drivers/lguest/lguest_user.c

   1 /*P:200 This contains all the /dev/lguest code, whereby the userspace launcher
   2  * controls and communicates with the Guest.  For example, the first write will
   3  * tell us the Guest's memory layout, pagetable, entry point and kernel address
   4  * offset.  A read will run the Guest until something happens, such as a signal
   5  * or the Guest doing a NOTIFY out to the Launcher. :*/
   6 #include <linux/uaccess.h>
   7 #include <linux/miscdevice.h>
   8 #include <linux/fs.h>
   9 #include "lg.h"
  10
  11 /*L:055 When something happens, the Waker process needs a way to stop the
  12  * kernel running the Guest and return to the Launcher.  So the Waker writes
  13  * LHREQ_BREAK and the value "1" to /dev/lguest to do this.  Once the Launcher
  14  * has done whatever needs attention, it writes LHREQ_BREAK and "0" to release
  15  * the Waker. */
  16 static int break_guest_out(struct lg_cpu *cpu, const unsigned long __user*input)
  17 {
  18         unsigned long on;
  19
  20         /* Fetch whether they're turning break on or off. */
  21         if (get_user(on, input) != 0)
  22                 return -EFAULT;
  23
  24         if (on) {
  25                 cpu->break_out = 1;
  26                 /* Pop it out of the Guest (may be running on different CPU) */
  27                 wake_up_process(cpu->tsk);
  28                 /* Wait for them to reset it */
  29                 return wait_event_interruptible(cpu->break_wq, !cpu->break_out);
  30         } else {
  31                 cpu->break_out = 0;
  32                 wake_up(&cpu->break_wq);
  33                 return 0;
  34         }
  35 }
  36
  37 /*L:050 Sending an interrupt is done by writing LHREQ_IRQ and an interrupt
  38  * number to /dev/lguest. */
  39 static int user_send_irq(struct lg_cpu *cpu, const unsigned long __user *input)
  40 {
  41         unsigned long irq;
  42
  43         if (get_user(irq, input) != 0)
  44                 return -EFAULT;
  45         if (irq >= LGUEST_IRQS)
  46                 return -EINVAL;
  47         /* Next time the Guest runs, the core code will see if it can deliver
  48          * this interrupt. */
  49         set_bit(irq, cpu->irqs_pending);
  50         return 0;
  51 }
  52
  53 /*L:040 Once our Guest is initialized, the Launcher makes it run by reading
  54  * from /dev/lguest. */
  55 static ssize_t read(struct file *file, char __user *user, size_t size,loff_t*o)
  56 {
  57         struct lguest *lg = file->private_data;
  58         struct lg_cpu *cpu;
  59         unsigned int cpu_id = *o;
  60
  61         /* You must write LHREQ_INITIALIZE first! */
  62         if (!lg)
  63                 return -EINVAL;
  64
  65         /* Watch out for arbitrary vcpu indexes! */
  66         if (cpu_id >= lg->nr_cpus)
  67                 return -EINVAL;
  68
  69         cpu = &lg->cpus[cpu_id];
  70
  71         /* If you're not the task which owns the Guest, go away. */
  72         if (current != cpu->tsk)
  73                 return -EPERM;
  74
  75         /* If the guest is already dead, we indicate why */
  76         if (lg->dead) {
  77                 size_t len;
  78
  79                 /* lg->dead either contains an error code, or a string. */
  80                 if (IS_ERR(lg->dead))
  81                         return PTR_ERR(lg->dead);
  82
  83                 /* We can only return as much as the buffer they read with. */
  84                 len = min(size, strlen(lg->dead)+1);
  85                 if (copy_to_user(user, lg->dead, len) != 0)
  86                         return -EFAULT;
  87                 return len;
  88         }
  89
  90         /* If we returned from read() last time because the Guest notified,
  91          * clear the flag. */
  92         if (lg->pending_notify)
  93                 lg->pending_notify = 0;
  94
  95         /* Run the Guest until something interesting happens. */
  96         return run_guest(cpu, (unsigned long __user *)user);
  97 }
  98
  99 static int lg_cpu_start(struct lg_cpu *cpu, unsigned id, unsigned long start_ip)
 100 {
 101         if (id >= NR_CPUS)
 102                 return -EINVAL;
 103
 104         cpu->id = id;
 105         cpu->lg = container_of((cpu - id), struct lguest, cpus[0]);
 106         cpu->lg->nr_cpus++;
 107         init_clockdev(cpu);
 108
 109         /* We need a complete page for the Guest registers: they are accessible
 110          * to the Guest and we can only grant it access to whole pages. */
 111         cpu->regs_page = get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
 112         if (!cpu->regs_page)
 113                 return -ENOMEM;
 114
 115         /* We actually put the registers at the bottom of the page. */
 116         cpu->regs = (void *)cpu->regs_page + PAGE_SIZE - sizeof(*cpu->regs);
 117
 118         /* Now we initialize the Guest's registers, handing it the start
 119          * address. */
 120         lguest_arch_setup_regs(cpu, start_ip);
 121
 122         /* Initialize the queue for the waker to wait on */
 123         init_waitqueue_head(&cpu->break_wq);
 124
 125         /* We keep a pointer to the Launcher task (ie. current task) for when
 126          * other Guests want to wake this one (inter-Guest I/O). */
 127         cpu->tsk = current;
 128
 129         /* We need to keep a pointer to the Launcher's memory map, because if
 130          * the Launcher dies we need to clean it up.  If we don't keep a
 131          * reference, it is destroyed before close() is called. */
 132         cpu->mm = get_task_mm(cpu->tsk);
 133
 134         return 0;
 135 }
 136
 137 /*L:020 The initialization write supplies 4 pointer sized (32 or 64 bit)
 138  * values (in addition to the LHREQ_INITIALIZE value).  These are:
 139  *
 140  * base: The start of the Guest-physical memory inside the Launcher memory.
 141  *
 142  * pfnlimit: The highest (Guest-physical) page number the Guest should be
 143  * allowed to access.  The Guest memory lives inside the Launcher, so it sets
 144  * this to ensure the Guest can only reach its own memory.
 145  *
 146  * pgdir: The (Guest-physical) address of the top of the initial Guest
 147  * pagetables (which are set up by the Launcher).
 148  *
 149  * start: The first instruction to execute ("eip" in x86-speak).
 150  */
 151 static int initialize(struct file *file, const unsigned long __user *input)
 152 {
 153         /* "struct lguest" contains everything we (the Host) know about a
 154          * Guest. */
 155         struct lguest *lg;
 156         int err;
 157         unsigned long args[4];
 158
 159         /* We grab the Big Lguest lock, which protects against multiple
 160          * simultaneous initializations. */
 161         mutex_lock(&lguest_lock);
 162         /* You can't initialize twice!  Close the device and start again... */
 163         if (file->private_data) {
 164                 err = -EBUSY;
 165                 goto unlock;
 166         }
 167
 168         if (copy_from_user(args, input, sizeof(args)) != 0) {
 169                 err = -EFAULT;
 170                 goto unlock;
 171         }
 172
 173         lg = kzalloc(sizeof(*lg), GFP_KERNEL);
 174         if (!lg) {
 175                 err = -ENOMEM;
 176                 goto unlock;
 177         }
 178
 179         /* Populate the easy fields of our "struct lguest" */
 180         lg->mem_base = (void __user *)(long)args[0];
 181         lg->pfn_limit = args[1];
 182
 183         /* This is the first cpu */
 184         err = lg_cpu_start(&lg->cpus[0], 0, args[3]);
 185         if (err)
 186                 goto release_guest;
 187
 188         /* Initialize the Guest's shadow page tables, using the toplevel
 189          * address the Launcher gave us.  This allocates memory, so can
 190          * fail. */
 191         err = init_guest_pagetable(lg, args[2]);
 192         if (err)
 193                 goto free_regs;
 194
 195         /* We remember which CPU's pages this Guest used last, for optimization
 196          * when the same Guest runs on the same CPU twice. */
 197         lg->last_pages = NULL;
 198
 199         /* We keep our "struct lguest" in the file's private_data. */
 200         file->private_data = lg;
 201
 202         mutex_unlock(&lguest_lock);
 203
 204         /* And because this is a write() call, we return the length used. */
 205         return sizeof(args);
 206
 207 free_regs:
 208         /* FIXME: This should be in free_vcpu */
 209         free_page(lg->cpus[0].regs_page);
 210 release_guest:
 211         kfree(lg);
 212 unlock:
 213         mutex_unlock(&lguest_lock);
 214         return err;
 215 }
 216
 217 /*L:010 The first operation the Launcher does must be a write.  All writes
 218  * start with an unsigned long number: for the first write this must be
 219  * LHREQ_INITIALIZE to set up the Guest.  After that the Launcher can use
 220  * writes of other values to send interrupts. */
 221 static ssize_t write(struct file *file, const char __user *in,
 222                      size_t size, loff_t *off)
 223 {
 224         /* Once the guest is initialized, we hold the "struct lguest" in the
 225          * file private data. */
 226         struct lguest *lg = file->private_data;
 227         const unsigned long __user *input = (const unsigned long __user *)in;
 228         unsigned long req;
 229         struct lg_cpu *uninitialized_var(cpu);
 230         unsigned int cpu_id = *off;
 231
 232         if (get_user(req, input) != 0)
 233                 return -EFAULT;
 234         input++;
 235
 236         /* If you haven't initialized, you must do that first. */
 237         if (req != LHREQ_INITIALIZE) {
 238                 if (!lg || (cpu_id >= lg->nr_cpus))
 239                         return -EINVAL;
 240                 cpu = &lg->cpus[cpu_id];
 241                 if (!cpu)
 242                         return -EINVAL;
 243         }
 244
 245         /* Once the Guest is dead, all you can do is read() why it died. */
 246         if (lg && lg->dead)
 247                 return -ENOENT;
 248
 249         /* If you're not the task which owns the Guest, you can only break */
 250         if (lg && current != cpu->tsk && req != LHREQ_BREAK)
 251                 return -EPERM;
 252
 253         switch (req) {
 254         case LHREQ_INITIALIZE:
 255                 return initialize(file, input);
 256         case LHREQ_IRQ:
 257                 return user_send_irq(cpu, input);
 258         case LHREQ_BREAK:
 259                 return break_guest_out(cpu, input);
 260         default:
 261                 return -EINVAL;
 262         }
 263 }
 264
 265 /*L:060 The final piece of interface code is the close() routine.  It reverses
 266  * everything done in initialize().  This is usually called because the
 267  * Launcher exited.
 268  *
 269  * Note that the close routine returns 0 or a negative error number: it can't
 270  * really fail, but it can whine.  I blame Sun for this wart, and K&R C for
 271  * letting them do it. :*/
 272 static int close(struct inode *inode, struct file *file)
 273 {
 274         struct lguest *lg = file->private_data;
 275         unsigned int i;
 276
 277         /* If we never successfully initialized, there's nothing to clean up */
 278         if (!lg)
 279                 return 0;
 280
 281         /* We need the big lock, to protect from inter-guest I/O and other
 282          * Launchers initializing guests. */
 283         mutex_lock(&lguest_lock);
 284
 285         /* Free up the shadow page tables for the Guest. */
 286         free_guest_pagetable(lg);
 287
 288         for (i = 0; i < lg->nr_cpus; i++) {
 289                 /* Cancels the hrtimer set via LHCALL_SET_CLOCKEVENT. */
 290                 hrtimer_cancel(&lg->cpus[i].hrt);
 291                 /* We can free up the register page we allocated. */
 292                 free_page(lg->cpus[i].regs_page);
 293                 /* Now all the memory cleanups are done, it's safe to release
 294                  * the Launcher's memory management structure. */
 295                 mmput(lg->cpus[i].mm);
 296         }
 297         /* If lg->dead doesn't contain an error code it will be NULL or a
 298          * kmalloc()ed string, either of which is ok to hand to kfree(). */
 299         if (!IS_ERR(lg->dead))
 300                 kfree(lg->dead);
 301         /* We clear the entire structure, which also marks it as free for the
 302          * next user. */
 303         memset(lg, 0, sizeof(*lg));
 304         /* Release lock and exit. */
 305         mutex_unlock(&lguest_lock);
 306
 307         return 0;
 308 }
 309
 310 /*L:000
 311  * Welcome to our journey through the Launcher!
 312  *
 313  * The Launcher is the Host userspace program which sets up, runs and services
 314  * the Guest.  In fact, many comments in the Drivers which refer to "the Host"
 315  * doing things are inaccurate: the Launcher does all the device handling for
 316  * the Guest, but the Guest can't know that.
 317  *
 318  * Just to confuse you: to the Host kernel, the Launcher *is* the Guest and we
 319  * shall see more of that later.
 320  *
 321  * We begin our understanding with the Host kernel interface which the Launcher
 322  * uses: reading and writing a character device called /dev/lguest.  All the
 323  * work happens in the read(), write() and close() routines: */
 324 static struct file_operations lguest_fops = {
 325         .owner   = THIS_MODULE,
 326         .release = close,
 327         .write   = write,
 328         .read    = read,
 329 };
 330
 331 /* This is a textbook example of a "misc" character device.  Populate a "struct
 332  * miscdevice" and register it with misc_register(). */
 333 static struct miscdevice lguest_dev = {
 334         .minor  = MISC_DYNAMIC_MINOR,
 335         .name   = "lguest",
 336         .fops   = &lguest_fops,
 337 };
 338
 339 int __init lguest_device_init(void)
 340 {
 341         return misc_register(&lguest_dev);
 342 }
 343
 344 void __exit lguest_device_remove(void)
 345 {
 346         misc_deregister(&lguest_dev);
 347 }