction data, such as I/O data structures, are filtered.
  74 Instruction data is copied to and from the SIDA when needed.  Guest
  75 GRs are put into / retrieved from the Secure Interception General
  76 Register Save Area.
  77
  78 Only GR values needed to emulate an instruction will be copied into this
  79 save area and the real register numbers will be hidden.
  80
  81 The Interception Parameters state description field still contains
  82 the bytes of the instruction text, but with pre-set register values
  83 instead of the actual ones. I.e. each instruction always uses the same
  84 instruction text, in order not to leak guest instruction text.
  85 This also implies that the register content that a guest had in r<n>
  86 may be in r<m> from the hypervisor's point of view.
  87
  88 The Secure Instruction Data Area contains instruction storage
  89 data. Instruction data, i.e. data being referenced by an instruction
  90 like the SCCB for sclp, is moved via the SIDA. When an instruction is
  91 intercepted, the SIE will only allow data and program interrupts for
  92 this instruction to be moved to the guest via the two data areas
  93 discussed before. Other data is either ignored or results in validity
  94 interceptions.
  95
  96
  97 Instruction emulation interceptions
  98 -----------------------------------
  99 There are two types of SIE secure instruction intercepts: the normal
 100 and the notification type. Normal secure instruction intercepts will
 101 make the guest pending for instruction completion of the intercepted
 102 instruction type, i.e. on SIE entry it is attempted to complete
 103 emulation of the instruction with the data provided by KVM. That might
 104 be a program exception or instruction completion.
 105
 106 The notification type intercepts inform KVM about guest environment
 107 changes due to guest instruction interpretation. Such an interception
 108 is recognized, for example, for the store prefix instruction to provide
 109 the new lowcore location. On SIE reentry, any KVM data in the data areas
 110 is ignored and execution continues as if the guest instruction had
 111 completed. For that reason KVM is not allowed to inject a program
 112 interrupt.
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 114 Links
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 116 `KVM Forum 2019 presentation <https://static.sched.com/hosted_files/kvmforum2019/3b/ibm_protected_vms_s390x.pdf>`_