]> www.pilppa.org Git - linux-2.6-omap-h63xx.git/blob - Documentation/lguest/lguest.c
lguest: net block unneeded receive queue update notifications
[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
3  * the virtual devices, then opens /dev/lguest to tell the kernel
4  * about the Guest and control it. :*/
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 #include <limits.h>
38 #include <stddef.h>
39 #include "linux/lguest_launcher.h"
40 #include "linux/virtio_config.h"
41 #include "linux/virtio_net.h"
42 #include "linux/virtio_blk.h"
43 #include "linux/virtio_console.h"
44 #include "linux/virtio_rng.h"
45 #include "linux/virtio_ring.h"
46 #include "asm-x86/bootparam.h"
47 /*L:110 We can ignore the 39 include files we need for this program, but I do
48  * want to draw attention to the use of kernel-style types.
49  *
50  * As Linus said, "C is a Spartan language, and so should your naming be."  I
51  * like these abbreviations, so we define them here.  Note that u64 is always
52  * unsigned long long, which works on all Linux systems: this means that we can
53  * use %llu in printf for any u64. */
54 typedef unsigned long long u64;
55 typedef uint32_t u32;
56 typedef uint16_t u16;
57 typedef uint8_t u8;
58 /*:*/
59
60 #define PAGE_PRESENT 0x7        /* Present, RW, Execute */
61 #define NET_PEERNUM 1
62 #define BRIDGE_PFX "bridge:"
63 #ifndef SIOCBRADDIF
64 #define SIOCBRADDIF     0x89a2          /* add interface to bridge      */
65 #endif
66 /* We can have up to 256 pages for devices. */
67 #define DEVICE_PAGES 256
68 /* This will occupy 2 pages: it must be a power of 2. */
69 #define VIRTQUEUE_NUM 128
70
71 /*L:120 verbose is both a global flag and a macro.  The C preprocessor allows
72  * this, and although I wouldn't recommend it, it works quite nicely here. */
73 static bool verbose;
74 #define verbose(args...) \
75         do { if (verbose) printf(args); } while(0)
76 /*:*/
77
78 /* The pipe to send commands to the waker process */
79 static int waker_fd;
80 /* The pointer to the start of guest memory. */
81 static void *guest_base;
82 /* The maximum guest physical address allowed, and maximum possible. */
83 static unsigned long guest_limit, guest_max;
84
85 /* a per-cpu variable indicating whose vcpu is currently running */
86 static unsigned int __thread cpu_id;
87
88 /* This is our list of devices. */
89 struct device_list
90 {
91         /* Summary information about the devices in our list: ready to pass to
92          * select() to ask which need servicing.*/
93         fd_set infds;
94         int max_infd;
95
96         /* Counter to assign interrupt numbers. */
97         unsigned int next_irq;
98
99         /* Counter to print out convenient device numbers. */
100         unsigned int device_num;
101
102         /* The descriptor page for the devices. */
103         u8 *descpage;
104
105         /* A single linked list of devices. */
106         struct device *dev;
107         /* And a pointer to the last device for easy append and also for
108          * configuration appending. */
109         struct device *lastdev;
110 };
111
112 /* The list of Guest devices, based on command line arguments. */
113 static struct device_list devices;
114
115 /* The device structure describes a single device. */
116 struct device
117 {
118         /* The linked-list pointer. */
119         struct device *next;
120
121         /* The this device's descriptor, as mapped into the Guest. */
122         struct lguest_device_desc *desc;
123
124         /* The name of this device, for --verbose. */
125         const char *name;
126
127         /* If handle_input is set, it wants to be called when this file
128          * descriptor is ready. */
129         int fd;
130         bool (*handle_input)(int fd, struct device *me);
131
132         /* Any queues attached to this device */
133         struct virtqueue *vq;
134
135         /* Handle status being finalized (ie. feature bits stable). */
136         void (*ready)(struct device *me);
137
138         /* Device-specific data. */
139         void *priv;
140 };
141
142 /* The virtqueue structure describes a queue attached to a device. */
143 struct virtqueue
144 {
145         struct virtqueue *next;
146
147         /* Which device owns me. */
148         struct device *dev;
149
150         /* The configuration for this queue. */
151         struct lguest_vqconfig config;
152
153         /* The actual ring of buffers. */
154         struct vring vring;
155
156         /* Last available index we saw. */
157         u16 last_avail_idx;
158
159         /* The routine to call when the Guest pings us. */
160         void (*handle_output)(int fd, struct virtqueue *me);
161
162         /* Outstanding buffers */
163         unsigned int inflight;
164 };
165
166 /* Remember the arguments to the program so we can "reboot" */
167 static char **main_args;
168
169 /* Since guest is UP and we don't run at the same time, we don't need barriers.
170  * But I include them in the code in case others copy it. */
171 #define wmb()
172
173 /* Convert an iovec element to the given type.
174  *
175  * This is a fairly ugly trick: we need to know the size of the type and
176  * alignment requirement to check the pointer is kosher.  It's also nice to
177  * have the name of the type in case we report failure.
178  *
179  * Typing those three things all the time is cumbersome and error prone, so we
180  * have a macro which sets them all up and passes to the real function. */
181 #define convert(iov, type) \
182         ((type *)_convert((iov), sizeof(type), __alignof__(type), #type))
183
184 static void *_convert(struct iovec *iov, size_t size, size_t align,
185                       const char *name)
186 {
187         if (iov->iov_len != size)
188                 errx(1, "Bad iovec size %zu for %s", iov->iov_len, name);
189         if ((unsigned long)iov->iov_base % align != 0)
190                 errx(1, "Bad alignment %p for %s", iov->iov_base, name);
191         return iov->iov_base;
192 }
193
194 /* Wrapper for the last available index.  Makes it easier to change. */
195 #define lg_last_avail(vq)       ((vq)->last_avail_idx)
196
197 /* The virtio configuration space is defined to be little-endian.  x86 is
198  * little-endian too, but it's nice to be explicit so we have these helpers. */
199 #define cpu_to_le16(v16) (v16)
200 #define cpu_to_le32(v32) (v32)
201 #define cpu_to_le64(v64) (v64)
202 #define le16_to_cpu(v16) (v16)
203 #define le32_to_cpu(v32) (v32)
204 #define le64_to_cpu(v64) (v64)
205
206 /* Is this iovec empty? */
207 static bool iov_empty(const struct iovec iov[], unsigned int num_iov)
208 {
209         unsigned int i;
210
211         for (i = 0; i < num_iov; i++)
212                 if (iov[i].iov_len)
213                         return false;
214         return true;
215 }
216
217 /* Take len bytes from the front of this iovec. */
218 static void iov_consume(struct iovec iov[], unsigned num_iov, unsigned len)
219 {
220         unsigned int i;
221
222         for (i = 0; i < num_iov; i++) {
223                 unsigned int used;
224
225                 used = iov[i].iov_len < len ? iov[i].iov_len : len;
226                 iov[i].iov_base += used;
227                 iov[i].iov_len -= used;
228                 len -= used;
229         }
230         assert(len == 0);
231 }
232
233 /* The device virtqueue descriptors are followed by feature bitmasks. */
234 static u8 *get_feature_bits(struct device *dev)
235 {
236         return (u8 *)(dev->desc + 1)
237                 + dev->desc->num_vq * sizeof(struct lguest_vqconfig);
238 }
239
240 /*L:100 The Launcher code itself takes us out into userspace, that scary place
241  * where pointers run wild and free!  Unfortunately, like most userspace
242  * programs, it's quite boring (which is why everyone likes to hack on the
243  * kernel!).  Perhaps if you make up an Lguest Drinking Game at this point, it
244  * will get you through this section.  Or, maybe not.
245  *
246  * The Launcher sets up a big chunk of memory to be the Guest's "physical"
247  * memory and stores it in "guest_base".  In other words, Guest physical ==
248  * Launcher virtual with an offset.
249  *
250  * This can be tough to get your head around, but usually it just means that we
251  * use these trivial conversion functions when the Guest gives us it's
252  * "physical" addresses: */
253 static void *from_guest_phys(unsigned long addr)
254 {
255         return guest_base + addr;
256 }
257
258 static unsigned long to_guest_phys(const void *addr)
259 {
260         return (addr - guest_base);
261 }
262
263 /*L:130
264  * Loading the Kernel.
265  *
266  * We start with couple of simple helper routines.  open_or_die() avoids
267  * error-checking code cluttering the callers: */
268 static int open_or_die(const char *name, int flags)
269 {
270         int fd = open(name, flags);
271         if (fd < 0)
272                 err(1, "Failed to open %s", name);
273         return fd;
274 }
275
276 /* map_zeroed_pages() takes a number of pages. */
277 static void *map_zeroed_pages(unsigned int num)
278 {
279         int fd = open_or_die("/dev/zero", O_RDONLY);
280         void *addr;
281
282         /* We use a private mapping (ie. if we write to the page, it will be
283          * copied). */
284         addr = mmap(NULL, getpagesize() * num,
285                     PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC, MAP_PRIVATE, fd, 0);
286         if (addr == MAP_FAILED)
287                 err(1, "Mmaping %u pages of /dev/zero", num);
288         close(fd);
289
290         return addr;
291 }
292
293 /* Get some more pages for a device. */
294 static void *get_pages(unsigned int num)
295 {
296         void *addr = from_guest_phys(guest_limit);
297
298         guest_limit += num * getpagesize();
299         if (guest_limit > guest_max)
300                 errx(1, "Not enough memory for devices");
301         return addr;
302 }
303
304 /* This routine is used to load the kernel or initrd.  It tries mmap, but if
305  * that fails (Plan 9's kernel file isn't nicely aligned on page boundaries),
306  * it falls back to reading the memory in. */
307 static void map_at(int fd, void *addr, unsigned long offset, unsigned long len)
308 {
309         ssize_t r;
310
311         /* We map writable even though for some segments are marked read-only.
312          * The kernel really wants to be writable: it patches its own
313          * instructions.
314          *
315          * MAP_PRIVATE means that the page won't be copied until a write is
316          * done to it.  This allows us to share untouched memory between
317          * Guests. */
318         if (mmap(addr, len, PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC,
319                  MAP_FIXED|MAP_PRIVATE, fd, offset) != MAP_FAILED)
320                 return;
321
322         /* pread does a seek and a read in one shot: saves a few lines. */
323         r = pread(fd, addr, len, offset);
324         if (r != len)
325                 err(1, "Reading offset %lu len %lu gave %zi", offset, len, r);
326 }
327
328 /* This routine takes an open vmlinux image, which is in ELF, and maps it into
329  * the Guest memory.  ELF = Embedded Linking Format, which is the format used
330  * by all modern binaries on Linux including the kernel.
331  *
332  * The ELF headers give *two* addresses: a physical address, and a virtual
333  * address.  We use the physical address; the Guest will map itself to the
334  * virtual address.
335  *
336  * We return the starting address. */
337 static unsigned long map_elf(int elf_fd, const Elf32_Ehdr *ehdr)
338 {
339         Elf32_Phdr phdr[ehdr->e_phnum];
340         unsigned int i;
341
342         /* Sanity checks on the main ELF header: an x86 executable with a
343          * reasonable number of correctly-sized program headers. */
344         if (ehdr->e_type != ET_EXEC
345             || ehdr->e_machine != EM_386
346             || ehdr->e_phentsize != sizeof(Elf32_Phdr)
347             || ehdr->e_phnum < 1 || ehdr->e_phnum > 65536U/sizeof(Elf32_Phdr))
348                 errx(1, "Malformed elf header");
349
350         /* An ELF executable contains an ELF header and a number of "program"
351          * headers which indicate which parts ("segments") of the program to
352          * load where. */
353
354         /* We read in all the program headers at once: */
355         if (lseek(elf_fd, ehdr->e_phoff, SEEK_SET) < 0)
356                 err(1, "Seeking to program headers");
357         if (read(elf_fd, phdr, sizeof(phdr)) != sizeof(phdr))
358                 err(1, "Reading program headers");
359
360         /* Try all the headers: there are usually only three.  A read-only one,
361          * a read-write one, and a "note" section which we don't load. */
362         for (i = 0; i < ehdr->e_phnum; i++) {
363                 /* If this isn't a loadable segment, we ignore it */
364                 if (phdr[i].p_type != PT_LOAD)
365                         continue;
366
367                 verbose("Section %i: size %i addr %p\n",
368                         i, phdr[i].p_memsz, (void *)phdr[i].p_paddr);
369
370                 /* We map this section of the file at its physical address. */
371                 map_at(elf_fd, from_guest_phys(phdr[i].p_paddr),
372                        phdr[i].p_offset, phdr[i].p_filesz);
373         }
374
375         /* The entry point is given in the ELF header. */
376         return ehdr->e_entry;
377 }
378
379 /*L:150 A bzImage, unlike an ELF file, is not meant to be loaded.  You're
380  * supposed to jump into it and it will unpack itself.  We used to have to
381  * perform some hairy magic because the unpacking code scared me.
382  *
383  * Fortunately, Jeremy Fitzhardinge convinced me it wasn't that hard and wrote
384  * a small patch to jump over the tricky bits in the Guest, so now we just read
385  * the funky header so we know where in the file to load, and away we go! */
386 static unsigned long load_bzimage(int fd)
387 {
388         struct boot_params boot;
389         int r;
390         /* Modern bzImages get loaded at 1M. */
391         void *p = from_guest_phys(0x100000);
392
393         /* Go back to the start of the file and read the header.  It should be
394          * a Linux boot header (see Documentation/i386/boot.txt) */
395         lseek(fd, 0, SEEK_SET);
396         read(fd, &boot, sizeof(boot));
397
398         /* Inside the setup_hdr, we expect the magic "HdrS" */
399         if (memcmp(&boot.hdr.header, "HdrS", 4) != 0)
400                 errx(1, "This doesn't look like a bzImage to me");
401
402         /* Skip over the extra sectors of the header. */
403         lseek(fd, (boot.hdr.setup_sects+1) * 512, SEEK_SET);
404
405         /* Now read everything into memory. in nice big chunks. */
406         while ((r = read(fd, p, 65536)) > 0)
407                 p += r;
408
409         /* Finally, code32_start tells us where to enter the kernel. */
410         return boot.hdr.code32_start;
411 }
412
413 /*L:140 Loading the kernel is easy when it's a "vmlinux", but most kernels
414  * come wrapped up in the self-decompressing "bzImage" format.  With a little
415  * work, we can load those, too. */
416 static unsigned long load_kernel(int fd)
417 {
418         Elf32_Ehdr hdr;
419
420         /* Read in the first few bytes. */
421         if (read(fd, &hdr, sizeof(hdr)) != sizeof(hdr))
422                 err(1, "Reading kernel");
423
424         /* If it's an ELF file, it starts with "\177ELF" */
425         if (memcmp(hdr.e_ident, ELFMAG, SELFMAG) == 0)
426                 return map_elf(fd, &hdr);
427
428         /* Otherwise we assume it's a bzImage, and try to load it. */
429         return load_bzimage(fd);
430 }
431
432 /* This is a trivial little helper to align pages.  Andi Kleen hated it because
433  * it calls getpagesize() twice: "it's dumb code."
434  *
435  * Kernel guys get really het up about optimization, even when it's not
436  * necessary.  I leave this code as a reaction against that. */
437 static inline unsigned long page_align(unsigned long addr)
438 {
439         /* Add upwards and truncate downwards. */
440         return ((addr + getpagesize()-1) & ~(getpagesize()-1));
441 }
442
443 /*L:180 An "initial ram disk" is a disk image loaded into memory along with
444  * the kernel which the kernel can use to boot from without needing any
445  * drivers.  Most distributions now use this as standard: the initrd contains
446  * the code to load the appropriate driver modules for the current machine.
447  *
448  * Importantly, James Morris works for RedHat, and Fedora uses initrds for its
449  * kernels.  He sent me this (and tells me when I break it). */
450 static unsigned long load_initrd(const char *name, unsigned long mem)
451 {
452         int ifd;
453         struct stat st;
454         unsigned long len;
455
456         ifd = open_or_die(name, O_RDONLY);
457         /* fstat() is needed to get the file size. */
458         if (fstat(ifd, &st) < 0)
459                 err(1, "fstat() on initrd '%s'", name);
460
461         /* We map the initrd at the top of memory, but mmap wants it to be
462          * page-aligned, so we round the size up for that. */
463         len = page_align(st.st_size);
464         map_at(ifd, from_guest_phys(mem - len), 0, st.st_size);
465         /* Once a file is mapped, you can close the file descriptor.  It's a
466          * little odd, but quite useful. */
467         close(ifd);
468         verbose("mapped initrd %s size=%lu @ %p\n", name, len, (void*)mem-len);
469
470         /* We return the initrd size. */
471         return len;
472 }
473
474 /* Once we know how much memory we have we can construct simple linear page
475  * tables which set virtual == physical which will get the Guest far enough
476  * into the boot to create its own.
477  *
478  * We lay them out of the way, just below the initrd (which is why we need to
479  * know its size here). */
480 static unsigned long setup_pagetables(unsigned long mem,
481                                       unsigned long initrd_size)
482 {
483         unsigned long *pgdir, *linear;
484         unsigned int mapped_pages, i, linear_pages;
485         unsigned int ptes_per_page = getpagesize()/sizeof(void *);
486
487         mapped_pages = mem/getpagesize();
488
489         /* Each PTE page can map ptes_per_page pages: how many do we need? */
490         linear_pages = (mapped_pages + ptes_per_page-1)/ptes_per_page;
491
492         /* We put the toplevel page directory page at the top of memory. */
493         pgdir = from_guest_phys(mem) - initrd_size - getpagesize();
494
495         /* Now we use the next linear_pages pages as pte pages */
496         linear = (void *)pgdir - linear_pages*getpagesize();
497
498         /* Linear mapping is easy: put every page's address into the mapping in
499          * order.  PAGE_PRESENT contains the flags Present, Writable and
500          * Executable. */
501         for (i = 0; i < mapped_pages; i++)
502                 linear[i] = ((i * getpagesize()) | PAGE_PRESENT);
503
504         /* The top level points to the linear page table pages above. */
505         for (i = 0; i < mapped_pages; i += ptes_per_page) {
506                 pgdir[i/ptes_per_page]
507                         = ((to_guest_phys(linear) + i*sizeof(void *))
508                            | PAGE_PRESENT);
509         }
510
511         verbose("Linear mapping of %u pages in %u pte pages at %#lx\n",
512                 mapped_pages, linear_pages, to_guest_phys(linear));
513
514         /* We return the top level (guest-physical) address: the kernel needs
515          * to know where it is. */
516         return to_guest_phys(pgdir);
517 }
518 /*:*/
519
520 /* Simple routine to roll all the commandline arguments together with spaces
521  * between them. */
522 static void concat(char *dst, char *args[])
523 {
524         unsigned int i, len = 0;
525
526         for (i = 0; args[i]; i++) {
527                 if (i) {
528                         strcat(dst+len, " ");
529                         len++;
530                 }
531                 strcpy(dst+len, args[i]);
532                 len += strlen(args[i]);
533         }
534         /* In case it's empty. */
535         dst[len] = '\0';
536 }
537
538 /*L:185 This is where we actually tell the kernel to initialize the Guest.  We
539  * saw the arguments it expects when we looked at initialize() in lguest_user.c:
540  * the base of Guest "physical" memory, the top physical page to allow, the
541  * top level pagetable and the entry point for the Guest. */
542 static int tell_kernel(unsigned long pgdir, unsigned long start)
543 {
544         unsigned long args[] = { LHREQ_INITIALIZE,
545                                  (unsigned long)guest_base,
546                                  guest_limit / getpagesize(), pgdir, start };
547         int fd;
548
549         verbose("Guest: %p - %p (%#lx)\n",
550                 guest_base, guest_base + guest_limit, guest_limit);
551         fd = open_or_die("/dev/lguest", O_RDWR);
552         if (write(fd, args, sizeof(args)) < 0)
553                 err(1, "Writing to /dev/lguest");
554
555         /* We return the /dev/lguest file descriptor to control this Guest */
556         return fd;
557 }
558 /*:*/
559
560 static void add_device_fd(int fd)
561 {
562         FD_SET(fd, &devices.infds);
563         if (fd > devices.max_infd)
564                 devices.max_infd = fd;
565 }
566
567 /*L:200
568  * The Waker.
569  *
570  * With console, block and network devices, we can have lots of input which we
571  * need to process.  We could try to tell the kernel what file descriptors to
572  * watch, but handing a file descriptor mask through to the kernel is fairly
573  * icky.
574  *
575  * Instead, we fork off a process which watches the file descriptors and writes
576  * the LHREQ_BREAK command to the /dev/lguest file descriptor to tell the Host
577  * stop running the Guest.  This causes the Launcher to return from the
578  * /dev/lguest read with -EAGAIN, where it will write to /dev/lguest to reset
579  * the LHREQ_BREAK and wake us up again.
580  *
581  * This, of course, is merely a different *kind* of icky.
582  */
583 static void wake_parent(int pipefd, int lguest_fd)
584 {
585         /* Add the pipe from the Launcher to the fdset in the device_list, so
586          * we watch it, too. */
587         add_device_fd(pipefd);
588
589         for (;;) {
590                 fd_set rfds = devices.infds;
591                 unsigned long args[] = { LHREQ_BREAK, 1 };
592
593                 /* Wait until input is ready from one of the devices. */
594                 select(devices.max_infd+1, &rfds, NULL, NULL, NULL);
595                 /* Is it a message from the Launcher? */
596                 if (FD_ISSET(pipefd, &rfds)) {
597                         int fd;
598                         /* If read() returns 0, it means the Launcher has
599                          * exited.  We silently follow. */
600                         if (read(pipefd, &fd, sizeof(fd)) == 0)
601                                 exit(0);
602                         /* Otherwise it's telling us to change what file
603                          * descriptors we're to listen to.  Positive means
604                          * listen to a new one, negative means stop
605                          * listening. */
606                         if (fd >= 0)
607                                 FD_SET(fd, &devices.infds);
608                         else
609                                 FD_CLR(-fd - 1, &devices.infds);
610                 } else /* Send LHREQ_BREAK command. */
611                         pwrite(lguest_fd, args, sizeof(args), cpu_id);
612         }
613 }
614
615 /* This routine just sets up a pipe to the Waker process. */
616 static int setup_waker(int lguest_fd)
617 {
618         int pipefd[2], child;
619
620         /* We create a pipe to talk to the Waker, and also so it knows when the
621          * Launcher dies (and closes pipe). */
622         pipe(pipefd);
623         child = fork();
624         if (child == -1)
625                 err(1, "forking");
626
627         if (child == 0) {
628                 /* We are the Waker: close the "writing" end of our copy of the
629                  * pipe and start waiting for input. */
630                 close(pipefd[1]);
631                 wake_parent(pipefd[0], lguest_fd);
632         }
633         /* Close the reading end of our copy of the pipe. */
634         close(pipefd[0]);
635
636         /* Here is the fd used to talk to the waker. */
637         return pipefd[1];
638 }
639
640 /*
641  * Device Handling.
642  *
643  * When the Guest gives us a buffer, it sends an array of addresses and sizes.
644  * We need to make sure it's not trying to reach into the Launcher itself, so
645  * we have a convenient routine which checks it and exits with an error message
646  * if something funny is going on:
647  */
648 static void *_check_pointer(unsigned long addr, unsigned int size,
649                             unsigned int line)
650 {
651         /* We have to separately check addr and addr+size, because size could
652          * be huge and addr + size might wrap around. */
653         if (addr >= guest_limit || addr + size >= guest_limit)
654                 errx(1, "%s:%i: Invalid address %#lx", __FILE__, line, addr);
655         /* We return a pointer for the caller's convenience, now we know it's
656          * safe to use. */
657         return from_guest_phys(addr);
658 }
659 /* A macro which transparently hands the line number to the real function. */
660 #define check_pointer(addr,size) _check_pointer(addr, size, __LINE__)
661
662 /* Each buffer in the virtqueues is actually a chain of descriptors.  This
663  * function returns the next descriptor in the chain, or vq->vring.num if we're
664  * at the end. */
665 static unsigned next_desc(struct virtqueue *vq, unsigned int i)
666 {
667         unsigned int next;
668
669         /* If this descriptor says it doesn't chain, we're done. */
670         if (!(vq->vring.desc[i].flags & VRING_DESC_F_NEXT))
671                 return vq->vring.num;
672
673         /* Check they're not leading us off end of descriptors. */
674         next = vq->vring.desc[i].next;
675         /* Make sure compiler knows to grab that: we don't want it changing! */
676         wmb();
677
678         if (next >= vq->vring.num)
679                 errx(1, "Desc next is %u", next);
680
681         return next;
682 }
683
684 /* This looks in the virtqueue and for the first available buffer, and converts
685  * it to an iovec for convenient access.  Since descriptors consist of some
686  * number of output then some number of input descriptors, it's actually two
687  * iovecs, but we pack them into one and note how many of each there were.
688  *
689  * This function returns the descriptor number found, or vq->vring.num (which
690  * is never a valid descriptor number) if none was found. */
691 static unsigned get_vq_desc(struct virtqueue *vq,
692                             struct iovec iov[],
693                             unsigned int *out_num, unsigned int *in_num)
694 {
695         unsigned int i, head;
696         u16 last_avail;
697
698         /* Check it isn't doing very strange things with descriptor numbers. */
699         last_avail = lg_last_avail(vq);
700         if ((u16)(vq->vring.avail->idx - last_avail) > vq->vring.num)
701                 errx(1, "Guest moved used index from %u to %u",
702                      last_avail, vq->vring.avail->idx);
703
704         /* If there's nothing new since last we looked, return invalid. */
705         if (vq->vring.avail->idx == last_avail)
706                 return vq->vring.num;
707
708         /* Grab the next descriptor number they're advertising, and increment
709          * the index we've seen. */
710         head = vq->vring.avail->ring[last_avail % vq->vring.num];
711         lg_last_avail(vq)++;
712
713         /* If their number is silly, that's a fatal mistake. */
714         if (head >= vq->vring.num)
715                 errx(1, "Guest says index %u is available", head);
716
717         /* When we start there are none of either input nor output. */
718         *out_num = *in_num = 0;
719
720         i = head;
721         do {
722                 /* Grab the first descriptor, and check it's OK. */
723                 iov[*out_num + *in_num].iov_len = vq->vring.desc[i].len;
724                 iov[*out_num + *in_num].iov_base
725                         = check_pointer(vq->vring.desc[i].addr,
726                                         vq->vring.desc[i].len);
727                 /* If this is an input descriptor, increment that count. */
728                 if (vq->vring.desc[i].flags & VRING_DESC_F_WRITE)
729                         (*in_num)++;
730                 else {
731                         /* If it's an output descriptor, they're all supposed
732                          * to come before any input descriptors. */
733                         if (*in_num)
734                                 errx(1, "Descriptor has out after in");
735                         (*out_num)++;
736                 }
737
738                 /* If we've got too many, that implies a descriptor loop. */
739                 if (*out_num + *in_num > vq->vring.num)
740                         errx(1, "Looped descriptor");
741         } while ((i = next_desc(vq, i)) != vq->vring.num);
742
743         vq->inflight++;
744         return head;
745 }
746
747 /* After we've used one of their buffers, we tell them about it.  We'll then
748  * want to send them an interrupt, using trigger_irq(). */
749 static void add_used(struct virtqueue *vq, unsigned int head, int len)
750 {
751         struct vring_used_elem *used;
752
753         /* The virtqueue contains a ring of used buffers.  Get a pointer to the
754          * next entry in that used ring. */
755         used = &vq->vring.used->ring[vq->vring.used->idx % vq->vring.num];
756         used->id = head;
757         used->len = len;
758         /* Make sure buffer is written before we update index. */
759         wmb();
760         vq->vring.used->idx++;
761         vq->inflight--;
762 }
763
764 /* This actually sends the interrupt for this virtqueue */
765 static void trigger_irq(int fd, struct virtqueue *vq)
766 {
767         unsigned long buf[] = { LHREQ_IRQ, vq->config.irq };
768
769         /* If they don't want an interrupt, don't send one, unless empty. */
770         if ((vq->vring.avail->flags & VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT)
771             && vq->inflight)
772                 return;
773
774         /* Send the Guest an interrupt tell them we used something up. */
775         if (write(fd, buf, sizeof(buf)) != 0)
776                 err(1, "Triggering irq %i", vq->config.irq);
777 }
778
779 /* And here's the combo meal deal.  Supersize me! */
780 static void add_used_and_trigger(int fd, struct virtqueue *vq,
781                                  unsigned int head, int len)
782 {
783         add_used(vq, head, len);
784         trigger_irq(fd, vq);
785 }
786
787 /*
788  * The Console
789  *
790  * Here is the input terminal setting we save, and the routine to restore them
791  * on exit so the user gets their terminal back. */
792 static struct termios orig_term;
793 static void restore_term(void)
794 {
795         tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &orig_term);
796 }
797
798 /* We associate some data with the console for our exit hack. */
799 struct console_abort
800 {
801         /* How many times have they hit ^C? */
802         int count;
803         /* When did they start? */
804         struct timeval start;
805 };
806
807 /* This is the routine which handles console input (ie. stdin). */
808 static bool handle_console_input(int fd, struct device *dev)
809 {
810         int len;
811         unsigned int head, in_num, out_num;
812         struct iovec iov[dev->vq->vring.num];
813         struct console_abort *abort = dev->priv;
814
815         /* First we need a console buffer from the Guests's input virtqueue. */
816         head = get_vq_desc(dev->vq, iov, &out_num, &in_num);
817
818         /* If they're not ready for input, stop listening to this file
819          * descriptor.  We'll start again once they add an input buffer. */
820         if (head == dev->vq->vring.num)
821                 return false;
822
823         if (out_num)
824                 errx(1, "Output buffers in console in queue?");
825
826         /* This is why we convert to iovecs: the readv() call uses them, and so
827          * it reads straight into the Guest's buffer. */
828         len = readv(dev->fd, iov, in_num);
829         if (len <= 0) {
830                 /* This implies that the console is closed, is /dev/null, or
831                  * something went terribly wrong. */
832                 warnx("Failed to get console input, ignoring console.");
833                 /* Put the input terminal back. */
834                 restore_term();
835                 /* Remove callback from input vq, so it doesn't restart us. */
836                 dev->vq->handle_output = NULL;
837                 /* Stop listening to this fd: don't call us again. */
838                 return false;
839         }
840
841         /* Tell the Guest about the new input. */
842         add_used_and_trigger(fd, dev->vq, head, len);
843
844         /* Three ^C within one second?  Exit.
845          *
846          * This is such a hack, but works surprisingly well.  Each ^C has to be
847          * in a buffer by itself, so they can't be too fast.  But we check that
848          * we get three within about a second, so they can't be too slow. */
849         if (len == 1 && ((char *)iov[0].iov_base)[0] == 3) {
850                 if (!abort->count++)
851                         gettimeofday(&abort->start, NULL);
852                 else if (abort->count == 3) {
853                         struct timeval now;
854                         gettimeofday(&now, NULL);
855                         if (now.tv_sec <= abort->start.tv_sec+1) {
856                                 unsigned long args[] = { LHREQ_BREAK, 0 };
857                                 /* Close the fd so Waker will know it has to
858                                  * exit. */
859                                 close(waker_fd);
860                                 /* Just in case waker is blocked in BREAK, send
861                                  * unbreak now. */
862                                 write(fd, args, sizeof(args));
863                                 exit(2);
864                         }
865                         abort->count = 0;
866                 }
867         } else
868                 /* Any other key resets the abort counter. */
869                 abort->count = 0;
870
871         /* Everything went OK! */
872         return true;
873 }
874
875 /* Handling output for console is simple: we just get all the output buffers
876  * and write them to stdout. */
877 static void handle_console_output(int fd, struct virtqueue *vq)
878 {
879         unsigned int head, out, in;
880         int len;
881         struct iovec iov[vq->vring.num];
882
883         /* Keep getting output buffers from the Guest until we run out. */
884         while ((head = get_vq_desc(vq, iov, &out, &in)) != vq->vring.num) {
885                 if (in)
886                         errx(1, "Input buffers in output queue?");
887                 len = writev(STDOUT_FILENO, iov, out);
888                 add_used_and_trigger(fd, vq, head, len);
889         }
890 }
891
892 /*
893  * The Network
894  *
895  * Handling output for network is also simple: we get all the output buffers
896  * and write them (ignoring the first element) to this device's file descriptor
897  * (/dev/net/tun).
898  */
899 static void handle_net_output(int fd, struct virtqueue *vq)
900 {
901         unsigned int head, out, in;
902         int len;
903         struct iovec iov[vq->vring.num];
904
905         /* Keep getting output buffers from the Guest until we run out. */
906         while ((head = get_vq_desc(vq, iov, &out, &in)) != vq->vring.num) {
907                 if (in)
908                         errx(1, "Input buffers in output queue?");
909                 /* Check header, but otherwise ignore it (we told the Guest we
910                  * supported no features, so it shouldn't have anything
911                  * interesting). */
912                 (void)convert(&iov[0], struct virtio_net_hdr);
913                 len = writev(vq->dev->fd, iov+1, out-1);
914                 add_used_and_trigger(fd, vq, head, len);
915         }
916 }
917
918 /* This is where we handle a packet coming in from the tun device to our
919  * Guest. */
920 static bool handle_tun_input(int fd, struct device *dev)
921 {
922         unsigned int head, in_num, out_num;
923         int len;
924         struct iovec iov[dev->vq->vring.num];
925         struct virtio_net_hdr *hdr;
926
927         /* First we need a network buffer from the Guests's recv virtqueue. */
928         head = get_vq_desc(dev->vq, iov, &out_num, &in_num);
929         if (head == dev->vq->vring.num) {
930                 /* Now, it's expected that if we try to send a packet too
931                  * early, the Guest won't be ready yet.  Wait until the device
932                  * status says it's ready. */
933                 /* FIXME: Actually want DRIVER_ACTIVE here. */
934                 if (dev->desc->status & VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER_OK)
935                         warn("network: no dma buffer!");
936
937                 /* Now tell it we want to know if new things appear. */
938                 dev->vq->vring.used->flags &= ~VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
939                 wmb();
940
941                 /* We'll turn this back on if input buffers are registered. */
942                 return false;
943         } else if (out_num)
944                 errx(1, "Output buffers in network recv queue?");
945
946         /* First element is the header: we set it to 0 (no features). */
947         hdr = convert(&iov[0], struct virtio_net_hdr);
948         hdr->flags = 0;
949         hdr->gso_type = VIRTIO_NET_HDR_GSO_NONE;
950
951         /* Read the packet from the device directly into the Guest's buffer. */
952         len = readv(dev->fd, iov+1, in_num-1);
953         if (len <= 0)
954                 err(1, "reading network");
955
956         /* Tell the Guest about the new packet. */
957         add_used_and_trigger(fd, dev->vq, head, sizeof(*hdr) + len);
958
959         verbose("tun input packet len %i [%02x %02x] (%s)\n", len,
960                 ((u8 *)iov[1].iov_base)[0], ((u8 *)iov[1].iov_base)[1],
961                 head != dev->vq->vring.num ? "sent" : "discarded");
962
963         /* All good. */
964         return true;
965 }
966
967 /*L:215 This is the callback attached to the network and console input
968  * virtqueues: it ensures we try again, in case we stopped console or net
969  * delivery because Guest didn't have any buffers. */
970 static void enable_fd(int fd, struct virtqueue *vq)
971 {
972         add_device_fd(vq->dev->fd);
973         /* Tell waker to listen to it again */
974         write(waker_fd, &vq->dev->fd, sizeof(vq->dev->fd));
975 }
976
977 static void net_enable_fd(int fd, struct virtqueue *vq)
978 {
979         /* We don't need to know again when Guest refills receive buffer. */
980         vq->vring.used->flags |= VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
981         enable_fd(fd, vq);
982 }
983
984 /* When the Guest tells us they updated the status field, we handle it. */
985 static void update_device_status(struct device *dev)
986 {
987         struct virtqueue *vq;
988
989         /* This is a reset. */
990         if (dev->desc->status == 0) {
991                 verbose("Resetting device %s\n", dev->name);
992
993                 /* Clear any features they've acked. */
994                 memset(get_feature_bits(dev) + dev->desc->feature_len, 0,
995                        dev->desc->feature_len);
996
997                 /* Zero out the virtqueues. */
998                 for (vq = dev->vq; vq; vq = vq->next) {
999                         memset(vq->vring.desc, 0,
1000                                vring_size(vq->config.num, getpagesize()));
1001                         lg_last_avail(vq) = 0;
1002                 }
1003         } else if (dev->desc->status & VIRTIO_CONFIG_S_FAILED) {
1004                 warnx("Device %s configuration FAILED", dev->name);
1005         } else if (dev->desc->status & VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER_OK) {
1006                 unsigned int i;
1007
1008                 verbose("Device %s OK: offered", dev->name);
1009                 for (i = 0; i < dev->desc->feature_len; i++)
1010                         verbose(" %02x", get_feature_bits(dev)[i]);
1011                 verbose(", accepted");
1012                 for (i = 0; i < dev->desc->feature_len; i++)
1013                         verbose(" %02x", get_feature_bits(dev)
1014                                 [dev->desc->feature_len+i]);
1015
1016                 if (dev->ready)
1017                         dev->ready(dev);
1018         }
1019 }
1020
1021 /* This is the generic routine we call when the Guest uses LHCALL_NOTIFY. */
1022 static void handle_output(int fd, unsigned long addr)
1023 {
1024         struct device *i;
1025         struct virtqueue *vq;
1026
1027         /* Check each device and virtqueue. */
1028         for (i = devices.dev; i; i = i->next) {
1029                 /* Notifications to device descriptors update device status. */
1030                 if (from_guest_phys(addr) == i->desc) {
1031                         update_device_status(i);
1032                         return;
1033                 }
1034
1035                 /* Notifications to virtqueues mean output has occurred. */
1036                 for (vq = i->vq; vq; vq = vq->next) {
1037                         if (vq->config.pfn != addr/getpagesize())
1038                                 continue;
1039
1040                         /* Guest should acknowledge (and set features!)  before
1041                          * using the device. */
1042                         if (i->desc->status == 0) {
1043                                 warnx("%s gave early output", i->name);
1044                                 return;
1045                         }
1046
1047                         if (strcmp(vq->dev->name, "console") != 0)
1048                                 verbose("Output to %s\n", vq->dev->name);
1049                         if (vq->handle_output)
1050                                 vq->handle_output(fd, vq);
1051                         return;
1052                 }
1053         }
1054
1055         /* Early console write is done using notify on a nul-terminated string
1056          * in Guest memory. */
1057         if (addr >= guest_limit)
1058                 errx(1, "Bad NOTIFY %#lx", addr);
1059
1060         write(STDOUT_FILENO, from_guest_phys(addr),
1061               strnlen(from_guest_phys(addr), guest_limit - addr));
1062 }
1063
1064 /* This is called when the Waker wakes us up: check for incoming file
1065  * descriptors. */
1066 static void handle_input(int fd)
1067 {
1068         /* select() wants a zeroed timeval to mean "don't wait". */
1069         struct timeval poll = { .tv_sec = 0, .tv_usec = 0 };
1070
1071         for (;;) {
1072                 struct device *i;
1073                 fd_set fds = devices.infds;
1074
1075                 /* If nothing is ready, we're done. */
1076                 if (select(devices.max_infd+1, &fds, NULL, NULL, &poll) == 0)
1077                         break;
1078
1079                 /* Otherwise, call the device(s) which have readable file
1080                  * descriptors and a method of handling them.  */
1081                 for (i = devices.dev; i; i = i->next) {
1082                         if (i->handle_input && FD_ISSET(i->fd, &fds)) {
1083                                 int dev_fd;
1084                                 if (i->handle_input(fd, i))
1085                                         continue;
1086
1087                                 /* If handle_input() returns false, it means we
1088                                  * should no longer service it.  Networking and
1089                                  * console do this when there's no input
1090                                  * buffers to deliver into.  Console also uses
1091                                  * it when it discovers that stdin is closed. */
1092                                 FD_CLR(i->fd, &devices.infds);
1093                                 /* Tell waker to ignore it too, by sending a
1094                                  * negative fd number (-1, since 0 is a valid
1095                                  * FD number). */
1096                                 dev_fd = -i->fd - 1;
1097                                 write(waker_fd, &dev_fd, sizeof(dev_fd));
1098                         }
1099                 }
1100         }
1101 }
1102
1103 /*L:190
1104  * Device Setup
1105  *
1106  * All devices need a descriptor so the Guest knows it exists, and a "struct
1107  * device" so the Launcher can keep track of it.  We have common helper
1108  * routines to allocate and manage them.
1109  */
1110
1111 /* The layout of the device page is a "struct lguest_device_desc" followed by a
1112  * number of virtqueue descriptors, then two sets of feature bits, then an
1113  * array of configuration bytes.  This routine returns the configuration
1114  * pointer. */
1115 static u8 *device_config(const struct device *dev)
1116 {
1117         return (void *)(dev->desc + 1)
1118                 + dev->desc->num_vq * sizeof(struct lguest_vqconfig)
1119                 + dev->desc->feature_len * 2;
1120 }
1121
1122 /* This routine allocates a new "struct lguest_device_desc" from descriptor
1123  * table page just above the Guest's normal memory.  It returns a pointer to
1124  * that descriptor. */
1125 static struct lguest_device_desc *new_dev_desc(u16 type)
1126 {
1127         struct lguest_device_desc d = { .type = type };
1128         void *p;
1129
1130         /* Figure out where the next device config is, based on the last one. */
1131         if (devices.lastdev)
1132                 p = device_config(devices.lastdev)
1133                         + devices.lastdev->desc->config_len;
1134         else
1135                 p = devices.descpage;
1136
1137         /* We only have one page for all the descriptors. */
1138         if (p + sizeof(d) > (void *)devices.descpage + getpagesize())
1139                 errx(1, "Too many devices");
1140
1141         /* p might not be aligned, so we memcpy in. */
1142         return memcpy(p, &d, sizeof(d));
1143 }
1144
1145 /* Each device descriptor is followed by the description of its virtqueues.  We
1146  * specify how many descriptors the virtqueue is to have. */
1147 static void add_virtqueue(struct device *dev, unsigned int num_descs,
1148                           void (*handle_output)(int fd, struct virtqueue *me))
1149 {
1150         unsigned int pages;
1151         struct virtqueue **i, *vq = malloc(sizeof(*vq));
1152         void *p;
1153
1154         /* First we need some memory for this virtqueue. */
1155         pages = (vring_size(num_descs, getpagesize()) + getpagesize() - 1)
1156                 / getpagesize();
1157         p = get_pages(pages);
1158
1159         /* Initialize the virtqueue */
1160         vq->next = NULL;
1161         vq->last_avail_idx = 0;
1162         vq->dev = dev;
1163         vq->inflight = 0;
1164
1165         /* Initialize the configuration. */
1166         vq->config.num = num_descs;
1167         vq->config.irq = devices.next_irq++;
1168         vq->config.pfn = to_guest_phys(p) / getpagesize();
1169
1170         /* Initialize the vring. */
1171         vring_init(&vq->vring, num_descs, p, getpagesize());
1172
1173         /* Append virtqueue to this device's descriptor.  We use
1174          * device_config() to get the end of the device's current virtqueues;
1175          * we check that we haven't added any config or feature information
1176          * yet, otherwise we'd be overwriting them. */
1177         assert(dev->desc->config_len == 0 && dev->desc->feature_len == 0);
1178         memcpy(device_config(dev), &vq->config, sizeof(vq->config));
1179         dev->desc->num_vq++;
1180
1181         verbose("Virtqueue page %#lx\n", to_guest_phys(p));
1182
1183         /* Add to tail of list, so dev->vq is first vq, dev->vq->next is
1184          * second.  */
1185         for (i = &dev->vq; *i; i = &(*i)->next);
1186         *i = vq;
1187
1188         /* Set the routine to call when the Guest does something to this
1189          * virtqueue. */
1190         vq->handle_output = handle_output;
1191
1192         /* As an optimization, set the advisory "Don't Notify Me" flag if we
1193          * don't have a handler */
1194         if (!handle_output)
1195                 vq->vring.used->flags = VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
1196 }
1197
1198 /* The first half of the feature bitmask is for us to advertise features.  The
1199  * second half is for the Guest to accept features. */
1200 static void add_feature(struct device *dev, unsigned bit)
1201 {
1202         u8 *features = get_feature_bits(dev);
1203
1204         /* We can't extend the feature bits once we've added config bytes */
1205         if (dev->desc->feature_len <= bit / CHAR_BIT) {
1206                 assert(dev->desc->config_len == 0);
1207                 dev->desc->feature_len = (bit / CHAR_BIT) + 1;
1208         }
1209
1210         features[bit / CHAR_BIT] |= (1 << (bit % CHAR_BIT));
1211 }
1212
1213 /* This routine sets the configuration fields for an existing device's
1214  * descriptor.  It only works for the last device, but that's OK because that's
1215  * how we use it. */
1216 static void set_config(struct device *dev, unsigned len, const void *conf)
1217 {
1218         /* Check we haven't overflowed our single page. */
1219         if (device_config(dev) + len > devices.descpage + getpagesize())
1220                 errx(1, "Too many devices");
1221
1222         /* Copy in the config information, and store the length. */
1223         memcpy(device_config(dev), conf, len);
1224         dev->desc->config_len = len;
1225 }
1226
1227 /* This routine does all the creation and setup of a new device, including
1228  * calling new_dev_desc() to allocate the descriptor and device memory.
1229  *
1230  * See what I mean about userspace being boring? */
1231 static struct device *new_device(const char *name, u16 type, int fd,
1232                                  bool (*handle_input)(int, struct device *))
1233 {
1234         struct device *dev = malloc(sizeof(*dev));
1235
1236         /* Now we populate the fields one at a time. */
1237         dev->fd = fd;
1238         /* If we have an input handler for this file descriptor, then we add it
1239          * to the device_list's fdset and maxfd. */
1240         if (handle_input)
1241                 add_device_fd(dev->fd);
1242         dev->desc = new_dev_desc(type);
1243         dev->handle_input = handle_input;
1244         dev->name = name;
1245         dev->vq = NULL;
1246         dev->ready = NULL;
1247
1248         /* Append to device list.  Prepending to a single-linked list is
1249          * easier, but the user expects the devices to be arranged on the bus
1250          * in command-line order.  The first network device on the command line
1251          * is eth0, the first block device /dev/vda, etc. */
1252         if (devices.lastdev)
1253                 devices.lastdev->next = dev;
1254         else
1255                 devices.dev = dev;
1256         devices.lastdev = dev;
1257
1258         return dev;
1259 }
1260
1261 /* Our first setup routine is the console.  It's a fairly simple device, but
1262  * UNIX tty handling makes it uglier than it could be. */
1263 static void setup_console(void)
1264 {
1265         struct device *dev;
1266
1267         /* If we can save the initial standard input settings... */
1268         if (tcgetattr(STDIN_FILENO, &orig_term) == 0) {
1269                 struct termios term = orig_term;
1270                 /* Then we turn off echo, line buffering and ^C etc.  We want a
1271                  * raw input stream to the Guest. */
1272                 term.c_lflag &= ~(ISIG|ICANON|ECHO);
1273                 tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &term);
1274                 /* If we exit gracefully, the original settings will be
1275                  * restored so the user can see what they're typing. */
1276                 atexit(restore_term);
1277         }
1278
1279         dev = new_device("console", VIRTIO_ID_CONSOLE,
1280                          STDIN_FILENO, handle_console_input);
1281         /* We store the console state in dev->priv, and initialize it. */
1282         dev->priv = malloc(sizeof(struct console_abort));
1283         ((struct console_abort *)dev->priv)->count = 0;
1284
1285         /* The console needs two virtqueues: the input then the output.  When
1286          * they put something the input queue, we make sure we're listening to
1287          * stdin.  When they put something in the output queue, we write it to
1288          * stdout. */
1289         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, enable_fd);
1290         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, handle_console_output);
1291
1292         verbose("device %u: console\n", devices.device_num++);
1293 }
1294 /*:*/
1295
1296 /*M:010 Inter-guest networking is an interesting area.  Simplest is to have a
1297  * --sharenet=<name> option which opens or creates a named pipe.  This can be
1298  * used to send packets to another guest in a 1:1 manner.
1299  *
1300  * More sopisticated is to use one of the tools developed for project like UML
1301  * to do networking.
1302  *
1303  * Faster is to do virtio bonding in kernel.  Doing this 1:1 would be
1304  * completely generic ("here's my vring, attach to your vring") and would work
1305  * for any traffic.  Of course, namespace and permissions issues need to be
1306  * dealt with.  A more sophisticated "multi-channel" virtio_net.c could hide
1307  * multiple inter-guest channels behind one interface, although it would
1308  * require some manner of hotplugging new virtio channels.
1309  *
1310  * Finally, we could implement a virtio network switch in the kernel. :*/
1311
1312 static u32 str2ip(const char *ipaddr)
1313 {
1314         unsigned int b[4];
1315
1316         if (sscanf(ipaddr, "%u.%u.%u.%u", &b[0], &b[1], &b[2], &b[3]) != 4)
1317                 errx(1, "Failed to parse IP address '%s'", ipaddr);
1318         return (b[0] << 24) | (b[1] << 16) | (b[2] << 8) | b[3];
1319 }
1320
1321 static void str2mac(const char *macaddr, unsigned char mac[6])
1322 {
1323         unsigned int m[6];
1324         if (sscanf(macaddr, "%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x",
1325                    &m[0], &m[1], &m[2], &m[3], &m[4], &m[5]) != 6)
1326                 errx(1, "Failed to parse mac address '%s'", macaddr);
1327         mac[0] = m[0];
1328         mac[1] = m[1];
1329         mac[2] = m[2];
1330         mac[3] = m[3];
1331         mac[4] = m[4];
1332         mac[5] = m[5];
1333 }
1334
1335 /* This code is "adapted" from libbridge: it attaches the Host end of the
1336  * network device to the bridge device specified by the command line.
1337  *
1338  * This is yet another James Morris contribution (I'm an IP-level guy, so I
1339  * dislike bridging), and I just try not to break it. */
1340 static void add_to_bridge(int fd, const char *if_name, const char *br_name)
1341 {
1342         int ifidx;
1343         struct ifreq ifr;
1344
1345         if (!*br_name)
1346                 errx(1, "must specify bridge name");
1347
1348         ifidx = if_nametoindex(if_name);
1349         if (!ifidx)
1350                 errx(1, "interface %s does not exist!", if_name);
1351
1352         strncpy(ifr.ifr_name, br_name, IFNAMSIZ);
1353         ifr.ifr_name[IFNAMSIZ-1] = '\0';
1354         ifr.ifr_ifindex = ifidx;
1355         if (ioctl(fd, SIOCBRADDIF, &ifr) < 0)
1356                 err(1, "can't add %s to bridge %s", if_name, br_name);
1357 }
1358
1359 /* This sets up the Host end of the network device with an IP address, brings
1360  * it up so packets will flow, the copies the MAC address into the hwaddr
1361  * pointer. */
1362 static void configure_device(int fd, const char *tapif, u32 ipaddr)
1363 {
1364         struct ifreq ifr;
1365         struct sockaddr_in *sin = (struct sockaddr_in *)&ifr.ifr_addr;
1366
1367         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
1368         strcpy(ifr.ifr_name, tapif);
1369
1370         /* Don't read these incantations.  Just cut & paste them like I did! */
1371         sin->sin_family = AF_INET;
1372         sin->sin_addr.s_addr = htonl(ipaddr);
1373         if (ioctl(fd, SIOCSIFADDR, &ifr) != 0)
1374                 err(1, "Setting %s interface address", tapif);
1375         ifr.ifr_flags = IFF_UP;
1376         if (ioctl(fd, SIOCSIFFLAGS, &ifr) != 0)
1377                 err(1, "Bringing interface %s up", tapif);
1378 }
1379
1380 static void get_mac(int fd, const char *tapif, unsigned char hwaddr[6])
1381 {
1382         struct ifreq ifr;
1383
1384         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
1385         strcpy(ifr.ifr_name, tapif);
1386
1387         /* SIOC stands for Socket I/O Control.  G means Get (vs S for Set
1388          * above).  IF means Interface, and HWADDR is hardware address.
1389          * Simple! */
1390         if (ioctl(fd, SIOCGIFHWADDR, &ifr) != 0)
1391                 err(1, "getting hw address for %s", tapif);
1392         memcpy(hwaddr, ifr.ifr_hwaddr.sa_data, 6);
1393 }
1394
1395 static int get_tun_device(char tapif[IFNAMSIZ])
1396 {
1397         struct ifreq ifr;
1398         int netfd;
1399
1400         /* Start with this zeroed.  Messy but sure. */
1401         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
1402
1403         /* We open the /dev/net/tun device and tell it we want a tap device.  A
1404          * tap device is like a tun device, only somehow different.  To tell
1405          * the truth, I completely blundered my way through this code, but it
1406          * works now! */
1407         netfd = open_or_die("/dev/net/tun", O_RDWR);
1408         ifr.ifr_flags = IFF_TAP | IFF_NO_PI;
1409         strcpy(ifr.ifr_name, "tap%d");
1410         if (ioctl(netfd, TUNSETIFF, &ifr) != 0)
1411                 err(1, "configuring /dev/net/tun");
1412
1413         /* We don't need checksums calculated for packets coming in this
1414          * device: trust us! */
1415         ioctl(netfd, TUNSETNOCSUM, 1);
1416
1417         memcpy(tapif, ifr.ifr_name, IFNAMSIZ);
1418         return netfd;
1419 }
1420
1421 /*L:195 Our network is a Host<->Guest network.  This can either use bridging or
1422  * routing, but the principle is the same: it uses the "tun" device to inject
1423  * packets into the Host as if they came in from a normal network card.  We
1424  * just shunt packets between the Guest and the tun device. */
1425 static void setup_tun_net(char *arg)
1426 {
1427         struct device *dev;
1428         int netfd, ipfd;
1429         u32 ip = INADDR_ANY;
1430         bool bridging = false;
1431         char tapif[IFNAMSIZ], *p;
1432         struct virtio_net_config conf;
1433
1434         netfd = get_tun_device(tapif);
1435
1436         /* First we create a new network device. */
1437         dev = new_device("net", VIRTIO_ID_NET, netfd, handle_tun_input);
1438
1439         /* Network devices need a receive and a send queue, just like
1440          * console. */
1441         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, net_enable_fd);
1442         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, handle_net_output);
1443
1444         /* We need a socket to perform the magic network ioctls to bring up the
1445          * tap interface, connect to the bridge etc.  Any socket will do! */
1446         ipfd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_IP);
1447         if (ipfd < 0)
1448                 err(1, "opening IP socket");
1449
1450         /* If the command line was --tunnet=bridge:<name> do bridging. */
1451         if (!strncmp(BRIDGE_PFX, arg, strlen(BRIDGE_PFX))) {
1452                 arg += strlen(BRIDGE_PFX);
1453                 bridging = true;
1454         }
1455
1456         /* A mac address may follow the bridge name or IP address */
1457         p = strchr(arg, ':');
1458         if (p) {
1459                 str2mac(p+1, conf.mac);
1460                 *p = '\0';
1461         } else {
1462                 p = arg + strlen(arg);
1463                 /* None supplied; query the randomly assigned mac. */
1464                 get_mac(ipfd, tapif, conf.mac);
1465         }
1466
1467         /* arg is now either an IP address or a bridge name */
1468         if (bridging)
1469                 add_to_bridge(ipfd, tapif, arg);
1470         else
1471                 ip = str2ip(arg);
1472
1473         /* Set up the tun device. */
1474         configure_device(ipfd, tapif, ip);
1475
1476         /* Tell Guest what MAC address to use. */
1477         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_MAC);
1478         add_feature(dev, VIRTIO_F_NOTIFY_ON_EMPTY);
1479         set_config(dev, sizeof(conf), &conf);
1480
1481         /* We don't need the socket any more; setup is done. */
1482         close(ipfd);
1483
1484         devices.device_num++;
1485
1486         if (bridging)
1487                 verbose("device %u: tun %s attached to bridge: %s\n",
1488                         devices.device_num, tapif, arg);
1489         else
1490                 verbose("device %u: tun %s: %s\n",
1491                         devices.device_num, tapif, arg);
1492 }
1493
1494 /* Our block (disk) device should be really simple: the Guest asks for a block
1495  * number and we read or write that position in the file.  Unfortunately, that
1496  * was amazingly slow: the Guest waits until the read is finished before
1497  * running anything else, even if it could have been doing useful work.
1498  *
1499  * We could use async I/O, except it's reputed to suck so hard that characters
1500  * actually go missing from your code when you try to use it.
1501  *
1502  * So we farm the I/O out to thread, and communicate with it via a pipe. */
1503
1504 /* This hangs off device->priv. */
1505 struct vblk_info
1506 {
1507         /* The size of the file. */
1508         off64_t len;
1509
1510         /* The file descriptor for the file. */
1511         int fd;
1512
1513         /* IO thread listens on this file descriptor [0]. */
1514         int workpipe[2];
1515
1516         /* IO thread writes to this file descriptor to mark it done, then
1517          * Launcher triggers interrupt to Guest. */
1518         int done_fd;
1519 };
1520
1521 /*L:210
1522  * The Disk
1523  *
1524  * Remember that the block device is handled by a separate I/O thread.  We head
1525  * straight into the core of that thread here:
1526  */
1527 static bool service_io(struct device *dev)
1528 {
1529         struct vblk_info *vblk = dev->priv;
1530         unsigned int head, out_num, in_num, wlen;
1531         int ret;
1532         u8 *in;
1533         struct virtio_blk_outhdr *out;
1534         struct iovec iov[dev->vq->vring.num];
1535         off64_t off;
1536
1537         /* See if there's a request waiting.  If not, nothing to do. */
1538         head = get_vq_desc(dev->vq, iov, &out_num, &in_num);
1539         if (head == dev->vq->vring.num)
1540                 return false;
1541
1542         /* Every block request should contain at least one output buffer
1543          * (detailing the location on disk and the type of request) and one
1544          * input buffer (to hold the result). */
1545         if (out_num == 0 || in_num == 0)
1546                 errx(1, "Bad virtblk cmd %u out=%u in=%u",
1547                      head, out_num, in_num);
1548
1549         out = convert(&iov[0], struct virtio_blk_outhdr);
1550         in = convert(&iov[out_num+in_num-1], u8);
1551         off = out->sector * 512;
1552
1553         /* The block device implements "barriers", where the Guest indicates
1554          * that it wants all previous writes to occur before this write.  We
1555          * don't have a way of asking our kernel to do a barrier, so we just
1556          * synchronize all the data in the file.  Pretty poor, no? */
1557         if (out->type & VIRTIO_BLK_T_BARRIER)
1558                 fdatasync(vblk->fd);
1559
1560         /* In general the virtio block driver is allowed to try SCSI commands.
1561          * It'd be nice if we supported eject, for example, but we don't. */
1562         if (out->type & VIRTIO_BLK_T_SCSI_CMD) {
1563                 fprintf(stderr, "Scsi commands unsupported\n");
1564                 *in = VIRTIO_BLK_S_UNSUPP;
1565                 wlen = sizeof(*in);
1566         } else if (out->type & VIRTIO_BLK_T_OUT) {
1567                 /* Write */
1568
1569                 /* Move to the right location in the block file.  This can fail
1570                  * if they try to write past end. */
1571                 if (lseek64(vblk->fd, off, SEEK_SET) != off)
1572                         err(1, "Bad seek to sector %llu", out->sector);
1573
1574                 ret = writev(vblk->fd, iov+1, out_num-1);
1575                 verbose("WRITE to sector %llu: %i\n", out->sector, ret);
1576
1577                 /* Grr... Now we know how long the descriptor they sent was, we
1578                  * make sure they didn't try to write over the end of the block
1579                  * file (possibly extending it). */
1580                 if (ret > 0 && off + ret > vblk->len) {
1581                         /* Trim it back to the correct length */
1582                         ftruncate64(vblk->fd, vblk->len);
1583                         /* Die, bad Guest, die. */
1584                         errx(1, "Write past end %llu+%u", off, ret);
1585                 }
1586                 wlen = sizeof(*in);
1587                 *in = (ret >= 0 ? VIRTIO_BLK_S_OK : VIRTIO_BLK_S_IOERR);
1588         } else {
1589                 /* Read */
1590
1591                 /* Move to the right location in the block file.  This can fail
1592                  * if they try to read past end. */
1593                 if (lseek64(vblk->fd, off, SEEK_SET) != off)
1594                         err(1, "Bad seek to sector %llu", out->sector);
1595
1596                 ret = readv(vblk->fd, iov+1, in_num-1);
1597                 verbose("READ from sector %llu: %i\n", out->sector, ret);
1598                 if (ret >= 0) {
1599                         wlen = sizeof(*in) + ret;
1600                         *in = VIRTIO_BLK_S_OK;
1601                 } else {
1602                         wlen = sizeof(*in);
1603                         *in = VIRTIO_BLK_S_IOERR;
1604                 }
1605         }
1606
1607         /* We can't trigger an IRQ, because we're not the Launcher.  It does
1608          * that when we tell it we're done. */
1609         add_used(dev->vq, head, wlen);
1610         return true;
1611 }
1612
1613 /* This is the thread which actually services the I/O. */
1614 static int io_thread(void *_dev)
1615 {
1616         struct device *dev = _dev;
1617         struct vblk_info *vblk = dev->priv;
1618         char c;
1619
1620         /* Close other side of workpipe so we get 0 read when main dies. */
1621         close(vblk->workpipe[1]);
1622         /* Close the other side of the done_fd pipe. */
1623         close(dev->fd);
1624
1625         /* When this read fails, it means Launcher died, so we follow. */
1626         while (read(vblk->workpipe[0], &c, 1) == 1) {
1627                 /* We acknowledge each request immediately to reduce latency,
1628                  * rather than waiting until we've done them all.  I haven't
1629                  * measured to see if it makes any difference.
1630                  *
1631                  * That would be an interesting test, wouldn't it?  You could
1632                  * also try having more than one I/O thread. */
1633                 while (service_io(dev))
1634                         write(vblk->done_fd, &c, 1);
1635         }
1636         return 0;
1637 }
1638
1639 /* Now we've seen the I/O thread, we return to the Launcher to see what happens
1640  * when that thread tells us it's completed some I/O. */
1641 static bool handle_io_finish(int fd, struct device *dev)
1642 {
1643         char c;
1644
1645         /* If the I/O thread died, presumably it printed the error, so we
1646          * simply exit. */
1647         if (read(dev->fd, &c, 1) != 1)
1648                 exit(1);
1649
1650         /* It did some work, so trigger the irq. */
1651         trigger_irq(fd, dev->vq);
1652         return true;
1653 }
1654
1655 /* When the Guest submits some I/O, we just need to wake the I/O thread. */
1656 static void handle_virtblk_output(int fd, struct virtqueue *vq)
1657 {
1658         struct vblk_info *vblk = vq->dev->priv;
1659         char c = 0;
1660
1661         /* Wake up I/O thread and tell it to go to work! */
1662         if (write(vblk->workpipe[1], &c, 1) != 1)
1663                 /* Presumably it indicated why it died. */
1664                 exit(1);
1665 }
1666
1667 /*L:198 This actually sets up a virtual block device. */
1668 static void setup_block_file(const char *filename)
1669 {
1670         int p[2];
1671         struct device *dev;
1672         struct vblk_info *vblk;
1673         void *stack;
1674         struct virtio_blk_config conf;
1675
1676         /* This is the pipe the I/O thread will use to tell us I/O is done. */
1677         pipe(p);
1678
1679         /* The device responds to return from I/O thread. */
1680         dev = new_device("block", VIRTIO_ID_BLOCK, p[0], handle_io_finish);
1681
1682         /* The device has one virtqueue, where the Guest places requests. */
1683         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, handle_virtblk_output);
1684
1685         /* Allocate the room for our own bookkeeping */
1686         vblk = dev->priv = malloc(sizeof(*vblk));
1687
1688         /* First we open the file and store the length. */
1689         vblk->fd = open_or_die(filename, O_RDWR|O_LARGEFILE);
1690         vblk->len = lseek64(vblk->fd, 0, SEEK_END);
1691
1692         /* We support barriers. */
1693         add_feature(dev, VIRTIO_BLK_F_BARRIER);
1694
1695         /* Tell Guest how many sectors this device has. */
1696         conf.capacity = cpu_to_le64(vblk->len / 512);
1697
1698         /* Tell Guest not to put in too many descriptors at once: two are used
1699          * for the in and out elements. */
1700         add_feature(dev, VIRTIO_BLK_F_SEG_MAX);
1701         conf.seg_max = cpu_to_le32(VIRTQUEUE_NUM - 2);
1702
1703         set_config(dev, sizeof(conf), &conf);
1704
1705         /* The I/O thread writes to this end of the pipe when done. */
1706         vblk->done_fd = p[1];
1707
1708         /* This is the second pipe, which is how we tell the I/O thread about
1709          * more work. */
1710         pipe(vblk->workpipe);
1711
1712         /* Create stack for thread and run it.  Since stack grows upwards, we
1713          * point the stack pointer to the end of this region. */
1714         stack = malloc(32768);
1715         /* SIGCHLD - We dont "wait" for our cloned thread, so prevent it from
1716          * becoming a zombie. */
1717         if (clone(io_thread, stack + 32768, CLONE_VM | SIGCHLD, dev) == -1)
1718                 err(1, "Creating clone");
1719
1720         /* We don't need to keep the I/O thread's end of the pipes open. */
1721         close(vblk->done_fd);
1722         close(vblk->workpipe[0]);
1723
1724         verbose("device %u: virtblock %llu sectors\n",
1725                 devices.device_num, le64_to_cpu(conf.capacity));
1726 }
1727
1728 /* Our random number generator device reads from /dev/random into the Guest's
1729  * input buffers.  The usual case is that the Guest doesn't want random numbers
1730  * and so has no buffers although /dev/random is still readable, whereas
1731  * console is the reverse.
1732  *
1733  * The same logic applies, however. */
1734 static bool handle_rng_input(int fd, struct device *dev)
1735 {
1736         int len;
1737         unsigned int head, in_num, out_num, totlen = 0;
1738         struct iovec iov[dev->vq->vring.num];
1739
1740         /* First we need a buffer from the Guests's virtqueue. */
1741         head = get_vq_desc(dev->vq, iov, &out_num, &in_num);
1742
1743         /* If they're not ready for input, stop listening to this file
1744          * descriptor.  We'll start again once they add an input buffer. */
1745         if (head == dev->vq->vring.num)
1746                 return false;
1747
1748         if (out_num)
1749                 errx(1, "Output buffers in rng?");
1750
1751         /* This is why we convert to iovecs: the readv() call uses them, and so
1752          * it reads straight into the Guest's buffer.  We loop to make sure we
1753          * fill it. */
1754         while (!iov_empty(iov, in_num)) {
1755                 len = readv(dev->fd, iov, in_num);
1756                 if (len <= 0)
1757                         err(1, "Read from /dev/random gave %i", len);
1758                 iov_consume(iov, in_num, len);
1759                 totlen += len;
1760         }
1761
1762         /* Tell the Guest about the new input. */
1763         add_used_and_trigger(fd, dev->vq, head, totlen);
1764
1765         /* Everything went OK! */
1766         return true;
1767 }
1768
1769 /* And this creates a "hardware" random number device for the Guest. */
1770 static void setup_rng(void)
1771 {
1772         struct device *dev;
1773         int fd;
1774
1775         fd = open_or_die("/dev/random", O_RDONLY);
1776
1777         /* The device responds to return from I/O thread. */
1778         dev = new_device("rng", VIRTIO_ID_RNG, fd, handle_rng_input);
1779
1780         /* The device has one virtqueue, where the Guest places inbufs. */
1781         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, enable_fd);
1782
1783         verbose("device %u: rng\n", devices.device_num++);
1784 }
1785 /* That's the end of device setup. */
1786
1787 /*L:230 Reboot is pretty easy: clean up and exec() the Launcher afresh. */
1788 static void __attribute__((noreturn)) restart_guest(void)
1789 {
1790         unsigned int i;
1791
1792         /* Closing pipes causes the Waker thread and io_threads to die, and
1793          * closing /dev/lguest cleans up the Guest.  Since we don't track all
1794          * open fds, we simply close everything beyond stderr. */
1795         for (i = 3; i < FD_SETSIZE; i++)
1796                 close(i);
1797         execv(main_args[0], main_args);
1798         err(1, "Could not exec %s", main_args[0]);
1799 }
1800
1801 /*L:220 Finally we reach the core of the Launcher which runs the Guest, serves
1802  * its input and output, and finally, lays it to rest. */
1803 static void __attribute__((noreturn)) run_guest(int lguest_fd)
1804 {
1805         for (;;) {
1806                 unsigned long args[] = { LHREQ_BREAK, 0 };
1807                 unsigned long notify_addr;
1808                 int readval;
1809
1810                 /* We read from the /dev/lguest device to run the Guest. */
1811                 readval = pread(lguest_fd, &notify_addr,
1812                                 sizeof(notify_addr), cpu_id);
1813
1814                 /* One unsigned long means the Guest did HCALL_NOTIFY */
1815                 if (readval == sizeof(notify_addr)) {
1816                         verbose("Notify on address %#lx\n", notify_addr);
1817                         handle_output(lguest_fd, notify_addr);
1818                         continue;
1819                 /* ENOENT means the Guest died.  Reading tells us why. */
1820                 } else if (errno == ENOENT) {
1821                         char reason[1024] = { 0 };
1822                         pread(lguest_fd, reason, sizeof(reason)-1, cpu_id);
1823                         errx(1, "%s", reason);
1824                 /* ERESTART means that we need to reboot the guest */
1825                 } else if (errno == ERESTART) {
1826                         restart_guest();
1827                 /* EAGAIN means the Waker wanted us to look at some input.
1828                  * Anything else means a bug or incompatible change. */
1829                 } else if (errno != EAGAIN)
1830                         err(1, "Running guest failed");
1831
1832                 /* Only service input on thread for CPU 0. */
1833                 if (cpu_id != 0)
1834                         continue;
1835
1836                 /* Service input, then unset the BREAK to release the Waker. */
1837                 handle_input(lguest_fd);
1838                 if (pwrite(lguest_fd, args, sizeof(args), cpu_id) < 0)
1839                         err(1, "Resetting break");
1840         }
1841 }
1842 /*L:240
1843  * This is the end of the Launcher.  The good news: we are over halfway
1844  * through!  The bad news: the most fiendish part of the code still lies ahead
1845  * of us.
1846  *
1847  * Are you ready?  Take a deep breath and join me in the core of the Host, in
1848  * "make Host".
1849  :*/
1850
1851 static struct option opts[] = {
1852         { "verbose", 0, NULL, 'v' },
1853         { "tunnet", 1, NULL, 't' },
1854         { "block", 1, NULL, 'b' },
1855         { "rng", 0, NULL, 'r' },
1856         { "initrd", 1, NULL, 'i' },
1857         { NULL },
1858 };
1859 static void usage(void)
1860 {
1861         errx(1, "Usage: lguest [--verbose] "
1862              "[--tunnet=(<ipaddr>:<macaddr>|bridge:<bridgename>:<macaddr>)\n"
1863              "|--block=<filename>|--initrd=<filename>]...\n"
1864              "<mem-in-mb> vmlinux [args...]");
1865 }
1866
1867 /*L:105 The main routine is where the real work begins: */
1868 int main(int argc, char *argv[])
1869 {
1870         /* Memory, top-level pagetable, code startpoint and size of the
1871          * (optional) initrd. */
1872         unsigned long mem = 0, pgdir, start, initrd_size = 0;
1873         /* Two temporaries and the /dev/lguest file descriptor. */
1874         int i, c, lguest_fd;
1875         /* The boot information for the Guest. */
1876         struct boot_params *boot;
1877         /* If they specify an initrd file to load. */
1878         const char *initrd_name = NULL;
1879
1880         /* Save the args: we "reboot" by execing ourselves again. */
1881         main_args = argv;
1882         /* We don't "wait" for the children, so prevent them from becoming
1883          * zombies. */
1884         signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
1885
1886         /* First we initialize the device list.  Since console and network
1887          * device receive input from a file descriptor, we keep an fdset
1888          * (infds) and the maximum fd number (max_infd) with the head of the
1889          * list.  We also keep a pointer to the last device.  Finally, we keep
1890          * the next interrupt number to use for devices (1: remember that 0 is
1891          * used by the timer). */
1892         FD_ZERO(&devices.infds);
1893         devices.max_infd = -1;
1894         devices.lastdev = NULL;
1895         devices.next_irq = 1;
1896
1897         cpu_id = 0;
1898         /* We need to know how much memory so we can set up the device
1899          * descriptor and memory pages for the devices as we parse the command
1900          * line.  So we quickly look through the arguments to find the amount
1901          * of memory now. */
1902         for (i = 1; i < argc; i++) {
1903                 if (argv[i][0] != '-') {
1904                         mem = atoi(argv[i]) * 1024 * 1024;
1905                         /* We start by mapping anonymous pages over all of
1906                          * guest-physical memory range.  This fills it with 0,
1907                          * and ensures that the Guest won't be killed when it
1908                          * tries to access it. */
1909                         guest_base = map_zeroed_pages(mem / getpagesize()
1910                                                       + DEVICE_PAGES);
1911                         guest_limit = mem;
1912                         guest_max = mem + DEVICE_PAGES*getpagesize();
1913                         devices.descpage = get_pages(1);
1914                         break;
1915                 }
1916         }
1917
1918         /* The options are fairly straight-forward */
1919         while ((c = getopt_long(argc, argv, "v", opts, NULL)) != EOF) {
1920                 switch (c) {
1921                 case 'v':
1922                         verbose = true;
1923                         break;
1924                 case 't':
1925                         setup_tun_net(optarg);
1926                         break;
1927                 case 'b':
1928                         setup_block_file(optarg);
1929                         break;
1930                 case 'r':
1931                         setup_rng();
1932                         break;
1933                 case 'i':
1934                         initrd_name = optarg;
1935                         break;
1936                 default:
1937                         warnx("Unknown argument %s", argv[optind]);
1938                         usage();
1939                 }
1940         }
1941         /* After the other arguments we expect memory and kernel image name,
1942          * followed by command line arguments for the kernel. */
1943         if (optind + 2 > argc)
1944                 usage();
1945
1946         verbose("Guest base is at %p\n", guest_base);
1947
1948         /* We always have a console device */
1949         setup_console();
1950
1951         /* Now we load the kernel */
1952         start = load_kernel(open_or_die(argv[optind+1], O_RDONLY));
1953
1954         /* Boot information is stashed at physical address 0 */
1955         boot = from_guest_phys(0);
1956
1957         /* Map the initrd image if requested (at top of physical memory) */
1958         if (initrd_name) {
1959                 initrd_size = load_initrd(initrd_name, mem);
1960                 /* These are the location in the Linux boot header where the
1961                  * start and size of the initrd are expected to be found. */
1962                 boot->hdr.ramdisk_image = mem - initrd_size;
1963                 boot->hdr.ramdisk_size = initrd_size;
1964                 /* The bootloader type 0xFF means "unknown"; that's OK. */
1965                 boot->hdr.type_of_loader = 0xFF;
1966         }
1967
1968         /* Set up the initial linear pagetables, starting below the initrd. */
1969         pgdir = setup_pagetables(mem, initrd_size);
1970
1971         /* The Linux boot header contains an "E820" memory map: ours is a
1972          * simple, single region. */
1973         boot->e820_entries = 1;
1974         boot->e820_map[0] = ((struct e820entry) { 0, mem, E820_RAM });
1975         /* The boot header contains a command line pointer: we put the command
1976          * line after the boot header. */
1977         boot->hdr.cmd_line_ptr = to_guest_phys(boot + 1);
1978         /* We use a simple helper to copy the arguments separated by spaces. */
1979         concat((char *)(boot + 1), argv+optind+2);
1980
1981         /* Boot protocol version: 2.07 supports the fields for lguest. */
1982         boot->hdr.version = 0x207;
1983
1984         /* The hardware_subarch value of "1" tells the Guest it's an lguest. */
1985         boot->hdr.hardware_subarch = 1;
1986
1987         /* Tell the entry path not to try to reload segment registers. */
1988         boot->hdr.loadflags |= KEEP_SEGMENTS;
1989
1990         /* We tell the kernel to initialize the Guest: this returns the open
1991          * /dev/lguest file descriptor. */
1992         lguest_fd = tell_kernel(pgdir, start);
1993
1994         /* We fork off a child process, which wakes the Launcher whenever one
1995          * of the input file descriptors needs attention.  We call this the
1996          * Waker, and we'll cover it in a moment. */
1997         waker_fd = setup_waker(lguest_fd);
1998
1999         /* Finally, run the Guest.  This doesn't return. */
2000         run_guest(lguest_fd);
2001 }
2002 /*:*/
2003
2004 /*M:999
2005  * Mastery is done: you now know everything I do.
2006  *
2007  * But surely you have seen code, features and bugs in your wanderings which
2008  * you now yearn to attack?  That is the real game, and I look forward to you
2009  * patching and forking lguest into the Your-Name-Here-visor.
2010  *
2011  * Farewell, and good coding!
2012  * Rusty Russell.
2013  */