lguest: suppress notifications in example Launcher
[pandora-kernel.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 <sys/eventfd.h>
20 #include <fcntl.h>
21 #include <stdbool.h>
22 #include <errno.h>
23 #include <ctype.h>
24 #include <sys/socket.h>
25 #include <sys/ioctl.h>
26 #include <sys/time.h>
27 #include <time.h>
28 #include <netinet/in.h>
29 #include <net/if.h>
30 #include <linux/sockios.h>
31 #include <linux/if_tun.h>
32 #include <sys/uio.h>
33 #include <termios.h>
34 #include <getopt.h>
35 #include <zlib.h>
36 #include <assert.h>
37 #include <sched.h>
38 #include <limits.h>
39 #include <stddef.h>
40 #include <signal.h>
41 #include "linux/lguest_launcher.h"
42 #include "linux/virtio_config.h"
43 #include "linux/virtio_net.h"
44 #include "linux/virtio_blk.h"
45 #include "linux/virtio_console.h"
46 #include "linux/virtio_rng.h"
47 #include "linux/virtio_ring.h"
48 #include "asm/bootparam.h"
49 /*L:110 We can ignore the 39 include files we need for this program, but I do
50  * want to draw attention to the use of kernel-style types.
51  *
52  * As Linus said, "C is a Spartan language, and so should your naming be."  I
53  * like these abbreviations, so we define them here.  Note that u64 is always
54  * unsigned long long, which works on all Linux systems: this means that we can
55  * use %llu in printf for any u64. */
56 typedef unsigned long long u64;
57 typedef uint32_t u32;
58 typedef uint16_t u16;
59 typedef uint8_t u8;
60 /*:*/
61
62 #define PAGE_PRESENT 0x7        /* Present, RW, Execute */
63 #define BRIDGE_PFX "bridge:"
64 #ifndef SIOCBRADDIF
65 #define SIOCBRADDIF     0x89a2          /* add interface to bridge      */
66 #endif
67 /* We can have up to 256 pages for devices. */
68 #define DEVICE_PAGES 256
69 /* This will occupy 3 pages: it must be a power of 2. */
70 #define VIRTQUEUE_NUM 256
71
72 /*L:120 verbose is both a global flag and a macro.  The C preprocessor allows
73  * this, and although I wouldn't recommend it, it works quite nicely here. */
74 static bool verbose;
75 #define verbose(args...) \
76         do { if (verbose) printf(args); } while(0)
77 /*:*/
78
79 /* The pointer to the start of guest memory. */
80 static void *guest_base;
81 /* The maximum guest physical address allowed, and maximum possible. */
82 static unsigned long guest_limit, guest_max;
83 /* The /dev/lguest file descriptor. */
84 static int lguest_fd;
85
86 /* a per-cpu variable indicating whose vcpu is currently running */
87 static unsigned int __thread cpu_id;
88
89 /* This is our list of devices. */
90 struct device_list
91 {
92         /* Counter to assign interrupt numbers. */
93         unsigned int next_irq;
94
95         /* Counter to print out convenient device numbers. */
96         unsigned int device_num;
97
98         /* The descriptor page for the devices. */
99         u8 *descpage;
100
101         /* A single linked list of devices. */
102         struct device *dev;
103         /* And a pointer to the last device for easy append and also for
104          * configuration appending. */
105         struct device *lastdev;
106 };
107
108 /* The list of Guest devices, based on command line arguments. */
109 static struct device_list devices;
110
111 /* The device structure describes a single device. */
112 struct device
113 {
114         /* The linked-list pointer. */
115         struct device *next;
116
117         /* The device's descriptor, as mapped into the Guest. */
118         struct lguest_device_desc *desc;
119
120         /* We can't trust desc values once Guest has booted: we use these. */
121         unsigned int feature_len;
122         unsigned int num_vq;
123
124         /* The name of this device, for --verbose. */
125         const char *name;
126
127         /* Any queues attached to this device */
128         struct virtqueue *vq;
129
130         /* Is it operational */
131         bool running;
132
133         /* Device-specific data. */
134         void *priv;
135 };
136
137 /* The virtqueue structure describes a queue attached to a device. */
138 struct virtqueue
139 {
140         struct virtqueue *next;
141
142         /* Which device owns me. */
143         struct device *dev;
144
145         /* The configuration for this queue. */
146         struct lguest_vqconfig config;
147
148         /* The actual ring of buffers. */
149         struct vring vring;
150
151         /* Last available index we saw. */
152         u16 last_avail_idx;
153
154         /* How many are used since we sent last irq? */
155         unsigned int pending_used;
156
157         /* Eventfd where Guest notifications arrive. */
158         int eventfd;
159
160         /* Function for the thread which is servicing this virtqueue. */
161         void (*service)(struct virtqueue *vq);
162         pid_t thread;
163 };
164
165 /* Remember the arguments to the program so we can "reboot" */
166 static char **main_args;
167
168 /* The original tty settings to restore on exit. */
169 static struct termios orig_term;
170
171 /* We have to be careful with barriers: our devices are all run in separate
172  * threads and so we need to make sure that changes visible to the Guest happen
173  * in precise order. */
174 #define wmb() __asm__ __volatile__("" : : : "memory")
175 #define mb() __asm__ __volatile__("" : : : "memory")
176
177 /* Convert an iovec element to the given type.
178  *
179  * This is a fairly ugly trick: we need to know the size of the type and
180  * alignment requirement to check the pointer is kosher.  It's also nice to
181  * have the name of the type in case we report failure.
182  *
183  * Typing those three things all the time is cumbersome and error prone, so we
184  * have a macro which sets them all up and passes to the real function. */
185 #define convert(iov, type) \
186         ((type *)_convert((iov), sizeof(type), __alignof__(type), #type))
187
188 static void *_convert(struct iovec *iov, size_t size, size_t align,
189                       const char *name)
190 {
191         if (iov->iov_len != size)
192                 errx(1, "Bad iovec size %zu for %s", iov->iov_len, name);
193         if ((unsigned long)iov->iov_base % align != 0)
194                 errx(1, "Bad alignment %p for %s", iov->iov_base, name);
195         return iov->iov_base;
196 }
197
198 /* Wrapper for the last available index.  Makes it easier to change. */
199 #define lg_last_avail(vq)       ((vq)->last_avail_idx)
200
201 /* The virtio configuration space is defined to be little-endian.  x86 is
202  * little-endian too, but it's nice to be explicit so we have these helpers. */
203 #define cpu_to_le16(v16) (v16)
204 #define cpu_to_le32(v32) (v32)
205 #define cpu_to_le64(v64) (v64)
206 #define le16_to_cpu(v16) (v16)
207 #define le32_to_cpu(v32) (v32)
208 #define le64_to_cpu(v64) (v64)
209
210 /* Is this iovec empty? */
211 static bool iov_empty(const struct iovec iov[], unsigned int num_iov)
212 {
213         unsigned int i;
214
215         for (i = 0; i < num_iov; i++)
216                 if (iov[i].iov_len)
217                         return false;
218         return true;
219 }
220
221 /* Take len bytes from the front of this iovec. */
222 static void iov_consume(struct iovec iov[], unsigned num_iov, unsigned len)
223 {
224         unsigned int i;
225
226         for (i = 0; i < num_iov; i++) {
227                 unsigned int used;
228
229                 used = iov[i].iov_len < len ? iov[i].iov_len : len;
230                 iov[i].iov_base += used;
231                 iov[i].iov_len -= used;
232                 len -= used;
233         }
234         assert(len == 0);
235 }
236
237 /* The device virtqueue descriptors are followed by feature bitmasks. */
238 static u8 *get_feature_bits(struct device *dev)
239 {
240         return (u8 *)(dev->desc + 1)
241                 + dev->num_vq * sizeof(struct lguest_vqconfig);
242 }
243
244 /*L:100 The Launcher code itself takes us out into userspace, that scary place
245  * where pointers run wild and free!  Unfortunately, like most userspace
246  * programs, it's quite boring (which is why everyone likes to hack on the
247  * kernel!).  Perhaps if you make up an Lguest Drinking Game at this point, it
248  * will get you through this section.  Or, maybe not.
249  *
250  * The Launcher sets up a big chunk of memory to be the Guest's "physical"
251  * memory and stores it in "guest_base".  In other words, Guest physical ==
252  * Launcher virtual with an offset.
253  *
254  * This can be tough to get your head around, but usually it just means that we
255  * use these trivial conversion functions when the Guest gives us it's
256  * "physical" addresses: */
257 static void *from_guest_phys(unsigned long addr)
258 {
259         return guest_base + addr;
260 }
261
262 static unsigned long to_guest_phys(const void *addr)
263 {
264         return (addr - guest_base);
265 }
266
267 /*L:130
268  * Loading the Kernel.
269  *
270  * We start with couple of simple helper routines.  open_or_die() avoids
271  * error-checking code cluttering the callers: */
272 static int open_or_die(const char *name, int flags)
273 {
274         int fd = open(name, flags);
275         if (fd < 0)
276                 err(1, "Failed to open %s", name);
277         return fd;
278 }
279
280 /* map_zeroed_pages() takes a number of pages. */
281 static void *map_zeroed_pages(unsigned int num)
282 {
283         int fd = open_or_die("/dev/zero", O_RDONLY);
284         void *addr;
285
286         /* We use a private mapping (ie. if we write to the page, it will be
287          * copied). */
288         addr = mmap(NULL, getpagesize() * num,
289                     PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC, MAP_PRIVATE, fd, 0);
290         if (addr == MAP_FAILED)
291                 err(1, "Mmaping %u pages of /dev/zero", num);
292         close(fd);
293
294         return addr;
295 }
296
297 /* Get some more pages for a device. */
298 static void *get_pages(unsigned int num)
299 {
300         void *addr = from_guest_phys(guest_limit);
301
302         guest_limit += num * getpagesize();
303         if (guest_limit > guest_max)
304                 errx(1, "Not enough memory for devices");
305         return addr;
306 }
307
308 /* This routine is used to load the kernel or initrd.  It tries mmap, but if
309  * that fails (Plan 9's kernel file isn't nicely aligned on page boundaries),
310  * it falls back to reading the memory in. */
311 static void map_at(int fd, void *addr, unsigned long offset, unsigned long len)
312 {
313         ssize_t r;
314
315         /* We map writable even though for some segments are marked read-only.
316          * The kernel really wants to be writable: it patches its own
317          * instructions.
318          *
319          * MAP_PRIVATE means that the page won't be copied until a write is
320          * done to it.  This allows us to share untouched memory between
321          * Guests. */
322         if (mmap(addr, len, PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC,
323                  MAP_FIXED|MAP_PRIVATE, fd, offset) != MAP_FAILED)
324                 return;
325
326         /* pread does a seek and a read in one shot: saves a few lines. */
327         r = pread(fd, addr, len, offset);
328         if (r != len)
329                 err(1, "Reading offset %lu len %lu gave %zi", offset, len, r);
330 }
331
332 /* This routine takes an open vmlinux image, which is in ELF, and maps it into
333  * the Guest memory.  ELF = Embedded Linking Format, which is the format used
334  * by all modern binaries on Linux including the kernel.
335  *
336  * The ELF headers give *two* addresses: a physical address, and a virtual
337  * address.  We use the physical address; the Guest will map itself to the
338  * virtual address.
339  *
340  * We return the starting address. */
341 static unsigned long map_elf(int elf_fd, const Elf32_Ehdr *ehdr)
342 {
343         Elf32_Phdr phdr[ehdr->e_phnum];
344         unsigned int i;
345
346         /* Sanity checks on the main ELF header: an x86 executable with a
347          * reasonable number of correctly-sized program headers. */
348         if (ehdr->e_type != ET_EXEC
349             || ehdr->e_machine != EM_386
350             || ehdr->e_phentsize != sizeof(Elf32_Phdr)
351             || ehdr->e_phnum < 1 || ehdr->e_phnum > 65536U/sizeof(Elf32_Phdr))
352                 errx(1, "Malformed elf header");
353
354         /* An ELF executable contains an ELF header and a number of "program"
355          * headers which indicate which parts ("segments") of the program to
356          * load where. */
357
358         /* We read in all the program headers at once: */
359         if (lseek(elf_fd, ehdr->e_phoff, SEEK_SET) < 0)
360                 err(1, "Seeking to program headers");
361         if (read(elf_fd, phdr, sizeof(phdr)) != sizeof(phdr))
362                 err(1, "Reading program headers");
363
364         /* Try all the headers: there are usually only three.  A read-only one,
365          * a read-write one, and a "note" section which we don't load. */
366         for (i = 0; i < ehdr->e_phnum; i++) {
367                 /* If this isn't a loadable segment, we ignore it */
368                 if (phdr[i].p_type != PT_LOAD)
369                         continue;
370
371                 verbose("Section %i: size %i addr %p\n",
372                         i, phdr[i].p_memsz, (void *)phdr[i].p_paddr);
373
374                 /* We map this section of the file at its physical address. */
375                 map_at(elf_fd, from_guest_phys(phdr[i].p_paddr),
376                        phdr[i].p_offset, phdr[i].p_filesz);
377         }
378
379         /* The entry point is given in the ELF header. */
380         return ehdr->e_entry;
381 }
382
383 /*L:150 A bzImage, unlike an ELF file, is not meant to be loaded.  You're
384  * supposed to jump into it and it will unpack itself.  We used to have to
385  * perform some hairy magic because the unpacking code scared me.
386  *
387  * Fortunately, Jeremy Fitzhardinge convinced me it wasn't that hard and wrote
388  * a small patch to jump over the tricky bits in the Guest, so now we just read
389  * the funky header so we know where in the file to load, and away we go! */
390 static unsigned long load_bzimage(int fd)
391 {
392         struct boot_params boot;
393         int r;
394         /* Modern bzImages get loaded at 1M. */
395         void *p = from_guest_phys(0x100000);
396
397         /* Go back to the start of the file and read the header.  It should be
398          * a Linux boot header (see Documentation/x86/i386/boot.txt) */
399         lseek(fd, 0, SEEK_SET);
400         read(fd, &boot, sizeof(boot));
401
402         /* Inside the setup_hdr, we expect the magic "HdrS" */
403         if (memcmp(&boot.hdr.header, "HdrS", 4) != 0)
404                 errx(1, "This doesn't look like a bzImage to me");
405
406         /* Skip over the extra sectors of the header. */
407         lseek(fd, (boot.hdr.setup_sects+1) * 512, SEEK_SET);
408
409         /* Now read everything into memory. in nice big chunks. */
410         while ((r = read(fd, p, 65536)) > 0)
411                 p += r;
412
413         /* Finally, code32_start tells us where to enter the kernel. */
414         return boot.hdr.code32_start;
415 }
416
417 /*L:140 Loading the kernel is easy when it's a "vmlinux", but most kernels
418  * come wrapped up in the self-decompressing "bzImage" format.  With a little
419  * work, we can load those, too. */
420 static unsigned long load_kernel(int fd)
421 {
422         Elf32_Ehdr hdr;
423
424         /* Read in the first few bytes. */
425         if (read(fd, &hdr, sizeof(hdr)) != sizeof(hdr))
426                 err(1, "Reading kernel");
427
428         /* If it's an ELF file, it starts with "\177ELF" */
429         if (memcmp(hdr.e_ident, ELFMAG, SELFMAG) == 0)
430                 return map_elf(fd, &hdr);
431
432         /* Otherwise we assume it's a bzImage, and try to load it. */
433         return load_bzimage(fd);
434 }
435
436 /* This is a trivial little helper to align pages.  Andi Kleen hated it because
437  * it calls getpagesize() twice: "it's dumb code."
438  *
439  * Kernel guys get really het up about optimization, even when it's not
440  * necessary.  I leave this code as a reaction against that. */
441 static inline unsigned long page_align(unsigned long addr)
442 {
443         /* Add upwards and truncate downwards. */
444         return ((addr + getpagesize()-1) & ~(getpagesize()-1));
445 }
446
447 /*L:180 An "initial ram disk" is a disk image loaded into memory along with
448  * the kernel which the kernel can use to boot from without needing any
449  * drivers.  Most distributions now use this as standard: the initrd contains
450  * the code to load the appropriate driver modules for the current machine.
451  *
452  * Importantly, James Morris works for RedHat, and Fedora uses initrds for its
453  * kernels.  He sent me this (and tells me when I break it). */
454 static unsigned long load_initrd(const char *name, unsigned long mem)
455 {
456         int ifd;
457         struct stat st;
458         unsigned long len;
459
460         ifd = open_or_die(name, O_RDONLY);
461         /* fstat() is needed to get the file size. */
462         if (fstat(ifd, &st) < 0)
463                 err(1, "fstat() on initrd '%s'", name);
464
465         /* We map the initrd at the top of memory, but mmap wants it to be
466          * page-aligned, so we round the size up for that. */
467         len = page_align(st.st_size);
468         map_at(ifd, from_guest_phys(mem - len), 0, st.st_size);
469         /* Once a file is mapped, you can close the file descriptor.  It's a
470          * little odd, but quite useful. */
471         close(ifd);
472         verbose("mapped initrd %s size=%lu @ %p\n", name, len, (void*)mem-len);
473
474         /* We return the initrd size. */
475         return len;
476 }
477 /*:*/
478
479 /* Simple routine to roll all the commandline arguments together with spaces
480  * between them. */
481 static void concat(char *dst, char *args[])
482 {
483         unsigned int i, len = 0;
484
485         for (i = 0; args[i]; i++) {
486                 if (i) {
487                         strcat(dst+len, " ");
488                         len++;
489                 }
490                 strcpy(dst+len, args[i]);
491                 len += strlen(args[i]);
492         }
493         /* In case it's empty. */
494         dst[len] = '\0';
495 }
496
497 /*L:185 This is where we actually tell the kernel to initialize the Guest.  We
498  * saw the arguments it expects when we looked at initialize() in lguest_user.c:
499  * the base of Guest "physical" memory, the top physical page to allow and the
500  * entry point for the Guest. */
501 static void tell_kernel(unsigned long start)
502 {
503         unsigned long args[] = { LHREQ_INITIALIZE,
504                                  (unsigned long)guest_base,
505                                  guest_limit / getpagesize(), start };
506         verbose("Guest: %p - %p (%#lx)\n",
507                 guest_base, guest_base + guest_limit, guest_limit);
508         lguest_fd = open_or_die("/dev/lguest", O_RDWR);
509         if (write(lguest_fd, args, sizeof(args)) < 0)
510                 err(1, "Writing to /dev/lguest");
511 }
512 /*:*/
513
514 /*
515  * Device Handling.
516  *
517  * When the Guest gives us a buffer, it sends an array of addresses and sizes.
518  * We need to make sure it's not trying to reach into the Launcher itself, so
519  * we have a convenient routine which checks it and exits with an error message
520  * if something funny is going on:
521  */
522 static void *_check_pointer(unsigned long addr, unsigned int size,
523                             unsigned int line)
524 {
525         /* We have to separately check addr and addr+size, because size could
526          * be huge and addr + size might wrap around. */
527         if (addr >= guest_limit || addr + size >= guest_limit)
528                 errx(1, "%s:%i: Invalid address %#lx", __FILE__, line, addr);
529         /* We return a pointer for the caller's convenience, now we know it's
530          * safe to use. */
531         return from_guest_phys(addr);
532 }
533 /* A macro which transparently hands the line number to the real function. */
534 #define check_pointer(addr,size) _check_pointer(addr, size, __LINE__)
535
536 /* Each buffer in the virtqueues is actually a chain of descriptors.  This
537  * function returns the next descriptor in the chain, or vq->vring.num if we're
538  * at the end. */
539 static unsigned next_desc(struct virtqueue *vq, unsigned int i)
540 {
541         unsigned int next;
542
543         /* If this descriptor says it doesn't chain, we're done. */
544         if (!(vq->vring.desc[i].flags & VRING_DESC_F_NEXT))
545                 return vq->vring.num;
546
547         /* Check they're not leading us off end of descriptors. */
548         next = vq->vring.desc[i].next;
549         /* Make sure compiler knows to grab that: we don't want it changing! */
550         wmb();
551
552         if (next >= vq->vring.num)
553                 errx(1, "Desc next is %u", next);
554
555         return next;
556 }
557
558 /* This actually sends the interrupt for this virtqueue */
559 static void trigger_irq(struct virtqueue *vq)
560 {
561         unsigned long buf[] = { LHREQ_IRQ, vq->config.irq };
562
563         /* Don't inform them if nothing used. */
564         if (!vq->pending_used)
565                 return;
566         vq->pending_used = 0;
567
568         /* If they don't want an interrupt, don't send one, unless empty. */
569         if ((vq->vring.avail->flags & VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT)
570             && lg_last_avail(vq) != vq->vring.avail->idx)
571                 return;
572
573         /* Send the Guest an interrupt tell them we used something up. */
574         if (write(lguest_fd, buf, sizeof(buf)) != 0)
575                 err(1, "Triggering irq %i", vq->config.irq);
576 }
577
578 /* This looks in the virtqueue and for the first available buffer, and converts
579  * it to an iovec for convenient access.  Since descriptors consist of some
580  * number of output then some number of input descriptors, it's actually two
581  * iovecs, but we pack them into one and note how many of each there were.
582  *
583  * This function returns the descriptor number found. */
584 static unsigned wait_for_vq_desc(struct virtqueue *vq,
585                                  struct iovec iov[],
586                                  unsigned int *out_num, unsigned int *in_num)
587 {
588         unsigned int i, head;
589         u16 last_avail = lg_last_avail(vq);
590
591         while (last_avail == vq->vring.avail->idx) {
592                 u64 event;
593
594                 /* OK, tell Guest about progress up to now. */
595                 trigger_irq(vq);
596
597                 /* OK, now we need to know about added descriptors. */
598                 vq->vring.used->flags &= ~VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
599
600                 /* They could have slipped one in as we were doing that: make
601                  * sure it's written, then check again. */
602                 mb();
603                 if (last_avail != vq->vring.avail->idx) {
604                         vq->vring.used->flags |= VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
605                         break;
606                 }
607
608                 /* Nothing new?  Wait for eventfd to tell us they refilled. */
609                 if (read(vq->eventfd, &event, sizeof(event)) != sizeof(event))
610                         errx(1, "Event read failed?");
611
612                 /* We don't need to be notified again. */
613                 vq->vring.used->flags |= VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
614         }
615
616         /* Check it isn't doing very strange things with descriptor numbers. */
617         if ((u16)(vq->vring.avail->idx - last_avail) > vq->vring.num)
618                 errx(1, "Guest moved used index from %u to %u",
619                      last_avail, vq->vring.avail->idx);
620
621         /* Grab the next descriptor number they're advertising, and increment
622          * the index we've seen. */
623         head = vq->vring.avail->ring[last_avail % vq->vring.num];
624         lg_last_avail(vq)++;
625
626         /* If their number is silly, that's a fatal mistake. */
627         if (head >= vq->vring.num)
628                 errx(1, "Guest says index %u is available", head);
629
630         /* When we start there are none of either input nor output. */
631         *out_num = *in_num = 0;
632
633         i = head;
634         do {
635                 /* Grab the first descriptor, and check it's OK. */
636                 iov[*out_num + *in_num].iov_len = vq->vring.desc[i].len;
637                 iov[*out_num + *in_num].iov_base
638                         = check_pointer(vq->vring.desc[i].addr,
639                                         vq->vring.desc[i].len);
640                 /* If this is an input descriptor, increment that count. */
641                 if (vq->vring.desc[i].flags & VRING_DESC_F_WRITE)
642                         (*in_num)++;
643                 else {
644                         /* If it's an output descriptor, they're all supposed
645                          * to come before any input descriptors. */
646                         if (*in_num)
647                                 errx(1, "Descriptor has out after in");
648                         (*out_num)++;
649                 }
650
651                 /* If we've got too many, that implies a descriptor loop. */
652                 if (*out_num + *in_num > vq->vring.num)
653                         errx(1, "Looped descriptor");
654         } while ((i = next_desc(vq, i)) != vq->vring.num);
655
656         return head;
657 }
658
659 /* After we've used one of their buffers, we tell them about it.  We'll then
660  * want to send them an interrupt, using trigger_irq(). */
661 static void add_used(struct virtqueue *vq, unsigned int head, int len)
662 {
663         struct vring_used_elem *used;
664
665         /* The virtqueue contains a ring of used buffers.  Get a pointer to the
666          * next entry in that used ring. */
667         used = &vq->vring.used->ring[vq->vring.used->idx % vq->vring.num];
668         used->id = head;
669         used->len = len;
670         /* Make sure buffer is written before we update index. */
671         wmb();
672         vq->vring.used->idx++;
673         vq->pending_used++;
674 }
675
676 /* And here's the combo meal deal.  Supersize me! */
677 static void add_used_and_trigger(struct virtqueue *vq, unsigned head, int len)
678 {
679         add_used(vq, head, len);
680         trigger_irq(vq);
681 }
682
683 /*
684  * The Console
685  *
686  * We associate some data with the console for our exit hack. */
687 struct console_abort
688 {
689         /* How many times have they hit ^C? */
690         int count;
691         /* When did they start? */
692         struct timeval start;
693 };
694
695 /* This is the routine which handles console input (ie. stdin). */
696 static void console_input(struct virtqueue *vq)
697 {
698         int len;
699         unsigned int head, in_num, out_num;
700         struct console_abort *abort = vq->dev->priv;
701         struct iovec iov[vq->vring.num];
702
703         /* Make sure there's a descriptor waiting. */
704         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out_num, &in_num);
705         if (out_num)
706                 errx(1, "Output buffers in console in queue?");
707
708         /* Read it in. */
709         len = readv(STDIN_FILENO, iov, in_num);
710         if (len <= 0) {
711                 /* Ran out of input? */
712                 warnx("Failed to get console input, ignoring console.");
713                 /* For simplicity, dying threads kill the whole Launcher.  So
714                  * just nap here. */
715                 for (;;)
716                         pause();
717         }
718
719         add_used_and_trigger(vq, head, len);
720
721         /* Three ^C within one second?  Exit.
722          *
723          * This is such a hack, but works surprisingly well.  Each ^C has to
724          * be in a buffer by itself, so they can't be too fast.  But we check
725          * that we get three within about a second, so they can't be too
726          * slow. */
727         if (len != 1 || ((char *)iov[0].iov_base)[0] != 3) {
728                 abort->count = 0;
729                 return;
730         }
731
732         abort->count++;
733         if (abort->count == 1)
734                 gettimeofday(&abort->start, NULL);
735         else if (abort->count == 3) {
736                 struct timeval now;
737                 gettimeofday(&now, NULL);
738                 /* Kill all Launcher processes with SIGINT, like normal ^C */
739                 if (now.tv_sec <= abort->start.tv_sec+1)
740                         kill(0, SIGINT);
741                 abort->count = 0;
742         }
743 }
744
745 /* This is the routine which handles console output (ie. stdout). */
746 static void console_output(struct virtqueue *vq)
747 {
748         unsigned int head, out, in;
749         struct iovec iov[vq->vring.num];
750
751         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out, &in);
752         if (in)
753                 errx(1, "Input buffers in console output queue?");
754         while (!iov_empty(iov, out)) {
755                 int len = writev(STDOUT_FILENO, iov, out);
756                 if (len <= 0)
757                         err(1, "Write to stdout gave %i", len);
758                 iov_consume(iov, out, len);
759         }
760         add_used(vq, head, 0);
761 }
762
763 /*
764  * The Network
765  *
766  * Handling output for network is also simple: we get all the output buffers
767  * and write them to /dev/net/tun.
768  */
769 struct net_info {
770         int tunfd;
771 };
772
773 static void net_output(struct virtqueue *vq)
774 {
775         struct net_info *net_info = vq->dev->priv;
776         unsigned int head, out, in;
777         struct iovec iov[vq->vring.num];
778
779         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out, &in);
780         if (in)
781                 errx(1, "Input buffers in net output queue?");
782         if (writev(net_info->tunfd, iov, out) < 0)
783                 errx(1, "Write to tun failed?");
784         add_used(vq, head, 0);
785 }
786
787 /* Will reading from this file descriptor block? */
788 static bool will_block(int fd)
789 {
790         fd_set fdset;
791         struct timeval zero = { 0, 0 };
792         FD_ZERO(&fdset);
793         FD_SET(fd, &fdset);
794         return select(fd+1, &fdset, NULL, NULL, &zero) != 1;
795 }
796
797 /* This is where we handle packets coming in from the tun device to our
798  * Guest. */
799 static void net_input(struct virtqueue *vq)
800 {
801         int len;
802         unsigned int head, out, in;
803         struct iovec iov[vq->vring.num];
804         struct net_info *net_info = vq->dev->priv;
805
806         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out, &in);
807         if (out)
808                 errx(1, "Output buffers in net input queue?");
809
810         /* Deliver interrupt now, since we're about to sleep. */
811         if (vq->pending_used && will_block(net_info->tunfd))
812                 trigger_irq(vq);
813
814         len = readv(net_info->tunfd, iov, in);
815         if (len <= 0)
816                 err(1, "Failed to read from tun.");
817         add_used(vq, head, len);
818 }
819
820 /* This is the helper to create threads. */
821 static int do_thread(void *_vq)
822 {
823         struct virtqueue *vq = _vq;
824
825         for (;;)
826                 vq->service(vq);
827         return 0;
828 }
829
830 /* When a child dies, we kill our entire process group with SIGTERM.  This
831  * also has the side effect that the shell restores the console for us! */
832 static void kill_launcher(int signal)
833 {
834         kill(0, SIGTERM);
835 }
836
837 static void reset_device(struct device *dev)
838 {
839         struct virtqueue *vq;
840
841         verbose("Resetting device %s\n", dev->name);
842
843         /* Clear any features they've acked. */
844         memset(get_feature_bits(dev) + dev->feature_len, 0, dev->feature_len);
845
846         /* We're going to be explicitly killing threads, so ignore them. */
847         signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
848
849         /* Zero out the virtqueues, get rid of their threads */
850         for (vq = dev->vq; vq; vq = vq->next) {
851                 if (vq->thread != (pid_t)-1) {
852                         kill(vq->thread, SIGTERM);
853                         waitpid(vq->thread, NULL, 0);
854                         vq->thread = (pid_t)-1;
855                 }
856                 memset(vq->vring.desc, 0,
857                        vring_size(vq->config.num, LGUEST_VRING_ALIGN));
858                 lg_last_avail(vq) = 0;
859         }
860         dev->running = false;
861
862         /* Now we care if threads die. */
863         signal(SIGCHLD, (void *)kill_launcher);
864 }
865
866 static void create_thread(struct virtqueue *vq)
867 {
868         /* Create stack for thread and run it.  Since stack grows
869          * upwards, we point the stack pointer to the end of this
870          * region. */
871         char *stack = malloc(32768);
872         unsigned long args[] = { LHREQ_EVENTFD,
873                                  vq->config.pfn*getpagesize(), 0 };
874
875         /* Create a zero-initialized eventfd. */
876         vq->eventfd = eventfd(0, 0);
877         if (vq->eventfd < 0)
878                 err(1, "Creating eventfd");
879         args[2] = vq->eventfd;
880
881         /* Attach an eventfd to this virtqueue: it will go off
882          * when the Guest does an LHCALL_NOTIFY for this vq. */
883         if (write(lguest_fd, &args, sizeof(args)) != 0)
884                 err(1, "Attaching eventfd");
885
886         /* CLONE_VM: because it has to access the Guest memory, and
887          * SIGCHLD so we get a signal if it dies. */
888         vq->thread = clone(do_thread, stack + 32768, CLONE_VM | SIGCHLD, vq);
889         if (vq->thread == (pid_t)-1)
890                 err(1, "Creating clone");
891         /* We close our local copy, now the child has it. */
892         close(vq->eventfd);
893 }
894
895 static void start_device(struct device *dev)
896 {
897         unsigned int i;
898         struct virtqueue *vq;
899
900         verbose("Device %s OK: offered", dev->name);
901         for (i = 0; i < dev->feature_len; i++)
902                 verbose(" %02x", get_feature_bits(dev)[i]);
903         verbose(", accepted");
904         for (i = 0; i < dev->feature_len; i++)
905                 verbose(" %02x", get_feature_bits(dev)
906                         [dev->feature_len+i]);
907
908         for (vq = dev->vq; vq; vq = vq->next) {
909                 if (vq->service)
910                         create_thread(vq);
911         }
912         dev->running = true;
913 }
914
915 static void cleanup_devices(void)
916 {
917         struct device *dev;
918
919         for (dev = devices.dev; dev; dev = dev->next)
920                 reset_device(dev);
921
922         /* If we saved off the original terminal settings, restore them now. */
923         if (orig_term.c_lflag & (ISIG|ICANON|ECHO))
924                 tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &orig_term);
925 }
926
927 /* When the Guest tells us they updated the status field, we handle it. */
928 static void update_device_status(struct device *dev)
929 {
930         /* A zero status is a reset, otherwise it's a set of flags. */
931         if (dev->desc->status == 0)
932                 reset_device(dev);
933         else if (dev->desc->status & VIRTIO_CONFIG_S_FAILED) {
934                 warnx("Device %s configuration FAILED", dev->name);
935                 if (dev->running)
936                         reset_device(dev);
937         } else if (dev->desc->status & VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER_OK) {
938                 if (!dev->running)
939                         start_device(dev);
940         }
941 }
942
943 /* This is the generic routine we call when the Guest uses LHCALL_NOTIFY. */
944 static void handle_output(unsigned long addr)
945 {
946         struct device *i;
947
948         /* Check each device. */
949         for (i = devices.dev; i; i = i->next) {
950                 struct virtqueue *vq;
951
952                 /* Notifications to device descriptors update device status. */
953                 if (from_guest_phys(addr) == i->desc) {
954                         update_device_status(i);
955                         return;
956                 }
957
958                 /* Devices *can* be used before status is set to DRIVER_OK. */
959                 for (vq = i->vq; vq; vq = vq->next) {
960                         if (addr != vq->config.pfn*getpagesize())
961                                 continue;
962                         if (i->running)
963                                 errx(1, "Notification on running %s", i->name);
964                         start_device(i);
965                         return;
966                 }
967         }
968
969         /* Early console write is done using notify on a nul-terminated string
970          * in Guest memory. */
971         if (addr >= guest_limit)
972                 errx(1, "Bad NOTIFY %#lx", addr);
973
974         write(STDOUT_FILENO, from_guest_phys(addr),
975               strnlen(from_guest_phys(addr), guest_limit - addr));
976 }
977
978 /*L:190
979  * Device Setup
980  *
981  * All devices need a descriptor so the Guest knows it exists, and a "struct
982  * device" so the Launcher can keep track of it.  We have common helper
983  * routines to allocate and manage them.
984  */
985
986 /* The layout of the device page is a "struct lguest_device_desc" followed by a
987  * number of virtqueue descriptors, then two sets of feature bits, then an
988  * array of configuration bytes.  This routine returns the configuration
989  * pointer. */
990 static u8 *device_config(const struct device *dev)
991 {
992         return (void *)(dev->desc + 1)
993                 + dev->num_vq * sizeof(struct lguest_vqconfig)
994                 + dev->feature_len * 2;
995 }
996
997 /* This routine allocates a new "struct lguest_device_desc" from descriptor
998  * table page just above the Guest's normal memory.  It returns a pointer to
999  * that descriptor. */
1000 static struct lguest_device_desc *new_dev_desc(u16 type)
1001 {
1002         struct lguest_device_desc d = { .type = type };
1003         void *p;
1004
1005         /* Figure out where the next device config is, based on the last one. */
1006         if (devices.lastdev)
1007                 p = device_config(devices.lastdev)
1008                         + devices.lastdev->desc->config_len;
1009         else
1010                 p = devices.descpage;
1011
1012         /* We only have one page for all the descriptors. */
1013         if (p + sizeof(d) > (void *)devices.descpage + getpagesize())
1014                 errx(1, "Too many devices");
1015
1016         /* p might not be aligned, so we memcpy in. */
1017         return memcpy(p, &d, sizeof(d));
1018 }
1019
1020 /* Each device descriptor is followed by the description of its virtqueues.  We
1021  * specify how many descriptors the virtqueue is to have. */
1022 static void add_virtqueue(struct device *dev, unsigned int num_descs,
1023                           void (*service)(struct virtqueue *))
1024 {
1025         unsigned int pages;
1026         struct virtqueue **i, *vq = malloc(sizeof(*vq));
1027         void *p;
1028
1029         /* First we need some memory for this virtqueue. */
1030         pages = (vring_size(num_descs, LGUEST_VRING_ALIGN) + getpagesize() - 1)
1031                 / getpagesize();
1032         p = get_pages(pages);
1033
1034         /* Initialize the virtqueue */
1035         vq->next = NULL;
1036         vq->last_avail_idx = 0;
1037         vq->dev = dev;
1038         vq->service = service;
1039         vq->thread = (pid_t)-1;
1040
1041         /* Initialize the configuration. */
1042         vq->config.num = num_descs;
1043         vq->config.irq = devices.next_irq++;
1044         vq->config.pfn = to_guest_phys(p) / getpagesize();
1045
1046         /* Initialize the vring. */
1047         vring_init(&vq->vring, num_descs, p, LGUEST_VRING_ALIGN);
1048
1049         /* Append virtqueue to this device's descriptor.  We use
1050          * device_config() to get the end of the device's current virtqueues;
1051          * we check that we haven't added any config or feature information
1052          * yet, otherwise we'd be overwriting them. */
1053         assert(dev->desc->config_len == 0 && dev->desc->feature_len == 0);
1054         memcpy(device_config(dev), &vq->config, sizeof(vq->config));
1055         dev->num_vq++;
1056         dev->desc->num_vq++;
1057
1058         verbose("Virtqueue page %#lx\n", to_guest_phys(p));
1059
1060         /* Add to tail of list, so dev->vq is first vq, dev->vq->next is
1061          * second.  */
1062         for (i = &dev->vq; *i; i = &(*i)->next);
1063         *i = vq;
1064 }
1065
1066 /* The first half of the feature bitmask is for us to advertise features.  The
1067  * second half is for the Guest to accept features. */
1068 static void add_feature(struct device *dev, unsigned bit)
1069 {
1070         u8 *features = get_feature_bits(dev);
1071
1072         /* We can't extend the feature bits once we've added config bytes */
1073         if (dev->desc->feature_len <= bit / CHAR_BIT) {
1074                 assert(dev->desc->config_len == 0);
1075                 dev->feature_len = dev->desc->feature_len = (bit/CHAR_BIT) + 1;
1076         }
1077
1078         features[bit / CHAR_BIT] |= (1 << (bit % CHAR_BIT));
1079 }
1080
1081 /* This routine sets the configuration fields for an existing device's
1082  * descriptor.  It only works for the last device, but that's OK because that's
1083  * how we use it. */
1084 static void set_config(struct device *dev, unsigned len, const void *conf)
1085 {
1086         /* Check we haven't overflowed our single page. */
1087         if (device_config(dev) + len > devices.descpage + getpagesize())
1088                 errx(1, "Too many devices");
1089
1090         /* Copy in the config information, and store the length. */
1091         memcpy(device_config(dev), conf, len);
1092         dev->desc->config_len = len;
1093 }
1094
1095 /* This routine does all the creation and setup of a new device, including
1096  * calling new_dev_desc() to allocate the descriptor and device memory.
1097  *
1098  * See what I mean about userspace being boring? */
1099 static struct device *new_device(const char *name, u16 type)
1100 {
1101         struct device *dev = malloc(sizeof(*dev));
1102
1103         /* Now we populate the fields one at a time. */
1104         dev->desc = new_dev_desc(type);
1105         dev->name = name;
1106         dev->vq = NULL;
1107         dev->feature_len = 0;
1108         dev->num_vq = 0;
1109         dev->running = false;
1110
1111         /* Append to device list.  Prepending to a single-linked list is
1112          * easier, but the user expects the devices to be arranged on the bus
1113          * in command-line order.  The first network device on the command line
1114          * is eth0, the first block device /dev/vda, etc. */
1115         if (devices.lastdev)
1116                 devices.lastdev->next = dev;
1117         else
1118                 devices.dev = dev;
1119         devices.lastdev = dev;
1120
1121         return dev;
1122 }
1123
1124 /* Our first setup routine is the console.  It's a fairly simple device, but
1125  * UNIX tty handling makes it uglier than it could be. */
1126 static void setup_console(void)
1127 {
1128         struct device *dev;
1129
1130         /* If we can save the initial standard input settings... */
1131         if (tcgetattr(STDIN_FILENO, &orig_term) == 0) {
1132                 struct termios term = orig_term;
1133                 /* Then we turn off echo, line buffering and ^C etc.  We want a
1134                  * raw input stream to the Guest. */
1135                 term.c_lflag &= ~(ISIG|ICANON|ECHO);
1136                 tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &term);
1137         }
1138
1139         dev = new_device("console", VIRTIO_ID_CONSOLE);
1140
1141         /* We store the console state in dev->priv, and initialize it. */
1142         dev->priv = malloc(sizeof(struct console_abort));
1143         ((struct console_abort *)dev->priv)->count = 0;
1144
1145         /* The console needs two virtqueues: the input then the output.  When
1146          * they put something the input queue, we make sure we're listening to
1147          * stdin.  When they put something in the output queue, we write it to
1148          * stdout. */
1149         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, console_input);
1150         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, console_output);
1151
1152         verbose("device %u: console\n", ++devices.device_num);
1153 }
1154 /*:*/
1155
1156 /*M:010 Inter-guest networking is an interesting area.  Simplest is to have a
1157  * --sharenet=<name> option which opens or creates a named pipe.  This can be
1158  * used to send packets to another guest in a 1:1 manner.
1159  *
1160  * More sopisticated is to use one of the tools developed for project like UML
1161  * to do networking.
1162  *
1163  * Faster is to do virtio bonding in kernel.  Doing this 1:1 would be
1164  * completely generic ("here's my vring, attach to your vring") and would work
1165  * for any traffic.  Of course, namespace and permissions issues need to be
1166  * dealt with.  A more sophisticated "multi-channel" virtio_net.c could hide
1167  * multiple inter-guest channels behind one interface, although it would
1168  * require some manner of hotplugging new virtio channels.
1169  *
1170  * Finally, we could implement a virtio network switch in the kernel. :*/
1171
1172 static u32 str2ip(const char *ipaddr)
1173 {
1174         unsigned int b[4];
1175
1176         if (sscanf(ipaddr, "%u.%u.%u.%u", &b[0], &b[1], &b[2], &b[3]) != 4)
1177                 errx(1, "Failed to parse IP address '%s'", ipaddr);
1178         return (b[0] << 24) | (b[1] << 16) | (b[2] << 8) | b[3];
1179 }
1180
1181 static void str2mac(const char *macaddr, unsigned char mac[6])
1182 {
1183         unsigned int m[6];
1184         if (sscanf(macaddr, "%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x",
1185                    &m[0], &m[1], &m[2], &m[3], &m[4], &m[5]) != 6)
1186                 errx(1, "Failed to parse mac address '%s'", macaddr);
1187         mac[0] = m[0];
1188         mac[1] = m[1];
1189         mac[2] = m[2];
1190         mac[3] = m[3];
1191         mac[4] = m[4];
1192         mac[5] = m[5];
1193 }
1194
1195 /* This code is "adapted" from libbridge: it attaches the Host end of the
1196  * network device to the bridge device specified by the command line.
1197  *
1198  * This is yet another James Morris contribution (I'm an IP-level guy, so I
1199  * dislike bridging), and I just try not to break it. */
1200 static void add_to_bridge(int fd, const char *if_name, const char *br_name)
1201 {
1202         int ifidx;
1203         struct ifreq ifr;
1204
1205         if (!*br_name)
1206                 errx(1, "must specify bridge name");
1207
1208         ifidx = if_nametoindex(if_name);
1209         if (!ifidx)
1210                 errx(1, "interface %s does not exist!", if_name);
1211
1212         strncpy(ifr.ifr_name, br_name, IFNAMSIZ);
1213         ifr.ifr_name[IFNAMSIZ-1] = '\0';
1214         ifr.ifr_ifindex = ifidx;
1215         if (ioctl(fd, SIOCBRADDIF, &ifr) < 0)
1216                 err(1, "can't add %s to bridge %s", if_name, br_name);
1217 }
1218
1219 /* This sets up the Host end of the network device with an IP address, brings
1220  * it up so packets will flow, the copies the MAC address into the hwaddr
1221  * pointer. */
1222 static void configure_device(int fd, const char *tapif, u32 ipaddr)
1223 {
1224         struct ifreq ifr;
1225         struct sockaddr_in *sin = (struct sockaddr_in *)&ifr.ifr_addr;
1226
1227         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
1228         strcpy(ifr.ifr_name, tapif);
1229
1230         /* Don't read these incantations.  Just cut & paste them like I did! */
1231         sin->sin_family = AF_INET;
1232         sin->sin_addr.s_addr = htonl(ipaddr);
1233         if (ioctl(fd, SIOCSIFADDR, &ifr) != 0)
1234                 err(1, "Setting %s interface address", tapif);
1235         ifr.ifr_flags = IFF_UP;
1236         if (ioctl(fd, SIOCSIFFLAGS, &ifr) != 0)
1237                 err(1, "Bringing interface %s up", tapif);
1238 }
1239
1240 static int get_tun_device(char tapif[IFNAMSIZ])
1241 {
1242         struct ifreq ifr;
1243         int netfd;
1244
1245         /* Start with this zeroed.  Messy but sure. */
1246         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
1247
1248         /* We open the /dev/net/tun device and tell it we want a tap device.  A
1249          * tap device is like a tun device, only somehow different.  To tell
1250          * the truth, I completely blundered my way through this code, but it
1251          * works now! */
1252         netfd = open_or_die("/dev/net/tun", O_RDWR);
1253         ifr.ifr_flags = IFF_TAP | IFF_NO_PI | IFF_VNET_HDR;
1254         strcpy(ifr.ifr_name, "tap%d");
1255         if (ioctl(netfd, TUNSETIFF, &ifr) != 0)
1256                 err(1, "configuring /dev/net/tun");
1257
1258         if (ioctl(netfd, TUNSETOFFLOAD,
1259                   TUN_F_CSUM|TUN_F_TSO4|TUN_F_TSO6|TUN_F_TSO_ECN) != 0)
1260                 err(1, "Could not set features for tun device");
1261
1262         /* We don't need checksums calculated for packets coming in this
1263          * device: trust us! */
1264         ioctl(netfd, TUNSETNOCSUM, 1);
1265
1266         memcpy(tapif, ifr.ifr_name, IFNAMSIZ);
1267         return netfd;
1268 }
1269
1270 /*L:195 Our network is a Host<->Guest network.  This can either use bridging or
1271  * routing, but the principle is the same: it uses the "tun" device to inject
1272  * packets into the Host as if they came in from a normal network card.  We
1273  * just shunt packets between the Guest and the tun device. */
1274 static void setup_tun_net(char *arg)
1275 {
1276         struct device *dev;
1277         struct net_info *net_info = malloc(sizeof(*net_info));
1278         int ipfd;
1279         u32 ip = INADDR_ANY;
1280         bool bridging = false;
1281         char tapif[IFNAMSIZ], *p;
1282         struct virtio_net_config conf;
1283
1284         net_info->tunfd = get_tun_device(tapif);
1285
1286         /* First we create a new network device. */
1287         dev = new_device("net", VIRTIO_ID_NET);
1288         dev->priv = net_info;
1289
1290         /* Network devices need a receive and a send queue, just like
1291          * console. */
1292         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, net_input);
1293         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, net_output);
1294
1295         /* We need a socket to perform the magic network ioctls to bring up the
1296          * tap interface, connect to the bridge etc.  Any socket will do! */
1297         ipfd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_IP);
1298         if (ipfd < 0)
1299                 err(1, "opening IP socket");
1300
1301         /* If the command line was --tunnet=bridge:<name> do bridging. */
1302         if (!strncmp(BRIDGE_PFX, arg, strlen(BRIDGE_PFX))) {
1303                 arg += strlen(BRIDGE_PFX);
1304                 bridging = true;
1305         }
1306
1307         /* A mac address may follow the bridge name or IP address */
1308         p = strchr(arg, ':');
1309         if (p) {
1310                 str2mac(p+1, conf.mac);
1311                 add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_MAC);
1312                 *p = '\0';
1313         }
1314
1315         /* arg is now either an IP address or a bridge name */
1316         if (bridging)
1317                 add_to_bridge(ipfd, tapif, arg);
1318         else
1319                 ip = str2ip(arg);
1320
1321         /* Set up the tun device. */
1322         configure_device(ipfd, tapif, ip);
1323
1324         add_feature(dev, VIRTIO_F_NOTIFY_ON_EMPTY);
1325         /* Expect Guest to handle everything except UFO */
1326         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_CSUM);
1327         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_CSUM);
1328         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO4);
1329         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO6);
1330         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_ECN);
1331         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_HOST_TSO4);
1332         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_HOST_TSO6);
1333         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_HOST_ECN);
1334         set_config(dev, sizeof(conf), &conf);
1335
1336         /* We don't need the socket any more; setup is done. */
1337         close(ipfd);
1338
1339         devices.device_num++;
1340
1341         if (bridging)
1342                 verbose("device %u: tun %s attached to bridge: %s\n",
1343                         devices.device_num, tapif, arg);
1344         else
1345                 verbose("device %u: tun %s: %s\n",
1346                         devices.device_num, tapif, arg);
1347 }
1348
1349 /* Our block (disk) device should be really simple: the Guest asks for a block
1350  * number and we read or write that position in the file.  Unfortunately, that
1351  * was amazingly slow: the Guest waits until the read is finished before
1352  * running anything else, even if it could have been doing useful work.
1353  *
1354  * We could use async I/O, except it's reputed to suck so hard that characters
1355  * actually go missing from your code when you try to use it.
1356  *
1357  * So we farm the I/O out to thread, and communicate with it via a pipe. */
1358
1359 /* This hangs off device->priv. */
1360 struct vblk_info
1361 {
1362         /* The size of the file. */
1363         off64_t len;
1364
1365         /* The file descriptor for the file. */
1366         int fd;
1367
1368         /* IO thread listens on this file descriptor [0]. */
1369         int workpipe[2];
1370
1371         /* IO thread writes to this file descriptor to mark it done, then
1372          * Launcher triggers interrupt to Guest. */
1373         int done_fd;
1374 };
1375
1376 /*L:210
1377  * The Disk
1378  *
1379  * Remember that the block device is handled by a separate I/O thread.  We head
1380  * straight into the core of that thread here:
1381  */
1382 static void blk_request(struct virtqueue *vq)
1383 {
1384         struct vblk_info *vblk = vq->dev->priv;
1385         unsigned int head, out_num, in_num, wlen;
1386         int ret;
1387         u8 *in;
1388         struct virtio_blk_outhdr *out;
1389         struct iovec iov[vq->vring.num];
1390         off64_t off;
1391
1392         /* Get the next request. */
1393         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out_num, &in_num);
1394
1395         /* Every block request should contain at least one output buffer
1396          * (detailing the location on disk and the type of request) and one
1397          * input buffer (to hold the result). */
1398         if (out_num == 0 || in_num == 0)
1399                 errx(1, "Bad virtblk cmd %u out=%u in=%u",
1400                      head, out_num, in_num);
1401
1402         out = convert(&iov[0], struct virtio_blk_outhdr);
1403         in = convert(&iov[out_num+in_num-1], u8);
1404         off = out->sector * 512;
1405
1406         /* The block device implements "barriers", where the Guest indicates
1407          * that it wants all previous writes to occur before this write.  We
1408          * don't have a way of asking our kernel to do a barrier, so we just
1409          * synchronize all the data in the file.  Pretty poor, no? */
1410         if (out->type & VIRTIO_BLK_T_BARRIER)
1411                 fdatasync(vblk->fd);
1412
1413         /* In general the virtio block driver is allowed to try SCSI commands.
1414          * It'd be nice if we supported eject, for example, but we don't. */
1415         if (out->type & VIRTIO_BLK_T_SCSI_CMD) {
1416                 fprintf(stderr, "Scsi commands unsupported\n");
1417                 *in = VIRTIO_BLK_S_UNSUPP;
1418                 wlen = sizeof(*in);
1419         } else if (out->type & VIRTIO_BLK_T_OUT) {
1420                 /* Write */
1421
1422                 /* Move to the right location in the block file.  This can fail
1423                  * if they try to write past end. */
1424                 if (lseek64(vblk->fd, off, SEEK_SET) != off)
1425                         err(1, "Bad seek to sector %llu", out->sector);
1426
1427                 ret = writev(vblk->fd, iov+1, out_num-1);
1428                 verbose("WRITE to sector %llu: %i\n", out->sector, ret);
1429
1430                 /* Grr... Now we know how long the descriptor they sent was, we
1431                  * make sure they didn't try to write over the end of the block
1432                  * file (possibly extending it). */
1433                 if (ret > 0 && off + ret > vblk->len) {
1434                         /* Trim it back to the correct length */
1435                         ftruncate64(vblk->fd, vblk->len);
1436                         /* Die, bad Guest, die. */
1437                         errx(1, "Write past end %llu+%u", off, ret);
1438                 }
1439                 wlen = sizeof(*in);
1440                 *in = (ret >= 0 ? VIRTIO_BLK_S_OK : VIRTIO_BLK_S_IOERR);
1441         } else {
1442                 /* Read */
1443
1444                 /* Move to the right location in the block file.  This can fail
1445                  * if they try to read past end. */
1446                 if (lseek64(vblk->fd, off, SEEK_SET) != off)
1447                         err(1, "Bad seek to sector %llu", out->sector);
1448
1449                 ret = readv(vblk->fd, iov+1, in_num-1);
1450                 verbose("READ from sector %llu: %i\n", out->sector, ret);
1451                 if (ret >= 0) {
1452                         wlen = sizeof(*in) + ret;
1453                         *in = VIRTIO_BLK_S_OK;
1454                 } else {
1455                         wlen = sizeof(*in);
1456                         *in = VIRTIO_BLK_S_IOERR;
1457                 }
1458         }
1459
1460         /* OK, so we noted that it was pretty poor to use an fdatasync as a
1461          * barrier.  But Christoph Hellwig points out that we need a sync
1462          * *afterwards* as well: "Barriers specify no reordering to the front
1463          * or the back."  And Jens Axboe confirmed it, so here we are: */
1464         if (out->type & VIRTIO_BLK_T_BARRIER)
1465                 fdatasync(vblk->fd);
1466
1467         add_used(vq, head, wlen);
1468 }
1469
1470 /*L:198 This actually sets up a virtual block device. */
1471 static void setup_block_file(const char *filename)
1472 {
1473         struct device *dev;
1474         struct vblk_info *vblk;
1475         struct virtio_blk_config conf;
1476
1477         /* The device responds to return from I/O thread. */
1478         dev = new_device("block", VIRTIO_ID_BLOCK);
1479
1480         /* The device has one virtqueue, where the Guest places requests. */
1481         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, blk_request);
1482
1483         /* Allocate the room for our own bookkeeping */
1484         vblk = dev->priv = malloc(sizeof(*vblk));
1485
1486         /* First we open the file and store the length. */
1487         vblk->fd = open_or_die(filename, O_RDWR|O_LARGEFILE);
1488         vblk->len = lseek64(vblk->fd, 0, SEEK_END);
1489
1490         /* We support barriers. */
1491         add_feature(dev, VIRTIO_BLK_F_BARRIER);
1492
1493         /* Tell Guest how many sectors this device has. */
1494         conf.capacity = cpu_to_le64(vblk->len / 512);
1495
1496         /* Tell Guest not to put in too many descriptors at once: two are used
1497          * for the in and out elements. */
1498         add_feature(dev, VIRTIO_BLK_F_SEG_MAX);
1499         conf.seg_max = cpu_to_le32(VIRTQUEUE_NUM - 2);
1500
1501         set_config(dev, sizeof(conf), &conf);
1502
1503         verbose("device %u: virtblock %llu sectors\n",
1504                 ++devices.device_num, le64_to_cpu(conf.capacity));
1505 }
1506
1507 struct rng_info {
1508         int rfd;
1509 };
1510
1511 /* Our random number generator device reads from /dev/random into the Guest's
1512  * input buffers.  The usual case is that the Guest doesn't want random numbers
1513  * and so has no buffers although /dev/random is still readable, whereas
1514  * console is the reverse.
1515  *
1516  * The same logic applies, however. */
1517 static void rng_input(struct virtqueue *vq)
1518 {
1519         int len;
1520         unsigned int head, in_num, out_num, totlen = 0;
1521         struct rng_info *rng_info = vq->dev->priv;
1522         struct iovec iov[vq->vring.num];
1523
1524         /* First we need a buffer from the Guests's virtqueue. */
1525         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out_num, &in_num);
1526         if (out_num)
1527                 errx(1, "Output buffers in rng?");
1528
1529         /* This is why we convert to iovecs: the readv() call uses them, and so
1530          * it reads straight into the Guest's buffer.  We loop to make sure we
1531          * fill it. */
1532         while (!iov_empty(iov, in_num)) {
1533                 len = readv(rng_info->rfd, iov, in_num);
1534                 if (len <= 0)
1535                         err(1, "Read from /dev/random gave %i", len);
1536                 iov_consume(iov, in_num, len);
1537                 totlen += len;
1538         }
1539
1540         /* Tell the Guest about the new input. */
1541         add_used(vq, head, totlen);
1542 }
1543
1544 /* And this creates a "hardware" random number device for the Guest. */
1545 static void setup_rng(void)
1546 {
1547         struct device *dev;
1548         struct rng_info *rng_info = malloc(sizeof(*rng_info));
1549
1550         rng_info->rfd = open_or_die("/dev/random", O_RDONLY);
1551
1552         /* The device responds to return from I/O thread. */
1553         dev = new_device("rng", VIRTIO_ID_RNG);
1554         dev->priv = rng_info;
1555
1556         /* The device has one virtqueue, where the Guest places inbufs. */
1557         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, rng_input);
1558
1559         verbose("device %u: rng\n", devices.device_num++);
1560 }
1561 /* That's the end of device setup. */
1562
1563 /*L:230 Reboot is pretty easy: clean up and exec() the Launcher afresh. */
1564 static void __attribute__((noreturn)) restart_guest(void)
1565 {
1566         unsigned int i;
1567
1568         /* Since we don't track all open fds, we simply close everything beyond
1569          * stderr. */
1570         for (i = 3; i < FD_SETSIZE; i++)
1571                 close(i);
1572
1573         /* Reset all the devices (kills all threads). */
1574         cleanup_devices();
1575
1576         execv(main_args[0], main_args);
1577         err(1, "Could not exec %s", main_args[0]);
1578 }
1579
1580 /*L:220 Finally we reach the core of the Launcher which runs the Guest, serves
1581  * its input and output, and finally, lays it to rest. */
1582 static void __attribute__((noreturn)) run_guest(void)
1583 {
1584         for (;;) {
1585                 unsigned long notify_addr;
1586                 int readval;
1587
1588                 /* We read from the /dev/lguest device to run the Guest. */
1589                 readval = pread(lguest_fd, &notify_addr,
1590                                 sizeof(notify_addr), cpu_id);
1591
1592                 /* One unsigned long means the Guest did HCALL_NOTIFY */
1593                 if (readval == sizeof(notify_addr)) {
1594                         verbose("Notify on address %#lx\n", notify_addr);
1595                         handle_output(notify_addr);
1596                 /* ENOENT means the Guest died.  Reading tells us why. */
1597                 } else if (errno == ENOENT) {
1598                         char reason[1024] = { 0 };
1599                         pread(lguest_fd, reason, sizeof(reason)-1, cpu_id);
1600                         errx(1, "%s", reason);
1601                 /* ERESTART means that we need to reboot the guest */
1602                 } else if (errno == ERESTART) {
1603                         restart_guest();
1604                 /* Anything else means a bug or incompatible change. */
1605                 } else
1606                         err(1, "Running guest failed");
1607         }
1608 }
1609 /*L:240
1610  * This is the end of the Launcher.  The good news: we are over halfway
1611  * through!  The bad news: the most fiendish part of the code still lies ahead
1612  * of us.
1613  *
1614  * Are you ready?  Take a deep breath and join me in the core of the Host, in
1615  * "make Host".
1616  :*/
1617
1618 static struct option opts[] = {
1619         { "verbose", 0, NULL, 'v' },
1620         { "tunnet", 1, NULL, 't' },
1621         { "block", 1, NULL, 'b' },
1622         { "rng", 0, NULL, 'r' },
1623         { "initrd", 1, NULL, 'i' },
1624         { NULL },
1625 };
1626 static void usage(void)
1627 {
1628         errx(1, "Usage: lguest [--verbose] "
1629              "[--tunnet=(<ipaddr>:<macaddr>|bridge:<bridgename>:<macaddr>)\n"
1630              "|--block=<filename>|--initrd=<filename>]...\n"
1631              "<mem-in-mb> vmlinux [args...]");
1632 }
1633
1634 /*L:105 The main routine is where the real work begins: */
1635 int main(int argc, char *argv[])
1636 {
1637         /* Memory, top-level pagetable, code startpoint and size of the
1638          * (optional) initrd. */
1639         unsigned long mem = 0, start, initrd_size = 0;
1640         /* Two temporaries. */
1641         int i, c;
1642         /* The boot information for the Guest. */
1643         struct boot_params *boot;
1644         /* If they specify an initrd file to load. */
1645         const char *initrd_name = NULL;
1646
1647         /* Save the args: we "reboot" by execing ourselves again. */
1648         main_args = argv;
1649
1650         /* First we initialize the device list.  We keep a pointer to the last
1651          * device, and the next interrupt number to use for devices (1:
1652          * remember that 0 is used by the timer). */
1653         devices.lastdev = NULL;
1654         devices.next_irq = 1;
1655
1656         cpu_id = 0;
1657         /* We need to know how much memory so we can set up the device
1658          * descriptor and memory pages for the devices as we parse the command
1659          * line.  So we quickly look through the arguments to find the amount
1660          * of memory now. */
1661         for (i = 1; i < argc; i++) {
1662                 if (argv[i][0] != '-') {
1663                         mem = atoi(argv[i]) * 1024 * 1024;
1664                         /* We start by mapping anonymous pages over all of
1665                          * guest-physical memory range.  This fills it with 0,
1666                          * and ensures that the Guest won't be killed when it
1667                          * tries to access it. */
1668                         guest_base = map_zeroed_pages(mem / getpagesize()
1669                                                       + DEVICE_PAGES);
1670                         guest_limit = mem;
1671                         guest_max = mem + DEVICE_PAGES*getpagesize();
1672                         devices.descpage = get_pages(1);
1673                         break;
1674                 }
1675         }
1676
1677         /* The options are fairly straight-forward */
1678         while ((c = getopt_long(argc, argv, "v", opts, NULL)) != EOF) {
1679                 switch (c) {
1680                 case 'v':
1681                         verbose = true;
1682                         break;
1683                 case 't':
1684                         setup_tun_net(optarg);
1685                         break;
1686                 case 'b':
1687                         setup_block_file(optarg);
1688                         break;
1689                 case 'r':
1690                         setup_rng();
1691                         break;
1692                 case 'i':
1693                         initrd_name = optarg;
1694                         break;
1695                 default:
1696                         warnx("Unknown argument %s", argv[optind]);
1697                         usage();
1698                 }
1699         }
1700         /* After the other arguments we expect memory and kernel image name,
1701          * followed by command line arguments for the kernel. */
1702         if (optind + 2 > argc)
1703                 usage();
1704
1705         verbose("Guest base is at %p\n", guest_base);
1706
1707         /* We always have a console device */
1708         setup_console();
1709
1710         /* Now we load the kernel */
1711         start = load_kernel(open_or_die(argv[optind+1], O_RDONLY));
1712
1713         /* Boot information is stashed at physical address 0 */
1714         boot = from_guest_phys(0);
1715
1716         /* Map the initrd image if requested (at top of physical memory) */
1717         if (initrd_name) {
1718                 initrd_size = load_initrd(initrd_name, mem);
1719                 /* These are the location in the Linux boot header where the
1720                  * start and size of the initrd are expected to be found. */
1721                 boot->hdr.ramdisk_image = mem - initrd_size;
1722                 boot->hdr.ramdisk_size = initrd_size;
1723                 /* The bootloader type 0xFF means "unknown"; that's OK. */
1724                 boot->hdr.type_of_loader = 0xFF;
1725         }
1726
1727         /* The Linux boot header contains an "E820" memory map: ours is a
1728          * simple, single region. */
1729         boot->e820_entries = 1;
1730         boot->e820_map[0] = ((struct e820entry) { 0, mem, E820_RAM });
1731         /* The boot header contains a command line pointer: we put the command
1732          * line after the boot header. */
1733         boot->hdr.cmd_line_ptr = to_guest_phys(boot + 1);
1734         /* We use a simple helper to copy the arguments separated by spaces. */
1735         concat((char *)(boot + 1), argv+optind+2);
1736
1737         /* Boot protocol version: 2.07 supports the fields for lguest. */
1738         boot->hdr.version = 0x207;
1739
1740         /* The hardware_subarch value of "1" tells the Guest it's an lguest. */
1741         boot->hdr.hardware_subarch = 1;
1742
1743         /* Tell the entry path not to try to reload segment registers. */
1744         boot->hdr.loadflags |= KEEP_SEGMENTS;
1745
1746         /* We tell the kernel to initialize the Guest: this returns the open
1747          * /dev/lguest file descriptor. */
1748         tell_kernel(start);
1749
1750         /* Ensure that we terminate if a child dies. */
1751         signal(SIGCHLD, kill_launcher);
1752
1753         /* If we exit via err(), this kills all the threads, restores tty. */
1754         atexit(cleanup_devices);
1755
1756         /* Finally, run the Guest.  This doesn't return. */
1757         run_guest();
1758 }
1759 /*:*/
1760
1761 /*M:999
1762  * Mastery is done: you now know everything I do.
1763  *
1764  * But surely you have seen code, features and bugs in your wanderings which
1765  * you now yearn to attack?  That is the real game, and I look forward to you
1766  * patching and forking lguest into the Your-Name-Here-visor.
1767  *
1768  * Farewell, and good coding!
1769  * Rusty Russell.
1770  */