]> www.pilppa.org Git - linux-2.6-omap-h63xx.git/blob - Documentation/lguest/lguest.c
Revert lguest magic and use hook in head.S
[linux-2.6-omap-h63xx.git] / Documentation / lguest / lguest.c
1 /*P:100 This is the Launcher code, a simple program which lays out the
2  * "physical" memory for the new Guest by mapping the kernel image and the
3  * virtual devices, then reads repeatedly from /dev/lguest to run the Guest.
4 :*/
5 #define _LARGEFILE64_SOURCE
6 #define _GNU_SOURCE
7 #include <stdio.h>
8 #include <string.h>
9 #include <unistd.h>
10 #include <err.h>
11 #include <stdint.h>
12 #include <stdlib.h>
13 #include <elf.h>
14 #include <sys/mman.h>
15 #include <sys/param.h>
16 #include <sys/types.h>
17 #include <sys/stat.h>
18 #include <sys/wait.h>
19 #include <fcntl.h>
20 #include <stdbool.h>
21 #include <errno.h>
22 #include <ctype.h>
23 #include <sys/socket.h>
24 #include <sys/ioctl.h>
25 #include <sys/time.h>
26 #include <time.h>
27 #include <netinet/in.h>
28 #include <net/if.h>
29 #include <linux/sockios.h>
30 #include <linux/if_tun.h>
31 #include <sys/uio.h>
32 #include <termios.h>
33 #include <getopt.h>
34 #include <zlib.h>
35 #include <assert.h>
36 #include <sched.h>
37 /*L:110 We can ignore the 30 include files we need for this program, but I do
38  * want to draw attention to the use of kernel-style types.
39  *
40  * As Linus said, "C is a Spartan language, and so should your naming be."  I
41  * like these abbreviations and the header we need uses them, so we define them
42  * here.
43  */
44 typedef unsigned long long u64;
45 typedef uint32_t u32;
46 typedef uint16_t u16;
47 typedef uint8_t u8;
48 #include "linux/lguest_launcher.h"
49 #include "linux/pci_ids.h"
50 #include "linux/virtio_config.h"
51 #include "linux/virtio_net.h"
52 #include "linux/virtio_blk.h"
53 #include "linux/virtio_console.h"
54 #include "linux/virtio_ring.h"
55 #include "asm-x86/e820.h"
56 /*:*/
57
58 #define PAGE_PRESENT 0x7        /* Present, RW, Execute */
59 #define NET_PEERNUM 1
60 #define BRIDGE_PFX "bridge:"
61 #ifndef SIOCBRADDIF
62 #define SIOCBRADDIF     0x89a2          /* add interface to bridge      */
63 #endif
64 /* We can have up to 256 pages for devices. */
65 #define DEVICE_PAGES 256
66 /* This fits nicely in a single 4096-byte page. */
67 #define VIRTQUEUE_NUM 127
68
69 /*L:120 verbose is both a global flag and a macro.  The C preprocessor allows
70  * this, and although I wouldn't recommend it, it works quite nicely here. */
71 static bool verbose;
72 #define verbose(args...) \
73         do { if (verbose) printf(args); } while(0)
74 /*:*/
75
76 /* The pipe to send commands to the waker process */
77 static int waker_fd;
78 /* The pointer to the start of guest memory. */
79 static void *guest_base;
80 /* The maximum guest physical address allowed, and maximum possible. */
81 static unsigned long guest_limit, guest_max;
82
83 /* This is our list of devices. */
84 struct device_list
85 {
86         /* Summary information about the devices in our list: ready to pass to
87          * select() to ask which need servicing.*/
88         fd_set infds;
89         int max_infd;
90
91         /* Counter to assign interrupt numbers. */
92         unsigned int next_irq;
93
94         /* Counter to print out convenient device numbers. */
95         unsigned int device_num;
96
97         /* The descriptor page for the devices. */
98         u8 *descpage;
99
100         /* The tail of the last descriptor. */
101         unsigned int desc_used;
102
103         /* A single linked list of devices. */
104         struct device *dev;
105         /* ... And an end pointer so we can easily append new devices */
106         struct device **lastdev;
107 };
108
109 /* The list of Guest devices, based on command line arguments. */
110 static struct device_list devices;
111
112 /* The device structure describes a single device. */
113 struct device
114 {
115         /* The linked-list pointer. */
116         struct device *next;
117
118         /* The this device's descriptor, as mapped into the Guest. */
119         struct lguest_device_desc *desc;
120
121         /* The name of this device, for --verbose. */
122         const char *name;
123
124         /* If handle_input is set, it wants to be called when this file
125          * descriptor is ready. */
126         int fd;
127         bool (*handle_input)(int fd, struct device *me);
128
129         /* Any queues attached to this device */
130         struct virtqueue *vq;
131
132         /* Device-specific data. */
133         void *priv;
134 };
135
136 /* The virtqueue structure describes a queue attached to a device. */
137 struct virtqueue
138 {
139         struct virtqueue *next;
140
141         /* Which device owns me. */
142         struct device *dev;
143
144         /* The configuration for this queue. */
145         struct lguest_vqconfig config;
146
147         /* The actual ring of buffers. */
148         struct vring vring;
149
150         /* Last available index we saw. */
151         u16 last_avail_idx;
152
153         /* The routine to call when the Guest pings us. */
154         void (*handle_output)(int fd, struct virtqueue *me);
155 };
156
157 /* Since guest is UP and we don't run at the same time, we don't need barriers.
158  * But I include them in the code in case others copy it. */
159 #define wmb()
160
161 /* Convert an iovec element to the given type.
162  *
163  * This is a fairly ugly trick: we need to know the size of the type and
164  * alignment requirement to check the pointer is kosher.  It's also nice to
165  * have the name of the type in case we report failure.
166  *
167  * Typing those three things all the time is cumbersome and error prone, so we
168  * have a macro which sets them all up and passes to the real function. */
169 #define convert(iov, type) \
170         ((type *)_convert((iov), sizeof(type), __alignof__(type), #type))
171
172 static void *_convert(struct iovec *iov, size_t size, size_t align,
173                       const char *name)
174 {
175         if (iov->iov_len != size)
176                 errx(1, "Bad iovec size %zu for %s", iov->iov_len, name);
177         if ((unsigned long)iov->iov_base % align != 0)
178                 errx(1, "Bad alignment %p for %s", iov->iov_base, name);
179         return iov->iov_base;
180 }
181
182 /* The virtio configuration space is defined to be little-endian.  x86 is
183  * little-endian too, but it's nice to be explicit so we have these helpers. */
184 #define cpu_to_le16(v16) (v16)
185 #define cpu_to_le32(v32) (v32)
186 #define cpu_to_le64(v64) (v64)
187 #define le16_to_cpu(v16) (v16)
188 #define le32_to_cpu(v32) (v32)
189 #define le64_to_cpu(v32) (v64)
190
191 /*L:100 The Launcher code itself takes us out into userspace, that scary place
192  * where pointers run wild and free!  Unfortunately, like most userspace
193  * programs, it's quite boring (which is why everyone likes to hack on the
194  * kernel!).  Perhaps if you make up an Lguest Drinking Game at this point, it
195  * will get you through this section.  Or, maybe not.
196  *
197  * The Launcher sets up a big chunk of memory to be the Guest's "physical"
198  * memory and stores it in "guest_base".  In other words, Guest physical ==
199  * Launcher virtual with an offset.
200  *
201  * This can be tough to get your head around, but usually it just means that we
202  * use these trivial conversion functions when the Guest gives us it's
203  * "physical" addresses: */
204 static void *from_guest_phys(unsigned long addr)
205 {
206         return guest_base + addr;
207 }
208
209 static unsigned long to_guest_phys(const void *addr)
210 {
211         return (addr - guest_base);
212 }
213
214 /*L:130
215  * Loading the Kernel.
216  *
217  * We start with couple of simple helper routines.  open_or_die() avoids
218  * error-checking code cluttering the callers: */
219 static int open_or_die(const char *name, int flags)
220 {
221         int fd = open(name, flags);
222         if (fd < 0)
223                 err(1, "Failed to open %s", name);
224         return fd;
225 }
226
227 /* map_zeroed_pages() takes a number of pages. */
228 static void *map_zeroed_pages(unsigned int num)
229 {
230         int fd = open_or_die("/dev/zero", O_RDONLY);
231         void *addr;
232
233         /* We use a private mapping (ie. if we write to the page, it will be
234          * copied). */
235         addr = mmap(NULL, getpagesize() * num,
236                     PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC, MAP_PRIVATE, fd, 0);
237         if (addr == MAP_FAILED)
238                 err(1, "Mmaping %u pages of /dev/zero", num);
239
240         return addr;
241 }
242
243 /* Get some more pages for a device. */
244 static void *get_pages(unsigned int num)
245 {
246         void *addr = from_guest_phys(guest_limit);
247
248         guest_limit += num * getpagesize();
249         if (guest_limit > guest_max)
250                 errx(1, "Not enough memory for devices");
251         return addr;
252 }
253
254 /* This routine is used to load the kernel or initrd.  It tries mmap, but if
255  * that fails (Plan 9's kernel file isn't nicely aligned on page boundaries),
256  * it falls back to reading the memory in. */
257 static void map_at(int fd, void *addr, unsigned long offset, unsigned long len)
258 {
259         ssize_t r;
260
261         /* We map writable even though for some segments are marked read-only.
262          * The kernel really wants to be writable: it patches its own
263          * instructions.
264          *
265          * MAP_PRIVATE means that the page won't be copied until a write is
266          * done to it.  This allows us to share untouched memory between
267          * Guests. */
268         if (mmap(addr, len, PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC,
269                  MAP_FIXED|MAP_PRIVATE, fd, offset) != MAP_FAILED)
270                 return;
271
272         /* pread does a seek and a read in one shot: saves a few lines. */
273         r = pread(fd, addr, len, offset);
274         if (r != len)
275                 err(1, "Reading offset %lu len %lu gave %zi", offset, len, r);
276 }
277
278 /* This routine takes an open vmlinux image, which is in ELF, and maps it into
279  * the Guest memory.  ELF = Embedded Linking Format, which is the format used
280  * by all modern binaries on Linux including the kernel.
281  *
282  * The ELF headers give *two* addresses: a physical address, and a virtual
283  * address.  We use the physical address; the Guest will map itself to the
284  * virtual address.
285  *
286  * We return the starting address. */
287 static unsigned long map_elf(int elf_fd, const Elf32_Ehdr *ehdr)
288 {
289         Elf32_Phdr phdr[ehdr->e_phnum];
290         unsigned int i;
291
292         /* Sanity checks on the main ELF header: an x86 executable with a
293          * reasonable number of correctly-sized program headers. */
294         if (ehdr->e_type != ET_EXEC
295             || ehdr->e_machine != EM_386
296             || ehdr->e_phentsize != sizeof(Elf32_Phdr)
297             || ehdr->e_phnum < 1 || ehdr->e_phnum > 65536U/sizeof(Elf32_Phdr))
298                 errx(1, "Malformed elf header");
299
300         /* An ELF executable contains an ELF header and a number of "program"
301          * headers which indicate which parts ("segments") of the program to
302          * load where. */
303
304         /* We read in all the program headers at once: */
305         if (lseek(elf_fd, ehdr->e_phoff, SEEK_SET) < 0)
306                 err(1, "Seeking to program headers");
307         if (read(elf_fd, phdr, sizeof(phdr)) != sizeof(phdr))
308                 err(1, "Reading program headers");
309
310         /* Try all the headers: there are usually only three.  A read-only one,
311          * a read-write one, and a "note" section which isn't loadable. */
312         for (i = 0; i < ehdr->e_phnum; i++) {
313                 /* If this isn't a loadable segment, we ignore it */
314                 if (phdr[i].p_type != PT_LOAD)
315                         continue;
316
317                 verbose("Section %i: size %i addr %p\n",
318                         i, phdr[i].p_memsz, (void *)phdr[i].p_paddr);
319
320                 /* We map this section of the file at its physical address. */
321                 map_at(elf_fd, from_guest_phys(phdr[i].p_paddr),
322                        phdr[i].p_offset, phdr[i].p_filesz);
323         }
324
325         /* The entry point is given in the ELF header. */
326         return ehdr->e_entry;
327 }
328
329 /*L:160 Unfortunately the entire ELF image isn't compressed: the segments
330  * which need loading are extracted and compressed raw.  This denies us the
331  * information we need to make a fully-general loader. */
332 static unsigned long unpack_bzimage(int fd)
333 {
334         gzFile f;
335         int ret, len = 0;
336         /* A bzImage always gets loaded at physical address 1M.  This is
337          * actually configurable as CONFIG_PHYSICAL_START, but as the comment
338          * there says, "Don't change this unless you know what you are doing".
339          * Indeed. */
340         void *img = from_guest_phys(0x100000);
341
342         /* gzdopen takes our file descriptor (carefully placed at the start of
343          * the GZIP header we found) and returns a gzFile. */
344         f = gzdopen(fd, "rb");
345         /* We read it into memory in 64k chunks until we hit the end. */
346         while ((ret = gzread(f, img + len, 65536)) > 0)
347                 len += ret;
348         if (ret < 0)
349                 err(1, "reading image from bzImage");
350
351         verbose("Unpacked size %i addr %p\n", len, img);
352
353         /* The entry point for a bzImage is always the first byte */
354         return (unsigned long)img;
355 }
356
357 /*L:150 A bzImage, unlike an ELF file, is not meant to be loaded.  You're
358  * supposed to jump into it and it will unpack itself.  We can't do that
359  * because the Guest can't run the unpacking code, and adding features to
360  * lguest kills puppies, so we don't want to.
361  *
362  * The bzImage is formed by putting the decompressing code in front of the
363  * compressed kernel code.  So we can simple scan through it looking for the
364  * first "gzip" header, and start decompressing from there. */
365 static unsigned long load_bzimage(int fd)
366 {
367         unsigned char c;
368         int state = 0;
369
370         /* GZIP header is 0x1F 0x8B <method> <flags>... <compressed-by>. */
371         while (read(fd, &c, 1) == 1) {
372                 switch (state) {
373                 case 0:
374                         if (c == 0x1F)
375                                 state++;
376                         break;
377                 case 1:
378                         if (c == 0x8B)
379                                 state++;
380                         else
381                                 state = 0;
382                         break;
383                 case 2 ... 8:
384                         state++;
385                         break;
386                 case 9:
387                         /* Seek back to the start of the gzip header. */
388                         lseek(fd, -10, SEEK_CUR);
389                         /* One final check: "compressed under UNIX". */
390                         if (c != 0x03)
391                                 state = -1;
392                         else
393                                 return unpack_bzimage(fd);
394                 }
395         }
396         errx(1, "Could not find kernel in bzImage");
397 }
398
399 /*L:140 Loading the kernel is easy when it's a "vmlinux", but most kernels
400  * come wrapped up in the self-decompressing "bzImage" format.  With some funky
401  * coding, we can load those, too. */
402 static unsigned long load_kernel(int fd)
403 {
404         Elf32_Ehdr hdr;
405
406         /* Read in the first few bytes. */
407         if (read(fd, &hdr, sizeof(hdr)) != sizeof(hdr))
408                 err(1, "Reading kernel");
409
410         /* If it's an ELF file, it starts with "\177ELF" */
411         if (memcmp(hdr.e_ident, ELFMAG, SELFMAG) == 0)
412                 return map_elf(fd, &hdr);
413
414         /* Otherwise we assume it's a bzImage, and try to unpack it */
415         return load_bzimage(fd);
416 }
417
418 /* This is a trivial little helper to align pages.  Andi Kleen hated it because
419  * it calls getpagesize() twice: "it's dumb code."
420  *
421  * Kernel guys get really het up about optimization, even when it's not
422  * necessary.  I leave this code as a reaction against that. */
423 static inline unsigned long page_align(unsigned long addr)
424 {
425         /* Add upwards and truncate downwards. */
426         return ((addr + getpagesize()-1) & ~(getpagesize()-1));
427 }
428
429 /*L:180 An "initial ram disk" is a disk image loaded into memory along with
430  * the kernel which the kernel can use to boot from without needing any
431  * drivers.  Most distributions now use this as standard: the initrd contains
432  * the code to load the appropriate driver modules for the current machine.
433  *
434  * Importantly, James Morris works for RedHat, and Fedora uses initrds for its
435  * kernels.  He sent me this (and tells me when I break it). */
436 static unsigned long load_initrd(const char *name, unsigned long mem)
437 {
438         int ifd;
439         struct stat st;
440         unsigned long len;
441
442         ifd = open_or_die(name, O_RDONLY);
443         /* fstat() is needed to get the file size. */
444         if (fstat(ifd, &st) < 0)
445                 err(1, "fstat() on initrd '%s'", name);
446
447         /* We map the initrd at the top of memory, but mmap wants it to be
448          * page-aligned, so we round the size up for that. */
449         len = page_align(st.st_size);
450         map_at(ifd, from_guest_phys(mem - len), 0, st.st_size);
451         /* Once a file is mapped, you can close the file descriptor.  It's a
452          * little odd, but quite useful. */
453         close(ifd);
454         verbose("mapped initrd %s size=%lu @ %p\n", name, len, (void*)mem-len);
455
456         /* We return the initrd size. */
457         return len;
458 }
459
460 /* Once we know how much memory we have, we can construct simple linear page
461  * tables which set virtual == physical which will get the Guest far enough
462  * into the boot to create its own.
463  *
464  * We lay them out of the way, just below the initrd (which is why we need to
465  * know its size). */
466 static unsigned long setup_pagetables(unsigned long mem,
467                                       unsigned long initrd_size)
468 {
469         unsigned long *pgdir, *linear;
470         unsigned int mapped_pages, i, linear_pages;
471         unsigned int ptes_per_page = getpagesize()/sizeof(void *);
472
473         mapped_pages = mem/getpagesize();
474
475         /* Each PTE page can map ptes_per_page pages: how many do we need? */
476         linear_pages = (mapped_pages + ptes_per_page-1)/ptes_per_page;
477
478         /* We put the toplevel page directory page at the top of memory. */
479         pgdir = from_guest_phys(mem) - initrd_size - getpagesize();
480
481         /* Now we use the next linear_pages pages as pte pages */
482         linear = (void *)pgdir - linear_pages*getpagesize();
483
484         /* Linear mapping is easy: put every page's address into the mapping in
485          * order.  PAGE_PRESENT contains the flags Present, Writable and
486          * Executable. */
487         for (i = 0; i < mapped_pages; i++)
488                 linear[i] = ((i * getpagesize()) | PAGE_PRESENT);
489
490         /* The top level points to the linear page table pages above. */
491         for (i = 0; i < mapped_pages; i += ptes_per_page) {
492                 pgdir[i/ptes_per_page]
493                         = ((to_guest_phys(linear) + i*sizeof(void *))
494                            | PAGE_PRESENT);
495         }
496
497         verbose("Linear mapping of %u pages in %u pte pages at %#lx\n",
498                 mapped_pages, linear_pages, to_guest_phys(linear));
499
500         /* We return the top level (guest-physical) address: the kernel needs
501          * to know where it is. */
502         return to_guest_phys(pgdir);
503 }
504
505 /* Simple routine to roll all the commandline arguments together with spaces
506  * between them. */
507 static void concat(char *dst, char *args[])
508 {
509         unsigned int i, len = 0;
510
511         for (i = 0; args[i]; i++) {
512                 strcpy(dst+len, args[i]);
513                 strcat(dst+len, " ");
514                 len += strlen(args[i]) + 1;
515         }
516         /* In case it's empty. */
517         dst[len] = '\0';
518 }
519
520 /* This is where we actually tell the kernel to initialize the Guest.  We saw
521  * the arguments it expects when we looked at initialize() in lguest_user.c:
522  * the base of guest "physical" memory, the top physical page to allow, the
523  * top level pagetable and the entry point for the Guest. */
524 static int tell_kernel(unsigned long pgdir, unsigned long start)
525 {
526         unsigned long args[] = { LHREQ_INITIALIZE,
527                                  (unsigned long)guest_base,
528                                  guest_limit / getpagesize(), pgdir, start };
529         int fd;
530
531         verbose("Guest: %p - %p (%#lx)\n",
532                 guest_base, guest_base + guest_limit, guest_limit);
533         fd = open_or_die("/dev/lguest", O_RDWR);
534         if (write(fd, args, sizeof(args)) < 0)
535                 err(1, "Writing to /dev/lguest");
536
537         /* We return the /dev/lguest file descriptor to control this Guest */
538         return fd;
539 }
540 /*:*/
541
542 static void add_device_fd(int fd)
543 {
544         FD_SET(fd, &devices.infds);
545         if (fd > devices.max_infd)
546                 devices.max_infd = fd;
547 }
548
549 /*L:200
550  * The Waker.
551  *
552  * With a console and network devices, we can have lots of input which we need
553  * to process.  We could try to tell the kernel what file descriptors to watch,
554  * but handing a file descriptor mask through to the kernel is fairly icky.
555  *
556  * Instead, we fork off a process which watches the file descriptors and writes
557  * the LHREQ_BREAK command to the /dev/lguest filedescriptor to tell the Host
558  * loop to stop running the Guest.  This causes it to return from the
559  * /dev/lguest read with -EAGAIN, where it will write to /dev/lguest to reset
560  * the LHREQ_BREAK and wake us up again.
561  *
562  * This, of course, is merely a different *kind* of icky.
563  */
564 static void wake_parent(int pipefd, int lguest_fd)
565 {
566         /* Add the pipe from the Launcher to the fdset in the device_list, so
567          * we watch it, too. */
568         add_device_fd(pipefd);
569
570         for (;;) {
571                 fd_set rfds = devices.infds;
572                 unsigned long args[] = { LHREQ_BREAK, 1 };
573
574                 /* Wait until input is ready from one of the devices. */
575                 select(devices.max_infd+1, &rfds, NULL, NULL, NULL);
576                 /* Is it a message from the Launcher? */
577                 if (FD_ISSET(pipefd, &rfds)) {
578                         int fd;
579                         /* If read() returns 0, it means the Launcher has
580                          * exited.  We silently follow. */
581                         if (read(pipefd, &fd, sizeof(fd)) == 0)
582                                 exit(0);
583                         /* Otherwise it's telling us to change what file
584                          * descriptors we're to listen to. */
585                         if (fd >= 0)
586                                 FD_SET(fd, &devices.infds);
587                         else
588                                 FD_CLR(-fd - 1, &devices.infds);
589                 } else /* Send LHREQ_BREAK command. */
590                         write(lguest_fd, args, sizeof(args));
591         }
592 }
593
594 /* This routine just sets up a pipe to the Waker process. */
595 static int setup_waker(int lguest_fd)
596 {
597         int pipefd[2], child;
598
599         /* We create a pipe to talk to the waker, and also so it knows when the
600          * Launcher dies (and closes pipe). */
601         pipe(pipefd);
602         child = fork();
603         if (child == -1)
604                 err(1, "forking");
605
606         if (child == 0) {
607                 /* Close the "writing" end of our copy of the pipe */
608                 close(pipefd[1]);
609                 wake_parent(pipefd[0], lguest_fd);
610         }
611         /* Close the reading end of our copy of the pipe. */
612         close(pipefd[0]);
613
614         /* Here is the fd used to talk to the waker. */
615         return pipefd[1];
616 }
617
618 /*L:210
619  * Device Handling.
620  *
621  * When the Guest sends DMA to us, it sends us an array of addresses and sizes.
622  * We need to make sure it's not trying to reach into the Launcher itself, so
623  * we have a convenient routine which check it and exits with an error message
624  * if something funny is going on:
625  */
626 static void *_check_pointer(unsigned long addr, unsigned int size,
627                             unsigned int line)
628 {
629         /* We have to separately check addr and addr+size, because size could
630          * be huge and addr + size might wrap around. */
631         if (addr >= guest_limit || addr + size >= guest_limit)
632                 errx(1, "%s:%i: Invalid address %#lx", __FILE__, line, addr);
633         /* We return a pointer for the caller's convenience, now we know it's
634          * safe to use. */
635         return from_guest_phys(addr);
636 }
637 /* A macro which transparently hands the line number to the real function. */
638 #define check_pointer(addr,size) _check_pointer(addr, size, __LINE__)
639
640 /* This function returns the next descriptor in the chain, or vq->vring.num. */
641 static unsigned next_desc(struct virtqueue *vq, unsigned int i)
642 {
643         unsigned int next;
644
645         /* If this descriptor says it doesn't chain, we're done. */
646         if (!(vq->vring.desc[i].flags & VRING_DESC_F_NEXT))
647                 return vq->vring.num;
648
649         /* Check they're not leading us off end of descriptors. */
650         next = vq->vring.desc[i].next;
651         /* Make sure compiler knows to grab that: we don't want it changing! */
652         wmb();
653
654         if (next >= vq->vring.num)
655                 errx(1, "Desc next is %u", next);
656
657         return next;
658 }
659
660 /* This looks in the virtqueue and for the first available buffer, and converts
661  * it to an iovec for convenient access.  Since descriptors consist of some
662  * number of output then some number of input descriptors, it's actually two
663  * iovecs, but we pack them into one and note how many of each there were.
664  *
665  * This function returns the descriptor number found, or vq->vring.num (which
666  * is never a valid descriptor number) if none was found. */
667 static unsigned get_vq_desc(struct virtqueue *vq,
668                             struct iovec iov[],
669                             unsigned int *out_num, unsigned int *in_num)
670 {
671         unsigned int i, head;
672
673         /* Check it isn't doing very strange things with descriptor numbers. */
674         if ((u16)(vq->vring.avail->idx - vq->last_avail_idx) > vq->vring.num)
675                 errx(1, "Guest moved used index from %u to %u",
676                      vq->last_avail_idx, vq->vring.avail->idx);
677
678         /* If there's nothing new since last we looked, return invalid. */
679         if (vq->vring.avail->idx == vq->last_avail_idx)
680                 return vq->vring.num;
681
682         /* Grab the next descriptor number they're advertising, and increment
683          * the index we've seen. */
684         head = vq->vring.avail->ring[vq->last_avail_idx++ % vq->vring.num];
685
686         /* If their number is silly, that's a fatal mistake. */
687         if (head >= vq->vring.num)
688                 errx(1, "Guest says index %u is available", head);
689
690         /* When we start there are none of either input nor output. */
691         *out_num = *in_num = 0;
692
693         i = head;
694         do {
695                 /* Grab the first descriptor, and check it's OK. */
696                 iov[*out_num + *in_num].iov_len = vq->vring.desc[i].len;
697                 iov[*out_num + *in_num].iov_base
698                         = check_pointer(vq->vring.desc[i].addr,
699                                         vq->vring.desc[i].len);
700                 /* If this is an input descriptor, increment that count. */
701                 if (vq->vring.desc[i].flags & VRING_DESC_F_WRITE)
702                         (*in_num)++;
703                 else {
704                         /* If it's an output descriptor, they're all supposed
705                          * to come before any input descriptors. */
706                         if (*in_num)
707                                 errx(1, "Descriptor has out after in");
708                         (*out_num)++;
709                 }
710
711                 /* If we've got too many, that implies a descriptor loop. */
712                 if (*out_num + *in_num > vq->vring.num)
713                         errx(1, "Looped descriptor");
714         } while ((i = next_desc(vq, i)) != vq->vring.num);
715
716         return head;
717 }
718
719 /* Once we've used one of their buffers, we tell them about it.  We'll then
720  * want to send them an interrupt, using trigger_irq(). */
721 static void add_used(struct virtqueue *vq, unsigned int head, int len)
722 {
723         struct vring_used_elem *used;
724
725         /* Get a pointer to the next entry in the used ring. */
726         used = &vq->vring.used->ring[vq->vring.used->idx % vq->vring.num];
727         used->id = head;
728         used->len = len;
729         /* Make sure buffer is written before we update index. */
730         wmb();
731         vq->vring.used->idx++;
732 }
733
734 /* This actually sends the interrupt for this virtqueue */
735 static void trigger_irq(int fd, struct virtqueue *vq)
736 {
737         unsigned long buf[] = { LHREQ_IRQ, vq->config.irq };
738
739         if (vq->vring.avail->flags & VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT)
740                 return;
741
742         /* Send the Guest an interrupt tell them we used something up. */
743         if (write(fd, buf, sizeof(buf)) != 0)
744                 err(1, "Triggering irq %i", vq->config.irq);
745 }
746
747 /* And here's the combo meal deal.  Supersize me! */
748 static void add_used_and_trigger(int fd, struct virtqueue *vq,
749                                  unsigned int head, int len)
750 {
751         add_used(vq, head, len);
752         trigger_irq(fd, vq);
753 }
754
755 /* Here is the input terminal setting we save, and the routine to restore them
756  * on exit so the user can see what they type next. */
757 static struct termios orig_term;
758 static void restore_term(void)
759 {
760         tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &orig_term);
761 }
762
763 /* We associate some data with the console for our exit hack. */
764 struct console_abort
765 {
766         /* How many times have they hit ^C? */
767         int count;
768         /* When did they start? */
769         struct timeval start;
770 };
771
772 /* This is the routine which handles console input (ie. stdin). */
773 static bool handle_console_input(int fd, struct device *dev)
774 {
775         int len;
776         unsigned int head, in_num, out_num;
777         struct iovec iov[dev->vq->vring.num];
778         struct console_abort *abort = dev->priv;
779
780         /* First we need a console buffer from the Guests's input virtqueue. */
781         head = get_vq_desc(dev->vq, iov, &out_num, &in_num);
782
783         /* If they're not ready for input, stop listening to this file
784          * descriptor.  We'll start again once they add an input buffer. */
785         if (head == dev->vq->vring.num)
786                 return false;
787
788         if (out_num)
789                 errx(1, "Output buffers in console in queue?");
790
791         /* This is why we convert to iovecs: the readv() call uses them, and so
792          * it reads straight into the Guest's buffer. */
793         len = readv(dev->fd, iov, in_num);
794         if (len <= 0) {
795                 /* This implies that the console is closed, is /dev/null, or
796                  * something went terribly wrong. */
797                 warnx("Failed to get console input, ignoring console.");
798                 /* Put the input terminal back. */
799                 restore_term();
800                 /* Remove callback from input vq, so it doesn't restart us. */
801                 dev->vq->handle_output = NULL;
802                 /* Stop listening to this fd: don't call us again. */
803                 return false;
804         }
805
806         /* Tell the Guest about the new input. */
807         add_used_and_trigger(fd, dev->vq, head, len);
808
809         /* Three ^C within one second?  Exit.
810          *
811          * This is such a hack, but works surprisingly well.  Each ^C has to be
812          * in a buffer by itself, so they can't be too fast.  But we check that
813          * we get three within about a second, so they can't be too slow. */
814         if (len == 1 && ((char *)iov[0].iov_base)[0] == 3) {
815                 if (!abort->count++)
816                         gettimeofday(&abort->start, NULL);
817                 else if (abort->count == 3) {
818                         struct timeval now;
819                         gettimeofday(&now, NULL);
820                         if (now.tv_sec <= abort->start.tv_sec+1) {
821                                 unsigned long args[] = { LHREQ_BREAK, 0 };
822                                 /* Close the fd so Waker will know it has to
823                                  * exit. */
824                                 close(waker_fd);
825                                 /* Just in case waker is blocked in BREAK, send
826                                  * unbreak now. */
827                                 write(fd, args, sizeof(args));
828                                 exit(2);
829                         }
830                         abort->count = 0;
831                 }
832         } else
833                 /* Any other key resets the abort counter. */
834                 abort->count = 0;
835
836         /* Everything went OK! */
837         return true;
838 }
839
840 /* Handling output for console is simple: we just get all the output buffers
841  * and write them to stdout. */
842 static void handle_console_output(int fd, struct virtqueue *vq)
843 {
844         unsigned int head, out, in;
845         int len;
846         struct iovec iov[vq->vring.num];
847
848         /* Keep getting output buffers from the Guest until we run out. */
849         while ((head = get_vq_desc(vq, iov, &out, &in)) != vq->vring.num) {
850                 if (in)
851                         errx(1, "Input buffers in output queue?");
852                 len = writev(STDOUT_FILENO, iov, out);
853                 add_used_and_trigger(fd, vq, head, len);
854         }
855 }
856
857 /* Handling output for network is also simple: we get all the output buffers
858  * and write them (ignoring the first element) to this device's file descriptor
859  * (stdout). */
860 static void handle_net_output(int fd, struct virtqueue *vq)
861 {
862         unsigned int head, out, in;
863         int len;
864         struct iovec iov[vq->vring.num];
865
866         /* Keep getting output buffers from the Guest until we run out. */
867         while ((head = get_vq_desc(vq, iov, &out, &in)) != vq->vring.num) {
868                 if (in)
869                         errx(1, "Input buffers in output queue?");
870                 /* Check header, but otherwise ignore it (we said we supported
871                  * no features). */
872                 (void)convert(&iov[0], struct virtio_net_hdr);
873                 len = writev(vq->dev->fd, iov+1, out-1);
874                 add_used_and_trigger(fd, vq, head, len);
875         }
876 }
877
878 /* This is where we handle a packet coming in from the tun device to our
879  * Guest. */
880 static bool handle_tun_input(int fd, struct device *dev)
881 {
882         unsigned int head, in_num, out_num;
883         int len;
884         struct iovec iov[dev->vq->vring.num];
885         struct virtio_net_hdr *hdr;
886
887         /* First we need a network buffer from the Guests's recv virtqueue. */
888         head = get_vq_desc(dev->vq, iov, &out_num, &in_num);
889         if (head == dev->vq->vring.num) {
890                 /* Now, it's expected that if we try to send a packet too
891                  * early, the Guest won't be ready yet.  Wait until the device
892                  * status says it's ready. */
893                 /* FIXME: Actually want DRIVER_ACTIVE here. */
894                 if (dev->desc->status & VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER_OK)
895                         warn("network: no dma buffer!");
896                 /* We'll turn this back on if input buffers are registered. */
897                 return false;
898         } else if (out_num)
899                 errx(1, "Output buffers in network recv queue?");
900
901         /* First element is the header: we set it to 0 (no features). */
902         hdr = convert(&iov[0], struct virtio_net_hdr);
903         hdr->flags = 0;
904         hdr->gso_type = VIRTIO_NET_HDR_GSO_NONE;
905
906         /* Read the packet from the device directly into the Guest's buffer. */
907         len = readv(dev->fd, iov+1, in_num-1);
908         if (len <= 0)
909                 err(1, "reading network");
910
911         /* Tell the Guest about the new packet. */
912         add_used_and_trigger(fd, dev->vq, head, sizeof(*hdr) + len);
913
914         verbose("tun input packet len %i [%02x %02x] (%s)\n", len,
915                 ((u8 *)iov[1].iov_base)[0], ((u8 *)iov[1].iov_base)[1],
916                 head != dev->vq->vring.num ? "sent" : "discarded");
917
918         /* All good. */
919         return true;
920 }
921
922 /* This callback ensures we try again, in case we stopped console or net
923  * delivery because Guest didn't have any buffers. */
924 static void enable_fd(int fd, struct virtqueue *vq)
925 {
926         add_device_fd(vq->dev->fd);
927         /* Tell waker to listen to it again */
928         write(waker_fd, &vq->dev->fd, sizeof(vq->dev->fd));
929 }
930
931 /* This is the generic routine we call when the Guest uses LHCALL_NOTIFY. */
932 static void handle_output(int fd, unsigned long addr)
933 {
934         struct device *i;
935         struct virtqueue *vq;
936
937         /* Check each virtqueue. */
938         for (i = devices.dev; i; i = i->next) {
939                 for (vq = i->vq; vq; vq = vq->next) {
940                         if (vq->config.pfn == addr/getpagesize()
941                             && vq->handle_output) {
942                                 verbose("Output to %s\n", vq->dev->name);
943                                 vq->handle_output(fd, vq);
944                                 return;
945                         }
946                 }
947         }
948
949         /* Early console write is done using notify on a nul-terminated string
950          * in Guest memory. */
951         if (addr >= guest_limit)
952                 errx(1, "Bad NOTIFY %#lx", addr);
953
954         write(STDOUT_FILENO, from_guest_phys(addr),
955               strnlen(from_guest_phys(addr), guest_limit - addr));
956 }
957
958 /* This is called when the waker wakes us up: check for incoming file
959  * descriptors. */
960 static void handle_input(int fd)
961 {
962         /* select() wants a zeroed timeval to mean "don't wait". */
963         struct timeval poll = { .tv_sec = 0, .tv_usec = 0 };
964
965         for (;;) {
966                 struct device *i;
967                 fd_set fds = devices.infds;
968
969                 /* If nothing is ready, we're done. */
970                 if (select(devices.max_infd+1, &fds, NULL, NULL, &poll) == 0)
971                         break;
972
973                 /* Otherwise, call the device(s) which have readable
974                  * file descriptors and a method of handling them.  */
975                 for (i = devices.dev; i; i = i->next) {
976                         if (i->handle_input && FD_ISSET(i->fd, &fds)) {
977                                 int dev_fd;
978                                 if (i->handle_input(fd, i))
979                                         continue;
980
981                                 /* If handle_input() returns false, it means we
982                                  * should no longer service it.  Networking and
983                                  * console do this when there's no input
984                                  * buffers to deliver into.  Console also uses
985                                  * it when it discovers that stdin is
986                                  * closed. */
987                                 FD_CLR(i->fd, &devices.infds);
988                                 /* Tell waker to ignore it too, by sending a
989                                  * negative fd number (-1, since 0 is a valid
990                                  * FD number). */
991                                 dev_fd = -i->fd - 1;
992                                 write(waker_fd, &dev_fd, sizeof(dev_fd));
993                         }
994                 }
995         }
996 }
997
998 /*L:190
999  * Device Setup
1000  *
1001  * All devices need a descriptor so the Guest knows it exists, and a "struct
1002  * device" so the Launcher can keep track of it.  We have common helper
1003  * routines to allocate them.
1004  *
1005  * This routine allocates a new "struct lguest_device_desc" from descriptor
1006  * table just above the Guest's normal memory.  It returns a pointer to that
1007  * descriptor. */
1008 static struct lguest_device_desc *new_dev_desc(u16 type)
1009 {
1010         struct lguest_device_desc *d;
1011
1012         /* We only have one page for all the descriptors. */
1013         if (devices.desc_used + sizeof(*d) > getpagesize())
1014                 errx(1, "Too many devices");
1015
1016         /* We don't need to set config_len or status: page is 0 already. */
1017         d = (void *)devices.descpage + devices.desc_used;
1018         d->type = type;
1019         devices.desc_used += sizeof(*d);
1020
1021         return d;
1022 }
1023
1024 /* Each device descriptor is followed by some configuration information.
1025  * The first byte is a "status" byte for the Guest to report what's happening.
1026  * After that are fields: u8 type, u8 len, [... len bytes...].
1027  *
1028  * This routine adds a new field to an existing device's descriptor.  It only
1029  * works for the last device, but that's OK because that's how we use it. */
1030 static void add_desc_field(struct device *dev, u8 type, u8 len, const void *c)
1031 {
1032         /* This is the last descriptor, right? */
1033         assert(devices.descpage + devices.desc_used
1034                == (u8 *)(dev->desc + 1) + dev->desc->config_len);
1035
1036         /* We only have one page of device descriptions. */
1037         if (devices.desc_used + 2 + len > getpagesize())
1038                 errx(1, "Too many devices");
1039
1040         /* Copy in the new config header: type then length. */
1041         devices.descpage[devices.desc_used++] = type;
1042         devices.descpage[devices.desc_used++] = len;
1043         memcpy(devices.descpage + devices.desc_used, c, len);
1044         devices.desc_used += len;
1045
1046         /* Update the device descriptor length: two byte head then data. */
1047         dev->desc->config_len += 2 + len;
1048 }
1049
1050 /* This routine adds a virtqueue to a device.  We specify how many descriptors
1051  * the virtqueue is to have. */
1052 static void add_virtqueue(struct device *dev, unsigned int num_descs,
1053                           void (*handle_output)(int fd, struct virtqueue *me))
1054 {
1055         unsigned int pages;
1056         struct virtqueue **i, *vq = malloc(sizeof(*vq));
1057         void *p;
1058
1059         /* First we need some pages for this virtqueue. */
1060         pages = (vring_size(num_descs) + getpagesize() - 1) / getpagesize();
1061         p = get_pages(pages);
1062
1063         /* Initialize the configuration. */
1064         vq->config.num = num_descs;
1065         vq->config.irq = devices.next_irq++;
1066         vq->config.pfn = to_guest_phys(p) / getpagesize();
1067
1068         /* Initialize the vring. */
1069         vring_init(&vq->vring, num_descs, p);
1070
1071         /* Add the configuration information to this device's descriptor. */
1072         add_desc_field(dev, VIRTIO_CONFIG_F_VIRTQUEUE,
1073                        sizeof(vq->config), &vq->config);
1074
1075         /* Add to tail of list, so dev->vq is first vq, dev->vq->next is
1076          * second.  */
1077         for (i = &dev->vq; *i; i = &(*i)->next);
1078         *i = vq;
1079
1080         /* Link virtqueue back to device. */
1081         vq->dev = dev;
1082
1083         /* Set up handler. */
1084         vq->handle_output = handle_output;
1085         if (!handle_output)
1086                 vq->vring.used->flags = VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
1087 }
1088
1089 /* This routine does all the creation and setup of a new device, including
1090  * caling new_dev_desc() to allocate the descriptor and device memory. */
1091 static struct device *new_device(const char *name, u16 type, int fd,
1092                                  bool (*handle_input)(int, struct device *))
1093 {
1094         struct device *dev = malloc(sizeof(*dev));
1095
1096         /* Append to device list.  Prepending to a single-linked list is
1097          * easier, but the user expects the devices to be arranged on the bus
1098          * in command-line order.  The first network device on the command line
1099          * is eth0, the first block device /dev/lgba, etc. */
1100         *devices.lastdev = dev;
1101         dev->next = NULL;
1102         devices.lastdev = &dev->next;
1103
1104         /* Now we populate the fields one at a time. */
1105         dev->fd = fd;
1106         /* If we have an input handler for this file descriptor, then we add it
1107          * to the device_list's fdset and maxfd. */
1108         if (handle_input)
1109                 add_device_fd(dev->fd);
1110         dev->desc = new_dev_desc(type);
1111         dev->handle_input = handle_input;
1112         dev->name = name;
1113         return dev;
1114 }
1115
1116 /* Our first setup routine is the console.  It's a fairly simple device, but
1117  * UNIX tty handling makes it uglier than it could be. */
1118 static void setup_console(void)
1119 {
1120         struct device *dev;
1121
1122         /* If we can save the initial standard input settings... */
1123         if (tcgetattr(STDIN_FILENO, &orig_term) == 0) {
1124                 struct termios term = orig_term;
1125                 /* Then we turn off echo, line buffering and ^C etc.  We want a
1126                  * raw input stream to the Guest. */
1127                 term.c_lflag &= ~(ISIG|ICANON|ECHO);
1128                 tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &term);
1129                 /* If we exit gracefully, the original settings will be
1130                  * restored so the user can see what they're typing. */
1131                 atexit(restore_term);
1132         }
1133
1134         dev = new_device("console", VIRTIO_ID_CONSOLE,
1135                          STDIN_FILENO, handle_console_input);
1136         /* We store the console state in dev->priv, and initialize it. */
1137         dev->priv = malloc(sizeof(struct console_abort));
1138         ((struct console_abort *)dev->priv)->count = 0;
1139
1140         /* The console needs two virtqueues: the input then the output.  When
1141          * they put something the input queue, we make sure we're listening to
1142          * stdin.  When they put something in the output queue, we write it to
1143          * stdout.  */
1144         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, enable_fd);
1145         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, handle_console_output);
1146
1147         verbose("device %u: console\n", devices.device_num++);
1148 }
1149 /*:*/
1150
1151 /*M:010 Inter-guest networking is an interesting area.  Simplest is to have a
1152  * --sharenet=<name> option which opens or creates a named pipe.  This can be
1153  * used to send packets to another guest in a 1:1 manner.
1154  *
1155  * More sopisticated is to use one of the tools developed for project like UML
1156  * to do networking.
1157  *
1158  * Faster is to do virtio bonding in kernel.  Doing this 1:1 would be
1159  * completely generic ("here's my vring, attach to your vring") and would work
1160  * for any traffic.  Of course, namespace and permissions issues need to be
1161  * dealt with.  A more sophisticated "multi-channel" virtio_net.c could hide
1162  * multiple inter-guest channels behind one interface, although it would
1163  * require some manner of hotplugging new virtio channels.
1164  *
1165  * Finally, we could implement a virtio network switch in the kernel. :*/
1166
1167 static u32 str2ip(const char *ipaddr)
1168 {
1169         unsigned int byte[4];
1170
1171         sscanf(ipaddr, "%u.%u.%u.%u", &byte[0], &byte[1], &byte[2], &byte[3]);
1172         return (byte[0] << 24) | (byte[1] << 16) | (byte[2] << 8) | byte[3];
1173 }
1174
1175 /* This code is "adapted" from libbridge: it attaches the Host end of the
1176  * network device to the bridge device specified by the command line.
1177  *
1178  * This is yet another James Morris contribution (I'm an IP-level guy, so I
1179  * dislike bridging), and I just try not to break it. */
1180 static void add_to_bridge(int fd, const char *if_name, const char *br_name)
1181 {
1182         int ifidx;
1183         struct ifreq ifr;
1184
1185         if (!*br_name)
1186                 errx(1, "must specify bridge name");
1187
1188         ifidx = if_nametoindex(if_name);
1189         if (!ifidx)
1190                 errx(1, "interface %s does not exist!", if_name);
1191
1192         strncpy(ifr.ifr_name, br_name, IFNAMSIZ);
1193         ifr.ifr_ifindex = ifidx;
1194         if (ioctl(fd, SIOCBRADDIF, &ifr) < 0)
1195                 err(1, "can't add %s to bridge %s", if_name, br_name);
1196 }
1197
1198 /* This sets up the Host end of the network device with an IP address, brings
1199  * it up so packets will flow, the copies the MAC address into the hwaddr
1200  * pointer. */
1201 static void configure_device(int fd, const char *devname, u32 ipaddr,
1202                              unsigned char hwaddr[6])
1203 {
1204         struct ifreq ifr;
1205         struct sockaddr_in *sin = (struct sockaddr_in *)&ifr.ifr_addr;
1206
1207         /* Don't read these incantations.  Just cut & paste them like I did! */
1208         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
1209         strcpy(ifr.ifr_name, devname);
1210         sin->sin_family = AF_INET;
1211         sin->sin_addr.s_addr = htonl(ipaddr);
1212         if (ioctl(fd, SIOCSIFADDR, &ifr) != 0)
1213                 err(1, "Setting %s interface address", devname);
1214         ifr.ifr_flags = IFF_UP;
1215         if (ioctl(fd, SIOCSIFFLAGS, &ifr) != 0)
1216                 err(1, "Bringing interface %s up", devname);
1217
1218         /* SIOC stands for Socket I/O Control.  G means Get (vs S for Set
1219          * above).  IF means Interface, and HWADDR is hardware address.
1220          * Simple! */
1221         if (ioctl(fd, SIOCGIFHWADDR, &ifr) != 0)
1222                 err(1, "getting hw address for %s", devname);
1223         memcpy(hwaddr, ifr.ifr_hwaddr.sa_data, 6);
1224 }
1225
1226 /*L:195 Our network is a Host<->Guest network.  This can either use bridging or
1227  * routing, but the principle is the same: it uses the "tun" device to inject
1228  * packets into the Host as if they came in from a normal network card.  We
1229  * just shunt packets between the Guest and the tun device. */
1230 static void setup_tun_net(const char *arg)
1231 {
1232         struct device *dev;
1233         struct ifreq ifr;
1234         int netfd, ipfd;
1235         u32 ip;
1236         const char *br_name = NULL;
1237         u8 hwaddr[6];
1238
1239         /* We open the /dev/net/tun device and tell it we want a tap device.  A
1240          * tap device is like a tun device, only somehow different.  To tell
1241          * the truth, I completely blundered my way through this code, but it
1242          * works now! */
1243         netfd = open_or_die("/dev/net/tun", O_RDWR);
1244         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
1245         ifr.ifr_flags = IFF_TAP | IFF_NO_PI;
1246         strcpy(ifr.ifr_name, "tap%d");
1247         if (ioctl(netfd, TUNSETIFF, &ifr) != 0)
1248                 err(1, "configuring /dev/net/tun");
1249         /* We don't need checksums calculated for packets coming in this
1250          * device: trust us! */
1251         ioctl(netfd, TUNSETNOCSUM, 1);
1252
1253         /* First we create a new network device. */
1254         dev = new_device("net", VIRTIO_ID_NET, netfd, handle_tun_input);
1255
1256         /* Network devices need a receive and a send queue, just like
1257          * console. */
1258         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, enable_fd);
1259         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, handle_net_output);
1260
1261         /* We need a socket to perform the magic network ioctls to bring up the
1262          * tap interface, connect to the bridge etc.  Any socket will do! */
1263         ipfd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_IP);
1264         if (ipfd < 0)
1265                 err(1, "opening IP socket");
1266
1267         /* If the command line was --tunnet=bridge:<name> do bridging. */
1268         if (!strncmp(BRIDGE_PFX, arg, strlen(BRIDGE_PFX))) {
1269                 ip = INADDR_ANY;
1270                 br_name = arg + strlen(BRIDGE_PFX);
1271                 add_to_bridge(ipfd, ifr.ifr_name, br_name);
1272         } else /* It is an IP address to set up the device with */
1273                 ip = str2ip(arg);
1274
1275         /* Set up the tun device, and get the mac address for the interface. */
1276         configure_device(ipfd, ifr.ifr_name, ip, hwaddr);
1277
1278         /* Tell Guest what MAC address to use. */
1279         add_desc_field(dev, VIRTIO_CONFIG_NET_MAC_F, sizeof(hwaddr), hwaddr);
1280
1281         /* We don't seed the socket any more; setup is done. */
1282         close(ipfd);
1283
1284         verbose("device %u: tun net %u.%u.%u.%u\n",
1285                 devices.device_num++,
1286                 (u8)(ip>>24),(u8)(ip>>16),(u8)(ip>>8),(u8)ip);
1287         if (br_name)
1288                 verbose("attached to bridge: %s\n", br_name);
1289 }
1290
1291
1292 /*
1293  * Block device.
1294  *
1295  * Serving a block device is really easy: the Guest asks for a block number and
1296  * we read or write that position in the file.
1297  *
1298  * Unfortunately, this is amazingly slow: the Guest waits until the read is
1299  * finished before running anything else, even if it could be doing useful
1300  * work.  We could use async I/O, except it's reputed to suck so hard that
1301  * characters actually go missing from your code when you try to use it.
1302  *
1303  * So we farm the I/O out to thread, and communicate with it via a pipe. */
1304
1305 /* This hangs off device->priv, with the data. */
1306 struct vblk_info
1307 {
1308         /* The size of the file. */
1309         off64_t len;
1310
1311         /* The file descriptor for the file. */
1312         int fd;
1313
1314         /* IO thread listens on this file descriptor [0]. */
1315         int workpipe[2];
1316
1317         /* IO thread writes to this file descriptor to mark it done, then
1318          * Launcher triggers interrupt to Guest. */
1319         int done_fd;
1320 };
1321
1322 /* This is the core of the I/O thread.  It returns true if it did something. */
1323 static bool service_io(struct device *dev)
1324 {
1325         struct vblk_info *vblk = dev->priv;
1326         unsigned int head, out_num, in_num, wlen;
1327         int ret;
1328         struct virtio_blk_inhdr *in;
1329         struct virtio_blk_outhdr *out;
1330         struct iovec iov[dev->vq->vring.num];
1331         off64_t off;
1332
1333         head = get_vq_desc(dev->vq, iov, &out_num, &in_num);
1334         if (head == dev->vq->vring.num)
1335                 return false;
1336
1337         if (out_num == 0 || in_num == 0)
1338                 errx(1, "Bad virtblk cmd %u out=%u in=%u",
1339                      head, out_num, in_num);
1340
1341         out = convert(&iov[0], struct virtio_blk_outhdr);
1342         in = convert(&iov[out_num+in_num-1], struct virtio_blk_inhdr);
1343         off = out->sector * 512;
1344
1345         /* This is how we implement barriers.  Pretty poor, no? */
1346         if (out->type & VIRTIO_BLK_T_BARRIER)
1347                 fdatasync(vblk->fd);
1348
1349         if (out->type & VIRTIO_BLK_T_SCSI_CMD) {
1350                 fprintf(stderr, "Scsi commands unsupported\n");
1351                 in->status = VIRTIO_BLK_S_UNSUPP;
1352                 wlen = sizeof(in);
1353         } else if (out->type & VIRTIO_BLK_T_OUT) {
1354                 /* Write */
1355
1356                 /* Move to the right location in the block file.  This can fail
1357                  * if they try to write past end. */
1358                 if (lseek64(vblk->fd, off, SEEK_SET) != off)
1359                         err(1, "Bad seek to sector %llu", out->sector);
1360
1361                 ret = writev(vblk->fd, iov+1, out_num-1);
1362                 verbose("WRITE to sector %llu: %i\n", out->sector, ret);
1363
1364                 /* Grr... Now we know how long the descriptor they sent was, we
1365                  * make sure they didn't try to write over the end of the block
1366                  * file (possibly extending it). */
1367                 if (ret > 0 && off + ret > vblk->len) {
1368                         /* Trim it back to the correct length */
1369                         ftruncate64(vblk->fd, vblk->len);
1370                         /* Die, bad Guest, die. */
1371                         errx(1, "Write past end %llu+%u", off, ret);
1372                 }
1373                 wlen = sizeof(in);
1374                 in->status = (ret >= 0 ? VIRTIO_BLK_S_OK : VIRTIO_BLK_S_IOERR);
1375         } else {
1376                 /* Read */
1377
1378                 /* Move to the right location in the block file.  This can fail
1379                  * if they try to read past end. */
1380                 if (lseek64(vblk->fd, off, SEEK_SET) != off)
1381                         err(1, "Bad seek to sector %llu", out->sector);
1382
1383                 ret = readv(vblk->fd, iov+1, in_num-1);
1384                 verbose("READ from sector %llu: %i\n", out->sector, ret);
1385                 if (ret >= 0) {
1386                         wlen = sizeof(in) + ret;
1387                         in->status = VIRTIO_BLK_S_OK;
1388                 } else {
1389                         wlen = sizeof(in);
1390                         in->status = VIRTIO_BLK_S_IOERR;
1391                 }
1392         }
1393
1394         /* We can't trigger an IRQ, because we're not the Launcher.  It does
1395          * that when we tell it we're done. */
1396         add_used(dev->vq, head, wlen);
1397         return true;
1398 }
1399
1400 /* This is the thread which actually services the I/O. */
1401 static int io_thread(void *_dev)
1402 {
1403         struct device *dev = _dev;
1404         struct vblk_info *vblk = dev->priv;
1405         char c;
1406
1407         /* Close other side of workpipe so we get 0 read when main dies. */
1408         close(vblk->workpipe[1]);
1409         /* Close the other side of the done_fd pipe. */
1410         close(dev->fd);
1411
1412         /* When this read fails, it means Launcher died, so we follow. */
1413         while (read(vblk->workpipe[0], &c, 1) == 1) {
1414                 /* We acknowledge each request immediately, to reduce latency,
1415                  * rather than waiting until we've done them all.  I haven't
1416                  * measured to see if it makes any difference. */
1417                 while (service_io(dev))
1418                         write(vblk->done_fd, &c, 1);
1419         }
1420         return 0;
1421 }
1422
1423 /* When the thread says some I/O is done, we interrupt the Guest. */
1424 static bool handle_io_finish(int fd, struct device *dev)
1425 {
1426         char c;
1427
1428         /* If child died, presumably it printed message. */
1429         if (read(dev->fd, &c, 1) != 1)
1430                 exit(1);
1431
1432         /* It did some work, so trigger the irq. */
1433         trigger_irq(fd, dev->vq);
1434         return true;
1435 }
1436
1437 /* When the Guest submits some I/O, we wake the I/O thread. */
1438 static void handle_virtblk_output(int fd, struct virtqueue *vq)
1439 {
1440         struct vblk_info *vblk = vq->dev->priv;
1441         char c = 0;
1442
1443         /* Wake up I/O thread and tell it to go to work! */
1444         if (write(vblk->workpipe[1], &c, 1) != 1)
1445                 /* Presumably it indicated why it died. */
1446                 exit(1);
1447 }
1448
1449 /* This creates a virtual block device. */
1450 static void setup_block_file(const char *filename)
1451 {
1452         int p[2];
1453         struct device *dev;
1454         struct vblk_info *vblk;
1455         void *stack;
1456         u64 cap;
1457         unsigned int val;
1458
1459         /* This is the pipe the I/O thread will use to tell us I/O is done. */
1460         pipe(p);
1461
1462         /* The device responds to return from I/O thread. */
1463         dev = new_device("block", VIRTIO_ID_BLOCK, p[0], handle_io_finish);
1464
1465         /* The device has a virtqueue. */
1466         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, handle_virtblk_output);
1467
1468         /* Allocate the room for our own bookkeeping */
1469         vblk = dev->priv = malloc(sizeof(*vblk));
1470
1471         /* First we open the file and store the length. */
1472         vblk->fd = open_or_die(filename, O_RDWR|O_LARGEFILE);
1473         vblk->len = lseek64(vblk->fd, 0, SEEK_END);
1474
1475         /* Tell Guest how many sectors this device has. */
1476         cap = cpu_to_le64(vblk->len / 512);
1477         add_desc_field(dev, VIRTIO_CONFIG_BLK_F_CAPACITY, sizeof(cap), &cap);
1478
1479         /* Tell Guest not to put in too many descriptors at once: two are used
1480          * for the in and out elements. */
1481         val = cpu_to_le32(VIRTQUEUE_NUM - 2);
1482         add_desc_field(dev, VIRTIO_CONFIG_BLK_F_SEG_MAX, sizeof(val), &val);
1483
1484         /* The I/O thread writes to this end of the pipe when done. */
1485         vblk->done_fd = p[1];
1486
1487         /* This is how we tell the I/O thread about more work. */
1488         pipe(vblk->workpipe);
1489
1490         /* Create stack for thread and run it */
1491         stack = malloc(32768);
1492         if (clone(io_thread, stack + 32768, CLONE_VM, dev) == -1)
1493                 err(1, "Creating clone");
1494
1495         /* We don't need to keep the I/O thread's end of the pipes open. */
1496         close(vblk->done_fd);
1497         close(vblk->workpipe[0]);
1498
1499         verbose("device %u: virtblock %llu sectors\n",
1500                 devices.device_num, cap);
1501 }
1502 /* That's the end of device setup. */
1503
1504 /*L:220 Finally we reach the core of the Launcher, which runs the Guest, serves
1505  * its input and output, and finally, lays it to rest. */
1506 static void __attribute__((noreturn)) run_guest(int lguest_fd)
1507 {
1508         for (;;) {
1509                 unsigned long args[] = { LHREQ_BREAK, 0 };
1510                 unsigned long notify_addr;
1511                 int readval;
1512
1513                 /* We read from the /dev/lguest device to run the Guest. */
1514                 readval = read(lguest_fd, &notify_addr, sizeof(notify_addr));
1515
1516                 /* One unsigned long means the Guest did HCALL_NOTIFY */
1517                 if (readval == sizeof(notify_addr)) {
1518                         verbose("Notify on address %#lx\n", notify_addr);
1519                         handle_output(lguest_fd, notify_addr);
1520                         continue;
1521                 /* ENOENT means the Guest died.  Reading tells us why. */
1522                 } else if (errno == ENOENT) {
1523                         char reason[1024] = { 0 };
1524                         read(lguest_fd, reason, sizeof(reason)-1);
1525                         errx(1, "%s", reason);
1526                 /* EAGAIN means the waker wanted us to look at some input.
1527                  * Anything else means a bug or incompatible change. */
1528                 } else if (errno != EAGAIN)
1529                         err(1, "Running guest failed");
1530
1531                 /* Service input, then unset the BREAK which releases
1532                  * the Waker. */
1533                 handle_input(lguest_fd);
1534                 if (write(lguest_fd, args, sizeof(args)) < 0)
1535                         err(1, "Resetting break");
1536         }
1537 }
1538 /*
1539  * This is the end of the Launcher.
1540  *
1541  * But wait!  We've seen I/O from the Launcher, and we've seen I/O from the
1542  * Drivers.  If we were to see the Host kernel I/O code, our understanding
1543  * would be complete... :*/
1544
1545 static struct option opts[] = {
1546         { "verbose", 0, NULL, 'v' },
1547         { "tunnet", 1, NULL, 't' },
1548         { "block", 1, NULL, 'b' },
1549         { "initrd", 1, NULL, 'i' },
1550         { NULL },
1551 };
1552 static void usage(void)
1553 {
1554         errx(1, "Usage: lguest [--verbose] "
1555              "[--tunnet=(<ipaddr>|bridge:<bridgename>)\n"
1556              "|--block=<filename>|--initrd=<filename>]...\n"
1557              "<mem-in-mb> vmlinux [args...]");
1558 }
1559
1560 /*L:105 The main routine is where the real work begins: */
1561 int main(int argc, char *argv[])
1562 {
1563         /* Memory, top-level pagetable, code startpoint and size of the
1564          * (optional) initrd. */
1565         unsigned long mem = 0, pgdir, start, initrd_size = 0;
1566         /* A temporary and the /dev/lguest file descriptor. */
1567         int i, c, lguest_fd;
1568         /* The boot information for the Guest. */
1569         void *boot;
1570         /* If they specify an initrd file to load. */
1571         const char *initrd_name = NULL;
1572
1573         /* First we initialize the device list.  Since console and network
1574          * device receive input from a file descriptor, we keep an fdset
1575          * (infds) and the maximum fd number (max_infd) with the head of the
1576          * list.  We also keep a pointer to the last device, for easy appending
1577          * to the list.  Finally, we keep the next interrupt number to hand out
1578          * (1: remember that 0 is used by the timer). */
1579         FD_ZERO(&devices.infds);
1580         devices.max_infd = -1;
1581         devices.lastdev = &devices.dev;
1582         devices.next_irq = 1;
1583
1584         /* We need to know how much memory so we can set up the device
1585          * descriptor and memory pages for the devices as we parse the command
1586          * line.  So we quickly look through the arguments to find the amount
1587          * of memory now. */
1588         for (i = 1; i < argc; i++) {
1589                 if (argv[i][0] != '-') {
1590                         mem = atoi(argv[i]) * 1024 * 1024;
1591                         /* We start by mapping anonymous pages over all of
1592                          * guest-physical memory range.  This fills it with 0,
1593                          * and ensures that the Guest won't be killed when it
1594                          * tries to access it. */
1595                         guest_base = map_zeroed_pages(mem / getpagesize()
1596                                                       + DEVICE_PAGES);
1597                         guest_limit = mem;
1598                         guest_max = mem + DEVICE_PAGES*getpagesize();
1599                         devices.descpage = get_pages(1);
1600                         break;
1601                 }
1602         }
1603
1604         /* The options are fairly straight-forward */
1605         while ((c = getopt_long(argc, argv, "v", opts, NULL)) != EOF) {
1606                 switch (c) {
1607                 case 'v':
1608                         verbose = true;
1609                         break;
1610                 case 't':
1611                         setup_tun_net(optarg);
1612                         break;
1613                 case 'b':
1614                         setup_block_file(optarg);
1615                         break;
1616                 case 'i':
1617                         initrd_name = optarg;
1618                         break;
1619                 default:
1620                         warnx("Unknown argument %s", argv[optind]);
1621                         usage();
1622                 }
1623         }
1624         /* After the other arguments we expect memory and kernel image name,
1625          * followed by command line arguments for the kernel. */
1626         if (optind + 2 > argc)
1627                 usage();
1628
1629         verbose("Guest base is at %p\n", guest_base);
1630
1631         /* We always have a console device */
1632         setup_console();
1633
1634         /* Now we load the kernel */
1635         start = load_kernel(open_or_die(argv[optind+1], O_RDONLY));
1636
1637         /* Boot information is stashed at physical address 0 */
1638         boot = from_guest_phys(0);
1639
1640         /* Map the initrd image if requested (at top of physical memory) */
1641         if (initrd_name) {
1642                 initrd_size = load_initrd(initrd_name, mem);
1643                 /* These are the location in the Linux boot header where the
1644                  * start and size of the initrd are expected to be found. */
1645                 *(unsigned long *)(boot+0x218) = mem - initrd_size;
1646                 *(unsigned long *)(boot+0x21c) = initrd_size;
1647                 /* The bootloader type 0xFF means "unknown"; that's OK. */
1648                 *(unsigned char *)(boot+0x210) = 0xFF;
1649         }
1650
1651         /* Set up the initial linear pagetables, starting below the initrd. */
1652         pgdir = setup_pagetables(mem, initrd_size);
1653
1654         /* The Linux boot header contains an "E820" memory map: ours is a
1655          * simple, single region. */
1656         *(char*)(boot+E820NR) = 1;
1657         *((struct e820entry *)(boot+E820MAP))
1658                 = ((struct e820entry) { 0, mem, E820_RAM });
1659         /* The boot header contains a command line pointer: we put the command
1660          * line after the boot header (at address 4096) */
1661         *(u32 *)(boot + 0x228) = 4096;
1662         concat(boot + 4096, argv+optind+2);
1663
1664         /* Boot protocol version: 2.07 supports the fields for lguest. */
1665         *(u16 *)(boot + 0x206) = 0x207;
1666
1667         /* The hardware_subarch value of "1" tells the Guest it's an lguest. */
1668         *(u32 *)(boot + 0x23c) = 1;
1669
1670         /* Set bit 6 of the loadflags (aka. KEEP_SEGMENTS) so the entry path
1671          * does not try to reload segment registers. */
1672         *(u8 *)(boot + 0x211) |= (1 << 6);
1673
1674         /* We tell the kernel to initialize the Guest: this returns the open
1675          * /dev/lguest file descriptor. */
1676         lguest_fd = tell_kernel(pgdir, start);
1677
1678         /* We fork off a child process, which wakes the Launcher whenever one
1679          * of the input file descriptors needs attention.  Otherwise we would
1680          * run the Guest until it tries to output something. */
1681         waker_fd = setup_waker(lguest_fd);
1682
1683         /* Finally, run the Guest.  This doesn't return. */
1684         run_guest(lguest_fd);
1685 }
1686 /*:*/
1687
1688 /*M:999
1689  * Mastery is done: you now know everything I do.
1690  *
1691  * But surely you have seen code, features and bugs in your wanderings which
1692  * you now yearn to attack?  That is the real game, and I look forward to you
1693  * patching and forking lguest into the Your-Name-Here-visor.
1694  *
1695  * Farewell, and good coding!
1696  * Rusty Russell.
1697  */