]> www.pilppa.org Git - linux-2.6-omap-h63xx.git/blob - Documentation/lguest/lguest.c
7418f852e40ccc57788dcf29fee7d9accbbb5740
[linux-2.6-omap-h63xx.git] / Documentation / lguest / lguest.c
1 /*P:100 This is the Launcher code, a simple program which lays out the
2  * "physical" memory for the new Guest by mapping the kernel image and the
3  * virtual devices, then reads repeatedly from /dev/lguest to run the Guest.
4 :*/
5 #define _LARGEFILE64_SOURCE
6 #define _GNU_SOURCE
7 #include <stdio.h>
8 #include <string.h>
9 #include <unistd.h>
10 #include <err.h>
11 #include <stdint.h>
12 #include <stdlib.h>
13 #include <elf.h>
14 #include <sys/mman.h>
15 #include <sys/param.h>
16 #include <sys/types.h>
17 #include <sys/stat.h>
18 #include <sys/wait.h>
19 #include <fcntl.h>
20 #include <stdbool.h>
21 #include <errno.h>
22 #include <ctype.h>
23 #include <sys/socket.h>
24 #include <sys/ioctl.h>
25 #include <sys/time.h>
26 #include <time.h>
27 #include <netinet/in.h>
28 #include <net/if.h>
29 #include <linux/sockios.h>
30 #include <linux/if_tun.h>
31 #include <sys/uio.h>
32 #include <termios.h>
33 #include <getopt.h>
34 #include <zlib.h>
35 #include <assert.h>
36 #include <sched.h>
37 /*L:110 We can ignore the 30 include files we need for this program, but I do
38  * want to draw attention to the use of kernel-style types.
39  *
40  * As Linus said, "C is a Spartan language, and so should your naming be."  I
41  * like these abbreviations and the header we need uses them, so we define them
42  * here.
43  */
44 typedef unsigned long long u64;
45 typedef uint32_t u32;
46 typedef uint16_t u16;
47 typedef uint8_t u8;
48 #include "linux/lguest_launcher.h"
49 #include "linux/pci_ids.h"
50 #include "linux/virtio_config.h"
51 #include "linux/virtio_net.h"
52 #include "linux/virtio_blk.h"
53 #include "linux/virtio_console.h"
54 #include "linux/virtio_ring.h"
55 #include "asm-x86/e820.h"
56 /*:*/
57
58 #define PAGE_PRESENT 0x7        /* Present, RW, Execute */
59 #define NET_PEERNUM 1
60 #define BRIDGE_PFX "bridge:"
61 #ifndef SIOCBRADDIF
62 #define SIOCBRADDIF     0x89a2          /* add interface to bridge      */
63 #endif
64 /* We can have up to 256 pages for devices. */
65 #define DEVICE_PAGES 256
66 /* This fits nicely in a single 4096-byte page. */
67 #define VIRTQUEUE_NUM 127
68
69 /*L:120 verbose is both a global flag and a macro.  The C preprocessor allows
70  * this, and although I wouldn't recommend it, it works quite nicely here. */
71 static bool verbose;
72 #define verbose(args...) \
73         do { if (verbose) printf(args); } while(0)
74 /*:*/
75
76 /* The pipe to send commands to the waker process */
77 static int waker_fd;
78 /* The pointer to the start of guest memory. */
79 static void *guest_base;
80 /* The maximum guest physical address allowed, and maximum possible. */
81 static unsigned long guest_limit, guest_max;
82
83 /* This is our list of devices. */
84 struct device_list
85 {
86         /* Summary information about the devices in our list: ready to pass to
87          * select() to ask which need servicing.*/
88         fd_set infds;
89         int max_infd;
90
91         /* Counter to assign interrupt numbers. */
92         unsigned int next_irq;
93
94         /* Counter to print out convenient device numbers. */
95         unsigned int device_num;
96
97         /* The descriptor page for the devices. */
98         u8 *descpage;
99
100         /* The tail of the last descriptor. */
101         unsigned int desc_used;
102
103         /* A single linked list of devices. */
104         struct device *dev;
105         /* ... And an end pointer so we can easily append new devices */
106         struct device **lastdev;
107 };
108
109 /* The list of Guest devices, based on command line arguments. */
110 static struct device_list devices;
111
112 /* The device structure describes a single device. */
113 struct device
114 {
115         /* The linked-list pointer. */
116         struct device *next;
117
118         /* The this device's descriptor, as mapped into the Guest. */
119         struct lguest_device_desc *desc;
120
121         /* The name of this device, for --verbose. */
122         const char *name;
123
124         /* If handle_input is set, it wants to be called when this file
125          * descriptor is ready. */
126         int fd;
127         bool (*handle_input)(int fd, struct device *me);
128
129         /* Any queues attached to this device */
130         struct virtqueue *vq;
131
132         /* Device-specific data. */
133         void *priv;
134 };
135
136 /* The virtqueue structure describes a queue attached to a device. */
137 struct virtqueue
138 {
139         struct virtqueue *next;
140
141         /* Which device owns me. */
142         struct device *dev;
143
144         /* The configuration for this queue. */
145         struct lguest_vqconfig config;
146
147         /* The actual ring of buffers. */
148         struct vring vring;
149
150         /* Last available index we saw. */
151         u16 last_avail_idx;
152
153         /* The routine to call when the Guest pings us. */
154         void (*handle_output)(int fd, struct virtqueue *me);
155 };
156
157 /* Since guest is UP and we don't run at the same time, we don't need barriers.
158  * But I include them in the code in case others copy it. */
159 #define wmb()
160
161 /* Convert an iovec element to the given type.
162  *
163  * This is a fairly ugly trick: we need to know the size of the type and
164  * alignment requirement to check the pointer is kosher.  It's also nice to
165  * have the name of the type in case we report failure.
166  *
167  * Typing those three things all the time is cumbersome and error prone, so we
168  * have a macro which sets them all up and passes to the real function. */
169 #define convert(iov, type) \
170         ((type *)_convert((iov), sizeof(type), __alignof__(type), #type))
171
172 static void *_convert(struct iovec *iov, size_t size, size_t align,
173                       const char *name)
174 {
175         if (iov->iov_len != size)
176                 errx(1, "Bad iovec size %zu for %s", iov->iov_len, name);
177         if ((unsigned long)iov->iov_base % align != 0)
178                 errx(1, "Bad alignment %p for %s", iov->iov_base, name);
179         return iov->iov_base;
180 }
181
182 /* The virtio configuration space is defined to be little-endian.  x86 is
183  * little-endian too, but it's nice to be explicit so we have these helpers. */
184 #define cpu_to_le16(v16) (v16)
185 #define cpu_to_le32(v32) (v32)
186 #define cpu_to_le64(v64) (v64)
187 #define le16_to_cpu(v16) (v16)
188 #define le32_to_cpu(v32) (v32)
189 #define le64_to_cpu(v32) (v64)
190
191 /*L:100 The Launcher code itself takes us out into userspace, that scary place
192  * where pointers run wild and free!  Unfortunately, like most userspace
193  * programs, it's quite boring (which is why everyone likes to hack on the
194  * kernel!).  Perhaps if you make up an Lguest Drinking Game at this point, it
195  * will get you through this section.  Or, maybe not.
196  *
197  * The Launcher sets up a big chunk of memory to be the Guest's "physical"
198  * memory and stores it in "guest_base".  In other words, Guest physical ==
199  * Launcher virtual with an offset.
200  *
201  * This can be tough to get your head around, but usually it just means that we
202  * use these trivial conversion functions when the Guest gives us it's
203  * "physical" addresses: */
204 static void *from_guest_phys(unsigned long addr)
205 {
206         return guest_base + addr;
207 }
208
209 static unsigned long to_guest_phys(const void *addr)
210 {
211         return (addr - guest_base);
212 }
213
214 /*L:130
215  * Loading the Kernel.
216  *
217  * We start with couple of simple helper routines.  open_or_die() avoids
218  * error-checking code cluttering the callers: */
219 static int open_or_die(const char *name, int flags)
220 {
221         int fd = open(name, flags);
222         if (fd < 0)
223                 err(1, "Failed to open %s", name);
224         return fd;
225 }
226
227 /* map_zeroed_pages() takes a number of pages. */
228 static void *map_zeroed_pages(unsigned int num)
229 {
230         int fd = open_or_die("/dev/zero", O_RDONLY);
231         void *addr;
232
233         /* We use a private mapping (ie. if we write to the page, it will be
234          * copied). */
235         addr = mmap(NULL, getpagesize() * num,
236                     PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC, MAP_PRIVATE, fd, 0);
237         if (addr == MAP_FAILED)
238                 err(1, "Mmaping %u pages of /dev/zero", num);
239
240         return addr;
241 }
242
243 /* Get some more pages for a device. */
244 static void *get_pages(unsigned int num)
245 {
246         void *addr = from_guest_phys(guest_limit);
247
248         guest_limit += num * getpagesize();
249         if (guest_limit > guest_max)
250                 errx(1, "Not enough memory for devices");
251         return addr;
252 }
253
254 /* To find out where to start we look for the magic Guest string, which marks
255  * the code we see in lguest_asm.S.  This is a hack which we are currently
256  * plotting to replace with the normal Linux entry point. */
257 static unsigned long entry_point(const void *start, const void *end)
258 {
259         const void *p;
260
261         /* The scan gives us the physical starting address.  We boot with
262          * pagetables set up with virtual and physical the same, so that's
263          * OK. */
264         for (p = start; p < end; p++)
265                 if (memcmp(p, "GenuineLguest", strlen("GenuineLguest")) == 0)
266                         return to_guest_phys(p + strlen("GenuineLguest"));
267
268         errx(1, "Is this image a genuine lguest?");
269 }
270
271 /* This routine is used to load the kernel or initrd.  It tries mmap, but if
272  * that fails (Plan 9's kernel file isn't nicely aligned on page boundaries),
273  * it falls back to reading the memory in. */
274 static void map_at(int fd, void *addr, unsigned long offset, unsigned long len)
275 {
276         ssize_t r;
277
278         /* We map writable even though for some segments are marked read-only.
279          * The kernel really wants to be writable: it patches its own
280          * instructions.
281          *
282          * MAP_PRIVATE means that the page won't be copied until a write is
283          * done to it.  This allows us to share untouched memory between
284          * Guests. */
285         if (mmap(addr, len, PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC,
286                  MAP_FIXED|MAP_PRIVATE, fd, offset) != MAP_FAILED)
287                 return;
288
289         /* pread does a seek and a read in one shot: saves a few lines. */
290         r = pread(fd, addr, len, offset);
291         if (r != len)
292                 err(1, "Reading offset %lu len %lu gave %zi", offset, len, r);
293 }
294
295 /* This routine takes an open vmlinux image, which is in ELF, and maps it into
296  * the Guest memory.  ELF = Embedded Linking Format, which is the format used
297  * by all modern binaries on Linux including the kernel.
298  *
299  * The ELF headers give *two* addresses: a physical address, and a virtual
300  * address.  We use the physical address; the Guest will map itself to the
301  * virtual address.
302  *
303  * We return the starting address. */
304 static unsigned long map_elf(int elf_fd, const Elf32_Ehdr *ehdr)
305 {
306         void *start = (void *)-1, *end = NULL;
307         Elf32_Phdr phdr[ehdr->e_phnum];
308         unsigned int i;
309
310         /* Sanity checks on the main ELF header: an x86 executable with a
311          * reasonable number of correctly-sized program headers. */
312         if (ehdr->e_type != ET_EXEC
313             || ehdr->e_machine != EM_386
314             || ehdr->e_phentsize != sizeof(Elf32_Phdr)
315             || ehdr->e_phnum < 1 || ehdr->e_phnum > 65536U/sizeof(Elf32_Phdr))
316                 errx(1, "Malformed elf header");
317
318         /* An ELF executable contains an ELF header and a number of "program"
319          * headers which indicate which parts ("segments") of the program to
320          * load where. */
321
322         /* We read in all the program headers at once: */
323         if (lseek(elf_fd, ehdr->e_phoff, SEEK_SET) < 0)
324                 err(1, "Seeking to program headers");
325         if (read(elf_fd, phdr, sizeof(phdr)) != sizeof(phdr))
326                 err(1, "Reading program headers");
327
328         /* Try all the headers: there are usually only three.  A read-only one,
329          * a read-write one, and a "note" section which isn't loadable. */
330         for (i = 0; i < ehdr->e_phnum; i++) {
331                 /* If this isn't a loadable segment, we ignore it */
332                 if (phdr[i].p_type != PT_LOAD)
333                         continue;
334
335                 verbose("Section %i: size %i addr %p\n",
336                         i, phdr[i].p_memsz, (void *)phdr[i].p_paddr);
337
338                 /* We track the first and last address we mapped, so we can
339                  * tell entry_point() where to scan. */
340                 if (from_guest_phys(phdr[i].p_paddr) < start)
341                         start = from_guest_phys(phdr[i].p_paddr);
342                 if (from_guest_phys(phdr[i].p_paddr) + phdr[i].p_filesz > end)
343                         end=from_guest_phys(phdr[i].p_paddr)+phdr[i].p_filesz;
344
345                 /* We map this section of the file at its physical address. */
346                 map_at(elf_fd, from_guest_phys(phdr[i].p_paddr),
347                        phdr[i].p_offset, phdr[i].p_filesz);
348         }
349
350         return entry_point(start, end);
351 }
352
353 /*L:160 Unfortunately the entire ELF image isn't compressed: the segments
354  * which need loading are extracted and compressed raw.  This denies us the
355  * information we need to make a fully-general loader. */
356 static unsigned long unpack_bzimage(int fd)
357 {
358         gzFile f;
359         int ret, len = 0;
360         /* A bzImage always gets loaded at physical address 1M.  This is
361          * actually configurable as CONFIG_PHYSICAL_START, but as the comment
362          * there says, "Don't change this unless you know what you are doing".
363          * Indeed. */
364         void *img = from_guest_phys(0x100000);
365
366         /* gzdopen takes our file descriptor (carefully placed at the start of
367          * the GZIP header we found) and returns a gzFile. */
368         f = gzdopen(fd, "rb");
369         /* We read it into memory in 64k chunks until we hit the end. */
370         while ((ret = gzread(f, img + len, 65536)) > 0)
371                 len += ret;
372         if (ret < 0)
373                 err(1, "reading image from bzImage");
374
375         verbose("Unpacked size %i addr %p\n", len, img);
376
377         return entry_point(img, img + len);
378 }
379
380 /*L:150 A bzImage, unlike an ELF file, is not meant to be loaded.  You're
381  * supposed to jump into it and it will unpack itself.  We can't do that
382  * because the Guest can't run the unpacking code, and adding features to
383  * lguest kills puppies, so we don't want to.
384  *
385  * The bzImage is formed by putting the decompressing code in front of the
386  * compressed kernel code.  So we can simple scan through it looking for the
387  * first "gzip" header, and start decompressing from there. */
388 static unsigned long load_bzimage(int fd)
389 {
390         unsigned char c;
391         int state = 0;
392
393         /* GZIP header is 0x1F 0x8B <method> <flags>... <compressed-by>. */
394         while (read(fd, &c, 1) == 1) {
395                 switch (state) {
396                 case 0:
397                         if (c == 0x1F)
398                                 state++;
399                         break;
400                 case 1:
401                         if (c == 0x8B)
402                                 state++;
403                         else
404                                 state = 0;
405                         break;
406                 case 2 ... 8:
407                         state++;
408                         break;
409                 case 9:
410                         /* Seek back to the start of the gzip header. */
411                         lseek(fd, -10, SEEK_CUR);
412                         /* One final check: "compressed under UNIX". */
413                         if (c != 0x03)
414                                 state = -1;
415                         else
416                                 return unpack_bzimage(fd);
417                 }
418         }
419         errx(1, "Could not find kernel in bzImage");
420 }
421
422 /*L:140 Loading the kernel is easy when it's a "vmlinux", but most kernels
423  * come wrapped up in the self-decompressing "bzImage" format.  With some funky
424  * coding, we can load those, too. */
425 static unsigned long load_kernel(int fd)
426 {
427         Elf32_Ehdr hdr;
428
429         /* Read in the first few bytes. */
430         if (read(fd, &hdr, sizeof(hdr)) != sizeof(hdr))
431                 err(1, "Reading kernel");
432
433         /* If it's an ELF file, it starts with "\177ELF" */
434         if (memcmp(hdr.e_ident, ELFMAG, SELFMAG) == 0)
435                 return map_elf(fd, &hdr);
436
437         /* Otherwise we assume it's a bzImage, and try to unpack it */
438         return load_bzimage(fd);
439 }
440
441 /* This is a trivial little helper to align pages.  Andi Kleen hated it because
442  * it calls getpagesize() twice: "it's dumb code."
443  *
444  * Kernel guys get really het up about optimization, even when it's not
445  * necessary.  I leave this code as a reaction against that. */
446 static inline unsigned long page_align(unsigned long addr)
447 {
448         /* Add upwards and truncate downwards. */
449         return ((addr + getpagesize()-1) & ~(getpagesize()-1));
450 }
451
452 /*L:180 An "initial ram disk" is a disk image loaded into memory along with
453  * the kernel which the kernel can use to boot from without needing any
454  * drivers.  Most distributions now use this as standard: the initrd contains
455  * the code to load the appropriate driver modules for the current machine.
456  *
457  * Importantly, James Morris works for RedHat, and Fedora uses initrds for its
458  * kernels.  He sent me this (and tells me when I break it). */
459 static unsigned long load_initrd(const char *name, unsigned long mem)
460 {
461         int ifd;
462         struct stat st;
463         unsigned long len;
464
465         ifd = open_or_die(name, O_RDONLY);
466         /* fstat() is needed to get the file size. */
467         if (fstat(ifd, &st) < 0)
468                 err(1, "fstat() on initrd '%s'", name);
469
470         /* We map the initrd at the top of memory, but mmap wants it to be
471          * page-aligned, so we round the size up for that. */
472         len = page_align(st.st_size);
473         map_at(ifd, from_guest_phys(mem - len), 0, st.st_size);
474         /* Once a file is mapped, you can close the file descriptor.  It's a
475          * little odd, but quite useful. */
476         close(ifd);
477         verbose("mapped initrd %s size=%lu @ %p\n", name, len, (void*)mem-len);
478
479         /* We return the initrd size. */
480         return len;
481 }
482
483 /* Once we know how much memory we have, we can construct simple linear page
484  * tables which set virtual == physical which will get the Guest far enough
485  * into the boot to create its own.
486  *
487  * We lay them out of the way, just below the initrd (which is why we need to
488  * know its size). */
489 static unsigned long setup_pagetables(unsigned long mem,
490                                       unsigned long initrd_size)
491 {
492         unsigned long *pgdir, *linear;
493         unsigned int mapped_pages, i, linear_pages;
494         unsigned int ptes_per_page = getpagesize()/sizeof(void *);
495
496         mapped_pages = mem/getpagesize();
497
498         /* Each PTE page can map ptes_per_page pages: how many do we need? */
499         linear_pages = (mapped_pages + ptes_per_page-1)/ptes_per_page;
500
501         /* We put the toplevel page directory page at the top of memory. */
502         pgdir = from_guest_phys(mem) - initrd_size - getpagesize();
503
504         /* Now we use the next linear_pages pages as pte pages */
505         linear = (void *)pgdir - linear_pages*getpagesize();
506
507         /* Linear mapping is easy: put every page's address into the mapping in
508          * order.  PAGE_PRESENT contains the flags Present, Writable and
509          * Executable. */
510         for (i = 0; i < mapped_pages; i++)
511                 linear[i] = ((i * getpagesize()) | PAGE_PRESENT);
512
513         /* The top level points to the linear page table pages above. */
514         for (i = 0; i < mapped_pages; i += ptes_per_page) {
515                 pgdir[i/ptes_per_page]
516                         = ((to_guest_phys(linear) + i*sizeof(void *))
517                            | PAGE_PRESENT);
518         }
519
520         verbose("Linear mapping of %u pages in %u pte pages at %#lx\n",
521                 mapped_pages, linear_pages, to_guest_phys(linear));
522
523         /* We return the top level (guest-physical) address: the kernel needs
524          * to know where it is. */
525         return to_guest_phys(pgdir);
526 }
527
528 /* Simple routine to roll all the commandline arguments together with spaces
529  * between them. */
530 static void concat(char *dst, char *args[])
531 {
532         unsigned int i, len = 0;
533
534         for (i = 0; args[i]; i++) {
535                 strcpy(dst+len, args[i]);
536                 strcat(dst+len, " ");
537                 len += strlen(args[i]) + 1;
538         }
539         /* In case it's empty. */
540         dst[len] = '\0';
541 }
542
543 /* This is where we actually tell the kernel to initialize the Guest.  We saw
544  * the arguments it expects when we looked at initialize() in lguest_user.c:
545  * the base of guest "physical" memory, the top physical page to allow, the
546  * top level pagetable and the entry point for the Guest. */
547 static int tell_kernel(unsigned long pgdir, unsigned long start)
548 {
549         unsigned long args[] = { LHREQ_INITIALIZE,
550                                  (unsigned long)guest_base,
551                                  guest_limit / getpagesize(), pgdir, start };
552         int fd;
553
554         verbose("Guest: %p - %p (%#lx)\n",
555                 guest_base, guest_base + guest_limit, guest_limit);
556         fd = open_or_die("/dev/lguest", O_RDWR);
557         if (write(fd, args, sizeof(args)) < 0)
558                 err(1, "Writing to /dev/lguest");
559
560         /* We return the /dev/lguest file descriptor to control this Guest */
561         return fd;
562 }
563 /*:*/
564
565 static void add_device_fd(int fd)
566 {
567         FD_SET(fd, &devices.infds);
568         if (fd > devices.max_infd)
569                 devices.max_infd = fd;
570 }
571
572 /*L:200
573  * The Waker.
574  *
575  * With a console and network devices, we can have lots of input which we need
576  * to process.  We could try to tell the kernel what file descriptors to watch,
577  * but handing a file descriptor mask through to the kernel is fairly icky.
578  *
579  * Instead, we fork off a process which watches the file descriptors and writes
580  * the LHREQ_BREAK command to the /dev/lguest filedescriptor to tell the Host
581  * loop to stop running the Guest.  This causes it to return from the
582  * /dev/lguest read with -EAGAIN, where it will write to /dev/lguest to reset
583  * the LHREQ_BREAK and wake us up again.
584  *
585  * This, of course, is merely a different *kind* of icky.
586  */
587 static void wake_parent(int pipefd, int lguest_fd)
588 {
589         /* Add the pipe from the Launcher to the fdset in the device_list, so
590          * we watch it, too. */
591         add_device_fd(pipefd);
592
593         for (;;) {
594                 fd_set rfds = devices.infds;
595                 unsigned long args[] = { LHREQ_BREAK, 1 };
596
597                 /* Wait until input is ready from one of the devices. */
598                 select(devices.max_infd+1, &rfds, NULL, NULL, NULL);
599                 /* Is it a message from the Launcher? */
600                 if (FD_ISSET(pipefd, &rfds)) {
601                         int ignorefd;
602                         /* If read() returns 0, it means the Launcher has
603                          * exited.  We silently follow. */
604                         if (read(pipefd, &ignorefd, sizeof(ignorefd)) == 0)
605                                 exit(0);
606                         /* Otherwise it's telling us there's a problem with one
607                          * of the devices, and we should ignore that file
608                          * descriptor from now on. */
609                         FD_CLR(ignorefd, &devices.infds);
610                 } else /* Send LHREQ_BREAK command. */
611                         write(lguest_fd, args, sizeof(args));
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                 /* Close the "writing" end of our copy of the pipe */
629                 close(pipefd[1]);
630                 wake_parent(pipefd[0], lguest_fd);
631         }
632         /* Close the reading end of our copy of the pipe. */
633         close(pipefd[0]);
634
635         /* Here is the fd used to talk to the waker. */
636         return pipefd[1];
637 }
638
639 /*L:210
640  * Device Handling.
641  *
642  * When the Guest sends DMA to us, it sends us an array of addresses and sizes.
643  * We need to make sure it's not trying to reach into the Launcher itself, so
644  * we have a convenient routine which check it and exits with an error message
645  * if something funny is going on:
646  */
647 static void *_check_pointer(unsigned long addr, unsigned int size,
648                             unsigned int line)
649 {
650         /* We have to separately check addr and addr+size, because size could
651          * be huge and addr + size might wrap around. */
652         if (addr >= guest_limit || addr + size >= guest_limit)
653                 errx(1, "%s:%i: Invalid address %#lx", __FILE__, line, addr);
654         /* We return a pointer for the caller's convenience, now we know it's
655          * safe to use. */
656         return from_guest_phys(addr);
657 }
658 /* A macro which transparently hands the line number to the real function. */
659 #define check_pointer(addr,size) _check_pointer(addr, size, __LINE__)
660
661 /* This simply sets up an iovec array where we can put data to be discarded.
662  * This happens when the Guest doesn't want or can't handle the input: we have
663  * to get rid of it somewhere, and if we bury it in the ceiling space it will
664  * start to smell after a week. */
665 static void discard_iovec(struct iovec *iov, unsigned int *num)
666 {
667         static char discard_buf[1024];
668         *num = 1;
669         iov->iov_base = discard_buf;
670         iov->iov_len = sizeof(discard_buf);
671 }
672
673 /* This function returns the next descriptor in the chain, or vq->vring.num. */
674 static unsigned next_desc(struct virtqueue *vq, unsigned int i)
675 {
676         unsigned int next;
677
678         /* If this descriptor says it doesn't chain, we're done. */
679         if (!(vq->vring.desc[i].flags & VRING_DESC_F_NEXT))
680                 return vq->vring.num;
681
682         /* Check they're not leading us off end of descriptors. */
683         next = vq->vring.desc[i].next;
684         /* Make sure compiler knows to grab that: we don't want it changing! */
685         wmb();
686
687         if (next >= vq->vring.num)
688                 errx(1, "Desc next is %u", next);
689
690         return next;
691 }
692
693 /* This looks in the virtqueue and for the first available buffer, and converts
694  * it to an iovec for convenient access.  Since descriptors consist of some
695  * number of output then some number of input descriptors, it's actually two
696  * iovecs, but we pack them into one and note how many of each there were.
697  *
698  * This function returns the descriptor number found, or vq->vring.num (which
699  * is never a valid descriptor number) if none was found. */
700 static unsigned get_vq_desc(struct virtqueue *vq,
701                             struct iovec iov[],
702                             unsigned int *out_num, unsigned int *in_num)
703 {
704         unsigned int i, head;
705
706         /* Check it isn't doing very strange things with descriptor numbers. */
707         if ((u16)(vq->vring.avail->idx - vq->last_avail_idx) > vq->vring.num)
708                 errx(1, "Guest moved used index from %u to %u",
709                      vq->last_avail_idx, vq->vring.avail->idx);
710
711         /* If there's nothing new since last we looked, return invalid. */
712         if (vq->vring.avail->idx == vq->last_avail_idx)
713                 return vq->vring.num;
714
715         /* Grab the next descriptor number they're advertising, and increment
716          * the index we've seen. */
717         head = vq->vring.avail->ring[vq->last_avail_idx++ % vq->vring.num];
718
719         /* If their number is silly, that's a fatal mistake. */
720         if (head >= vq->vring.num)
721                 errx(1, "Guest says index %u is available", head);
722
723         /* When we start there are none of either input nor output. */
724         *out_num = *in_num = 0;
725
726         i = head;
727         do {
728                 /* Grab the first descriptor, and check it's OK. */
729                 iov[*out_num + *in_num].iov_len = vq->vring.desc[i].len;
730                 iov[*out_num + *in_num].iov_base
731                         = check_pointer(vq->vring.desc[i].addr,
732                                         vq->vring.desc[i].len);
733                 /* If this is an input descriptor, increment that count. */
734                 if (vq->vring.desc[i].flags & VRING_DESC_F_WRITE)
735                         (*in_num)++;
736                 else {
737                         /* If it's an output descriptor, they're all supposed
738                          * to come before any input descriptors. */
739                         if (*in_num)
740                                 errx(1, "Descriptor has out after in");
741                         (*out_num)++;
742                 }
743
744                 /* If we've got too many, that implies a descriptor loop. */
745                 if (*out_num + *in_num > vq->vring.num)
746                         errx(1, "Looped descriptor");
747         } while ((i = next_desc(vq, i)) != vq->vring.num);
748
749         return head;
750 }
751
752 /* Once we've used one of their buffers, we tell them about it.  We'll then
753  * want to send them an interrupt, using trigger_irq(). */
754 static void add_used(struct virtqueue *vq, unsigned int head, int len)
755 {
756         struct vring_used_elem *used;
757
758         /* Get a pointer to the next entry in the used ring. */
759         used = &vq->vring.used->ring[vq->vring.used->idx % vq->vring.num];
760         used->id = head;
761         used->len = len;
762         /* Make sure buffer is written before we update index. */
763         wmb();
764         vq->vring.used->idx++;
765 }
766
767 /* This actually sends the interrupt for this virtqueue */
768 static void trigger_irq(int fd, struct virtqueue *vq)
769 {
770         unsigned long buf[] = { LHREQ_IRQ, vq->config.irq };
771
772         if (vq->vring.avail->flags & VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT)
773                 return;
774
775         /* Send the Guest an interrupt tell them we used something up. */
776         if (write(fd, buf, sizeof(buf)) != 0)
777                 err(1, "Triggering irq %i", vq->config.irq);
778 }
779
780 /* And here's the combo meal deal.  Supersize me! */
781 static void add_used_and_trigger(int fd, struct virtqueue *vq,
782                                  unsigned int head, int len)
783 {
784         add_used(vq, head, len);
785         trigger_irq(fd, vq);
786 }
787
788 /* Here is the input terminal setting we save, and the routine to restore them
789  * on exit so the user can see what they type next. */
790 static struct termios orig_term;
791 static void restore_term(void)
792 {
793         tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &orig_term);
794 }
795
796 /* We associate some data with the console for our exit hack. */
797 struct console_abort
798 {
799         /* How many times have they hit ^C? */
800         int count;
801         /* When did they start? */
802         struct timeval start;
803 };
804
805 /* This is the routine which handles console input (ie. stdin). */
806 static bool handle_console_input(int fd, struct device *dev)
807 {
808         int len;
809         unsigned int head, in_num, out_num;
810         struct iovec iov[dev->vq->vring.num];
811         struct console_abort *abort = dev->priv;
812
813         /* First we need a console buffer from the Guests's input virtqueue. */
814         head = get_vq_desc(dev->vq, iov, &out_num, &in_num);
815         if (head == dev->vq->vring.num) {
816                 /* If they're not ready for input, we warn and set up to
817                  * discard. */
818                 warnx("console: no dma buffer!");
819                 discard_iovec(iov, &in_num);
820         } else if (out_num)
821                 errx(1, "Output buffers in console in queue?");
822
823         /* This is why we convert to iovecs: the readv() call uses them, and so
824          * it reads straight into the Guest's buffer. */
825         len = readv(dev->fd, iov, in_num);
826         if (len <= 0) {
827                 /* This implies that the console is closed, is /dev/null, or
828                  * something went terribly wrong. */
829                 warnx("Failed to get console input, ignoring console.");
830                 /* Put the input terminal back and return failure (meaning,
831                  * don't call us again). */
832                 restore_term();
833                 return false;
834         }
835
836         /* If we actually read the data into the Guest, tell them about it. */
837         if (head != dev->vq->vring.num)
838                 add_used_and_trigger(fd, dev->vq, head, len);
839
840         /* Three ^C within one second?  Exit.
841          *
842          * This is such a hack, but works surprisingly well.  Each ^C has to be
843          * in a buffer by itself, so they can't be too fast.  But we check that
844          * we get three within about a second, so they can't be too slow. */
845         if (len == 1 && ((char *)iov[0].iov_base)[0] == 3) {
846                 if (!abort->count++)
847                         gettimeofday(&abort->start, NULL);
848                 else if (abort->count == 3) {
849                         struct timeval now;
850                         gettimeofday(&now, NULL);
851                         if (now.tv_sec <= abort->start.tv_sec+1) {
852                                 unsigned long args[] = { LHREQ_BREAK, 0 };
853                                 /* Close the fd so Waker will know it has to
854                                  * exit. */
855                                 close(waker_fd);
856                                 /* Just in case waker is blocked in BREAK, send
857                                  * unbreak now. */
858                                 write(fd, args, sizeof(args));
859                                 exit(2);
860                         }
861                         abort->count = 0;
862                 }
863         } else
864                 /* Any other key resets the abort counter. */
865                 abort->count = 0;
866
867         /* Everything went OK! */
868         return true;
869 }
870
871 /* Handling output for console is simple: we just get all the output buffers
872  * and write them to stdout. */
873 static void handle_console_output(int fd, struct virtqueue *vq)
874 {
875         unsigned int head, out, in;
876         int len;
877         struct iovec iov[vq->vring.num];
878
879         /* Keep getting output buffers from the Guest until we run out. */
880         while ((head = get_vq_desc(vq, iov, &out, &in)) != vq->vring.num) {
881                 if (in)
882                         errx(1, "Input buffers in output queue?");
883                 len = writev(STDOUT_FILENO, iov, out);
884                 add_used_and_trigger(fd, vq, head, len);
885         }
886 }
887
888 /* Handling output for network is also simple: we get all the output buffers
889  * and write them (ignoring the first element) to this device's file descriptor
890  * (stdout). */
891 static void handle_net_output(int fd, struct virtqueue *vq)
892 {
893         unsigned int head, out, in;
894         int len;
895         struct iovec iov[vq->vring.num];
896
897         /* Keep getting output buffers from the Guest until we run out. */
898         while ((head = get_vq_desc(vq, iov, &out, &in)) != vq->vring.num) {
899                 if (in)
900                         errx(1, "Input buffers in output queue?");
901                 /* Check header, but otherwise ignore it (we said we supported
902                  * no features). */
903                 (void)convert(&iov[0], struct virtio_net_hdr);
904                 len = writev(vq->dev->fd, iov+1, out-1);
905                 add_used_and_trigger(fd, vq, head, len);
906         }
907 }
908
909 /* This is where we handle a packet coming in from the tun device to our
910  * Guest. */
911 static bool handle_tun_input(int fd, struct device *dev)
912 {
913         unsigned int head, in_num, out_num;
914         int len;
915         struct iovec iov[dev->vq->vring.num];
916         struct virtio_net_hdr *hdr;
917
918         /* First we need a network buffer from the Guests's recv virtqueue. */
919         head = get_vq_desc(dev->vq, iov, &out_num, &in_num);
920         if (head == dev->vq->vring.num) {
921                 /* Now, it's expected that if we try to send a packet too
922                  * early, the Guest won't be ready yet.  Wait until the device
923                  * status says it's ready. */
924                 /* FIXME: Actually want DRIVER_ACTIVE here. */
925                 if (dev->desc->status & VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER_OK)
926                         warn("network: no dma buffer!");
927                 discard_iovec(iov, &in_num);
928         } else if (out_num)
929                 errx(1, "Output buffers in network recv queue?");
930
931         /* First element is the header: we set it to 0 (no features). */
932         hdr = convert(&iov[0], struct virtio_net_hdr);
933         hdr->flags = 0;
934         hdr->gso_type = VIRTIO_NET_HDR_GSO_NONE;
935
936         /* Read the packet from the device directly into the Guest's buffer. */
937         len = readv(dev->fd, iov+1, in_num-1);
938         if (len <= 0)
939                 err(1, "reading network");
940
941         /* If we actually read the data into the Guest, tell them about it. */
942         if (head != dev->vq->vring.num)
943                 add_used_and_trigger(fd, dev->vq, head, sizeof(*hdr) + len);
944
945         verbose("tun input packet len %i [%02x %02x] (%s)\n", len,
946                 ((u8 *)iov[1].iov_base)[0], ((u8 *)iov[1].iov_base)[1],
947                 head != dev->vq->vring.num ? "sent" : "discarded");
948
949         /* All good. */
950         return true;
951 }
952
953 /* This is the generic routine we call when the Guest uses LHCALL_NOTIFY. */
954 static void handle_output(int fd, unsigned long addr)
955 {
956         struct device *i;
957         struct virtqueue *vq;
958
959         /* Check each virtqueue. */
960         for (i = devices.dev; i; i = i->next) {
961                 for (vq = i->vq; vq; vq = vq->next) {
962                         if (vq->config.pfn == addr/getpagesize()
963                             && vq->handle_output) {
964                                 verbose("Output to %s\n", vq->dev->name);
965                                 vq->handle_output(fd, vq);
966                                 return;
967                         }
968                 }
969         }
970
971         /* Early console write is done using notify on a nul-terminated string
972          * in Guest memory. */
973         if (addr >= guest_limit)
974                 errx(1, "Bad NOTIFY %#lx", addr);
975
976         write(STDOUT_FILENO, from_guest_phys(addr),
977               strnlen(from_guest_phys(addr), guest_limit - addr));
978 }
979
980 /* This is called when the waker wakes us up: check for incoming file
981  * descriptors. */
982 static void handle_input(int fd)
983 {
984         /* select() wants a zeroed timeval to mean "don't wait". */
985         struct timeval poll = { .tv_sec = 0, .tv_usec = 0 };
986
987         for (;;) {
988                 struct device *i;
989                 fd_set fds = devices.infds;
990
991                 /* If nothing is ready, we're done. */
992                 if (select(devices.max_infd+1, &fds, NULL, NULL, &poll) == 0)
993                         break;
994
995                 /* Otherwise, call the device(s) which have readable
996                  * file descriptors and a method of handling them.  */
997                 for (i = devices.dev; i; i = i->next) {
998                         if (i->handle_input && FD_ISSET(i->fd, &fds)) {
999                                 /* If handle_input() returns false, it means we
1000                                  * should no longer service it.
1001                                  * handle_console_input() does this. */
1002                                 if (!i->handle_input(fd, i)) {
1003                                         /* Clear it from the set of input file
1004                                          * descriptors kept at the head of the
1005                                          * device list. */
1006                                         FD_CLR(i->fd, &devices.infds);
1007                                         /* Tell waker to ignore it too... */
1008                                         write(waker_fd, &i->fd, sizeof(i->fd));
1009                                 }
1010                         }
1011                 }
1012         }
1013 }
1014
1015 /*L:190
1016  * Device Setup
1017  *
1018  * All devices need a descriptor so the Guest knows it exists, and a "struct
1019  * device" so the Launcher can keep track of it.  We have common helper
1020  * routines to allocate them.
1021  *
1022  * This routine allocates a new "struct lguest_device_desc" from descriptor
1023  * table just above the Guest's normal memory.  It returns a pointer to that
1024  * descriptor. */
1025 static struct lguest_device_desc *new_dev_desc(u16 type)
1026 {
1027         struct lguest_device_desc *d;
1028
1029         /* We only have one page for all the descriptors. */
1030         if (devices.desc_used + sizeof(*d) > getpagesize())
1031                 errx(1, "Too many devices");
1032
1033         /* We don't need to set config_len or status: page is 0 already. */
1034         d = (void *)devices.descpage + devices.desc_used;
1035         d->type = type;
1036         devices.desc_used += sizeof(*d);
1037
1038         return d;
1039 }
1040
1041 /* Each device descriptor is followed by some configuration information.
1042  * The first byte is a "status" byte for the Guest to report what's happening.
1043  * After that are fields: u8 type, u8 len, [... len bytes...].
1044  *
1045  * This routine adds a new field to an existing device's descriptor.  It only
1046  * works for the last device, but that's OK because that's how we use it. */
1047 static void add_desc_field(struct device *dev, u8 type, u8 len, const void *c)
1048 {
1049         /* This is the last descriptor, right? */
1050         assert(devices.descpage + devices.desc_used
1051                == (u8 *)(dev->desc + 1) + dev->desc->config_len);
1052
1053         /* We only have one page of device descriptions. */
1054         if (devices.desc_used + 2 + len > getpagesize())
1055                 errx(1, "Too many devices");
1056
1057         /* Copy in the new config header: type then length. */
1058         devices.descpage[devices.desc_used++] = type;
1059         devices.descpage[devices.desc_used++] = len;
1060         memcpy(devices.descpage + devices.desc_used, c, len);
1061         devices.desc_used += len;
1062
1063         /* Update the device descriptor length: two byte head then data. */
1064         dev->desc->config_len += 2 + len;
1065 }
1066
1067 /* This routine adds a virtqueue to a device.  We specify how many descriptors
1068  * the virtqueue is to have. */
1069 static void add_virtqueue(struct device *dev, unsigned int num_descs,
1070                           void (*handle_output)(int fd, struct virtqueue *me))
1071 {
1072         unsigned int pages;
1073         struct virtqueue **i, *vq = malloc(sizeof(*vq));
1074         void *p;
1075
1076         /* First we need some pages for this virtqueue. */
1077         pages = (vring_size(num_descs) + getpagesize() - 1) / getpagesize();
1078         p = get_pages(pages);
1079
1080         /* Initialize the configuration. */
1081         vq->config.num = num_descs;
1082         vq->config.irq = devices.next_irq++;
1083         vq->config.pfn = to_guest_phys(p) / getpagesize();
1084
1085         /* Initialize the vring. */
1086         vring_init(&vq->vring, num_descs, p);
1087
1088         /* Add the configuration information to this device's descriptor. */
1089         add_desc_field(dev, VIRTIO_CONFIG_F_VIRTQUEUE,
1090                        sizeof(vq->config), &vq->config);
1091
1092         /* Add to tail of list, so dev->vq is first vq, dev->vq->next is
1093          * second.  */
1094         for (i = &dev->vq; *i; i = &(*i)->next);
1095         *i = vq;
1096
1097         /* Link virtqueue back to device. */
1098         vq->dev = dev;
1099
1100         /* Set up handler. */
1101         vq->handle_output = handle_output;
1102         if (!handle_output)
1103                 vq->vring.used->flags = VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
1104 }
1105
1106 /* This routine does all the creation and setup of a new device, including
1107  * caling new_dev_desc() to allocate the descriptor and device memory. */
1108 static struct device *new_device(const char *name, u16 type, int fd,
1109                                  bool (*handle_input)(int, struct device *))
1110 {
1111         struct device *dev = malloc(sizeof(*dev));
1112
1113         /* Append to device list.  Prepending to a single-linked list is
1114          * easier, but the user expects the devices to be arranged on the bus
1115          * in command-line order.  The first network device on the command line
1116          * is eth0, the first block device /dev/lgba, etc. */
1117         *devices.lastdev = dev;
1118         dev->next = NULL;
1119         devices.lastdev = &dev->next;
1120
1121         /* Now we populate the fields one at a time. */
1122         dev->fd = fd;
1123         /* If we have an input handler for this file descriptor, then we add it
1124          * to the device_list's fdset and maxfd. */
1125         if (handle_input)
1126                 add_device_fd(dev->fd);
1127         dev->desc = new_dev_desc(type);
1128         dev->handle_input = handle_input;
1129         dev->name = name;
1130         return dev;
1131 }
1132
1133 /* Our first setup routine is the console.  It's a fairly simple device, but
1134  * UNIX tty handling makes it uglier than it could be. */
1135 static void setup_console(void)
1136 {
1137         struct device *dev;
1138
1139         /* If we can save the initial standard input settings... */
1140         if (tcgetattr(STDIN_FILENO, &orig_term) == 0) {
1141                 struct termios term = orig_term;
1142                 /* Then we turn off echo, line buffering and ^C etc.  We want a
1143                  * raw input stream to the Guest. */
1144                 term.c_lflag &= ~(ISIG|ICANON|ECHO);
1145                 tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &term);
1146                 /* If we exit gracefully, the original settings will be
1147                  * restored so the user can see what they're typing. */
1148                 atexit(restore_term);
1149         }
1150
1151         dev = new_device("console", VIRTIO_ID_CONSOLE,
1152                          STDIN_FILENO, handle_console_input);
1153         /* We store the console state in dev->priv, and initialize it. */
1154         dev->priv = malloc(sizeof(struct console_abort));
1155         ((struct console_abort *)dev->priv)->count = 0;
1156
1157         /* The console needs two virtqueues: the input then the output.  We
1158          * don't care when they refill the input queue, since we don't hold
1159          * data waiting for them.  That's why the input queue's callback is
1160          * NULL.  */
1161         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, NULL);
1162         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, handle_console_output);
1163
1164         verbose("device %u: console\n", devices.device_num++);
1165 }
1166 /*:*/
1167
1168 /*M:010 Inter-guest networking is an interesting area.  Simplest is to have a
1169  * --sharenet=<name> option which opens or creates a named pipe.  This can be
1170  * used to send packets to another guest in a 1:1 manner.
1171  *
1172  * More sopisticated is to use one of the tools developed for project like UML
1173  * to do networking.
1174  *
1175  * Faster is to do virtio bonding in kernel.  Doing this 1:1 would be
1176  * completely generic ("here's my vring, attach to your vring") and would work
1177  * for any traffic.  Of course, namespace and permissions issues need to be
1178  * dealt with.  A more sophisticated "multi-channel" virtio_net.c could hide
1179  * multiple inter-guest channels behind one interface, although it would
1180  * require some manner of hotplugging new virtio channels.
1181  *
1182  * Finally, we could implement a virtio network switch in the kernel. :*/
1183
1184 static u32 str2ip(const char *ipaddr)
1185 {
1186         unsigned int byte[4];
1187
1188         sscanf(ipaddr, "%u.%u.%u.%u", &byte[0], &byte[1], &byte[2], &byte[3]);
1189         return (byte[0] << 24) | (byte[1] << 16) | (byte[2] << 8) | byte[3];
1190 }
1191
1192 /* This code is "adapted" from libbridge: it attaches the Host end of the
1193  * network device to the bridge device specified by the command line.
1194  *
1195  * This is yet another James Morris contribution (I'm an IP-level guy, so I
1196  * dislike bridging), and I just try not to break it. */
1197 static void add_to_bridge(int fd, const char *if_name, const char *br_name)
1198 {
1199         int ifidx;
1200         struct ifreq ifr;
1201
1202         if (!*br_name)
1203                 errx(1, "must specify bridge name");
1204
1205         ifidx = if_nametoindex(if_name);
1206         if (!ifidx)
1207                 errx(1, "interface %s does not exist!", if_name);
1208
1209         strncpy(ifr.ifr_name, br_name, IFNAMSIZ);
1210         ifr.ifr_ifindex = ifidx;
1211         if (ioctl(fd, SIOCBRADDIF, &ifr) < 0)
1212                 err(1, "can't add %s to bridge %s", if_name, br_name);
1213 }
1214
1215 /* This sets up the Host end of the network device with an IP address, brings
1216  * it up so packets will flow, the copies the MAC address into the hwaddr
1217  * pointer. */
1218 static void configure_device(int fd, const char *devname, u32 ipaddr,
1219                              unsigned char hwaddr[6])
1220 {
1221         struct ifreq ifr;
1222         struct sockaddr_in *sin = (struct sockaddr_in *)&ifr.ifr_addr;
1223
1224         /* Don't read these incantations.  Just cut & paste them like I did! */
1225         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
1226         strcpy(ifr.ifr_name, devname);
1227         sin->sin_family = AF_INET;
1228         sin->sin_addr.s_addr = htonl(ipaddr);
1229         if (ioctl(fd, SIOCSIFADDR, &ifr) != 0)
1230                 err(1, "Setting %s interface address", devname);
1231         ifr.ifr_flags = IFF_UP;
1232         if (ioctl(fd, SIOCSIFFLAGS, &ifr) != 0)
1233                 err(1, "Bringing interface %s up", devname);
1234
1235         /* SIOC stands for Socket I/O Control.  G means Get (vs S for Set
1236          * above).  IF means Interface, and HWADDR is hardware address.
1237          * Simple! */
1238         if (ioctl(fd, SIOCGIFHWADDR, &ifr) != 0)
1239                 err(1, "getting hw address for %s", devname);
1240         memcpy(hwaddr, ifr.ifr_hwaddr.sa_data, 6);
1241 }
1242
1243 /*L:195 Our network is a Host<->Guest network.  This can either use bridging or
1244  * routing, but the principle is the same: it uses the "tun" device to inject
1245  * packets into the Host as if they came in from a normal network card.  We
1246  * just shunt packets between the Guest and the tun device. */
1247 static void setup_tun_net(const char *arg)
1248 {
1249         struct device *dev;
1250         struct ifreq ifr;
1251         int netfd, ipfd;
1252         u32 ip;
1253         const char *br_name = NULL;
1254         u8 hwaddr[6];
1255
1256         /* We open the /dev/net/tun device and tell it we want a tap device.  A
1257          * tap device is like a tun device, only somehow different.  To tell
1258          * the truth, I completely blundered my way through this code, but it
1259          * works now! */
1260         netfd = open_or_die("/dev/net/tun", O_RDWR);
1261         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
1262         ifr.ifr_flags = IFF_TAP | IFF_NO_PI;
1263         strcpy(ifr.ifr_name, "tap%d");
1264         if (ioctl(netfd, TUNSETIFF, &ifr) != 0)
1265                 err(1, "configuring /dev/net/tun");
1266         /* We don't need checksums calculated for packets coming in this
1267          * device: trust us! */
1268         ioctl(netfd, TUNSETNOCSUM, 1);
1269
1270         /* First we create a new network device. */
1271         dev = new_device("net", VIRTIO_ID_NET, netfd, handle_tun_input);
1272
1273         /* Network devices need a receive and a send queue. */
1274         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, NULL);
1275         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, handle_net_output);
1276
1277         /* We need a socket to perform the magic network ioctls to bring up the
1278          * tap interface, connect to the bridge etc.  Any socket will do! */
1279         ipfd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_IP);
1280         if (ipfd < 0)
1281                 err(1, "opening IP socket");
1282
1283         /* If the command line was --tunnet=bridge:<name> do bridging. */
1284         if (!strncmp(BRIDGE_PFX, arg, strlen(BRIDGE_PFX))) {
1285                 ip = INADDR_ANY;
1286                 br_name = arg + strlen(BRIDGE_PFX);
1287                 add_to_bridge(ipfd, ifr.ifr_name, br_name);
1288         } else /* It is an IP address to set up the device with */
1289                 ip = str2ip(arg);
1290
1291         /* Set up the tun device, and get the mac address for the interface. */
1292         configure_device(ipfd, ifr.ifr_name, ip, hwaddr);
1293
1294         /* Tell Guest what MAC address to use. */
1295         add_desc_field(dev, VIRTIO_CONFIG_NET_MAC_F, sizeof(hwaddr), hwaddr);
1296
1297         /* We don't seed the socket any more; setup is done. */
1298         close(ipfd);
1299
1300         verbose("device %u: tun net %u.%u.%u.%u\n",
1301                 devices.device_num++,
1302                 (u8)(ip>>24),(u8)(ip>>16),(u8)(ip>>8),(u8)ip);
1303         if (br_name)
1304                 verbose("attached to bridge: %s\n", br_name);
1305 }
1306
1307
1308 /*
1309  * Block device.
1310  *
1311  * Serving a block device is really easy: the Guest asks for a block number and
1312  * we read or write that position in the file.
1313  *
1314  * Unfortunately, this is amazingly slow: the Guest waits until the read is
1315  * finished before running anything else, even if it could be doing useful
1316  * work.  We could use async I/O, except it's reputed to suck so hard that
1317  * characters actually go missing from your code when you try to use it.
1318  *
1319  * So we farm the I/O out to thread, and communicate with it via a pipe. */
1320
1321 /* This hangs off device->priv, with the data. */
1322 struct vblk_info
1323 {
1324         /* The size of the file. */
1325         off64_t len;
1326
1327         /* The file descriptor for the file. */
1328         int fd;
1329
1330         /* IO thread listens on this file descriptor [0]. */
1331         int workpipe[2];
1332
1333         /* IO thread writes to this file descriptor to mark it done, then
1334          * Launcher triggers interrupt to Guest. */
1335         int done_fd;
1336 };
1337
1338 /* This is the core of the I/O thread.  It returns true if it did something. */
1339 static bool service_io(struct device *dev)
1340 {
1341         struct vblk_info *vblk = dev->priv;
1342         unsigned int head, out_num, in_num, wlen;
1343         int ret;
1344         struct virtio_blk_inhdr *in;
1345         struct virtio_blk_outhdr *out;
1346         struct iovec iov[dev->vq->vring.num];
1347         off64_t off;
1348
1349         head = get_vq_desc(dev->vq, iov, &out_num, &in_num);
1350         if (head == dev->vq->vring.num)
1351                 return false;
1352
1353         if (out_num == 0 || in_num == 0)
1354                 errx(1, "Bad virtblk cmd %u out=%u in=%u",
1355                      head, out_num, in_num);
1356
1357         out = convert(&iov[0], struct virtio_blk_outhdr);
1358         in = convert(&iov[out_num+in_num-1], struct virtio_blk_inhdr);
1359         off = out->sector * 512;
1360
1361         /* This is how we implement barriers.  Pretty poor, no? */
1362         if (out->type & VIRTIO_BLK_T_BARRIER)
1363                 fdatasync(vblk->fd);
1364
1365         if (out->type & VIRTIO_BLK_T_SCSI_CMD) {
1366                 fprintf(stderr, "Scsi commands unsupported\n");
1367                 in->status = VIRTIO_BLK_S_UNSUPP;
1368                 wlen = sizeof(in);
1369         } else if (out->type & VIRTIO_BLK_T_OUT) {
1370                 /* Write */
1371
1372                 /* Move to the right location in the block file.  This can fail
1373                  * if they try to write past end. */
1374                 if (lseek64(vblk->fd, off, SEEK_SET) != off)
1375                         err(1, "Bad seek to sector %llu", out->sector);
1376
1377                 ret = writev(vblk->fd, iov+1, out_num-1);
1378                 verbose("WRITE to sector %llu: %i\n", out->sector, ret);
1379
1380                 /* Grr... Now we know how long the descriptor they sent was, we
1381                  * make sure they didn't try to write over the end of the block
1382                  * file (possibly extending it). */
1383                 if (ret > 0 && off + ret > vblk->len) {
1384                         /* Trim it back to the correct length */
1385                         ftruncate64(vblk->fd, vblk->len);
1386                         /* Die, bad Guest, die. */
1387                         errx(1, "Write past end %llu+%u", off, ret);
1388                 }
1389                 wlen = sizeof(in);
1390                 in->status = (ret >= 0 ? VIRTIO_BLK_S_OK : VIRTIO_BLK_S_IOERR);
1391         } else {
1392                 /* Read */
1393
1394                 /* Move to the right location in the block file.  This can fail
1395                  * if they try to read past end. */
1396                 if (lseek64(vblk->fd, off, SEEK_SET) != off)
1397                         err(1, "Bad seek to sector %llu", out->sector);
1398
1399                 ret = readv(vblk->fd, iov+1, in_num-1);
1400                 verbose("READ from sector %llu: %i\n", out->sector, ret);
1401                 if (ret >= 0) {
1402                         wlen = sizeof(in) + ret;
1403                         in->status = VIRTIO_BLK_S_OK;
1404                 } else {
1405                         wlen = sizeof(in);
1406                         in->status = VIRTIO_BLK_S_IOERR;
1407                 }
1408         }
1409
1410         /* We can't trigger an IRQ, because we're not the Launcher.  It does
1411          * that when we tell it we're done. */
1412         add_used(dev->vq, head, wlen);
1413         return true;
1414 }
1415
1416 /* This is the thread which actually services the I/O. */
1417 static int io_thread(void *_dev)
1418 {
1419         struct device *dev = _dev;
1420         struct vblk_info *vblk = dev->priv;
1421         char c;
1422
1423         /* Close other side of workpipe so we get 0 read when main dies. */
1424         close(vblk->workpipe[1]);
1425         /* Close the other side of the done_fd pipe. */
1426         close(dev->fd);
1427
1428         /* When this read fails, it means Launcher died, so we follow. */
1429         while (read(vblk->workpipe[0], &c, 1) == 1) {
1430                 /* We acknowledge each request immediately, to reduce latency,
1431                  * rather than waiting until we've done them all.  I haven't
1432                  * measured to see if it makes any difference. */
1433                 while (service_io(dev))
1434                         write(vblk->done_fd, &c, 1);
1435         }
1436         return 0;
1437 }
1438
1439 /* When the thread says some I/O is done, we interrupt the Guest. */
1440 static bool handle_io_finish(int fd, struct device *dev)
1441 {
1442         char c;
1443
1444         /* If child died, presumably it printed message. */
1445         if (read(dev->fd, &c, 1) != 1)
1446                 exit(1);
1447
1448         /* It did some work, so trigger the irq. */
1449         trigger_irq(fd, dev->vq);
1450         return true;
1451 }
1452
1453 /* When the Guest submits some I/O, we wake the I/O thread. */
1454 static void handle_virtblk_output(int fd, struct virtqueue *vq)
1455 {
1456         struct vblk_info *vblk = vq->dev->priv;
1457         char c = 0;
1458
1459         /* Wake up I/O thread and tell it to go to work! */
1460         if (write(vblk->workpipe[1], &c, 1) != 1)
1461                 /* Presumably it indicated why it died. */
1462                 exit(1);
1463 }
1464
1465 /* This creates a virtual block device. */
1466 static void setup_block_file(const char *filename)
1467 {
1468         int p[2];
1469         struct device *dev;
1470         struct vblk_info *vblk;
1471         void *stack;
1472         u64 cap;
1473         unsigned int val;
1474
1475         /* This is the pipe the I/O thread will use to tell us I/O is done. */
1476         pipe(p);
1477
1478         /* The device responds to return from I/O thread. */
1479         dev = new_device("block", VIRTIO_ID_BLOCK, p[0], handle_io_finish);
1480
1481         /* The device has a virtqueue. */
1482         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, handle_virtblk_output);
1483
1484         /* Allocate the room for our own bookkeeping */
1485         vblk = dev->priv = malloc(sizeof(*vblk));
1486
1487         /* First we open the file and store the length. */
1488         vblk->fd = open_or_die(filename, O_RDWR|O_LARGEFILE);
1489         vblk->len = lseek64(vblk->fd, 0, SEEK_END);
1490
1491         /* Tell Guest how many sectors this device has. */
1492         cap = cpu_to_le64(vblk->len / 512);
1493         add_desc_field(dev, VIRTIO_CONFIG_BLK_F_CAPACITY, sizeof(cap), &cap);
1494
1495         /* Tell Guest not to put in too many descriptors at once: two are used
1496          * for the in and out elements. */
1497         val = cpu_to_le32(VIRTQUEUE_NUM - 2);
1498         add_desc_field(dev, VIRTIO_CONFIG_BLK_F_SEG_MAX, sizeof(val), &val);
1499
1500         /* The I/O thread writes to this end of the pipe when done. */
1501         vblk->done_fd = p[1];
1502
1503         /* This is how we tell the I/O thread about more work. */
1504         pipe(vblk->workpipe);
1505
1506         /* Create stack for thread and run it */
1507         stack = malloc(32768);
1508         if (clone(io_thread, stack + 32768, CLONE_VM, dev) == -1)
1509                 err(1, "Creating clone");
1510
1511         /* We don't need to keep the I/O thread's end of the pipes open. */
1512         close(vblk->done_fd);
1513         close(vblk->workpipe[0]);
1514
1515         verbose("device %u: virtblock %llu sectors\n",
1516                 devices.device_num, cap);
1517 }
1518 /* That's the end of device setup. */
1519
1520 /*L:220 Finally we reach the core of the Launcher, which runs the Guest, serves
1521  * its input and output, and finally, lays it to rest. */
1522 static void __attribute__((noreturn)) run_guest(int lguest_fd)
1523 {
1524         for (;;) {
1525                 unsigned long args[] = { LHREQ_BREAK, 0 };
1526                 unsigned long notify_addr;
1527                 int readval;
1528
1529                 /* We read from the /dev/lguest device to run the Guest. */
1530                 readval = read(lguest_fd, &notify_addr, sizeof(notify_addr));
1531
1532                 /* One unsigned long means the Guest did HCALL_NOTIFY */
1533                 if (readval == sizeof(notify_addr)) {
1534                         verbose("Notify on address %#lx\n", notify_addr);
1535                         handle_output(lguest_fd, notify_addr);
1536                         continue;
1537                 /* ENOENT means the Guest died.  Reading tells us why. */
1538                 } else if (errno == ENOENT) {
1539                         char reason[1024] = { 0 };
1540                         read(lguest_fd, reason, sizeof(reason)-1);
1541                         errx(1, "%s", reason);
1542                 /* EAGAIN means the waker wanted us to look at some input.
1543                  * Anything else means a bug or incompatible change. */
1544                 } else if (errno != EAGAIN)
1545                         err(1, "Running guest failed");
1546
1547                 /* Service input, then unset the BREAK which releases
1548                  * the Waker. */
1549                 handle_input(lguest_fd);
1550                 if (write(lguest_fd, args, sizeof(args)) < 0)
1551                         err(1, "Resetting break");
1552         }
1553 }
1554 /*
1555  * This is the end of the Launcher.
1556  *
1557  * But wait!  We've seen I/O from the Launcher, and we've seen I/O from the
1558  * Drivers.  If we were to see the Host kernel I/O code, our understanding
1559  * would be complete... :*/
1560
1561 static struct option opts[] = {
1562         { "verbose", 0, NULL, 'v' },
1563         { "tunnet", 1, NULL, 't' },
1564         { "block", 1, NULL, 'b' },
1565         { "initrd", 1, NULL, 'i' },
1566         { NULL },
1567 };
1568 static void usage(void)
1569 {
1570         errx(1, "Usage: lguest [--verbose] "
1571              "[--tunnet=(<ipaddr>|bridge:<bridgename>)\n"
1572              "|--block=<filename>|--initrd=<filename>]...\n"
1573              "<mem-in-mb> vmlinux [args...]");
1574 }
1575
1576 /*L:105 The main routine is where the real work begins: */
1577 int main(int argc, char *argv[])
1578 {
1579         /* Memory, top-level pagetable, code startpoint and size of the
1580          * (optional) initrd. */
1581         unsigned long mem = 0, pgdir, start, initrd_size = 0;
1582         /* A temporary and the /dev/lguest file descriptor. */
1583         int i, c, lguest_fd;
1584         /* The boot information for the Guest. */
1585         void *boot;
1586         /* If they specify an initrd file to load. */
1587         const char *initrd_name = NULL;
1588
1589         /* First we initialize the device list.  Since console and network
1590          * device receive input from a file descriptor, we keep an fdset
1591          * (infds) and the maximum fd number (max_infd) with the head of the
1592          * list.  We also keep a pointer to the last device, for easy appending
1593          * to the list.  Finally, we keep the next interrupt number to hand out
1594          * (1: remember that 0 is used by the timer). */
1595         FD_ZERO(&devices.infds);
1596         devices.max_infd = -1;
1597         devices.lastdev = &devices.dev;
1598         devices.next_irq = 1;
1599
1600         /* We need to know how much memory so we can set up the device
1601          * descriptor and memory pages for the devices as we parse the command
1602          * line.  So we quickly look through the arguments to find the amount
1603          * of memory now. */
1604         for (i = 1; i < argc; i++) {
1605                 if (argv[i][0] != '-') {
1606                         mem = atoi(argv[i]) * 1024 * 1024;
1607                         /* We start by mapping anonymous pages over all of
1608                          * guest-physical memory range.  This fills it with 0,
1609                          * and ensures that the Guest won't be killed when it
1610                          * tries to access it. */
1611                         guest_base = map_zeroed_pages(mem / getpagesize()
1612                                                       + DEVICE_PAGES);
1613                         guest_limit = mem;
1614                         guest_max = mem + DEVICE_PAGES*getpagesize();
1615                         devices.descpage = get_pages(1);
1616                         break;
1617                 }
1618         }
1619
1620         /* The options are fairly straight-forward */
1621         while ((c = getopt_long(argc, argv, "v", opts, NULL)) != EOF) {
1622                 switch (c) {
1623                 case 'v':
1624                         verbose = true;
1625                         break;
1626                 case 't':
1627                         setup_tun_net(optarg);
1628                         break;
1629                 case 'b':
1630                         setup_block_file(optarg);
1631                         break;
1632                 case 'i':
1633                         initrd_name = optarg;
1634                         break;
1635                 default:
1636                         warnx("Unknown argument %s", argv[optind]);
1637                         usage();
1638                 }
1639         }
1640         /* After the other arguments we expect memory and kernel image name,
1641          * followed by command line arguments for the kernel. */
1642         if (optind + 2 > argc)
1643                 usage();
1644
1645         verbose("Guest base is at %p\n", guest_base);
1646
1647         /* We always have a console device */
1648         setup_console();
1649
1650         /* Now we load the kernel */
1651         start = load_kernel(open_or_die(argv[optind+1], O_RDONLY));
1652
1653         /* Boot information is stashed at physical address 0 */
1654         boot = from_guest_phys(0);
1655
1656         /* Map the initrd image if requested (at top of physical memory) */
1657         if (initrd_name) {
1658                 initrd_size = load_initrd(initrd_name, mem);
1659                 /* These are the location in the Linux boot header where the
1660                  * start and size of the initrd are expected to be found. */
1661                 *(unsigned long *)(boot+0x218) = mem - initrd_size;
1662                 *(unsigned long *)(boot+0x21c) = initrd_size;
1663                 /* The bootloader type 0xFF means "unknown"; that's OK. */
1664                 *(unsigned char *)(boot+0x210) = 0xFF;
1665         }
1666
1667         /* Set up the initial linear pagetables, starting below the initrd. */
1668         pgdir = setup_pagetables(mem, initrd_size);
1669
1670         /* The Linux boot header contains an "E820" memory map: ours is a
1671          * simple, single region. */
1672         *(char*)(boot+E820NR) = 1;
1673         *((struct e820entry *)(boot+E820MAP))
1674                 = ((struct e820entry) { 0, mem, E820_RAM });
1675         /* The boot header contains a command line pointer: we put the command
1676          * line after the boot header (at address 4096) */
1677         *(u32 *)(boot + 0x228) = 4096;
1678         concat(boot + 4096, argv+optind+2);
1679
1680         /* The guest type value of "1" tells the Guest it's under lguest. */
1681         *(int *)(boot + 0x23c) = 1;
1682
1683         /* We tell the kernel to initialize the Guest: this returns the open
1684          * /dev/lguest file descriptor. */
1685         lguest_fd = tell_kernel(pgdir, start);
1686
1687         /* We fork off a child process, which wakes the Launcher whenever one
1688          * of the input file descriptors needs attention.  Otherwise we would
1689          * run the Guest until it tries to output something. */
1690         waker_fd = setup_waker(lguest_fd);
1691
1692         /* Finally, run the Guest.  This doesn't return. */
1693         run_guest(lguest_fd);
1694 }
1695 /*:*/
1696
1697 /*M:999
1698  * Mastery is done: you now know everything I do.
1699  *
1700  * But surely you have seen code, features and bugs in your wanderings which
1701  * you now yearn to attack?  That is the real game, and I look forward to you
1702  * patching and forking lguest into the Your-Name-Here-visor.
1703  *
1704  * Farewell, and good coding!
1705  * Rusty Russell.
1706  */