lguest: clean up length-used value 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 <fcntl.h>
20 #include <stdbool.h>
21 #include <errno.h>
22 #include <ctype.h>
23 #include <sys/socket.h>
24 #include <sys/ioctl.h>
25 #include <sys/time.h>
26 #include <time.h>
27 #include <netinet/in.h>
28 #include <net/if.h>
29 #include <linux/sockios.h>
30 #include <linux/if_tun.h>
31 #include <sys/uio.h>
32 #include <termios.h>
33 #include <getopt.h>
34 #include <zlib.h>
35 #include <assert.h>
36 #include <sched.h>
37 #include <limits.h>
38 #include <stddef.h>
39 #include <signal.h>
40 #include "linux/lguest_launcher.h"
41 #include "linux/virtio_config.h"
42 #include "linux/virtio_net.h"
43 #include "linux/virtio_blk.h"
44 #include "linux/virtio_console.h"
45 #include "linux/virtio_rng.h"
46 #include "linux/virtio_ring.h"
47 #include "asm/bootparam.h"
48 /*L:110 We can ignore the 39 include files we need for this program, but I do
49  * want to draw attention to the use of kernel-style types.
50  *
51  * As Linus said, "C is a Spartan language, and so should your naming be."  I
52  * like these abbreviations, so we define them here.  Note that u64 is always
53  * unsigned long long, which works on all Linux systems: this means that we can
54  * use %llu in printf for any u64. */
55 typedef unsigned long long u64;
56 typedef uint32_t u32;
57 typedef uint16_t u16;
58 typedef uint8_t u8;
59 /*:*/
60
61 #define PAGE_PRESENT 0x7        /* Present, RW, Execute */
62 #define NET_PEERNUM 1
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 /* File descriptors for the Waker. */
80 struct {
81         int pipe[2];
82 } waker_fds;
83
84 /* The pointer to the start of guest memory. */
85 static void *guest_base;
86 /* The maximum guest physical address allowed, and maximum possible. */
87 static unsigned long guest_limit, guest_max;
88 /* The pipe for signal hander to write to. */
89 static int timeoutpipe[2];
90 static unsigned int timeout_usec = 500;
91 /* The /dev/lguest file descriptor. */
92 static int lguest_fd;
93
94 /* a per-cpu variable indicating whose vcpu is currently running */
95 static unsigned int __thread cpu_id;
96
97 /* This is our list of devices. */
98 struct device_list
99 {
100         /* Summary information about the devices in our list: ready to pass to
101          * select() to ask which need servicing.*/
102         fd_set infds;
103         int max_infd;
104
105         /* Counter to assign interrupt numbers. */
106         unsigned int next_irq;
107
108         /* Counter to print out convenient device numbers. */
109         unsigned int device_num;
110
111         /* The descriptor page for the devices. */
112         u8 *descpage;
113
114         /* A single linked list of devices. */
115         struct device *dev;
116         /* And a pointer to the last device for easy append and also for
117          * configuration appending. */
118         struct device *lastdev;
119 };
120
121 /* The list of Guest devices, based on command line arguments. */
122 static struct device_list devices;
123
124 /* The device structure describes a single device. */
125 struct device
126 {
127         /* The linked-list pointer. */
128         struct device *next;
129
130         /* The device's descriptor, as mapped into the Guest. */
131         struct lguest_device_desc *desc;
132
133         /* We can't trust desc values once Guest has booted: we use these. */
134         unsigned int feature_len;
135         unsigned int num_vq;
136
137         /* The name of this device, for --verbose. */
138         const char *name;
139
140         /* If handle_input is set, it wants to be called when this file
141          * descriptor is ready. */
142         int fd;
143         bool (*handle_input)(struct device *me);
144
145         /* Any queues attached to this device */
146         struct virtqueue *vq;
147
148         /* Handle status being finalized (ie. feature bits stable). */
149         void (*ready)(struct device *me);
150
151         /* Device-specific data. */
152         void *priv;
153 };
154
155 /* The virtqueue structure describes a queue attached to a device. */
156 struct virtqueue
157 {
158         struct virtqueue *next;
159
160         /* Which device owns me. */
161         struct device *dev;
162
163         /* The configuration for this queue. */
164         struct lguest_vqconfig config;
165
166         /* The actual ring of buffers. */
167         struct vring vring;
168
169         /* Last available index we saw. */
170         u16 last_avail_idx;
171
172         /* The routine to call when the Guest pings us, or timeout. */
173         void (*handle_output)(struct virtqueue *me, bool timeout);
174
175         /* Is this blocked awaiting a timer? */
176         bool blocked;
177 };
178
179 /* Remember the arguments to the program so we can "reboot" */
180 static char **main_args;
181
182 /* We have to be careful with barriers: our devices are all run in separate
183  * threads and so we need to make sure that changes visible to the Guest happen
184  * in precise order. */
185 #define wmb() __asm__ __volatile__("" : : : "memory")
186
187 /* Convert an iovec element to the given type.
188  *
189  * This is a fairly ugly trick: we need to know the size of the type and
190  * alignment requirement to check the pointer is kosher.  It's also nice to
191  * have the name of the type in case we report failure.
192  *
193  * Typing those three things all the time is cumbersome and error prone, so we
194  * have a macro which sets them all up and passes to the real function. */
195 #define convert(iov, type) \
196         ((type *)_convert((iov), sizeof(type), __alignof__(type), #type))
197
198 static void *_convert(struct iovec *iov, size_t size, size_t align,
199                       const char *name)
200 {
201         if (iov->iov_len != size)
202                 errx(1, "Bad iovec size %zu for %s", iov->iov_len, name);
203         if ((unsigned long)iov->iov_base % align != 0)
204                 errx(1, "Bad alignment %p for %s", iov->iov_base, name);
205         return iov->iov_base;
206 }
207
208 /* Wrapper for the last available index.  Makes it easier to change. */
209 #define lg_last_avail(vq)       ((vq)->last_avail_idx)
210
211 /* The virtio configuration space is defined to be little-endian.  x86 is
212  * little-endian too, but it's nice to be explicit so we have these helpers. */
213 #define cpu_to_le16(v16) (v16)
214 #define cpu_to_le32(v32) (v32)
215 #define cpu_to_le64(v64) (v64)
216 #define le16_to_cpu(v16) (v16)
217 #define le32_to_cpu(v32) (v32)
218 #define le64_to_cpu(v64) (v64)
219
220 /* Is this iovec empty? */
221 static bool iov_empty(const struct iovec iov[], unsigned int num_iov)
222 {
223         unsigned int i;
224
225         for (i = 0; i < num_iov; i++)
226                 if (iov[i].iov_len)
227                         return false;
228         return true;
229 }
230
231 /* Take len bytes from the front of this iovec. */
232 static void iov_consume(struct iovec iov[], unsigned num_iov, unsigned len)
233 {
234         unsigned int i;
235
236         for (i = 0; i < num_iov; i++) {
237                 unsigned int used;
238
239                 used = iov[i].iov_len < len ? iov[i].iov_len : len;
240                 iov[i].iov_base += used;
241                 iov[i].iov_len -= used;
242                 len -= used;
243         }
244         assert(len == 0);
245 }
246
247 /* The device virtqueue descriptors are followed by feature bitmasks. */
248 static u8 *get_feature_bits(struct device *dev)
249 {
250         return (u8 *)(dev->desc + 1)
251                 + dev->num_vq * sizeof(struct lguest_vqconfig);
252 }
253
254 /*L:100 The Launcher code itself takes us out into userspace, that scary place
255  * where pointers run wild and free!  Unfortunately, like most userspace
256  * programs, it's quite boring (which is why everyone likes to hack on the
257  * kernel!).  Perhaps if you make up an Lguest Drinking Game at this point, it
258  * will get you through this section.  Or, maybe not.
259  *
260  * The Launcher sets up a big chunk of memory to be the Guest's "physical"
261  * memory and stores it in "guest_base".  In other words, Guest physical ==
262  * Launcher virtual with an offset.
263  *
264  * This can be tough to get your head around, but usually it just means that we
265  * use these trivial conversion functions when the Guest gives us it's
266  * "physical" addresses: */
267 static void *from_guest_phys(unsigned long addr)
268 {
269         return guest_base + addr;
270 }
271
272 static unsigned long to_guest_phys(const void *addr)
273 {
274         return (addr - guest_base);
275 }
276
277 /*L:130
278  * Loading the Kernel.
279  *
280  * We start with couple of simple helper routines.  open_or_die() avoids
281  * error-checking code cluttering the callers: */
282 static int open_or_die(const char *name, int flags)
283 {
284         int fd = open(name, flags);
285         if (fd < 0)
286                 err(1, "Failed to open %s", name);
287         return fd;
288 }
289
290 /* map_zeroed_pages() takes a number of pages. */
291 static void *map_zeroed_pages(unsigned int num)
292 {
293         int fd = open_or_die("/dev/zero", O_RDONLY);
294         void *addr;
295
296         /* We use a private mapping (ie. if we write to the page, it will be
297          * copied). */
298         addr = mmap(NULL, getpagesize() * num,
299                     PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC, MAP_PRIVATE, fd, 0);
300         if (addr == MAP_FAILED)
301                 err(1, "Mmaping %u pages of /dev/zero", num);
302         close(fd);
303
304         return addr;
305 }
306
307 /* Get some more pages for a device. */
308 static void *get_pages(unsigned int num)
309 {
310         void *addr = from_guest_phys(guest_limit);
311
312         guest_limit += num * getpagesize();
313         if (guest_limit > guest_max)
314                 errx(1, "Not enough memory for devices");
315         return addr;
316 }
317
318 /* This routine is used to load the kernel or initrd.  It tries mmap, but if
319  * that fails (Plan 9's kernel file isn't nicely aligned on page boundaries),
320  * it falls back to reading the memory in. */
321 static void map_at(int fd, void *addr, unsigned long offset, unsigned long len)
322 {
323         ssize_t r;
324
325         /* We map writable even though for some segments are marked read-only.
326          * The kernel really wants to be writable: it patches its own
327          * instructions.
328          *
329          * MAP_PRIVATE means that the page won't be copied until a write is
330          * done to it.  This allows us to share untouched memory between
331          * Guests. */
332         if (mmap(addr, len, PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC,
333                  MAP_FIXED|MAP_PRIVATE, fd, offset) != MAP_FAILED)
334                 return;
335
336         /* pread does a seek and a read in one shot: saves a few lines. */
337         r = pread(fd, addr, len, offset);
338         if (r != len)
339                 err(1, "Reading offset %lu len %lu gave %zi", offset, len, r);
340 }
341
342 /* This routine takes an open vmlinux image, which is in ELF, and maps it into
343  * the Guest memory.  ELF = Embedded Linking Format, which is the format used
344  * by all modern binaries on Linux including the kernel.
345  *
346  * The ELF headers give *two* addresses: a physical address, and a virtual
347  * address.  We use the physical address; the Guest will map itself to the
348  * virtual address.
349  *
350  * We return the starting address. */
351 static unsigned long map_elf(int elf_fd, const Elf32_Ehdr *ehdr)
352 {
353         Elf32_Phdr phdr[ehdr->e_phnum];
354         unsigned int i;
355
356         /* Sanity checks on the main ELF header: an x86 executable with a
357          * reasonable number of correctly-sized program headers. */
358         if (ehdr->e_type != ET_EXEC
359             || ehdr->e_machine != EM_386
360             || ehdr->e_phentsize != sizeof(Elf32_Phdr)
361             || ehdr->e_phnum < 1 || ehdr->e_phnum > 65536U/sizeof(Elf32_Phdr))
362                 errx(1, "Malformed elf header");
363
364         /* An ELF executable contains an ELF header and a number of "program"
365          * headers which indicate which parts ("segments") of the program to
366          * load where. */
367
368         /* We read in all the program headers at once: */
369         if (lseek(elf_fd, ehdr->e_phoff, SEEK_SET) < 0)
370                 err(1, "Seeking to program headers");
371         if (read(elf_fd, phdr, sizeof(phdr)) != sizeof(phdr))
372                 err(1, "Reading program headers");
373
374         /* Try all the headers: there are usually only three.  A read-only one,
375          * a read-write one, and a "note" section which we don't load. */
376         for (i = 0; i < ehdr->e_phnum; i++) {
377                 /* If this isn't a loadable segment, we ignore it */
378                 if (phdr[i].p_type != PT_LOAD)
379                         continue;
380
381                 verbose("Section %i: size %i addr %p\n",
382                         i, phdr[i].p_memsz, (void *)phdr[i].p_paddr);
383
384                 /* We map this section of the file at its physical address. */
385                 map_at(elf_fd, from_guest_phys(phdr[i].p_paddr),
386                        phdr[i].p_offset, phdr[i].p_filesz);
387         }
388
389         /* The entry point is given in the ELF header. */
390         return ehdr->e_entry;
391 }
392
393 /*L:150 A bzImage, unlike an ELF file, is not meant to be loaded.  You're
394  * supposed to jump into it and it will unpack itself.  We used to have to
395  * perform some hairy magic because the unpacking code scared me.
396  *
397  * Fortunately, Jeremy Fitzhardinge convinced me it wasn't that hard and wrote
398  * a small patch to jump over the tricky bits in the Guest, so now we just read
399  * the funky header so we know where in the file to load, and away we go! */
400 static unsigned long load_bzimage(int fd)
401 {
402         struct boot_params boot;
403         int r;
404         /* Modern bzImages get loaded at 1M. */
405         void *p = from_guest_phys(0x100000);
406
407         /* Go back to the start of the file and read the header.  It should be
408          * a Linux boot header (see Documentation/x86/i386/boot.txt) */
409         lseek(fd, 0, SEEK_SET);
410         read(fd, &boot, sizeof(boot));
411
412         /* Inside the setup_hdr, we expect the magic "HdrS" */
413         if (memcmp(&boot.hdr.header, "HdrS", 4) != 0)
414                 errx(1, "This doesn't look like a bzImage to me");
415
416         /* Skip over the extra sectors of the header. */
417         lseek(fd, (boot.hdr.setup_sects+1) * 512, SEEK_SET);
418
419         /* Now read everything into memory. in nice big chunks. */
420         while ((r = read(fd, p, 65536)) > 0)
421                 p += r;
422
423         /* Finally, code32_start tells us where to enter the kernel. */
424         return boot.hdr.code32_start;
425 }
426
427 /*L:140 Loading the kernel is easy when it's a "vmlinux", but most kernels
428  * come wrapped up in the self-decompressing "bzImage" format.  With a little
429  * work, we can load those, too. */
430 static unsigned long load_kernel(int fd)
431 {
432         Elf32_Ehdr hdr;
433
434         /* Read in the first few bytes. */
435         if (read(fd, &hdr, sizeof(hdr)) != sizeof(hdr))
436                 err(1, "Reading kernel");
437
438         /* If it's an ELF file, it starts with "\177ELF" */
439         if (memcmp(hdr.e_ident, ELFMAG, SELFMAG) == 0)
440                 return map_elf(fd, &hdr);
441
442         /* Otherwise we assume it's a bzImage, and try to load it. */
443         return load_bzimage(fd);
444 }
445
446 /* This is a trivial little helper to align pages.  Andi Kleen hated it because
447  * it calls getpagesize() twice: "it's dumb code."
448  *
449  * Kernel guys get really het up about optimization, even when it's not
450  * necessary.  I leave this code as a reaction against that. */
451 static inline unsigned long page_align(unsigned long addr)
452 {
453         /* Add upwards and truncate downwards. */
454         return ((addr + getpagesize()-1) & ~(getpagesize()-1));
455 }
456
457 /*L:180 An "initial ram disk" is a disk image loaded into memory along with
458  * the kernel which the kernel can use to boot from without needing any
459  * drivers.  Most distributions now use this as standard: the initrd contains
460  * the code to load the appropriate driver modules for the current machine.
461  *
462  * Importantly, James Morris works for RedHat, and Fedora uses initrds for its
463  * kernels.  He sent me this (and tells me when I break it). */
464 static unsigned long load_initrd(const char *name, unsigned long mem)
465 {
466         int ifd;
467         struct stat st;
468         unsigned long len;
469
470         ifd = open_or_die(name, O_RDONLY);
471         /* fstat() is needed to get the file size. */
472         if (fstat(ifd, &st) < 0)
473                 err(1, "fstat() on initrd '%s'", name);
474
475         /* We map the initrd at the top of memory, but mmap wants it to be
476          * page-aligned, so we round the size up for that. */
477         len = page_align(st.st_size);
478         map_at(ifd, from_guest_phys(mem - len), 0, st.st_size);
479         /* Once a file is mapped, you can close the file descriptor.  It's a
480          * little odd, but quite useful. */
481         close(ifd);
482         verbose("mapped initrd %s size=%lu @ %p\n", name, len, (void*)mem-len);
483
484         /* We return the initrd size. */
485         return len;
486 }
487 /*:*/
488
489 /* Simple routine to roll all the commandline arguments together with spaces
490  * between them. */
491 static void concat(char *dst, char *args[])
492 {
493         unsigned int i, len = 0;
494
495         for (i = 0; args[i]; i++) {
496                 if (i) {
497                         strcat(dst+len, " ");
498                         len++;
499                 }
500                 strcpy(dst+len, args[i]);
501                 len += strlen(args[i]);
502         }
503         /* In case it's empty. */
504         dst[len] = '\0';
505 }
506
507 /*L:185 This is where we actually tell the kernel to initialize the Guest.  We
508  * saw the arguments it expects when we looked at initialize() in lguest_user.c:
509  * the base of Guest "physical" memory, the top physical page to allow and the
510  * entry point for the Guest. */
511 static void tell_kernel(unsigned long start)
512 {
513         unsigned long args[] = { LHREQ_INITIALIZE,
514                                  (unsigned long)guest_base,
515                                  guest_limit / getpagesize(), start };
516         verbose("Guest: %p - %p (%#lx)\n",
517                 guest_base, guest_base + guest_limit, guest_limit);
518         lguest_fd = open_or_die("/dev/lguest", O_RDWR);
519         if (write(lguest_fd, args, sizeof(args)) < 0)
520                 err(1, "Writing to /dev/lguest");
521 }
522 /*:*/
523
524 static void add_device_fd(int fd)
525 {
526         FD_SET(fd, &devices.infds);
527         if (fd > devices.max_infd)
528                 devices.max_infd = fd;
529 }
530
531 /*L:200
532  * The Waker.
533  *
534  * With console, block and network devices, we can have lots of input which we
535  * need to process.  We could try to tell the kernel what file descriptors to
536  * watch, but handing a file descriptor mask through to the kernel is fairly
537  * icky.
538  *
539  * Instead, we clone off a thread which watches the file descriptors and writes
540  * the LHREQ_BREAK command to the /dev/lguest file descriptor to tell the Host
541  * stop running the Guest.  This causes the Launcher to return from the
542  * /dev/lguest read with -EAGAIN, where it will write to /dev/lguest to reset
543  * the LHREQ_BREAK and wake us up again.
544  *
545  * This, of course, is merely a different *kind* of icky.
546  *
547  * Given my well-known antipathy to threads, I'd prefer to use processes.  But
548  * it's easier to share Guest memory with threads, and trivial to share the
549  * devices.infds as the Launcher changes it.
550  */
551 static int waker(void *unused)
552 {
553         /* Close the write end of the pipe: only the Launcher has it open. */
554         close(waker_fds.pipe[1]);
555
556         for (;;) {
557                 fd_set rfds = devices.infds;
558                 unsigned long args[] = { LHREQ_BREAK, 1 };
559                 unsigned int maxfd = devices.max_infd;
560
561                 /* We also listen to the pipe from the Launcher. */
562                 FD_SET(waker_fds.pipe[0], &rfds);
563                 if (waker_fds.pipe[0] > maxfd)
564                         maxfd = waker_fds.pipe[0];
565
566                 /* Wait until input is ready from one of the devices. */
567                 select(maxfd+1, &rfds, NULL, NULL, NULL);
568
569                 /* Message from Launcher? */
570                 if (FD_ISSET(waker_fds.pipe[0], &rfds)) {
571                         char c;
572                         /* If this fails, then assume Launcher has exited.
573                          * Don't do anything on exit: we're just a thread! */
574                         if (read(waker_fds.pipe[0], &c, 1) != 1)
575                                 _exit(0);
576                         continue;
577                 }
578
579                 /* Send LHREQ_BREAK command to snap the Launcher out of it. */
580                 pwrite(lguest_fd, args, sizeof(args), cpu_id);
581         }
582         return 0;
583 }
584
585 /* This routine just sets up a pipe to the Waker process. */
586 static void setup_waker(void)
587 {
588         /* This pipe is closed when Launcher dies, telling Waker. */
589         if (pipe(waker_fds.pipe) != 0)
590                 err(1, "Creating pipe for Waker");
591
592         if (clone(waker, malloc(4096) + 4096, CLONE_VM | SIGCHLD, NULL) == -1)
593                 err(1, "Creating Waker");
594 }
595
596 /*
597  * Device Handling.
598  *
599  * When the Guest gives us a buffer, it sends an array of addresses and sizes.
600  * We need to make sure it's not trying to reach into the Launcher itself, so
601  * we have a convenient routine which checks it and exits with an error message
602  * if something funny is going on:
603  */
604 static void *_check_pointer(unsigned long addr, unsigned int size,
605                             unsigned int line)
606 {
607         /* We have to separately check addr and addr+size, because size could
608          * be huge and addr + size might wrap around. */
609         if (addr >= guest_limit || addr + size >= guest_limit)
610                 errx(1, "%s:%i: Invalid address %#lx", __FILE__, line, addr);
611         /* We return a pointer for the caller's convenience, now we know it's
612          * safe to use. */
613         return from_guest_phys(addr);
614 }
615 /* A macro which transparently hands the line number to the real function. */
616 #define check_pointer(addr,size) _check_pointer(addr, size, __LINE__)
617
618 /* Each buffer in the virtqueues is actually a chain of descriptors.  This
619  * function returns the next descriptor in the chain, or vq->vring.num if we're
620  * at the end. */
621 static unsigned next_desc(struct virtqueue *vq, unsigned int i)
622 {
623         unsigned int next;
624
625         /* If this descriptor says it doesn't chain, we're done. */
626         if (!(vq->vring.desc[i].flags & VRING_DESC_F_NEXT))
627                 return vq->vring.num;
628
629         /* Check they're not leading us off end of descriptors. */
630         next = vq->vring.desc[i].next;
631         /* Make sure compiler knows to grab that: we don't want it changing! */
632         wmb();
633
634         if (next >= vq->vring.num)
635                 errx(1, "Desc next is %u", next);
636
637         return next;
638 }
639
640 /* This looks in the virtqueue and for the first available buffer, and converts
641  * it to an iovec for convenient access.  Since descriptors consist of some
642  * number of output then some number of input descriptors, it's actually two
643  * iovecs, but we pack them into one and note how many of each there were.
644  *
645  * This function returns the descriptor number found, or vq->vring.num (which
646  * is never a valid descriptor number) if none was found. */
647 static unsigned get_vq_desc(struct virtqueue *vq,
648                             struct iovec iov[],
649                             unsigned int *out_num, unsigned int *in_num)
650 {
651         unsigned int i, head;
652         u16 last_avail;
653
654         /* Check it isn't doing very strange things with descriptor numbers. */
655         last_avail = lg_last_avail(vq);
656         if ((u16)(vq->vring.avail->idx - last_avail) > vq->vring.num)
657                 errx(1, "Guest moved used index from %u to %u",
658                      last_avail, vq->vring.avail->idx);
659
660         /* If there's nothing new since last we looked, return invalid. */
661         if (vq->vring.avail->idx == last_avail)
662                 return vq->vring.num;
663
664         /* Grab the next descriptor number they're advertising, and increment
665          * the index we've seen. */
666         head = vq->vring.avail->ring[last_avail % vq->vring.num];
667         lg_last_avail(vq)++;
668
669         /* If their number is silly, that's a fatal mistake. */
670         if (head >= vq->vring.num)
671                 errx(1, "Guest says index %u is available", head);
672
673         /* When we start there are none of either input nor output. */
674         *out_num = *in_num = 0;
675
676         i = head;
677         do {
678                 /* Grab the first descriptor, and check it's OK. */
679                 iov[*out_num + *in_num].iov_len = vq->vring.desc[i].len;
680                 iov[*out_num + *in_num].iov_base
681                         = check_pointer(vq->vring.desc[i].addr,
682                                         vq->vring.desc[i].len);
683                 /* If this is an input descriptor, increment that count. */
684                 if (vq->vring.desc[i].flags & VRING_DESC_F_WRITE)
685                         (*in_num)++;
686                 else {
687                         /* If it's an output descriptor, they're all supposed
688                          * to come before any input descriptors. */
689                         if (*in_num)
690                                 errx(1, "Descriptor has out after in");
691                         (*out_num)++;
692                 }
693
694                 /* If we've got too many, that implies a descriptor loop. */
695                 if (*out_num + *in_num > vq->vring.num)
696                         errx(1, "Looped descriptor");
697         } while ((i = next_desc(vq, i)) != vq->vring.num);
698
699         return head;
700 }
701
702 /* After we've used one of their buffers, we tell them about it.  We'll then
703  * want to send them an interrupt, using trigger_irq(). */
704 static void add_used(struct virtqueue *vq, unsigned int head, int len)
705 {
706         struct vring_used_elem *used;
707
708         /* The virtqueue contains a ring of used buffers.  Get a pointer to the
709          * next entry in that used ring. */
710         used = &vq->vring.used->ring[vq->vring.used->idx % vq->vring.num];
711         used->id = head;
712         used->len = len;
713         /* Make sure buffer is written before we update index. */
714         wmb();
715         vq->vring.used->idx++;
716 }
717
718 /* This actually sends the interrupt for this virtqueue */
719 static void trigger_irq(struct virtqueue *vq)
720 {
721         unsigned long buf[] = { LHREQ_IRQ, vq->config.irq };
722
723         /* If they don't want an interrupt, don't send one, unless empty. */
724         if ((vq->vring.avail->flags & VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT)
725             && lg_last_avail(vq) != vq->vring.avail->idx)
726                 return;
727
728         /* Send the Guest an interrupt tell them we used something up. */
729         if (write(lguest_fd, buf, sizeof(buf)) != 0)
730                 err(1, "Triggering irq %i", vq->config.irq);
731 }
732
733 /* And here's the combo meal deal.  Supersize me! */
734 static void add_used_and_trigger(struct virtqueue *vq, unsigned head, int len)
735 {
736         add_used(vq, head, len);
737         trigger_irq(vq);
738 }
739
740 /*
741  * The Console
742  *
743  * Here is the input terminal setting we save, and the routine to restore them
744  * on exit so the user gets their terminal back. */
745 static struct termios orig_term;
746 static void restore_term(void)
747 {
748         tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &orig_term);
749 }
750
751 /* We associate some data with the console for our exit hack. */
752 struct console_abort
753 {
754         /* How many times have they hit ^C? */
755         int count;
756         /* When did they start? */
757         struct timeval start;
758 };
759
760 /* This is the routine which handles console input (ie. stdin). */
761 static bool handle_console_input(struct device *dev)
762 {
763         int len;
764         unsigned int head, in_num, out_num;
765         struct iovec iov[dev->vq->vring.num];
766         struct console_abort *abort = dev->priv;
767
768         /* First we need a console buffer from the Guests's input virtqueue. */
769         head = get_vq_desc(dev->vq, iov, &out_num, &in_num);
770
771         /* If they're not ready for input, stop listening to this file
772          * descriptor.  We'll start again once they add an input buffer. */
773         if (head == dev->vq->vring.num)
774                 return false;
775
776         if (out_num)
777                 errx(1, "Output buffers in console in queue?");
778
779         /* This is why we convert to iovecs: the readv() call uses them, and so
780          * it reads straight into the Guest's buffer. */
781         len = readv(dev->fd, iov, in_num);
782         if (len <= 0) {
783                 /* This implies that the console is closed, is /dev/null, or
784                  * something went terribly wrong. */
785                 warnx("Failed to get console input, ignoring console.");
786                 /* Put the input terminal back. */
787                 restore_term();
788                 /* Remove callback from input vq, so it doesn't restart us. */
789                 dev->vq->handle_output = NULL;
790                 /* Stop listening to this fd: don't call us again. */
791                 return false;
792         }
793
794         /* Tell the Guest about the new input. */
795         add_used_and_trigger(dev->vq, head, len);
796
797         /* Three ^C within one second?  Exit.
798          *
799          * This is such a hack, but works surprisingly well.  Each ^C has to be
800          * in a buffer by itself, so they can't be too fast.  But we check that
801          * we get three within about a second, so they can't be too slow. */
802         if (len == 1 && ((char *)iov[0].iov_base)[0] == 3) {
803                 if (!abort->count++)
804                         gettimeofday(&abort->start, NULL);
805                 else if (abort->count == 3) {
806                         struct timeval now;
807                         gettimeofday(&now, NULL);
808                         if (now.tv_sec <= abort->start.tv_sec+1) {
809                                 unsigned long args[] = { LHREQ_BREAK, 0 };
810                                 /* Close the fd so Waker will know it has to
811                                  * exit. */
812                                 close(waker_fds.pipe[1]);
813                                 /* Just in case Waker is blocked in BREAK, send
814                                  * unbreak now. */
815                                 write(lguest_fd, args, sizeof(args));
816                                 exit(2);
817                         }
818                         abort->count = 0;
819                 }
820         } else
821                 /* Any other key resets the abort counter. */
822                 abort->count = 0;
823
824         /* Everything went OK! */
825         return true;
826 }
827
828 /* Handling output for console is simple: we just get all the output buffers
829  * and write them to stdout. */
830 static void handle_console_output(struct virtqueue *vq, bool timeout)
831 {
832         unsigned int head, out, in;
833         struct iovec iov[vq->vring.num];
834
835         /* Keep getting output buffers from the Guest until we run out. */
836         while ((head = get_vq_desc(vq, iov, &out, &in)) != vq->vring.num) {
837                 if (in)
838                         errx(1, "Input buffers in output queue?");
839                 writev(STDOUT_FILENO, iov, out);
840                 add_used_and_trigger(vq, head, 0);
841         }
842 }
843
844 /* This is called when we no longer want to hear about Guest changes to a
845  * virtqueue.  This is more efficient in high-traffic cases, but it means we
846  * have to set a timer to check if any more changes have occurred. */
847 static void block_vq(struct virtqueue *vq)
848 {
849         struct itimerval itm;
850
851         vq->vring.used->flags |= VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
852         vq->blocked = true;
853
854         itm.it_interval.tv_sec = 0;
855         itm.it_interval.tv_usec = 0;
856         itm.it_value.tv_sec = 0;
857         itm.it_value.tv_usec = timeout_usec;
858
859         setitimer(ITIMER_REAL, &itm, NULL);
860 }
861
862 /*
863  * The Network
864  *
865  * Handling output for network is also simple: we get all the output buffers
866  * and write them (ignoring the first element) to this device's file descriptor
867  * (/dev/net/tun).
868  */
869 static void handle_net_output(struct virtqueue *vq, bool timeout)
870 {
871         unsigned int head, out, in, num = 0;
872         struct iovec iov[vq->vring.num];
873         static int last_timeout_num;
874
875         /* Keep getting output buffers from the Guest until we run out. */
876         while ((head = get_vq_desc(vq, iov, &out, &in)) != vq->vring.num) {
877                 if (in)
878                         errx(1, "Input buffers in output queue?");
879                 if (writev(vq->dev->fd, iov, out) < 0)
880                         err(1, "Writing network packet to tun");
881                 add_used_and_trigger(vq, head, 0);
882                 num++;
883         }
884
885         /* Block further kicks and set up a timer if we saw anything. */
886         if (!timeout && num)
887                 block_vq(vq);
888
889         /* We never quite know how long should we wait before we check the
890          * queue again for more packets.  We start at 500 microseconds, and if
891          * we get fewer packets than last time, we assume we made the timeout
892          * too small and increase it by 10 microseconds.  Otherwise, we drop it
893          * by one microsecond every time.  It seems to work well enough. */
894         if (timeout) {
895                 if (num < last_timeout_num)
896                         timeout_usec += 10;
897                 else if (timeout_usec > 1)
898                         timeout_usec--;
899                 last_timeout_num = num;
900         }
901 }
902
903 /* This is where we handle a packet coming in from the tun device to our
904  * Guest. */
905 static bool handle_tun_input(struct device *dev)
906 {
907         unsigned int head, in_num, out_num;
908         int len;
909         struct iovec iov[dev->vq->vring.num];
910
911         /* First we need a network buffer from the Guests's recv virtqueue. */
912         head = get_vq_desc(dev->vq, iov, &out_num, &in_num);
913         if (head == dev->vq->vring.num) {
914                 /* Now, it's expected that if we try to send a packet too
915                  * early, the Guest won't be ready yet.  Wait until the device
916                  * status says it's ready. */
917                 /* FIXME: Actually want DRIVER_ACTIVE here. */
918
919                 /* Now tell it we want to know if new things appear. */
920                 dev->vq->vring.used->flags &= ~VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
921                 wmb();
922
923                 /* We'll turn this back on if input buffers are registered. */
924                 return false;
925         } else if (out_num)
926                 errx(1, "Output buffers in network recv queue?");
927
928         /* Read the packet from the device directly into the Guest's buffer. */
929         len = readv(dev->fd, iov, in_num);
930         if (len <= 0)
931                 err(1, "reading network");
932
933         /* Tell the Guest about the new packet. */
934         add_used_and_trigger(dev->vq, head, len);
935
936         verbose("tun input packet len %i [%02x %02x] (%s)\n", len,
937                 ((u8 *)iov[1].iov_base)[0], ((u8 *)iov[1].iov_base)[1],
938                 head != dev->vq->vring.num ? "sent" : "discarded");
939
940         /* All good. */
941         return true;
942 }
943
944 /*L:215 This is the callback attached to the network and console input
945  * virtqueues: it ensures we try again, in case we stopped console or net
946  * delivery because Guest didn't have any buffers. */
947 static void enable_fd(struct virtqueue *vq, bool timeout)
948 {
949         add_device_fd(vq->dev->fd);
950         /* Snap the Waker out of its select loop. */
951         write(waker_fds.pipe[1], "", 1);
952 }
953
954 static void net_enable_fd(struct virtqueue *vq, bool timeout)
955 {
956         /* We don't need to know again when Guest refills receive buffer. */
957         vq->vring.used->flags |= VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
958         enable_fd(vq, timeout);
959 }
960
961 /* When the Guest tells us they updated the status field, we handle it. */
962 static void update_device_status(struct device *dev)
963 {
964         struct virtqueue *vq;
965
966         /* This is a reset. */
967         if (dev->desc->status == 0) {
968                 verbose("Resetting device %s\n", dev->name);
969
970                 /* Clear any features they've acked. */
971                 memset(get_feature_bits(dev) + dev->feature_len, 0,
972                        dev->feature_len);
973
974                 /* Zero out the virtqueues. */
975                 for (vq = dev->vq; vq; vq = vq->next) {
976                         memset(vq->vring.desc, 0,
977                                vring_size(vq->config.num, LGUEST_VRING_ALIGN));
978                         lg_last_avail(vq) = 0;
979                 }
980         } else if (dev->desc->status & VIRTIO_CONFIG_S_FAILED) {
981                 warnx("Device %s configuration FAILED", dev->name);
982         } else if (dev->desc->status & VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER_OK) {
983                 unsigned int i;
984
985                 verbose("Device %s OK: offered", dev->name);
986                 for (i = 0; i < dev->feature_len; i++)
987                         verbose(" %02x", get_feature_bits(dev)[i]);
988                 verbose(", accepted");
989                 for (i = 0; i < dev->feature_len; i++)
990                         verbose(" %02x", get_feature_bits(dev)
991                                 [dev->feature_len+i]);
992
993                 if (dev->ready)
994                         dev->ready(dev);
995         }
996 }
997
998 /* This is the generic routine we call when the Guest uses LHCALL_NOTIFY. */
999 static void handle_output(unsigned long addr)
1000 {
1001         struct device *i;
1002         struct virtqueue *vq;
1003
1004         /* Check each device and virtqueue. */
1005         for (i = devices.dev; i; i = i->next) {
1006                 /* Notifications to device descriptors update device status. */
1007                 if (from_guest_phys(addr) == i->desc) {
1008                         update_device_status(i);
1009                         return;
1010                 }
1011
1012                 /* Notifications to virtqueues mean output has occurred. */
1013                 for (vq = i->vq; vq; vq = vq->next) {
1014                         if (vq->config.pfn != addr/getpagesize())
1015                                 continue;
1016
1017                         /* Guest should acknowledge (and set features!)  before
1018                          * using the device. */
1019                         if (i->desc->status == 0) {
1020                                 warnx("%s gave early output", i->name);
1021                                 return;
1022                         }
1023
1024                         if (strcmp(vq->dev->name, "console") != 0)
1025                                 verbose("Output to %s\n", vq->dev->name);
1026                         if (vq->handle_output)
1027                                 vq->handle_output(vq, false);
1028                         return;
1029                 }
1030         }
1031
1032         /* Early console write is done using notify on a nul-terminated string
1033          * in Guest memory. */
1034         if (addr >= guest_limit)
1035                 errx(1, "Bad NOTIFY %#lx", addr);
1036
1037         write(STDOUT_FILENO, from_guest_phys(addr),
1038               strnlen(from_guest_phys(addr), guest_limit - addr));
1039 }
1040
1041 static void handle_timeout(void)
1042 {
1043         char buf[32];
1044         struct device *i;
1045         struct virtqueue *vq;
1046
1047         /* Clear the pipe */
1048         read(timeoutpipe[0], buf, sizeof(buf));
1049
1050         /* Check each device and virtqueue: flush blocked ones. */
1051         for (i = devices.dev; i; i = i->next) {
1052                 for (vq = i->vq; vq; vq = vq->next) {
1053                         if (!vq->blocked)
1054                                 continue;
1055
1056                         vq->vring.used->flags &= ~VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
1057                         vq->blocked = false;
1058                         if (vq->handle_output)
1059                                 vq->handle_output(vq, true);
1060                 }
1061         }
1062 }
1063
1064 /* This is called when the Waker wakes us up: check for incoming file
1065  * descriptors. */
1066 static void handle_input(void)
1067 {
1068         /* select() wants a zeroed timeval to mean "don't wait". */
1069         struct timeval poll = { .tv_sec = 0, .tv_usec = 0 };
1070
1071         for (;;) {
1072                 struct device *i;
1073                 fd_set fds = devices.infds;
1074                 int num;
1075
1076                 num = select(devices.max_infd+1, &fds, NULL, NULL, &poll);
1077                 /* Could get interrupted */
1078                 if (num < 0)
1079                         continue;
1080                 /* If nothing is ready, we're done. */
1081                 if (num == 0)
1082                         break;
1083
1084                 /* Otherwise, call the device(s) which have readable file
1085                  * descriptors and a method of handling them.  */
1086                 for (i = devices.dev; i; i = i->next) {
1087                         if (i->handle_input && FD_ISSET(i->fd, &fds)) {
1088                                 if (i->handle_input(i))
1089                                         continue;
1090
1091                                 /* If handle_input() returns false, it means we
1092                                  * should no longer service it.  Networking and
1093                                  * console do this when there's no input
1094                                  * buffers to deliver into.  Console also uses
1095                                  * it when it discovers that stdin is closed. */
1096                                 FD_CLR(i->fd, &devices.infds);
1097                         }
1098                 }
1099
1100                 /* Is this the timeout fd? */
1101                 if (FD_ISSET(timeoutpipe[0], &fds))
1102                         handle_timeout();
1103         }
1104 }
1105
1106 /*L:190
1107  * Device Setup
1108  *
1109  * All devices need a descriptor so the Guest knows it exists, and a "struct
1110  * device" so the Launcher can keep track of it.  We have common helper
1111  * routines to allocate and manage them.
1112  */
1113
1114 /* The layout of the device page is a "struct lguest_device_desc" followed by a
1115  * number of virtqueue descriptors, then two sets of feature bits, then an
1116  * array of configuration bytes.  This routine returns the configuration
1117  * pointer. */
1118 static u8 *device_config(const struct device *dev)
1119 {
1120         return (void *)(dev->desc + 1)
1121                 + dev->num_vq * sizeof(struct lguest_vqconfig)
1122                 + dev->feature_len * 2;
1123 }
1124
1125 /* This routine allocates a new "struct lguest_device_desc" from descriptor
1126  * table page just above the Guest's normal memory.  It returns a pointer to
1127  * that descriptor. */
1128 static struct lguest_device_desc *new_dev_desc(u16 type)
1129 {
1130         struct lguest_device_desc d = { .type = type };
1131         void *p;
1132
1133         /* Figure out where the next device config is, based on the last one. */
1134         if (devices.lastdev)
1135                 p = device_config(devices.lastdev)
1136                         + devices.lastdev->desc->config_len;
1137         else
1138                 p = devices.descpage;
1139
1140         /* We only have one page for all the descriptors. */
1141         if (p + sizeof(d) > (void *)devices.descpage + getpagesize())
1142                 errx(1, "Too many devices");
1143
1144         /* p might not be aligned, so we memcpy in. */
1145         return memcpy(p, &d, sizeof(d));
1146 }
1147
1148 /* Each device descriptor is followed by the description of its virtqueues.  We
1149  * specify how many descriptors the virtqueue is to have. */
1150 static void add_virtqueue(struct device *dev, unsigned int num_descs,
1151                           void (*handle_output)(struct virtqueue *, bool))
1152 {
1153         unsigned int pages;
1154         struct virtqueue **i, *vq = malloc(sizeof(*vq));
1155         void *p;
1156
1157         /* First we need some memory for this virtqueue. */
1158         pages = (vring_size(num_descs, LGUEST_VRING_ALIGN) + getpagesize() - 1)
1159                 / getpagesize();
1160         p = get_pages(pages);
1161
1162         /* Initialize the virtqueue */
1163         vq->next = NULL;
1164         vq->last_avail_idx = 0;
1165         vq->dev = dev;
1166         vq->blocked = false;
1167
1168         /* Initialize the configuration. */
1169         vq->config.num = num_descs;
1170         vq->config.irq = devices.next_irq++;
1171         vq->config.pfn = to_guest_phys(p) / getpagesize();
1172
1173         /* Initialize the vring. */
1174         vring_init(&vq->vring, num_descs, p, LGUEST_VRING_ALIGN);
1175
1176         /* Append virtqueue to this device's descriptor.  We use
1177          * device_config() to get the end of the device's current virtqueues;
1178          * we check that we haven't added any config or feature information
1179          * yet, otherwise we'd be overwriting them. */
1180         assert(dev->desc->config_len == 0 && dev->desc->feature_len == 0);
1181         memcpy(device_config(dev), &vq->config, sizeof(vq->config));
1182         dev->num_vq++;
1183         dev->desc->num_vq++;
1184
1185         verbose("Virtqueue page %#lx\n", to_guest_phys(p));
1186
1187         /* Add to tail of list, so dev->vq is first vq, dev->vq->next is
1188          * second.  */
1189         for (i = &dev->vq; *i; i = &(*i)->next);
1190         *i = vq;
1191
1192         /* Set the routine to call when the Guest does something to this
1193          * virtqueue. */
1194         vq->handle_output = handle_output;
1195
1196         /* As an optimization, set the advisory "Don't Notify Me" flag if we
1197          * don't have a handler */
1198         if (!handle_output)
1199                 vq->vring.used->flags = VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
1200 }
1201
1202 /* The first half of the feature bitmask is for us to advertise features.  The
1203  * second half is for the Guest to accept features. */
1204 static void add_feature(struct device *dev, unsigned bit)
1205 {
1206         u8 *features = get_feature_bits(dev);
1207
1208         /* We can't extend the feature bits once we've added config bytes */
1209         if (dev->desc->feature_len <= bit / CHAR_BIT) {
1210                 assert(dev->desc->config_len == 0);
1211                 dev->feature_len = dev->desc->feature_len = (bit/CHAR_BIT) + 1;
1212         }
1213
1214         features[bit / CHAR_BIT] |= (1 << (bit % CHAR_BIT));
1215 }
1216
1217 /* This routine sets the configuration fields for an existing device's
1218  * descriptor.  It only works for the last device, but that's OK because that's
1219  * how we use it. */
1220 static void set_config(struct device *dev, unsigned len, const void *conf)
1221 {
1222         /* Check we haven't overflowed our single page. */
1223         if (device_config(dev) + len > devices.descpage + getpagesize())
1224                 errx(1, "Too many devices");
1225
1226         /* Copy in the config information, and store the length. */
1227         memcpy(device_config(dev), conf, len);
1228         dev->desc->config_len = len;
1229 }
1230
1231 /* This routine does all the creation and setup of a new device, including
1232  * calling new_dev_desc() to allocate the descriptor and device memory.
1233  *
1234  * See what I mean about userspace being boring? */
1235 static struct device *new_device(const char *name, u16 type, int fd,
1236                                  bool (*handle_input)(struct device *))
1237 {
1238         struct device *dev = malloc(sizeof(*dev));
1239
1240         /* Now we populate the fields one at a time. */
1241         dev->fd = fd;
1242         /* If we have an input handler for this file descriptor, then we add it
1243          * to the device_list's fdset and maxfd. */
1244         if (handle_input)
1245                 add_device_fd(dev->fd);
1246         dev->desc = new_dev_desc(type);
1247         dev->handle_input = handle_input;
1248         dev->name = name;
1249         dev->vq = NULL;
1250         dev->ready = NULL;
1251         dev->feature_len = 0;
1252         dev->num_vq = 0;
1253
1254         /* Append to device list.  Prepending to a single-linked list is
1255          * easier, but the user expects the devices to be arranged on the bus
1256          * in command-line order.  The first network device on the command line
1257          * is eth0, the first block device /dev/vda, etc. */
1258         if (devices.lastdev)
1259                 devices.lastdev->next = dev;
1260         else
1261                 devices.dev = dev;
1262         devices.lastdev = dev;
1263
1264         return dev;
1265 }
1266
1267 /* Our first setup routine is the console.  It's a fairly simple device, but
1268  * UNIX tty handling makes it uglier than it could be. */
1269 static void setup_console(void)
1270 {
1271         struct device *dev;
1272
1273         /* If we can save the initial standard input settings... */
1274         if (tcgetattr(STDIN_FILENO, &orig_term) == 0) {
1275                 struct termios term = orig_term;
1276                 /* Then we turn off echo, line buffering and ^C etc.  We want a
1277                  * raw input stream to the Guest. */
1278                 term.c_lflag &= ~(ISIG|ICANON|ECHO);
1279                 tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &term);
1280                 /* If we exit gracefully, the original settings will be
1281                  * restored so the user can see what they're typing. */
1282                 atexit(restore_term);
1283         }
1284
1285         dev = new_device("console", VIRTIO_ID_CONSOLE,
1286                          STDIN_FILENO, handle_console_input);
1287         /* We store the console state in dev->priv, and initialize it. */
1288         dev->priv = malloc(sizeof(struct console_abort));
1289         ((struct console_abort *)dev->priv)->count = 0;
1290
1291         /* The console needs two virtqueues: the input then the output.  When
1292          * they put something the input queue, we make sure we're listening to
1293          * stdin.  When they put something in the output queue, we write it to
1294          * stdout. */
1295         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, enable_fd);
1296         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, handle_console_output);
1297
1298         verbose("device %u: console\n", devices.device_num++);
1299 }
1300 /*:*/
1301
1302 static void timeout_alarm(int sig)
1303 {
1304         write(timeoutpipe[1], "", 1);
1305 }
1306
1307 static void setup_timeout(void)
1308 {
1309         if (pipe(timeoutpipe) != 0)
1310                 err(1, "Creating timeout pipe");
1311
1312         if (fcntl(timeoutpipe[1], F_SETFL,
1313                   fcntl(timeoutpipe[1], F_GETFL) | O_NONBLOCK) != 0)
1314                 err(1, "Making timeout pipe nonblocking");
1315
1316         add_device_fd(timeoutpipe[0]);
1317         signal(SIGALRM, timeout_alarm);
1318 }
1319
1320 /*M:010 Inter-guest networking is an interesting area.  Simplest is to have a
1321  * --sharenet=<name> option which opens or creates a named pipe.  This can be
1322  * used to send packets to another guest in a 1:1 manner.
1323  *
1324  * More sopisticated is to use one of the tools developed for project like UML
1325  * to do networking.
1326  *
1327  * Faster is to do virtio bonding in kernel.  Doing this 1:1 would be
1328  * completely generic ("here's my vring, attach to your vring") and would work
1329  * for any traffic.  Of course, namespace and permissions issues need to be
1330  * dealt with.  A more sophisticated "multi-channel" virtio_net.c could hide
1331  * multiple inter-guest channels behind one interface, although it would
1332  * require some manner of hotplugging new virtio channels.
1333  *
1334  * Finally, we could implement a virtio network switch in the kernel. :*/
1335
1336 static u32 str2ip(const char *ipaddr)
1337 {
1338         unsigned int b[4];
1339
1340         if (sscanf(ipaddr, "%u.%u.%u.%u", &b[0], &b[1], &b[2], &b[3]) != 4)
1341                 errx(1, "Failed to parse IP address '%s'", ipaddr);
1342         return (b[0] << 24) | (b[1] << 16) | (b[2] << 8) | b[3];
1343 }
1344
1345 static void str2mac(const char *macaddr, unsigned char mac[6])
1346 {
1347         unsigned int m[6];
1348         if (sscanf(macaddr, "%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x",
1349                    &m[0], &m[1], &m[2], &m[3], &m[4], &m[5]) != 6)
1350                 errx(1, "Failed to parse mac address '%s'", macaddr);
1351         mac[0] = m[0];
1352         mac[1] = m[1];
1353         mac[2] = m[2];
1354         mac[3] = m[3];
1355         mac[4] = m[4];
1356         mac[5] = m[5];
1357 }
1358
1359 /* This code is "adapted" from libbridge: it attaches the Host end of the
1360  * network device to the bridge device specified by the command line.
1361  *
1362  * This is yet another James Morris contribution (I'm an IP-level guy, so I
1363  * dislike bridging), and I just try not to break it. */
1364 static void add_to_bridge(int fd, const char *if_name, const char *br_name)
1365 {
1366         int ifidx;
1367         struct ifreq ifr;
1368
1369         if (!*br_name)
1370                 errx(1, "must specify bridge name");
1371
1372         ifidx = if_nametoindex(if_name);
1373         if (!ifidx)
1374                 errx(1, "interface %s does not exist!", if_name);
1375
1376         strncpy(ifr.ifr_name, br_name, IFNAMSIZ);
1377         ifr.ifr_name[IFNAMSIZ-1] = '\0';
1378         ifr.ifr_ifindex = ifidx;
1379         if (ioctl(fd, SIOCBRADDIF, &ifr) < 0)
1380                 err(1, "can't add %s to bridge %s", if_name, br_name);
1381 }
1382
1383 /* This sets up the Host end of the network device with an IP address, brings
1384  * it up so packets will flow, the copies the MAC address into the hwaddr
1385  * pointer. */
1386 static void configure_device(int fd, const char *tapif, u32 ipaddr)
1387 {
1388         struct ifreq ifr;
1389         struct sockaddr_in *sin = (struct sockaddr_in *)&ifr.ifr_addr;
1390
1391         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
1392         strcpy(ifr.ifr_name, tapif);
1393
1394         /* Don't read these incantations.  Just cut & paste them like I did! */
1395         sin->sin_family = AF_INET;
1396         sin->sin_addr.s_addr = htonl(ipaddr);
1397         if (ioctl(fd, SIOCSIFADDR, &ifr) != 0)
1398                 err(1, "Setting %s interface address", tapif);
1399         ifr.ifr_flags = IFF_UP;
1400         if (ioctl(fd, SIOCSIFFLAGS, &ifr) != 0)
1401                 err(1, "Bringing interface %s up", tapif);
1402 }
1403
1404 static int get_tun_device(char tapif[IFNAMSIZ])
1405 {
1406         struct ifreq ifr;
1407         int netfd;
1408
1409         /* Start with this zeroed.  Messy but sure. */
1410         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
1411
1412         /* We open the /dev/net/tun device and tell it we want a tap device.  A
1413          * tap device is like a tun device, only somehow different.  To tell
1414          * the truth, I completely blundered my way through this code, but it
1415          * works now! */
1416         netfd = open_or_die("/dev/net/tun", O_RDWR);
1417         ifr.ifr_flags = IFF_TAP | IFF_NO_PI | IFF_VNET_HDR;
1418         strcpy(ifr.ifr_name, "tap%d");
1419         if (ioctl(netfd, TUNSETIFF, &ifr) != 0)
1420                 err(1, "configuring /dev/net/tun");
1421
1422         if (ioctl(netfd, TUNSETOFFLOAD,
1423                   TUN_F_CSUM|TUN_F_TSO4|TUN_F_TSO6|TUN_F_TSO_ECN) != 0)
1424                 err(1, "Could not set features for tun device");
1425
1426         /* We don't need checksums calculated for packets coming in this
1427          * device: trust us! */
1428         ioctl(netfd, TUNSETNOCSUM, 1);
1429
1430         memcpy(tapif, ifr.ifr_name, IFNAMSIZ);
1431         return netfd;
1432 }
1433
1434 /*L:195 Our network is a Host<->Guest network.  This can either use bridging or
1435  * routing, but the principle is the same: it uses the "tun" device to inject
1436  * packets into the Host as if they came in from a normal network card.  We
1437  * just shunt packets between the Guest and the tun device. */
1438 static void setup_tun_net(char *arg)
1439 {
1440         struct device *dev;
1441         int netfd, ipfd;
1442         u32 ip = INADDR_ANY;
1443         bool bridging = false;
1444         char tapif[IFNAMSIZ], *p;
1445         struct virtio_net_config conf;
1446
1447         netfd = get_tun_device(tapif);
1448
1449         /* First we create a new network device. */
1450         dev = new_device("net", VIRTIO_ID_NET, netfd, handle_tun_input);
1451
1452         /* Network devices need a receive and a send queue, just like
1453          * console. */
1454         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, net_enable_fd);
1455         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, handle_net_output);
1456
1457         /* We need a socket to perform the magic network ioctls to bring up the
1458          * tap interface, connect to the bridge etc.  Any socket will do! */
1459         ipfd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_IP);
1460         if (ipfd < 0)
1461                 err(1, "opening IP socket");
1462
1463         /* If the command line was --tunnet=bridge:<name> do bridging. */
1464         if (!strncmp(BRIDGE_PFX, arg, strlen(BRIDGE_PFX))) {
1465                 arg += strlen(BRIDGE_PFX);
1466                 bridging = true;
1467         }
1468
1469         /* A mac address may follow the bridge name or IP address */
1470         p = strchr(arg, ':');
1471         if (p) {
1472                 str2mac(p+1, conf.mac);
1473                 add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_MAC);
1474                 *p = '\0';
1475         }
1476
1477         /* arg is now either an IP address or a bridge name */
1478         if (bridging)
1479                 add_to_bridge(ipfd, tapif, arg);
1480         else
1481                 ip = str2ip(arg);
1482
1483         /* Set up the tun device. */
1484         configure_device(ipfd, tapif, ip);
1485
1486         add_feature(dev, VIRTIO_F_NOTIFY_ON_EMPTY);
1487         /* Expect Guest to handle everything except UFO */
1488         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_CSUM);
1489         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_CSUM);
1490         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO4);
1491         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO6);
1492         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_ECN);
1493         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_HOST_TSO4);
1494         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_HOST_TSO6);
1495         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_HOST_ECN);
1496         set_config(dev, sizeof(conf), &conf);
1497
1498         /* We don't need the socket any more; setup is done. */
1499         close(ipfd);
1500
1501         devices.device_num++;
1502
1503         if (bridging)
1504                 verbose("device %u: tun %s attached to bridge: %s\n",
1505                         devices.device_num, tapif, arg);
1506         else
1507                 verbose("device %u: tun %s: %s\n",
1508                         devices.device_num, tapif, arg);
1509 }
1510
1511 /* Our block (disk) device should be really simple: the Guest asks for a block
1512  * number and we read or write that position in the file.  Unfortunately, that
1513  * was amazingly slow: the Guest waits until the read is finished before
1514  * running anything else, even if it could have been doing useful work.
1515  *
1516  * We could use async I/O, except it's reputed to suck so hard that characters
1517  * actually go missing from your code when you try to use it.
1518  *
1519  * So we farm the I/O out to thread, and communicate with it via a pipe. */
1520
1521 /* This hangs off device->priv. */
1522 struct vblk_info
1523 {
1524         /* The size of the file. */
1525         off64_t len;
1526
1527         /* The file descriptor for the file. */
1528         int fd;
1529
1530         /* IO thread listens on this file descriptor [0]. */
1531         int workpipe[2];
1532
1533         /* IO thread writes to this file descriptor to mark it done, then
1534          * Launcher triggers interrupt to Guest. */
1535         int done_fd;
1536 };
1537
1538 /*L:210
1539  * The Disk
1540  *
1541  * Remember that the block device is handled by a separate I/O thread.  We head
1542  * straight into the core of that thread here:
1543  */
1544 static bool service_io(struct device *dev)
1545 {
1546         struct vblk_info *vblk = dev->priv;
1547         unsigned int head, out_num, in_num, wlen;
1548         int ret;
1549         u8 *in;
1550         struct virtio_blk_outhdr *out;
1551         struct iovec iov[dev->vq->vring.num];
1552         off64_t off;
1553
1554         /* See if there's a request waiting.  If not, nothing to do. */
1555         head = get_vq_desc(dev->vq, iov, &out_num, &in_num);
1556         if (head == dev->vq->vring.num)
1557                 return false;
1558
1559         /* Every block request should contain at least one output buffer
1560          * (detailing the location on disk and the type of request) and one
1561          * input buffer (to hold the result). */
1562         if (out_num == 0 || in_num == 0)
1563                 errx(1, "Bad virtblk cmd %u out=%u in=%u",
1564                      head, out_num, in_num);
1565
1566         out = convert(&iov[0], struct virtio_blk_outhdr);
1567         in = convert(&iov[out_num+in_num-1], u8);
1568         off = out->sector * 512;
1569
1570         /* The block device implements "barriers", where the Guest indicates
1571          * that it wants all previous writes to occur before this write.  We
1572          * don't have a way of asking our kernel to do a barrier, so we just
1573          * synchronize all the data in the file.  Pretty poor, no? */
1574         if (out->type & VIRTIO_BLK_T_BARRIER)
1575                 fdatasync(vblk->fd);
1576
1577         /* In general the virtio block driver is allowed to try SCSI commands.
1578          * It'd be nice if we supported eject, for example, but we don't. */
1579         if (out->type & VIRTIO_BLK_T_SCSI_CMD) {
1580                 fprintf(stderr, "Scsi commands unsupported\n");
1581                 *in = VIRTIO_BLK_S_UNSUPP;
1582                 wlen = sizeof(*in);
1583         } else if (out->type & VIRTIO_BLK_T_OUT) {
1584                 /* Write */
1585
1586                 /* Move to the right location in the block file.  This can fail
1587                  * if they try to write past end. */
1588                 if (lseek64(vblk->fd, off, SEEK_SET) != off)
1589                         err(1, "Bad seek to sector %llu", out->sector);
1590
1591                 ret = writev(vblk->fd, iov+1, out_num-1);
1592                 verbose("WRITE to sector %llu: %i\n", out->sector, ret);
1593
1594                 /* Grr... Now we know how long the descriptor they sent was, we
1595                  * make sure they didn't try to write over the end of the block
1596                  * file (possibly extending it). */
1597                 if (ret > 0 && off + ret > vblk->len) {
1598                         /* Trim it back to the correct length */
1599                         ftruncate64(vblk->fd, vblk->len);
1600                         /* Die, bad Guest, die. */
1601                         errx(1, "Write past end %llu+%u", off, ret);
1602                 }
1603                 wlen = sizeof(*in);
1604                 *in = (ret >= 0 ? VIRTIO_BLK_S_OK : VIRTIO_BLK_S_IOERR);
1605         } else {
1606                 /* Read */
1607
1608                 /* Move to the right location in the block file.  This can fail
1609                  * if they try to read past end. */
1610                 if (lseek64(vblk->fd, off, SEEK_SET) != off)
1611                         err(1, "Bad seek to sector %llu", out->sector);
1612
1613                 ret = readv(vblk->fd, iov+1, in_num-1);
1614                 verbose("READ from sector %llu: %i\n", out->sector, ret);
1615                 if (ret >= 0) {
1616                         wlen = sizeof(*in) + ret;
1617                         *in = VIRTIO_BLK_S_OK;
1618                 } else {
1619                         wlen = sizeof(*in);
1620                         *in = VIRTIO_BLK_S_IOERR;
1621                 }
1622         }
1623
1624         /* OK, so we noted that it was pretty poor to use an fdatasync as a
1625          * barrier.  But Christoph Hellwig points out that we need a sync
1626          * *afterwards* as well: "Barriers specify no reordering to the front
1627          * or the back."  And Jens Axboe confirmed it, so here we are: */
1628         if (out->type & VIRTIO_BLK_T_BARRIER)
1629                 fdatasync(vblk->fd);
1630
1631         /* We can't trigger an IRQ, because we're not the Launcher.  It does
1632          * that when we tell it we're done. */
1633         add_used(dev->vq, head, wlen);
1634         return true;
1635 }
1636
1637 /* This is the thread which actually services the I/O. */
1638 static int io_thread(void *_dev)
1639 {
1640         struct device *dev = _dev;
1641         struct vblk_info *vblk = dev->priv;
1642         char c;
1643
1644         /* Close other side of workpipe so we get 0 read when main dies. */
1645         close(vblk->workpipe[1]);
1646         /* Close the other side of the done_fd pipe. */
1647         close(dev->fd);
1648
1649         /* When this read fails, it means Launcher died, so we follow. */
1650         while (read(vblk->workpipe[0], &c, 1) == 1) {
1651                 /* We acknowledge each request immediately to reduce latency,
1652                  * rather than waiting until we've done them all.  I haven't
1653                  * measured to see if it makes any difference.
1654                  *
1655                  * That would be an interesting test, wouldn't it?  You could
1656                  * also try having more than one I/O thread. */
1657                 while (service_io(dev))
1658                         write(vblk->done_fd, &c, 1);
1659         }
1660         return 0;
1661 }
1662
1663 /* Now we've seen the I/O thread, we return to the Launcher to see what happens
1664  * when that thread tells us it's completed some I/O. */
1665 static bool handle_io_finish(struct device *dev)
1666 {
1667         char c;
1668
1669         /* If the I/O thread died, presumably it printed the error, so we
1670          * simply exit. */
1671         if (read(dev->fd, &c, 1) != 1)
1672                 exit(1);
1673
1674         /* It did some work, so trigger the irq. */
1675         trigger_irq(dev->vq);
1676         return true;
1677 }
1678
1679 /* When the Guest submits some I/O, we just need to wake the I/O thread. */
1680 static void handle_virtblk_output(struct virtqueue *vq, bool timeout)
1681 {
1682         struct vblk_info *vblk = vq->dev->priv;
1683         char c = 0;
1684
1685         /* Wake up I/O thread and tell it to go to work! */
1686         if (write(vblk->workpipe[1], &c, 1) != 1)
1687                 /* Presumably it indicated why it died. */
1688                 exit(1);
1689 }
1690
1691 /*L:198 This actually sets up a virtual block device. */
1692 static void setup_block_file(const char *filename)
1693 {
1694         int p[2];
1695         struct device *dev;
1696         struct vblk_info *vblk;
1697         void *stack;
1698         struct virtio_blk_config conf;
1699
1700         /* This is the pipe the I/O thread will use to tell us I/O is done. */
1701         pipe(p);
1702
1703         /* The device responds to return from I/O thread. */
1704         dev = new_device("block", VIRTIO_ID_BLOCK, p[0], handle_io_finish);
1705
1706         /* The device has one virtqueue, where the Guest places requests. */
1707         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, handle_virtblk_output);
1708
1709         /* Allocate the room for our own bookkeeping */
1710         vblk = dev->priv = malloc(sizeof(*vblk));
1711
1712         /* First we open the file and store the length. */
1713         vblk->fd = open_or_die(filename, O_RDWR|O_LARGEFILE);
1714         vblk->len = lseek64(vblk->fd, 0, SEEK_END);
1715
1716         /* We support barriers. */
1717         add_feature(dev, VIRTIO_BLK_F_BARRIER);
1718
1719         /* Tell Guest how many sectors this device has. */
1720         conf.capacity = cpu_to_le64(vblk->len / 512);
1721
1722         /* Tell Guest not to put in too many descriptors at once: two are used
1723          * for the in and out elements. */
1724         add_feature(dev, VIRTIO_BLK_F_SEG_MAX);
1725         conf.seg_max = cpu_to_le32(VIRTQUEUE_NUM - 2);
1726
1727         set_config(dev, sizeof(conf), &conf);
1728
1729         /* The I/O thread writes to this end of the pipe when done. */
1730         vblk->done_fd = p[1];
1731
1732         /* This is the second pipe, which is how we tell the I/O thread about
1733          * more work. */
1734         pipe(vblk->workpipe);
1735
1736         /* Create stack for thread and run it.  Since stack grows upwards, we
1737          * point the stack pointer to the end of this region. */
1738         stack = malloc(32768);
1739         /* SIGCHLD - We dont "wait" for our cloned thread, so prevent it from
1740          * becoming a zombie. */
1741         if (clone(io_thread, stack + 32768, CLONE_VM | SIGCHLD, dev) == -1)
1742                 err(1, "Creating clone");
1743
1744         /* We don't need to keep the I/O thread's end of the pipes open. */
1745         close(vblk->done_fd);
1746         close(vblk->workpipe[0]);
1747
1748         verbose("device %u: virtblock %llu sectors\n",
1749                 devices.device_num, le64_to_cpu(conf.capacity));
1750 }
1751
1752 /* Our random number generator device reads from /dev/random into the Guest's
1753  * input buffers.  The usual case is that the Guest doesn't want random numbers
1754  * and so has no buffers although /dev/random is still readable, whereas
1755  * console is the reverse.
1756  *
1757  * The same logic applies, however. */
1758 static bool handle_rng_input(struct device *dev)
1759 {
1760         int len;
1761         unsigned int head, in_num, out_num, totlen = 0;
1762         struct iovec iov[dev->vq->vring.num];
1763
1764         /* First we need a buffer from the Guests's virtqueue. */
1765         head = get_vq_desc(dev->vq, iov, &out_num, &in_num);
1766
1767         /* If they're not ready for input, stop listening to this file
1768          * descriptor.  We'll start again once they add an input buffer. */
1769         if (head == dev->vq->vring.num)
1770                 return false;
1771
1772         if (out_num)
1773                 errx(1, "Output buffers in rng?");
1774
1775         /* This is why we convert to iovecs: the readv() call uses them, and so
1776          * it reads straight into the Guest's buffer.  We loop to make sure we
1777          * fill it. */
1778         while (!iov_empty(iov, in_num)) {
1779                 len = readv(dev->fd, iov, in_num);
1780                 if (len <= 0)
1781                         err(1, "Read from /dev/random gave %i", len);
1782                 iov_consume(iov, in_num, len);
1783                 totlen += len;
1784         }
1785
1786         /* Tell the Guest about the new input. */
1787         add_used_and_trigger(dev->vq, head, totlen);
1788
1789         /* Everything went OK! */
1790         return true;
1791 }
1792
1793 /* And this creates a "hardware" random number device for the Guest. */
1794 static void setup_rng(void)
1795 {
1796         struct device *dev;
1797         int fd;
1798
1799         fd = open_or_die("/dev/random", O_RDONLY);
1800
1801         /* The device responds to return from I/O thread. */
1802         dev = new_device("rng", VIRTIO_ID_RNG, fd, handle_rng_input);
1803
1804         /* The device has one virtqueue, where the Guest places inbufs. */
1805         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, enable_fd);
1806
1807         verbose("device %u: rng\n", devices.device_num++);
1808 }
1809 /* That's the end of device setup. */
1810
1811 /*L:230 Reboot is pretty easy: clean up and exec() the Launcher afresh. */
1812 static void __attribute__((noreturn)) restart_guest(void)
1813 {
1814         unsigned int i;
1815
1816         /* Since we don't track all open fds, we simply close everything beyond
1817          * stderr. */
1818         for (i = 3; i < FD_SETSIZE; i++)
1819                 close(i);
1820
1821         /* The exec automatically gets rid of the I/O and Waker threads. */
1822         execv(main_args[0], main_args);
1823         err(1, "Could not exec %s", main_args[0]);
1824 }
1825
1826 /*L:220 Finally we reach the core of the Launcher which runs the Guest, serves
1827  * its input and output, and finally, lays it to rest. */
1828 static void __attribute__((noreturn)) run_guest(void)
1829 {
1830         for (;;) {
1831                 unsigned long args[] = { LHREQ_BREAK, 0 };
1832                 unsigned long notify_addr;
1833                 int readval;
1834
1835                 /* We read from the /dev/lguest device to run the Guest. */
1836                 readval = pread(lguest_fd, &notify_addr,
1837                                 sizeof(notify_addr), cpu_id);
1838
1839                 /* One unsigned long means the Guest did HCALL_NOTIFY */
1840                 if (readval == sizeof(notify_addr)) {
1841                         verbose("Notify on address %#lx\n", notify_addr);
1842                         handle_output(notify_addr);
1843                         continue;
1844                 /* ENOENT means the Guest died.  Reading tells us why. */
1845                 } else if (errno == ENOENT) {
1846                         char reason[1024] = { 0 };
1847                         pread(lguest_fd, reason, sizeof(reason)-1, cpu_id);
1848                         errx(1, "%s", reason);
1849                 /* ERESTART means that we need to reboot the guest */
1850                 } else if (errno == ERESTART) {
1851                         restart_guest();
1852                 /* EAGAIN means a signal (timeout).
1853                  * Anything else means a bug or incompatible change. */
1854                 } else if (errno != EAGAIN)
1855                         err(1, "Running guest failed");
1856
1857                 /* Only service input on thread for CPU 0. */
1858                 if (cpu_id != 0)
1859                         continue;
1860
1861                 /* Service input, then unset the BREAK to release the Waker. */
1862                 handle_input();
1863                 if (pwrite(lguest_fd, args, sizeof(args), cpu_id) < 0)
1864                         err(1, "Resetting break");
1865         }
1866 }
1867 /*L:240
1868  * This is the end of the Launcher.  The good news: we are over halfway
1869  * through!  The bad news: the most fiendish part of the code still lies ahead
1870  * of us.
1871  *
1872  * Are you ready?  Take a deep breath and join me in the core of the Host, in
1873  * "make Host".
1874  :*/
1875
1876 static struct option opts[] = {
1877         { "verbose", 0, NULL, 'v' },
1878         { "tunnet", 1, NULL, 't' },
1879         { "block", 1, NULL, 'b' },
1880         { "rng", 0, NULL, 'r' },
1881         { "initrd", 1, NULL, 'i' },
1882         { NULL },
1883 };
1884 static void usage(void)
1885 {
1886         errx(1, "Usage: lguest [--verbose] "
1887              "[--tunnet=(<ipaddr>:<macaddr>|bridge:<bridgename>:<macaddr>)\n"
1888              "|--block=<filename>|--initrd=<filename>]...\n"
1889              "<mem-in-mb> vmlinux [args...]");
1890 }
1891
1892 /*L:105 The main routine is where the real work begins: */
1893 int main(int argc, char *argv[])
1894 {
1895         /* Memory, top-level pagetable, code startpoint and size of the
1896          * (optional) initrd. */
1897         unsigned long mem = 0, start, initrd_size = 0;
1898         /* Two temporaries. */
1899         int i, c;
1900         /* The boot information for the Guest. */
1901         struct boot_params *boot;
1902         /* If they specify an initrd file to load. */
1903         const char *initrd_name = NULL;
1904
1905         /* Save the args: we "reboot" by execing ourselves again. */
1906         main_args = argv;
1907         /* We don't "wait" for the children, so prevent them from becoming
1908          * zombies. */
1909         signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
1910
1911         /* First we initialize the device list.  Since console and network
1912          * device receive input from a file descriptor, we keep an fdset
1913          * (infds) and the maximum fd number (max_infd) with the head of the
1914          * list.  We also keep a pointer to the last device.  Finally, we keep
1915          * the next interrupt number to use for devices (1: remember that 0 is
1916          * used by the timer). */
1917         FD_ZERO(&devices.infds);
1918         devices.max_infd = -1;
1919         devices.lastdev = NULL;
1920         devices.next_irq = 1;
1921
1922         cpu_id = 0;
1923         /* We need to know how much memory so we can set up the device
1924          * descriptor and memory pages for the devices as we parse the command
1925          * line.  So we quickly look through the arguments to find the amount
1926          * of memory now. */
1927         for (i = 1; i < argc; i++) {
1928                 if (argv[i][0] != '-') {
1929                         mem = atoi(argv[i]) * 1024 * 1024;
1930                         /* We start by mapping anonymous pages over all of
1931                          * guest-physical memory range.  This fills it with 0,
1932                          * and ensures that the Guest won't be killed when it
1933                          * tries to access it. */
1934                         guest_base = map_zeroed_pages(mem / getpagesize()
1935                                                       + DEVICE_PAGES);
1936                         guest_limit = mem;
1937                         guest_max = mem + DEVICE_PAGES*getpagesize();
1938                         devices.descpage = get_pages(1);
1939                         break;
1940                 }
1941         }
1942
1943         /* The options are fairly straight-forward */
1944         while ((c = getopt_long(argc, argv, "v", opts, NULL)) != EOF) {
1945                 switch (c) {
1946                 case 'v':
1947                         verbose = true;
1948                         break;
1949                 case 't':
1950                         setup_tun_net(optarg);
1951                         break;
1952                 case 'b':
1953                         setup_block_file(optarg);
1954                         break;
1955                 case 'r':
1956                         setup_rng();
1957                         break;
1958                 case 'i':
1959                         initrd_name = optarg;
1960                         break;
1961                 default:
1962                         warnx("Unknown argument %s", argv[optind]);
1963                         usage();
1964                 }
1965         }
1966         /* After the other arguments we expect memory and kernel image name,
1967          * followed by command line arguments for the kernel. */
1968         if (optind + 2 > argc)
1969                 usage();
1970
1971         verbose("Guest base is at %p\n", guest_base);
1972
1973         /* We always have a console device */
1974         setup_console();
1975
1976         /* We can timeout waiting for Guest network transmit. */
1977         setup_timeout();
1978
1979         /* Now we load the kernel */
1980         start = load_kernel(open_or_die(argv[optind+1], O_RDONLY));
1981
1982         /* Boot information is stashed at physical address 0 */
1983         boot = from_guest_phys(0);
1984
1985         /* Map the initrd image if requested (at top of physical memory) */
1986         if (initrd_name) {
1987                 initrd_size = load_initrd(initrd_name, mem);
1988                 /* These are the location in the Linux boot header where the
1989                  * start and size of the initrd are expected to be found. */
1990                 boot->hdr.ramdisk_image = mem - initrd_size;
1991                 boot->hdr.ramdisk_size = initrd_size;
1992                 /* The bootloader type 0xFF means "unknown"; that's OK. */
1993                 boot->hdr.type_of_loader = 0xFF;
1994         }
1995
1996         /* The Linux boot header contains an "E820" memory map: ours is a
1997          * simple, single region. */
1998         boot->e820_entries = 1;
1999         boot->e820_map[0] = ((struct e820entry) { 0, mem, E820_RAM });
2000         /* The boot header contains a command line pointer: we put the command
2001          * line after the boot header. */
2002         boot->hdr.cmd_line_ptr = to_guest_phys(boot + 1);
2003         /* We use a simple helper to copy the arguments separated by spaces. */
2004         concat((char *)(boot + 1), argv+optind+2);
2005
2006         /* Boot protocol version: 2.07 supports the fields for lguest. */
2007         boot->hdr.version = 0x207;
2008
2009         /* The hardware_subarch value of "1" tells the Guest it's an lguest. */
2010         boot->hdr.hardware_subarch = 1;
2011
2012         /* Tell the entry path not to try to reload segment registers. */
2013         boot->hdr.loadflags |= KEEP_SEGMENTS;
2014
2015         /* We tell the kernel to initialize the Guest: this returns the open
2016          * /dev/lguest file descriptor. */
2017         tell_kernel(start);
2018
2019         /* We clone off a thread, which wakes the Launcher whenever one of the
2020          * input file descriptors needs attention.  We call this the Waker, and
2021          * we'll cover it in a moment. */
2022         setup_waker();
2023
2024         /* Finally, run the Guest.  This doesn't return. */
2025         run_guest();
2026 }
2027 /*:*/
2028
2029 /*M:999
2030  * Mastery is done: you now know everything I do.
2031  *
2032  * But surely you have seen code, features and bugs in your wanderings which
2033  * you now yearn to attack?  That is the real game, and I look forward to you
2034  * patching and forking lguest into the Your-Name-Here-visor.
2035  *
2036  * Farewell, and good coding!
2037  * Rusty Russell.
2038  */