]> www.pilppa.org Git - linux-2.6-omap-h63xx.git/blob - Documentation/lguest/lguest.c
Boot with virtual == physical to get closer to native Linux.
[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 /*L:110 We can ignore the 28 include files we need for this program, but I do
36  * want to draw attention to the use of kernel-style types.
37  *
38  * As Linus said, "C is a Spartan language, and so should your naming be."  I
39  * like these abbreviations and the header we need uses them, so we define them
40  * here.
41  */
42 typedef unsigned long long u64;
43 typedef uint32_t u32;
44 typedef uint16_t u16;
45 typedef uint8_t u8;
46 #include "linux/lguest_launcher.h"
47 #include "asm-x86/e820.h"
48 /*:*/
49
50 #define PAGE_PRESENT 0x7        /* Present, RW, Execute */
51 #define NET_PEERNUM 1
52 #define BRIDGE_PFX "bridge:"
53 #ifndef SIOCBRADDIF
54 #define SIOCBRADDIF     0x89a2          /* add interface to bridge      */
55 #endif
56 /* We can have up to 256 pages for devices. */
57 #define DEVICE_PAGES 256
58
59 /*L:120 verbose is both a global flag and a macro.  The C preprocessor allows
60  * this, and although I wouldn't recommend it, it works quite nicely here. */
61 static bool verbose;
62 #define verbose(args...) \
63         do { if (verbose) printf(args); } while(0)
64 /*:*/
65
66 /* The pipe to send commands to the waker process */
67 static int waker_fd;
68 /* The pointer to the start of guest memory. */
69 static void *guest_base;
70 /* The maximum guest physical address allowed, and maximum possible. */
71 static unsigned long guest_limit, guest_max;
72
73 /* This is our list of devices. */
74 struct device_list
75 {
76         /* Summary information about the devices in our list: ready to pass to
77          * select() to ask which need servicing.*/
78         fd_set infds;
79         int max_infd;
80
81         /* The descriptor page for the devices. */
82         struct lguest_device_desc *descs;
83
84         /* A single linked list of devices. */
85         struct device *dev;
86         /* ... And an end pointer so we can easily append new devices */
87         struct device **lastdev;
88 };
89
90 /* The device structure describes a single device. */
91 struct device
92 {
93         /* The linked-list pointer. */
94         struct device *next;
95         /* The descriptor for this device, as mapped into the Guest. */
96         struct lguest_device_desc *desc;
97         /* The memory page(s) of this device, if any.  Also mapped in Guest. */
98         void *mem;
99
100         /* If handle_input is set, it wants to be called when this file
101          * descriptor is ready. */
102         int fd;
103         bool (*handle_input)(int fd, struct device *me);
104
105         /* If handle_output is set, it wants to be called when the Guest sends
106          * DMA to this key. */
107         unsigned long watch_key;
108         u32 (*handle_output)(int fd, const struct iovec *iov,
109                              unsigned int num, struct device *me);
110
111         /* Device-specific data. */
112         void *priv;
113 };
114
115 /*L:100 The Launcher code itself takes us out into userspace, that scary place
116  * where pointers run wild and free!  Unfortunately, like most userspace
117  * programs, it's quite boring (which is why everyone likes to hack on the
118  * kernel!).  Perhaps if you make up an Lguest Drinking Game at this point, it
119  * will get you through this section.  Or, maybe not.
120  *
121  * The Launcher sets up a big chunk of memory to be the Guest's "physical"
122  * memory and stores it in "guest_base".  In other words, Guest physical ==
123  * Launcher virtual with an offset.
124  *
125  * This can be tough to get your head around, but usually it just means that we
126  * use these trivial conversion functions when the Guest gives us it's
127  * "physical" addresses: */
128 static void *from_guest_phys(unsigned long addr)
129 {
130         return guest_base + addr;
131 }
132
133 static unsigned long to_guest_phys(const void *addr)
134 {
135         return (addr - guest_base);
136 }
137
138 /*L:130
139  * Loading the Kernel.
140  *
141  * We start with couple of simple helper routines.  open_or_die() avoids
142  * error-checking code cluttering the callers: */
143 static int open_or_die(const char *name, int flags)
144 {
145         int fd = open(name, flags);
146         if (fd < 0)
147                 err(1, "Failed to open %s", name);
148         return fd;
149 }
150
151 /* map_zeroed_pages() takes a number of pages. */
152 static void *map_zeroed_pages(unsigned int num)
153 {
154         int fd = open_or_die("/dev/zero", O_RDONLY);
155         void *addr;
156
157         /* We use a private mapping (ie. if we write to the page, it will be
158          * copied). */
159         addr = mmap(NULL, getpagesize() * num,
160                     PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC, MAP_PRIVATE, fd, 0);
161         if (addr == MAP_FAILED)
162                 err(1, "Mmaping %u pages of /dev/zero", num);
163
164         return addr;
165 }
166
167 /* Get some more pages for a device. */
168 static void *get_pages(unsigned int num)
169 {
170         void *addr = from_guest_phys(guest_limit);
171
172         guest_limit += num * getpagesize();
173         if (guest_limit > guest_max)
174                 errx(1, "Not enough memory for devices");
175         return addr;
176 }
177
178 /* To find out where to start we look for the magic Guest string, which marks
179  * the code we see in lguest_asm.S.  This is a hack which we are currently
180  * plotting to replace with the normal Linux entry point. */
181 static unsigned long entry_point(const void *start, const void *end)
182 {
183         const void *p;
184
185         /* The scan gives us the physical starting address.  We boot with
186          * pagetables set up with virtual and physical the same, so that's
187          * OK. */
188         for (p = start; p < end; p++)
189                 if (memcmp(p, "GenuineLguest", strlen("GenuineLguest")) == 0)
190                         return to_guest_phys(p + strlen("GenuineLguest"));
191
192         errx(1, "Is this image a genuine lguest?");
193 }
194
195 /* This routine is used to load the kernel or initrd.  It tries mmap, but if
196  * that fails (Plan 9's kernel file isn't nicely aligned on page boundaries),
197  * it falls back to reading the memory in. */
198 static void map_at(int fd, void *addr, unsigned long offset, unsigned long len)
199 {
200         ssize_t r;
201
202         /* We map writable even though for some segments are marked read-only.
203          * The kernel really wants to be writable: it patches its own
204          * instructions.
205          *
206          * MAP_PRIVATE means that the page won't be copied until a write is
207          * done to it.  This allows us to share untouched memory between
208          * Guests. */
209         if (mmap(addr, len, PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC,
210                  MAP_FIXED|MAP_PRIVATE, fd, offset) != MAP_FAILED)
211                 return;
212
213         /* pread does a seek and a read in one shot: saves a few lines. */
214         r = pread(fd, addr, len, offset);
215         if (r != len)
216                 err(1, "Reading offset %lu len %lu gave %zi", offset, len, r);
217 }
218
219 /* This routine takes an open vmlinux image, which is in ELF, and maps it into
220  * the Guest memory.  ELF = Embedded Linking Format, which is the format used
221  * by all modern binaries on Linux including the kernel.
222  *
223  * The ELF headers give *two* addresses: a physical address, and a virtual
224  * address.  We use the physical address; the Guest will map itself to the
225  * virtual address.
226  *
227  * We return the starting address. */
228 static unsigned long map_elf(int elf_fd, const Elf32_Ehdr *ehdr)
229 {
230         void *start = (void *)-1, *end = NULL;
231         Elf32_Phdr phdr[ehdr->e_phnum];
232         unsigned int i;
233
234         /* Sanity checks on the main ELF header: an x86 executable with a
235          * reasonable number of correctly-sized program headers. */
236         if (ehdr->e_type != ET_EXEC
237             || ehdr->e_machine != EM_386
238             || ehdr->e_phentsize != sizeof(Elf32_Phdr)
239             || ehdr->e_phnum < 1 || ehdr->e_phnum > 65536U/sizeof(Elf32_Phdr))
240                 errx(1, "Malformed elf header");
241
242         /* An ELF executable contains an ELF header and a number of "program"
243          * headers which indicate which parts ("segments") of the program to
244          * load where. */
245
246         /* We read in all the program headers at once: */
247         if (lseek(elf_fd, ehdr->e_phoff, SEEK_SET) < 0)
248                 err(1, "Seeking to program headers");
249         if (read(elf_fd, phdr, sizeof(phdr)) != sizeof(phdr))
250                 err(1, "Reading program headers");
251
252         /* Try all the headers: there are usually only three.  A read-only one,
253          * a read-write one, and a "note" section which isn't loadable. */
254         for (i = 0; i < ehdr->e_phnum; i++) {
255                 /* If this isn't a loadable segment, we ignore it */
256                 if (phdr[i].p_type != PT_LOAD)
257                         continue;
258
259                 verbose("Section %i: size %i addr %p\n",
260                         i, phdr[i].p_memsz, (void *)phdr[i].p_paddr);
261
262                 /* We track the first and last address we mapped, so we can
263                  * tell entry_point() where to scan. */
264                 if (from_guest_phys(phdr[i].p_paddr) < start)
265                         start = from_guest_phys(phdr[i].p_paddr);
266                 if (from_guest_phys(phdr[i].p_paddr) + phdr[i].p_filesz > end)
267                         end=from_guest_phys(phdr[i].p_paddr)+phdr[i].p_filesz;
268
269                 /* We map this section of the file at its physical address. */
270                 map_at(elf_fd, from_guest_phys(phdr[i].p_paddr),
271                        phdr[i].p_offset, phdr[i].p_filesz);
272         }
273
274         return entry_point(start, end);
275 }
276
277 /*L:160 Unfortunately the entire ELF image isn't compressed: the segments
278  * which need loading are extracted and compressed raw.  This denies us the
279  * information we need to make a fully-general loader. */
280 static unsigned long unpack_bzimage(int fd)
281 {
282         gzFile f;
283         int ret, len = 0;
284         /* A bzImage always gets loaded at physical address 1M.  This is
285          * actually configurable as CONFIG_PHYSICAL_START, but as the comment
286          * there says, "Don't change this unless you know what you are doing".
287          * Indeed. */
288         void *img = from_guest_phys(0x100000);
289
290         /* gzdopen takes our file descriptor (carefully placed at the start of
291          * the GZIP header we found) and returns a gzFile. */
292         f = gzdopen(fd, "rb");
293         /* We read it into memory in 64k chunks until we hit the end. */
294         while ((ret = gzread(f, img + len, 65536)) > 0)
295                 len += ret;
296         if (ret < 0)
297                 err(1, "reading image from bzImage");
298
299         verbose("Unpacked size %i addr %p\n", len, img);
300
301         return entry_point(img, img + len);
302 }
303
304 /*L:150 A bzImage, unlike an ELF file, is not meant to be loaded.  You're
305  * supposed to jump into it and it will unpack itself.  We can't do that
306  * because the Guest can't run the unpacking code, and adding features to
307  * lguest kills puppies, so we don't want to.
308  *
309  * The bzImage is formed by putting the decompressing code in front of the
310  * compressed kernel code.  So we can simple scan through it looking for the
311  * first "gzip" header, and start decompressing from there. */
312 static unsigned long load_bzimage(int fd)
313 {
314         unsigned char c;
315         int state = 0;
316
317         /* GZIP header is 0x1F 0x8B <method> <flags>... <compressed-by>. */
318         while (read(fd, &c, 1) == 1) {
319                 switch (state) {
320                 case 0:
321                         if (c == 0x1F)
322                                 state++;
323                         break;
324                 case 1:
325                         if (c == 0x8B)
326                                 state++;
327                         else
328                                 state = 0;
329                         break;
330                 case 2 ... 8:
331                         state++;
332                         break;
333                 case 9:
334                         /* Seek back to the start of the gzip header. */
335                         lseek(fd, -10, SEEK_CUR);
336                         /* One final check: "compressed under UNIX". */
337                         if (c != 0x03)
338                                 state = -1;
339                         else
340                                 return unpack_bzimage(fd);
341                 }
342         }
343         errx(1, "Could not find kernel in bzImage");
344 }
345
346 /*L:140 Loading the kernel is easy when it's a "vmlinux", but most kernels
347  * come wrapped up in the self-decompressing "bzImage" format.  With some funky
348  * coding, we can load those, too. */
349 static unsigned long load_kernel(int fd)
350 {
351         Elf32_Ehdr hdr;
352
353         /* Read in the first few bytes. */
354         if (read(fd, &hdr, sizeof(hdr)) != sizeof(hdr))
355                 err(1, "Reading kernel");
356
357         /* If it's an ELF file, it starts with "\177ELF" */
358         if (memcmp(hdr.e_ident, ELFMAG, SELFMAG) == 0)
359                 return map_elf(fd, &hdr);
360
361         /* Otherwise we assume it's a bzImage, and try to unpack it */
362         return load_bzimage(fd);
363 }
364
365 /* This is a trivial little helper to align pages.  Andi Kleen hated it because
366  * it calls getpagesize() twice: "it's dumb code."
367  *
368  * Kernel guys get really het up about optimization, even when it's not
369  * necessary.  I leave this code as a reaction against that. */
370 static inline unsigned long page_align(unsigned long addr)
371 {
372         /* Add upwards and truncate downwards. */
373         return ((addr + getpagesize()-1) & ~(getpagesize()-1));
374 }
375
376 /*L:180 An "initial ram disk" is a disk image loaded into memory along with
377  * the kernel which the kernel can use to boot from without needing any
378  * drivers.  Most distributions now use this as standard: the initrd contains
379  * the code to load the appropriate driver modules for the current machine.
380  *
381  * Importantly, James Morris works for RedHat, and Fedora uses initrds for its
382  * kernels.  He sent me this (and tells me when I break it). */
383 static unsigned long load_initrd(const char *name, unsigned long mem)
384 {
385         int ifd;
386         struct stat st;
387         unsigned long len;
388
389         ifd = open_or_die(name, O_RDONLY);
390         /* fstat() is needed to get the file size. */
391         if (fstat(ifd, &st) < 0)
392                 err(1, "fstat() on initrd '%s'", name);
393
394         /* We map the initrd at the top of memory, but mmap wants it to be
395          * page-aligned, so we round the size up for that. */
396         len = page_align(st.st_size);
397         map_at(ifd, from_guest_phys(mem - len), 0, st.st_size);
398         /* Once a file is mapped, you can close the file descriptor.  It's a
399          * little odd, but quite useful. */
400         close(ifd);
401         verbose("mapped initrd %s size=%lu @ %p\n", name, len, (void*)mem-len);
402
403         /* We return the initrd size. */
404         return len;
405 }
406
407 /* Once we know how much memory we have, we can construct simple linear page
408  * tables which set virtual == physical which will get the Guest far enough
409  * into the boot to create its own.
410  *
411  * We lay them out of the way, just below the initrd (which is why we need to
412  * know its size). */
413 static unsigned long setup_pagetables(unsigned long mem,
414                                       unsigned long initrd_size)
415 {
416         unsigned long *pgdir, *linear;
417         unsigned int mapped_pages, i, linear_pages;
418         unsigned int ptes_per_page = getpagesize()/sizeof(void *);
419
420         mapped_pages = mem/getpagesize();
421
422         /* Each PTE page can map ptes_per_page pages: how many do we need? */
423         linear_pages = (mapped_pages + ptes_per_page-1)/ptes_per_page;
424
425         /* We put the toplevel page directory page at the top of memory. */
426         pgdir = from_guest_phys(mem) - initrd_size - getpagesize();
427
428         /* Now we use the next linear_pages pages as pte pages */
429         linear = (void *)pgdir - linear_pages*getpagesize();
430
431         /* Linear mapping is easy: put every page's address into the mapping in
432          * order.  PAGE_PRESENT contains the flags Present, Writable and
433          * Executable. */
434         for (i = 0; i < mapped_pages; i++)
435                 linear[i] = ((i * getpagesize()) | PAGE_PRESENT);
436
437         /* The top level points to the linear page table pages above. */
438         for (i = 0; i < mapped_pages; i += ptes_per_page) {
439                 pgdir[i/ptes_per_page]
440                         = ((to_guest_phys(linear) + i*sizeof(void *))
441                            | PAGE_PRESENT);
442         }
443
444         verbose("Linear mapping of %u pages in %u pte pages at %#lx\n",
445                 mapped_pages, linear_pages, to_guest_phys(linear));
446
447         /* We return the top level (guest-physical) address: the kernel needs
448          * to know where it is. */
449         return to_guest_phys(pgdir);
450 }
451
452 /* Simple routine to roll all the commandline arguments together with spaces
453  * between them. */
454 static void concat(char *dst, char *args[])
455 {
456         unsigned int i, len = 0;
457
458         for (i = 0; args[i]; i++) {
459                 strcpy(dst+len, args[i]);
460                 strcat(dst+len, " ");
461                 len += strlen(args[i]) + 1;
462         }
463         /* In case it's empty. */
464         dst[len] = '\0';
465 }
466
467 /* This is where we actually tell the kernel to initialize the Guest.  We saw
468  * the arguments it expects when we looked at initialize() in lguest_user.c:
469  * the base of guest "physical" memory, the top physical page to allow, the
470  * top level pagetable and the entry point for the Guest. */
471 static int tell_kernel(unsigned long pgdir, unsigned long start)
472 {
473         unsigned long args[] = { LHREQ_INITIALIZE,
474                                  (unsigned long)guest_base,
475                                  guest_limit / getpagesize(), pgdir, start };
476         int fd;
477
478         verbose("Guest: %p - %p (%#lx)\n",
479                 guest_base, guest_base + guest_limit, guest_limit);
480         fd = open_or_die("/dev/lguest", O_RDWR);
481         if (write(fd, args, sizeof(args)) < 0)
482                 err(1, "Writing to /dev/lguest");
483
484         /* We return the /dev/lguest file descriptor to control this Guest */
485         return fd;
486 }
487 /*:*/
488
489 static void set_fd(int fd, struct device_list *devices)
490 {
491         FD_SET(fd, &devices->infds);
492         if (fd > devices->max_infd)
493                 devices->max_infd = fd;
494 }
495
496 /*L:200
497  * The Waker.
498  *
499  * With a console and network devices, we can have lots of input which we need
500  * to process.  We could try to tell the kernel what file descriptors to watch,
501  * but handing a file descriptor mask through to the kernel is fairly icky.
502  *
503  * Instead, we fork off a process which watches the file descriptors and writes
504  * the LHREQ_BREAK command to the /dev/lguest filedescriptor to tell the Host
505  * loop to stop running the Guest.  This causes it to return from the
506  * /dev/lguest read with -EAGAIN, where it will write to /dev/lguest to reset
507  * the LHREQ_BREAK and wake us up again.
508  *
509  * This, of course, is merely a different *kind* of icky.
510  */
511 static void wake_parent(int pipefd, int lguest_fd, struct device_list *devices)
512 {
513         /* Add the pipe from the Launcher to the fdset in the device_list, so
514          * we watch it, too. */
515         set_fd(pipefd, devices);
516
517         for (;;) {
518                 fd_set rfds = devices->infds;
519                 unsigned long args[] = { LHREQ_BREAK, 1 };
520
521                 /* Wait until input is ready from one of the devices. */
522                 select(devices->max_infd+1, &rfds, NULL, NULL, NULL);
523                 /* Is it a message from the Launcher? */
524                 if (FD_ISSET(pipefd, &rfds)) {
525                         int ignorefd;
526                         /* If read() returns 0, it means the Launcher has
527                          * exited.  We silently follow. */
528                         if (read(pipefd, &ignorefd, sizeof(ignorefd)) == 0)
529                                 exit(0);
530                         /* Otherwise it's telling us there's a problem with one
531                          * of the devices, and we should ignore that file
532                          * descriptor from now on. */
533                         FD_CLR(ignorefd, &devices->infds);
534                 } else /* Send LHREQ_BREAK command. */
535                         write(lguest_fd, args, sizeof(args));
536         }
537 }
538
539 /* This routine just sets up a pipe to the Waker process. */
540 static int setup_waker(int lguest_fd, struct device_list *device_list)
541 {
542         int pipefd[2], child;
543
544         /* We create a pipe to talk to the waker, and also so it knows when the
545          * Launcher dies (and closes pipe). */
546         pipe(pipefd);
547         child = fork();
548         if (child == -1)
549                 err(1, "forking");
550
551         if (child == 0) {
552                 /* Close the "writing" end of our copy of the pipe */
553                 close(pipefd[1]);
554                 wake_parent(pipefd[0], lguest_fd, device_list);
555         }
556         /* Close the reading end of our copy of the pipe. */
557         close(pipefd[0]);
558
559         /* Here is the fd used to talk to the waker. */
560         return pipefd[1];
561 }
562
563 /*L:210
564  * Device Handling.
565  *
566  * When the Guest sends DMA to us, it sends us an array of addresses and sizes.
567  * We need to make sure it's not trying to reach into the Launcher itself, so
568  * we have a convenient routine which check it and exits with an error message
569  * if something funny is going on:
570  */
571 static void *_check_pointer(unsigned long addr, unsigned int size,
572                             unsigned int line)
573 {
574         /* We have to separately check addr and addr+size, because size could
575          * be huge and addr + size might wrap around. */
576         if (addr >= guest_limit || addr + size >= guest_limit)
577                 errx(1, "%s:%i: Invalid address %li", __FILE__, line, addr);
578         /* We return a pointer for the caller's convenience, now we know it's
579          * safe to use. */
580         return from_guest_phys(addr);
581 }
582 /* A macro which transparently hands the line number to the real function. */
583 #define check_pointer(addr,size) _check_pointer(addr, size, __LINE__)
584
585 /* The Guest has given us the address of a "struct lguest_dma".  We check it's
586  * OK and convert it to an iovec (which is a simple array of ptr/size
587  * pairs). */
588 static u32 *dma2iov(unsigned long dma, struct iovec iov[], unsigned *num)
589 {
590         unsigned int i;
591         struct lguest_dma *udma;
592
593         /* First we make sure that the array memory itself is valid. */
594         udma = check_pointer(dma, sizeof(*udma));
595         /* Now we check each element */
596         for (i = 0; i < LGUEST_MAX_DMA_SECTIONS; i++) {
597                 /* A zero length ends the array. */
598                 if (!udma->len[i])
599                         break;
600
601                 iov[i].iov_base = check_pointer(udma->addr[i], udma->len[i]);
602                 iov[i].iov_len = udma->len[i];
603         }
604         *num = i;
605
606         /* We return the pointer to where the caller should write the amount of
607          * the buffer used. */
608         return &udma->used_len;
609 }
610
611 /* This routine gets a DMA buffer from the Guest for a given key, and converts
612  * it to an iovec array.  It returns the interrupt the Guest wants when we're
613  * finished, and a pointer to the "used_len" field to fill in. */
614 static u32 *get_dma_buffer(int fd, void *key,
615                            struct iovec iov[], unsigned int *num, u32 *irq)
616 {
617         unsigned long buf[] = { LHREQ_GETDMA, to_guest_phys(key) };
618         unsigned long udma;
619         u32 *res;
620
621         /* Ask the kernel for a DMA buffer corresponding to this key. */
622         udma = write(fd, buf, sizeof(buf));
623         /* They haven't registered any, or they're all used? */
624         if (udma == (unsigned long)-1)
625                 return NULL;
626
627         /* Convert it into our iovec array */
628         res = dma2iov(udma, iov, num);
629         /* The kernel stashes irq in ->used_len to get it out to us. */
630         *irq = *res;
631         /* Return a pointer to ((struct lguest_dma *)udma)->used_len. */
632         return res;
633 }
634
635 /* This is a convenient routine to send the Guest an interrupt. */
636 static void trigger_irq(int fd, u32 irq)
637 {
638         unsigned long buf[] = { LHREQ_IRQ, irq };
639         if (write(fd, buf, sizeof(buf)) != 0)
640                 err(1, "Triggering irq %i", irq);
641 }
642
643 /* This simply sets up an iovec array where we can put data to be discarded.
644  * This happens when the Guest doesn't want or can't handle the input: we have
645  * to get rid of it somewhere, and if we bury it in the ceiling space it will
646  * start to smell after a week. */
647 static void discard_iovec(struct iovec *iov, unsigned int *num)
648 {
649         static char discard_buf[1024];
650         *num = 1;
651         iov->iov_base = discard_buf;
652         iov->iov_len = sizeof(discard_buf);
653 }
654
655 /* Here is the input terminal setting we save, and the routine to restore them
656  * on exit so the user can see what they type next. */
657 static struct termios orig_term;
658 static void restore_term(void)
659 {
660         tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &orig_term);
661 }
662
663 /* We associate some data with the console for our exit hack. */
664 struct console_abort
665 {
666         /* How many times have they hit ^C? */
667         int count;
668         /* When did they start? */
669         struct timeval start;
670 };
671
672 /* This is the routine which handles console input (ie. stdin). */
673 static bool handle_console_input(int fd, struct device *dev)
674 {
675         u32 irq = 0, *lenp;
676         int len;
677         unsigned int num;
678         struct iovec iov[LGUEST_MAX_DMA_SECTIONS];
679         struct console_abort *abort = dev->priv;
680
681         /* First we get the console buffer from the Guest.  The key is dev->mem
682          * which was set to 0 in setup_console(). */
683         lenp = get_dma_buffer(fd, dev->mem, iov, &num, &irq);
684         if (!lenp) {
685                 /* If it's not ready for input, warn and set up to discard. */
686                 warn("console: no dma buffer!");
687                 discard_iovec(iov, &num);
688         }
689
690         /* This is why we convert to iovecs: the readv() call uses them, and so
691          * it reads straight into the Guest's buffer. */
692         len = readv(dev->fd, iov, num);
693         if (len <= 0) {
694                 /* This implies that the console is closed, is /dev/null, or
695                  * something went terribly wrong.  We still go through the rest
696                  * of the logic, though, especially the exit handling below. */
697                 warnx("Failed to get console input, ignoring console.");
698                 len = 0;
699         }
700
701         /* If we read the data into the Guest, fill in the length and send the
702          * interrupt. */
703         if (lenp) {
704                 *lenp = len;
705                 trigger_irq(fd, irq);
706         }
707
708         /* Three ^C within one second?  Exit.
709          *
710          * This is such a hack, but works surprisingly well.  Each ^C has to be
711          * in a buffer by itself, so they can't be too fast.  But we check that
712          * we get three within about a second, so they can't be too slow. */
713         if (len == 1 && ((char *)iov[0].iov_base)[0] == 3) {
714                 if (!abort->count++)
715                         gettimeofday(&abort->start, NULL);
716                 else if (abort->count == 3) {
717                         struct timeval now;
718                         gettimeofday(&now, NULL);
719                         if (now.tv_sec <= abort->start.tv_sec+1) {
720                                 unsigned long args[] = { LHREQ_BREAK, 0 };
721                                 /* Close the fd so Waker will know it has to
722                                  * exit. */
723                                 close(waker_fd);
724                                 /* Just in case waker is blocked in BREAK, send
725                                  * unbreak now. */
726                                 write(fd, args, sizeof(args));
727                                 exit(2);
728                         }
729                         abort->count = 0;
730                 }
731         } else
732                 /* Any other key resets the abort counter. */
733                 abort->count = 0;
734
735         /* Now, if we didn't read anything, put the input terminal back and
736          * return failure (meaning, don't call us again). */
737         if (!len) {
738                 restore_term();
739                 return false;
740         }
741         /* Everything went OK! */
742         return true;
743 }
744
745 /* Handling console output is much simpler than input. */
746 static u32 handle_console_output(int fd, const struct iovec *iov,
747                                  unsigned num, struct device*dev)
748 {
749         /* Whatever the Guest sends, write it to standard output.  Return the
750          * number of bytes written. */
751         return writev(STDOUT_FILENO, iov, num);
752 }
753
754 /* Guest->Host network output is also pretty easy. */
755 static u32 handle_tun_output(int fd, const struct iovec *iov,
756                              unsigned num, struct device *dev)
757 {
758         /* We put a flag in the "priv" pointer of the network device, and set
759          * it as soon as we see output.  We'll see why in handle_tun_input() */
760         *(bool *)dev->priv = true;
761         /* Whatever packet the Guest sent us, write it out to the tun
762          * device. */
763         return writev(dev->fd, iov, num);
764 }
765
766 /* This matches the peer_key() in lguest_net.c.  The key for any given slot
767  * is the address of the network device's page plus 4 * the slot number. */
768 static unsigned long peer_offset(unsigned int peernum)
769 {
770         return 4 * peernum;
771 }
772
773 /* This is where we handle a packet coming in from the tun device */
774 static bool handle_tun_input(int fd, struct device *dev)
775 {
776         u32 irq = 0, *lenp;
777         int len;
778         unsigned num;
779         struct iovec iov[LGUEST_MAX_DMA_SECTIONS];
780
781         /* First we get a buffer the Guest has bound to its key. */
782         lenp = get_dma_buffer(fd, dev->mem+peer_offset(NET_PEERNUM), iov, &num,
783                               &irq);
784         if (!lenp) {
785                 /* Now, it's expected that if we try to send a packet too
786                  * early, the Guest won't be ready yet.  This is why we set a
787                  * flag when the Guest sends its first packet.  If it's sent a
788                  * packet we assume it should be ready to receive them.
789                  *
790                  * Actually, this is what the status bits in the descriptor are
791                  * for: we should *use* them.  FIXME! */
792                 if (*(bool *)dev->priv)
793                         warn("network: no dma buffer!");
794                 discard_iovec(iov, &num);
795         }
796
797         /* Read the packet from the device directly into the Guest's buffer. */
798         len = readv(dev->fd, iov, num);
799         if (len <= 0)
800                 err(1, "reading network");
801
802         /* Write the used_len, and trigger the interrupt for the Guest */
803         if (lenp) {
804                 *lenp = len;
805                 trigger_irq(fd, irq);
806         }
807         verbose("tun input packet len %i [%02x %02x] (%s)\n", len,
808                 ((u8 *)iov[0].iov_base)[0], ((u8 *)iov[0].iov_base)[1],
809                 lenp ? "sent" : "discarded");
810         /* All good. */
811         return true;
812 }
813
814 /* The last device handling routine is block output: the Guest has sent a DMA
815  * to the block device.  It will have placed the command it wants in the
816  * "struct lguest_block_page". */
817 static u32 handle_block_output(int fd, const struct iovec *iov,
818                                unsigned num, struct device *dev)
819 {
820         struct lguest_block_page *p = dev->mem;
821         u32 irq, *lenp;
822         unsigned int len, reply_num;
823         struct iovec reply[LGUEST_MAX_DMA_SECTIONS];
824         off64_t device_len, off = (off64_t)p->sector * 512;
825
826         /* First we extract the device length from the dev->priv pointer. */
827         device_len = *(off64_t *)dev->priv;
828
829         /* We first check that the read or write is within the length of the
830          * block file. */
831         if (off >= device_len)
832                 errx(1, "Bad offset %llu vs %llu", off, device_len);
833         /* Move to the right location in the block file.  This shouldn't fail,
834          * but best to check. */
835         if (lseek64(dev->fd, off, SEEK_SET) != off)
836                 err(1, "Bad seek to sector %i", p->sector);
837
838         verbose("Block: %s at offset %llu\n", p->type ? "WRITE" : "READ", off);
839
840         /* They were supposed to bind a reply buffer at key equal to the start
841          * of the block device memory.  We need this to tell them when the
842          * request is finished. */
843         lenp = get_dma_buffer(fd, dev->mem, reply, &reply_num, &irq);
844         if (!lenp)
845                 err(1, "Block request didn't give us a dma buffer");
846
847         if (p->type) {
848                 /* A write request.  The DMA they sent contained the data, so
849                  * write it out. */
850                 len = writev(dev->fd, iov, num);
851                 /* Grr... Now we know how long the "struct lguest_dma" they
852                  * sent was, we make sure they didn't try to write over the end
853                  * of the block file (possibly extending it). */
854                 if (off + len > device_len) {
855                         /* Trim it back to the correct length */
856                         ftruncate64(dev->fd, device_len);
857                         /* Die, bad Guest, die. */
858                         errx(1, "Write past end %llu+%u", off, len);
859                 }
860                 /* The reply length is 0: we just send back an empty DMA to
861                  * interrupt them and tell them the write is finished. */
862                 *lenp = 0;
863         } else {
864                 /* A read request.  They sent an empty DMA to start the
865                  * request, and we put the read contents into the reply
866                  * buffer. */
867                 len = readv(dev->fd, reply, reply_num);
868                 *lenp = len;
869         }
870
871         /* The result is 1 (done), 2 if there was an error (short read or
872          * write). */
873         p->result = 1 + (p->bytes != len);
874         /* Now tell them we've used their reply buffer. */
875         trigger_irq(fd, irq);
876
877         /* We're supposed to return the number of bytes of the output buffer we
878          * used.  But the block device uses the "result" field instead, so we
879          * don't bother. */
880         return 0;
881 }
882
883 /* This is the generic routine we call when the Guest sends some DMA out. */
884 static void handle_output(int fd, unsigned long dma, unsigned long key,
885                           struct device_list *devices)
886 {
887         struct device *i;
888         u32 *lenp;
889         struct iovec iov[LGUEST_MAX_DMA_SECTIONS];
890         unsigned num = 0;
891
892         /* Convert the "struct lguest_dma" they're sending to a "struct
893          * iovec". */
894         lenp = dma2iov(dma, iov, &num);
895
896         /* Check each device: if they expect output to this key, tell them to
897          * handle it. */
898         for (i = devices->dev; i; i = i->next) {
899                 if (i->handle_output && key == i->watch_key) {
900                         /* We write the result straight into the used_len field
901                          * for them. */
902                         *lenp = i->handle_output(fd, iov, num, i);
903                         return;
904                 }
905         }
906
907         /* This can happen: the kernel sends any SEND_DMA which doesn't match
908          * another Guest to us.  It could be that another Guest just left a
909          * network, for example.  But it's unusual. */
910         warnx("Pending dma %p, key %p", (void *)dma, (void *)key);
911 }
912
913 /* This is called when the waker wakes us up: check for incoming file
914  * descriptors. */
915 static void handle_input(int fd, struct device_list *devices)
916 {
917         /* select() wants a zeroed timeval to mean "don't wait". */
918         struct timeval poll = { .tv_sec = 0, .tv_usec = 0 };
919
920         for (;;) {
921                 struct device *i;
922                 fd_set fds = devices->infds;
923
924                 /* If nothing is ready, we're done. */
925                 if (select(devices->max_infd+1, &fds, NULL, NULL, &poll) == 0)
926                         break;
927
928                 /* Otherwise, call the device(s) which have readable
929                  * file descriptors and a method of handling them.  */
930                 for (i = devices->dev; i; i = i->next) {
931                         if (i->handle_input && FD_ISSET(i->fd, &fds)) {
932                                 /* If handle_input() returns false, it means we
933                                  * should no longer service it.
934                                  * handle_console_input() does this. */
935                                 if (!i->handle_input(fd, i)) {
936                                         /* Clear it from the set of input file
937                                          * descriptors kept at the head of the
938                                          * device list. */
939                                         FD_CLR(i->fd, &devices->infds);
940                                         /* Tell waker to ignore it too... */
941                                         write(waker_fd, &i->fd, sizeof(i->fd));
942                                 }
943                         }
944                 }
945         }
946 }
947
948 /*L:190
949  * Device Setup
950  *
951  * All devices need a descriptor so the Guest knows it exists, and a "struct
952  * device" so the Launcher can keep track of it.  We have common helper
953  * routines to allocate them.
954  *
955  * This routine allocates a new "struct lguest_device_desc" from descriptor
956  * table in the devices array just above the Guest's normal memory. */
957 static struct lguest_device_desc *
958 new_dev_desc(struct lguest_device_desc *descs,
959              u16 type, u16 features, u16 num_pages)
960 {
961         unsigned int i;
962
963         for (i = 0; i < LGUEST_MAX_DEVICES; i++) {
964                 if (!descs[i].type) {
965                         descs[i].type = type;
966                         descs[i].features = features;
967                         descs[i].num_pages = num_pages;
968                         /* If they said the device needs memory, we allocate
969                          * that now. */
970                         if (num_pages) {
971                                 unsigned long pa;
972                                 pa = to_guest_phys(get_pages(num_pages));
973                                 descs[i].pfn = pa / getpagesize();
974                         }
975                         return &descs[i];
976                 }
977         }
978         errx(1, "too many devices");
979 }
980
981 /* This monster routine does all the creation and setup of a new device,
982  * including caling new_dev_desc() to allocate the descriptor and device
983  * memory. */
984 static struct device *new_device(struct device_list *devices,
985                                  u16 type, u16 num_pages, u16 features,
986                                  int fd,
987                                  bool (*handle_input)(int, struct device *),
988                                  unsigned long watch_off,
989                                  u32 (*handle_output)(int,
990                                                       const struct iovec *,
991                                                       unsigned,
992                                                       struct device *))
993 {
994         struct device *dev = malloc(sizeof(*dev));
995
996         /* Append to device list.  Prepending to a single-linked list is
997          * easier, but the user expects the devices to be arranged on the bus
998          * in command-line order.  The first network device on the command line
999          * is eth0, the first block device /dev/lgba, etc. */
1000         *devices->lastdev = dev;
1001         dev->next = NULL;
1002         devices->lastdev = &dev->next;
1003
1004         /* Now we populate the fields one at a time. */
1005         dev->fd = fd;
1006         /* If we have an input handler for this file descriptor, then we add it
1007          * to the device_list's fdset and maxfd. */
1008         if (handle_input)
1009                 set_fd(dev->fd, devices);
1010         dev->desc = new_dev_desc(devices->descs, type, features, num_pages);
1011         dev->mem = from_guest_phys(dev->desc->pfn * getpagesize());
1012         dev->handle_input = handle_input;
1013         dev->watch_key = to_guest_phys(dev->mem) + watch_off;
1014         dev->handle_output = handle_output;
1015         return dev;
1016 }
1017
1018 /* Our first setup routine is the console.  It's a fairly simple device, but
1019  * UNIX tty handling makes it uglier than it could be. */
1020 static void setup_console(struct device_list *devices)
1021 {
1022         struct device *dev;
1023
1024         /* If we can save the initial standard input settings... */
1025         if (tcgetattr(STDIN_FILENO, &orig_term) == 0) {
1026                 struct termios term = orig_term;
1027                 /* Then we turn off echo, line buffering and ^C etc.  We want a
1028                  * raw input stream to the Guest. */
1029                 term.c_lflag &= ~(ISIG|ICANON|ECHO);
1030                 tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &term);
1031                 /* If we exit gracefully, the original settings will be
1032                  * restored so the user can see what they're typing. */
1033                 atexit(restore_term);
1034         }
1035
1036         /* We don't currently require any memory for the console, so we ask for
1037          * 0 pages. */
1038         dev = new_device(devices, LGUEST_DEVICE_T_CONSOLE, 0, 0,
1039                          STDIN_FILENO, handle_console_input,
1040                          LGUEST_CONSOLE_DMA_KEY, handle_console_output);
1041         /* We store the console state in dev->priv, and initialize it. */
1042         dev->priv = malloc(sizeof(struct console_abort));
1043         ((struct console_abort *)dev->priv)->count = 0;
1044         verbose("device %p: console\n",
1045                 (void *)(dev->desc->pfn * getpagesize()));
1046 }
1047
1048 /* Setting up a block file is also fairly straightforward. */
1049 static void setup_block_file(const char *filename, struct device_list *devices)
1050 {
1051         int fd;
1052         struct device *dev;
1053         off64_t *device_len;
1054         struct lguest_block_page *p;
1055
1056         /* We open with O_LARGEFILE because otherwise we get stuck at 2G.  We
1057          * open with O_DIRECT because otherwise our benchmarks go much too
1058          * fast. */
1059         fd = open_or_die(filename, O_RDWR|O_LARGEFILE|O_DIRECT);
1060
1061         /* We want one page, and have no input handler (the block file never
1062          * has anything interesting to say to us).  Our timing will be quite
1063          * random, so it should be a reasonable randomness source. */
1064         dev = new_device(devices, LGUEST_DEVICE_T_BLOCK, 1,
1065                          LGUEST_DEVICE_F_RANDOMNESS,
1066                          fd, NULL, 0, handle_block_output);
1067
1068         /* We store the device size in the private area */
1069         device_len = dev->priv = malloc(sizeof(*device_len));
1070         /* This is the safe way of establishing the size of our device: it
1071          * might be a normal file or an actual block device like /dev/hdb. */
1072         *device_len = lseek64(fd, 0, SEEK_END);
1073
1074         /* The device memory is a "struct lguest_block_page".  It's zeroed
1075          * already, we just need to put in the device size.  Block devices
1076          * think in sectors (ie. 512 byte chunks), so we translate here. */
1077         p = dev->mem;
1078         p->num_sectors = *device_len/512;
1079         verbose("device %p: block %i sectors\n",
1080                 (void *)(dev->desc->pfn * getpagesize()), p->num_sectors);
1081 }
1082
1083 /*
1084  * Network Devices.
1085  *
1086  * Setting up network devices is quite a pain, because we have three types.
1087  * First, we have the inter-Guest network.  This is a file which is mapped into
1088  * the address space of the Guests who are on the network.  Because it is a
1089  * shared mapping, the same page underlies all the devices, and they can send
1090  * DMA to each other.
1091  *
1092  * Remember from our network driver, the Guest is told what slot in the page it
1093  * is to use.  We use exclusive fnctl locks to reserve a slot.  If another
1094  * Guest is using a slot, the lock will fail and we try another.  Because fnctl
1095  * locks are cleaned up automatically when we die, this cleverly means that our
1096  * reservation on the slot will vanish if we crash. */
1097 static unsigned int find_slot(int netfd, const char *filename)
1098 {
1099         struct flock fl;
1100
1101         fl.l_type = F_WRLCK;
1102         fl.l_whence = SEEK_SET;
1103         fl.l_len = 1;
1104         /* Try a 1 byte lock in each possible position number */
1105         for (fl.l_start = 0;
1106              fl.l_start < getpagesize()/sizeof(struct lguest_net);
1107              fl.l_start++) {
1108                 /* If we succeed, return the slot number. */
1109                 if (fcntl(netfd, F_SETLK, &fl) == 0)
1110                         return fl.l_start;
1111         }
1112         errx(1, "No free slots in network file %s", filename);
1113 }
1114
1115 /* This function sets up the network file */
1116 static void setup_net_file(const char *filename,
1117                            struct device_list *devices)
1118 {
1119         int netfd;
1120         struct device *dev;
1121
1122         /* We don't use open_or_die() here: for friendliness we create the file
1123          * if it doesn't already exist. */
1124         netfd = open(filename, O_RDWR, 0);
1125         if (netfd < 0) {
1126                 if (errno == ENOENT) {
1127                         netfd = open(filename, O_RDWR|O_CREAT, 0600);
1128                         if (netfd >= 0) {
1129                                 /* If we succeeded, initialize the file with a
1130                                  * blank page. */
1131                                 char page[getpagesize()];
1132                                 memset(page, 0, sizeof(page));
1133                                 write(netfd, page, sizeof(page));
1134                         }
1135                 }
1136                 if (netfd < 0)
1137                         err(1, "cannot open net file '%s'", filename);
1138         }
1139
1140         /* We need 1 page, and the features indicate the slot to use and that
1141          * no checksum is needed.  We never touch this device again; it's
1142          * between the Guests on the network, so we don't register input or
1143          * output handlers. */
1144         dev = new_device(devices, LGUEST_DEVICE_T_NET, 1,
1145                          find_slot(netfd, filename)|LGUEST_NET_F_NOCSUM,
1146                          -1, NULL, 0, NULL);
1147
1148         /* Map the shared file. */
1149         if (mmap(dev->mem, getpagesize(), PROT_READ|PROT_WRITE,
1150                          MAP_FIXED|MAP_SHARED, netfd, 0) != dev->mem)
1151                         err(1, "could not mmap '%s'", filename);
1152         verbose("device %p: shared net %s, peer %i\n",
1153                 (void *)(dev->desc->pfn * getpagesize()), filename,
1154                 dev->desc->features & ~LGUEST_NET_F_NOCSUM);
1155 }
1156 /*:*/
1157
1158 static u32 str2ip(const char *ipaddr)
1159 {
1160         unsigned int byte[4];
1161
1162         sscanf(ipaddr, "%u.%u.%u.%u", &byte[0], &byte[1], &byte[2], &byte[3]);
1163         return (byte[0] << 24) | (byte[1] << 16) | (byte[2] << 8) | byte[3];
1164 }
1165
1166 /* This code is "adapted" from libbridge: it attaches the Host end of the
1167  * network device to the bridge device specified by the command line.
1168  *
1169  * This is yet another James Morris contribution (I'm an IP-level guy, so I
1170  * dislike bridging), and I just try not to break it. */
1171 static void add_to_bridge(int fd, const char *if_name, const char *br_name)
1172 {
1173         int ifidx;
1174         struct ifreq ifr;
1175
1176         if (!*br_name)
1177                 errx(1, "must specify bridge name");
1178
1179         ifidx = if_nametoindex(if_name);
1180         if (!ifidx)
1181                 errx(1, "interface %s does not exist!", if_name);
1182
1183         strncpy(ifr.ifr_name, br_name, IFNAMSIZ);
1184         ifr.ifr_ifindex = ifidx;
1185         if (ioctl(fd, SIOCBRADDIF, &ifr) < 0)
1186                 err(1, "can't add %s to bridge %s", if_name, br_name);
1187 }
1188
1189 /* This sets up the Host end of the network device with an IP address, brings
1190  * it up so packets will flow, the copies the MAC address into the hwaddr
1191  * pointer (in practice, the Host's slot in the network device's memory). */
1192 static void configure_device(int fd, const char *devname, u32 ipaddr,
1193                              unsigned char hwaddr[6])
1194 {
1195         struct ifreq ifr;
1196         struct sockaddr_in *sin = (struct sockaddr_in *)&ifr.ifr_addr;
1197
1198         /* Don't read these incantations.  Just cut & paste them like I did! */
1199         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
1200         strcpy(ifr.ifr_name, devname);
1201         sin->sin_family = AF_INET;
1202         sin->sin_addr.s_addr = htonl(ipaddr);
1203         if (ioctl(fd, SIOCSIFADDR, &ifr) != 0)
1204                 err(1, "Setting %s interface address", devname);
1205         ifr.ifr_flags = IFF_UP;
1206         if (ioctl(fd, SIOCSIFFLAGS, &ifr) != 0)
1207                 err(1, "Bringing interface %s up", devname);
1208
1209         /* SIOC stands for Socket I/O Control.  G means Get (vs S for Set
1210          * above).  IF means Interface, and HWADDR is hardware address.
1211          * Simple! */
1212         if (ioctl(fd, SIOCGIFHWADDR, &ifr) != 0)
1213                 err(1, "getting hw address for %s", devname);
1214         memcpy(hwaddr, ifr.ifr_hwaddr.sa_data, 6);
1215 }
1216
1217 /*L:195 The other kind of network is a Host<->Guest network.  This can either
1218  * use briding or routing, but the principle is the same: it uses the "tun"
1219  * device to inject packets into the Host as if they came in from a normal
1220  * network card.  We just shunt packets between the Guest and the tun
1221  * device. */
1222 static void setup_tun_net(const char *arg, struct device_list *devices)
1223 {
1224         struct device *dev;
1225         struct ifreq ifr;
1226         int netfd, ipfd;
1227         u32 ip;
1228         const char *br_name = NULL;
1229
1230         /* We open the /dev/net/tun device and tell it we want a tap device.  A
1231          * tap device is like a tun device, only somehow different.  To tell
1232          * the truth, I completely blundered my way through this code, but it
1233          * works now! */
1234         netfd = open_or_die("/dev/net/tun", O_RDWR);
1235         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
1236         ifr.ifr_flags = IFF_TAP | IFF_NO_PI;
1237         strcpy(ifr.ifr_name, "tap%d");
1238         if (ioctl(netfd, TUNSETIFF, &ifr) != 0)
1239                 err(1, "configuring /dev/net/tun");
1240         /* We don't need checksums calculated for packets coming in this
1241          * device: trust us! */
1242         ioctl(netfd, TUNSETNOCSUM, 1);
1243
1244         /* We create the net device with 1 page, using the features field of
1245          * the descriptor to tell the Guest it is in slot 1 (NET_PEERNUM), and
1246          * that the device has fairly random timing.  We do *not* specify
1247          * LGUEST_NET_F_NOCSUM: these packets can reach the real world.
1248          *
1249          * We will put our MAC address is slot 0 for the Guest to see, so
1250          * it will send packets to us using the key "peer_offset(0)": */
1251         dev = new_device(devices, LGUEST_DEVICE_T_NET, 1,
1252                          NET_PEERNUM|LGUEST_DEVICE_F_RANDOMNESS, netfd,
1253                          handle_tun_input, peer_offset(0), handle_tun_output);
1254
1255         /* We keep a flag which says whether we've seen packets come out from
1256          * this network device. */
1257         dev->priv = malloc(sizeof(bool));
1258         *(bool *)dev->priv = false;
1259
1260         /* We need a socket to perform the magic network ioctls to bring up the
1261          * tap interface, connect to the bridge etc.  Any socket will do! */
1262         ipfd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_IP);
1263         if (ipfd < 0)
1264                 err(1, "opening IP socket");
1265
1266         /* If the command line was --tunnet=bridge:<name> do bridging. */
1267         if (!strncmp(BRIDGE_PFX, arg, strlen(BRIDGE_PFX))) {
1268                 ip = INADDR_ANY;
1269                 br_name = arg + strlen(BRIDGE_PFX);
1270                 add_to_bridge(ipfd, ifr.ifr_name, br_name);
1271         } else /* It is an IP address to set up the device with */
1272                 ip = str2ip(arg);
1273
1274         /* We are peer 0, ie. first slot, so we hand dev->mem to this routine
1275          * to write the MAC address at the start of the device memory.  */
1276         configure_device(ipfd, ifr.ifr_name, ip, dev->mem);
1277
1278         /* Set "promisc" bit: we want every single packet if we're going to
1279          * bridge to other machines (and otherwise it doesn't matter). */
1280         *((u8 *)dev->mem) |= 0x1;
1281
1282         close(ipfd);
1283
1284         verbose("device %p: tun net %u.%u.%u.%u\n",
1285                 (void *)(dev->desc->pfn * getpagesize()),
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 /* That's the end of device setup. */
1291
1292 /*L:220 Finally we reach the core of the Launcher, which runs the Guest, serves
1293  * its input and output, and finally, lays it to rest. */
1294 static void __attribute__((noreturn))
1295 run_guest(int lguest_fd, struct device_list *device_list)
1296 {
1297         for (;;) {
1298                 unsigned long args[] = { LHREQ_BREAK, 0 };
1299                 unsigned long arr[2];
1300                 int readval;
1301
1302                 /* We read from the /dev/lguest device to run the Guest. */
1303                 readval = read(lguest_fd, arr, sizeof(arr));
1304
1305                 /* The read can only really return sizeof(arr) (the Guest did a
1306                  * SEND_DMA to us), or an error. */
1307
1308                 /* For a successful read, arr[0] is the address of the "struct
1309                  * lguest_dma", and arr[1] is the key the Guest sent to. */
1310                 if (readval == sizeof(arr)) {
1311                         handle_output(lguest_fd, arr[0], arr[1], device_list);
1312                         continue;
1313                 /* ENOENT means the Guest died.  Reading tells us why. */
1314                 } else if (errno == ENOENT) {
1315                         char reason[1024] = { 0 };
1316                         read(lguest_fd, reason, sizeof(reason)-1);
1317                         errx(1, "%s", reason);
1318                 /* EAGAIN means the waker wanted us to look at some input.
1319                  * Anything else means a bug or incompatible change. */
1320                 } else if (errno != EAGAIN)
1321                         err(1, "Running guest failed");
1322
1323                 /* Service input, then unset the BREAK which releases
1324                  * the Waker. */
1325                 handle_input(lguest_fd, device_list);
1326                 if (write(lguest_fd, args, sizeof(args)) < 0)
1327                         err(1, "Resetting break");
1328         }
1329 }
1330 /*
1331  * This is the end of the Launcher.
1332  *
1333  * But wait!  We've seen I/O from the Launcher, and we've seen I/O from the
1334  * Drivers.  If we were to see the Host kernel I/O code, our understanding
1335  * would be complete... :*/
1336
1337 static struct option opts[] = {
1338         { "verbose", 0, NULL, 'v' },
1339         { "sharenet", 1, NULL, 's' },
1340         { "tunnet", 1, NULL, 't' },
1341         { "block", 1, NULL, 'b' },
1342         { "initrd", 1, NULL, 'i' },
1343         { NULL },
1344 };
1345 static void usage(void)
1346 {
1347         errx(1, "Usage: lguest [--verbose] "
1348              "[--sharenet=<filename>|--tunnet=(<ipaddr>|bridge:<bridgename>)\n"
1349              "|--block=<filename>|--initrd=<filename>]...\n"
1350              "<mem-in-mb> vmlinux [args...]");
1351 }
1352
1353 /*L:105 The main routine is where the real work begins: */
1354 int main(int argc, char *argv[])
1355 {
1356         /* Memory, top-level pagetable, code startpoint and size of the
1357          * (optional) initrd. */
1358         unsigned long mem = 0, pgdir, start, initrd_size = 0;
1359         /* A temporary and the /dev/lguest file descriptor. */
1360         int i, c, lguest_fd;
1361         /* The list of Guest devices, based on command line arguments. */
1362         struct device_list device_list;
1363         /* The boot information for the Guest. */
1364         void *boot;
1365         /* If they specify an initrd file to load. */
1366         const char *initrd_name = NULL;
1367
1368         /* First we initialize the device list.  Since console and network
1369          * device receive input from a file descriptor, we keep an fdset
1370          * (infds) and the maximum fd number (max_infd) with the head of the
1371          * list.  We also keep a pointer to the last device, for easy appending
1372          * to the list. */
1373         device_list.max_infd = -1;
1374         device_list.dev = NULL;
1375         device_list.lastdev = &device_list.dev;
1376         FD_ZERO(&device_list.infds);
1377
1378         /* We need to know how much memory so we can set up the device
1379          * descriptor and memory pages for the devices as we parse the command
1380          * line.  So we quickly look through the arguments to find the amount
1381          * of memory now. */
1382         for (i = 1; i < argc; i++) {
1383                 if (argv[i][0] != '-') {
1384                         mem = atoi(argv[i]) * 1024 * 1024;
1385                         /* We start by mapping anonymous pages over all of
1386                          * guest-physical memory range.  This fills it with 0,
1387                          * and ensures that the Guest won't be killed when it
1388                          * tries to access it. */
1389                         guest_base = map_zeroed_pages(mem / getpagesize()
1390                                                       + DEVICE_PAGES);
1391                         guest_limit = mem;
1392                         guest_max = mem + DEVICE_PAGES*getpagesize();
1393                         device_list.descs = get_pages(1);
1394                         break;
1395                 }
1396         }
1397
1398         /* The options are fairly straight-forward */
1399         while ((c = getopt_long(argc, argv, "v", opts, NULL)) != EOF) {
1400                 switch (c) {
1401                 case 'v':
1402                         verbose = true;
1403                         break;
1404                 case 's':
1405                         setup_net_file(optarg, &device_list);
1406                         break;
1407                 case 't':
1408                         setup_tun_net(optarg, &device_list);
1409                         break;
1410                 case 'b':
1411                         setup_block_file(optarg, &device_list);
1412                         break;
1413                 case 'i':
1414                         initrd_name = optarg;
1415                         break;
1416                 default:
1417                         warnx("Unknown argument %s", argv[optind]);
1418                         usage();
1419                 }
1420         }
1421         /* After the other arguments we expect memory and kernel image name,
1422          * followed by command line arguments for the kernel. */
1423         if (optind + 2 > argc)
1424                 usage();
1425
1426         verbose("Guest base is at %p\n", guest_base);
1427
1428         /* We always have a console device */
1429         setup_console(&device_list);
1430
1431         /* Now we load the kernel */
1432         start = load_kernel(open_or_die(argv[optind+1], O_RDONLY));
1433
1434         /* Boot information is stashed at physical address 0 */
1435         boot = from_guest_phys(0);
1436
1437         /* Map the initrd image if requested (at top of physical memory) */
1438         if (initrd_name) {
1439                 initrd_size = load_initrd(initrd_name, mem);
1440                 /* These are the location in the Linux boot header where the
1441                  * start and size of the initrd are expected to be found. */
1442                 *(unsigned long *)(boot+0x218) = mem - initrd_size;
1443                 *(unsigned long *)(boot+0x21c) = initrd_size;
1444                 /* The bootloader type 0xFF means "unknown"; that's OK. */
1445                 *(unsigned char *)(boot+0x210) = 0xFF;
1446         }
1447
1448         /* Set up the initial linear pagetables, starting below the initrd. */
1449         pgdir = setup_pagetables(mem, initrd_size);
1450
1451         /* The Linux boot header contains an "E820" memory map: ours is a
1452          * simple, single region. */
1453         *(char*)(boot+E820NR) = 1;
1454         *((struct e820entry *)(boot+E820MAP))
1455                 = ((struct e820entry) { 0, mem, E820_RAM });
1456         /* The boot header contains a command line pointer: we put the command
1457          * line after the boot header (at address 4096) */
1458         *(u32 *)(boot + 0x228) = 4096;
1459         concat(boot + 4096, argv+optind+2);
1460
1461         /* The guest type value of "1" tells the Guest it's under lguest. */
1462         *(int *)(boot + 0x23c) = 1;
1463
1464         /* We tell the kernel to initialize the Guest: this returns the open
1465          * /dev/lguest file descriptor. */
1466         lguest_fd = tell_kernel(pgdir, start);
1467
1468         /* We fork off a child process, which wakes the Launcher whenever one
1469          * of the input file descriptors needs attention.  Otherwise we would
1470          * run the Guest until it tries to output something. */
1471         waker_fd = setup_waker(lguest_fd, &device_list);
1472
1473         /* Finally, run the Guest.  This doesn't return. */
1474         run_guest(lguest_fd, &device_list);
1475 }
1476 /*:*/
1477
1478 /*M:999
1479  * Mastery is done: you now know everything I do.
1480  *
1481  * But surely you have seen code, features and bugs in your wanderings which
1482  * you now yearn to attack?  That is the real game, and I look forward to you
1483  * patching and forking lguest into the Your-Name-Here-visor.
1484  *
1485  * Farewell, and good coding!
1486  * Rusty Russell.
1487  */