lguest: remove invalid interrupt forcing logic.
[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         int len;
834         struct iovec iov[vq->vring.num];
835
836         /* Keep getting output buffers from the Guest until we run out. */
837         while ((head = get_vq_desc(vq, iov, &out, &in)) != vq->vring.num) {
838                 if (in)
839                         errx(1, "Input buffers in output queue?");
840                 len = writev(STDOUT_FILENO, iov, out);
841                 add_used_and_trigger(vq, head, len);
842         }
843 }
844
845 /* This is called when we no longer want to hear about Guest changes to a
846  * virtqueue.  This is more efficient in high-traffic cases, but it means we
847  * have to set a timer to check if any more changes have occurred. */
848 static void block_vq(struct virtqueue *vq)
849 {
850         struct itimerval itm;
851
852         vq->vring.used->flags |= VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
853         vq->blocked = true;
854
855         itm.it_interval.tv_sec = 0;
856         itm.it_interval.tv_usec = 0;
857         itm.it_value.tv_sec = 0;
858         itm.it_value.tv_usec = timeout_usec;
859
860         setitimer(ITIMER_REAL, &itm, NULL);
861 }
862
863 /*
864  * The Network
865  *
866  * Handling output for network is also simple: we get all the output buffers
867  * and write them (ignoring the first element) to this device's file descriptor
868  * (/dev/net/tun).
869  */
870 static void handle_net_output(struct virtqueue *vq, bool timeout)
871 {
872         unsigned int head, out, in, num = 0;
873         int len;
874         struct iovec iov[vq->vring.num];
875         static int last_timeout_num;
876
877         /* Keep getting output buffers from the Guest until we run out. */
878         while ((head = get_vq_desc(vq, iov, &out, &in)) != vq->vring.num) {
879                 if (in)
880                         errx(1, "Input buffers in output queue?");
881                 len = writev(vq->dev->fd, iov, out);
882                 if (len < 0)
883                         err(1, "Writing network packet to tun");
884                 add_used_and_trigger(vq, head, len);
885                 num++;
886         }
887
888         /* Block further kicks and set up a timer if we saw anything. */
889         if (!timeout && num)
890                 block_vq(vq);
891
892         /* We never quite know how long should we wait before we check the
893          * queue again for more packets.  We start at 500 microseconds, and if
894          * we get fewer packets than last time, we assume we made the timeout
895          * too small and increase it by 10 microseconds.  Otherwise, we drop it
896          * by one microsecond every time.  It seems to work well enough. */
897         if (timeout) {
898                 if (num < last_timeout_num)
899                         timeout_usec += 10;
900                 else if (timeout_usec > 1)
901                         timeout_usec--;
902                 last_timeout_num = num;
903         }
904 }
905
906 /* This is where we handle a packet coming in from the tun device to our
907  * Guest. */
908 static bool handle_tun_input(struct device *dev)
909 {
910         unsigned int head, in_num, out_num;
911         int len;
912         struct iovec iov[dev->vq->vring.num];
913
914         /* First we need a network buffer from the Guests's recv virtqueue. */
915         head = get_vq_desc(dev->vq, iov, &out_num, &in_num);
916         if (head == dev->vq->vring.num) {
917                 /* Now, it's expected that if we try to send a packet too
918                  * early, the Guest won't be ready yet.  Wait until the device
919                  * status says it's ready. */
920                 /* FIXME: Actually want DRIVER_ACTIVE here. */
921
922                 /* Now tell it we want to know if new things appear. */
923                 dev->vq->vring.used->flags &= ~VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
924                 wmb();
925
926                 /* We'll turn this back on if input buffers are registered. */
927                 return false;
928         } else if (out_num)
929                 errx(1, "Output buffers in network recv queue?");
930
931         /* Read the packet from the device directly into the Guest's buffer. */
932         len = readv(dev->fd, iov, in_num);
933         if (len <= 0)
934                 err(1, "reading network");
935
936         /* Tell the Guest about the new packet. */
937         add_used_and_trigger(dev->vq, head, len);
938
939         verbose("tun input packet len %i [%02x %02x] (%s)\n", len,
940                 ((u8 *)iov[1].iov_base)[0], ((u8 *)iov[1].iov_base)[1],
941                 head != dev->vq->vring.num ? "sent" : "discarded");
942
943         /* All good. */
944         return true;
945 }
946
947 /*L:215 This is the callback attached to the network and console input
948  * virtqueues: it ensures we try again, in case we stopped console or net
949  * delivery because Guest didn't have any buffers. */
950 static void enable_fd(struct virtqueue *vq, bool timeout)
951 {
952         add_device_fd(vq->dev->fd);
953         /* Snap the Waker out of its select loop. */
954         write(waker_fds.pipe[1], "", 1);
955 }
956
957 static void net_enable_fd(struct virtqueue *vq, bool timeout)
958 {
959         /* We don't need to know again when Guest refills receive buffer. */
960         vq->vring.used->flags |= VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
961         enable_fd(vq, timeout);
962 }
963
964 /* When the Guest tells us they updated the status field, we handle it. */
965 static void update_device_status(struct device *dev)
966 {
967         struct virtqueue *vq;
968
969         /* This is a reset. */
970         if (dev->desc->status == 0) {
971                 verbose("Resetting device %s\n", dev->name);
972
973                 /* Clear any features they've acked. */
974                 memset(get_feature_bits(dev) + dev->feature_len, 0,
975                        dev->feature_len);
976
977                 /* Zero out the virtqueues. */
978                 for (vq = dev->vq; vq; vq = vq->next) {
979                         memset(vq->vring.desc, 0,
980                                vring_size(vq->config.num, LGUEST_VRING_ALIGN));
981                         lg_last_avail(vq) = 0;
982                 }
983         } else if (dev->desc->status & VIRTIO_CONFIG_S_FAILED) {
984                 warnx("Device %s configuration FAILED", dev->name);
985         } else if (dev->desc->status & VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER_OK) {
986                 unsigned int i;
987
988                 verbose("Device %s OK: offered", dev->name);
989                 for (i = 0; i < dev->feature_len; i++)
990                         verbose(" %02x", get_feature_bits(dev)[i]);
991                 verbose(", accepted");
992                 for (i = 0; i < dev->feature_len; i++)
993                         verbose(" %02x", get_feature_bits(dev)
994                                 [dev->feature_len+i]);
995
996                 if (dev->ready)
997                         dev->ready(dev);
998         }
999 }
1000
1001 /* This is the generic routine we call when the Guest uses LHCALL_NOTIFY. */
1002 static void handle_output(unsigned long addr)
1003 {
1004         struct device *i;
1005         struct virtqueue *vq;
1006
1007         /* Check each device and virtqueue. */
1008         for (i = devices.dev; i; i = i->next) {
1009                 /* Notifications to device descriptors update device status. */
1010                 if (from_guest_phys(addr) == i->desc) {
1011                         update_device_status(i);
1012                         return;
1013                 }
1014
1015                 /* Notifications to virtqueues mean output has occurred. */
1016                 for (vq = i->vq; vq; vq = vq->next) {
1017                         if (vq->config.pfn != addr/getpagesize())
1018                                 continue;
1019
1020                         /* Guest should acknowledge (and set features!)  before
1021                          * using the device. */
1022                         if (i->desc->status == 0) {
1023                                 warnx("%s gave early output", i->name);
1024                                 return;
1025                         }
1026
1027                         if (strcmp(vq->dev->name, "console") != 0)
1028                                 verbose("Output to %s\n", vq->dev->name);
1029                         if (vq->handle_output)
1030                                 vq->handle_output(vq, false);
1031                         return;
1032                 }
1033         }
1034
1035         /* Early console write is done using notify on a nul-terminated string
1036          * in Guest memory. */
1037         if (addr >= guest_limit)
1038                 errx(1, "Bad NOTIFY %#lx", addr);
1039
1040         write(STDOUT_FILENO, from_guest_phys(addr),
1041               strnlen(from_guest_phys(addr), guest_limit - addr));
1042 }
1043
1044 static void handle_timeout(void)
1045 {
1046         char buf[32];
1047         struct device *i;
1048         struct virtqueue *vq;
1049
1050         /* Clear the pipe */
1051         read(timeoutpipe[0], buf, sizeof(buf));
1052
1053         /* Check each device and virtqueue: flush blocked ones. */
1054         for (i = devices.dev; i; i = i->next) {
1055                 for (vq = i->vq; vq; vq = vq->next) {
1056                         if (!vq->blocked)
1057                                 continue;
1058
1059                         vq->vring.used->flags &= ~VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
1060                         vq->blocked = false;
1061                         if (vq->handle_output)
1062                                 vq->handle_output(vq, true);
1063                 }
1064         }
1065 }
1066
1067 /* This is called when the Waker wakes us up: check for incoming file
1068  * descriptors. */
1069 static void handle_input(void)
1070 {
1071         /* select() wants a zeroed timeval to mean "don't wait". */
1072         struct timeval poll = { .tv_sec = 0, .tv_usec = 0 };
1073
1074         for (;;) {
1075                 struct device *i;
1076                 fd_set fds = devices.infds;
1077                 int num;
1078
1079                 num = select(devices.max_infd+1, &fds, NULL, NULL, &poll);
1080                 /* Could get interrupted */
1081                 if (num < 0)
1082                         continue;
1083                 /* If nothing is ready, we're done. */
1084                 if (num == 0)
1085                         break;
1086
1087                 /* Otherwise, call the device(s) which have readable file
1088                  * descriptors and a method of handling them.  */
1089                 for (i = devices.dev; i; i = i->next) {
1090                         if (i->handle_input && FD_ISSET(i->fd, &fds)) {
1091                                 if (i->handle_input(i))
1092                                         continue;
1093
1094                                 /* If handle_input() returns false, it means we
1095                                  * should no longer service it.  Networking and
1096                                  * console do this when there's no input
1097                                  * buffers to deliver into.  Console also uses
1098                                  * it when it discovers that stdin is closed. */
1099                                 FD_CLR(i->fd, &devices.infds);
1100                         }
1101                 }
1102
1103                 /* Is this the timeout fd? */
1104                 if (FD_ISSET(timeoutpipe[0], &fds))
1105                         handle_timeout();
1106         }
1107 }
1108
1109 /*L:190
1110  * Device Setup
1111  *
1112  * All devices need a descriptor so the Guest knows it exists, and a "struct
1113  * device" so the Launcher can keep track of it.  We have common helper
1114  * routines to allocate and manage them.
1115  */
1116
1117 /* The layout of the device page is a "struct lguest_device_desc" followed by a
1118  * number of virtqueue descriptors, then two sets of feature bits, then an
1119  * array of configuration bytes.  This routine returns the configuration
1120  * pointer. */
1121 static u8 *device_config(const struct device *dev)
1122 {
1123         return (void *)(dev->desc + 1)
1124                 + dev->num_vq * sizeof(struct lguest_vqconfig)
1125                 + dev->feature_len * 2;
1126 }
1127
1128 /* This routine allocates a new "struct lguest_device_desc" from descriptor
1129  * table page just above the Guest's normal memory.  It returns a pointer to
1130  * that descriptor. */
1131 static struct lguest_device_desc *new_dev_desc(u16 type)
1132 {
1133         struct lguest_device_desc d = { .type = type };
1134         void *p;
1135
1136         /* Figure out where the next device config is, based on the last one. */
1137         if (devices.lastdev)
1138                 p = device_config(devices.lastdev)
1139                         + devices.lastdev->desc->config_len;
1140         else
1141                 p = devices.descpage;
1142
1143         /* We only have one page for all the descriptors. */
1144         if (p + sizeof(d) > (void *)devices.descpage + getpagesize())
1145                 errx(1, "Too many devices");
1146
1147         /* p might not be aligned, so we memcpy in. */
1148         return memcpy(p, &d, sizeof(d));
1149 }
1150
1151 /* Each device descriptor is followed by the description of its virtqueues.  We
1152  * specify how many descriptors the virtqueue is to have. */
1153 static void add_virtqueue(struct device *dev, unsigned int num_descs,
1154                           void (*handle_output)(struct virtqueue *, bool))
1155 {
1156         unsigned int pages;
1157         struct virtqueue **i, *vq = malloc(sizeof(*vq));
1158         void *p;
1159
1160         /* First we need some memory for this virtqueue. */
1161         pages = (vring_size(num_descs, LGUEST_VRING_ALIGN) + getpagesize() - 1)
1162                 / getpagesize();
1163         p = get_pages(pages);
1164
1165         /* Initialize the virtqueue */
1166         vq->next = NULL;
1167         vq->last_avail_idx = 0;
1168         vq->dev = dev;
1169         vq->blocked = false;
1170
1171         /* Initialize the configuration. */
1172         vq->config.num = num_descs;
1173         vq->config.irq = devices.next_irq++;
1174         vq->config.pfn = to_guest_phys(p) / getpagesize();
1175
1176         /* Initialize the vring. */
1177         vring_init(&vq->vring, num_descs, p, LGUEST_VRING_ALIGN);
1178
1179         /* Append virtqueue to this device's descriptor.  We use
1180          * device_config() to get the end of the device's current virtqueues;
1181          * we check that we haven't added any config or feature information
1182          * yet, otherwise we'd be overwriting them. */
1183         assert(dev->desc->config_len == 0 && dev->desc->feature_len == 0);
1184         memcpy(device_config(dev), &vq->config, sizeof(vq->config));
1185         dev->num_vq++;
1186         dev->desc->num_vq++;
1187
1188         verbose("Virtqueue page %#lx\n", to_guest_phys(p));
1189
1190         /* Add to tail of list, so dev->vq is first vq, dev->vq->next is
1191          * second.  */
1192         for (i = &dev->vq; *i; i = &(*i)->next);
1193         *i = vq;
1194
1195         /* Set the routine to call when the Guest does something to this
1196          * virtqueue. */
1197         vq->handle_output = handle_output;
1198
1199         /* As an optimization, set the advisory "Don't Notify Me" flag if we
1200          * don't have a handler */
1201         if (!handle_output)
1202                 vq->vring.used->flags = VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
1203 }
1204
1205 /* The first half of the feature bitmask is for us to advertise features.  The
1206  * second half is for the Guest to accept features. */
1207 static void add_feature(struct device *dev, unsigned bit)
1208 {
1209         u8 *features = get_feature_bits(dev);
1210
1211         /* We can't extend the feature bits once we've added config bytes */
1212         if (dev->desc->feature_len <= bit / CHAR_BIT) {
1213                 assert(dev->desc->config_len == 0);
1214                 dev->feature_len = dev->desc->feature_len = (bit/CHAR_BIT) + 1;
1215         }
1216
1217         features[bit / CHAR_BIT] |= (1 << (bit % CHAR_BIT));
1218 }
1219
1220 /* This routine sets the configuration fields for an existing device's
1221  * descriptor.  It only works for the last device, but that's OK because that's
1222  * how we use it. */
1223 static void set_config(struct device *dev, unsigned len, const void *conf)
1224 {
1225         /* Check we haven't overflowed our single page. */
1226         if (device_config(dev) + len > devices.descpage + getpagesize())
1227                 errx(1, "Too many devices");
1228
1229         /* Copy in the config information, and store the length. */
1230         memcpy(device_config(dev), conf, len);
1231         dev->desc->config_len = len;
1232 }
1233
1234 /* This routine does all the creation and setup of a new device, including
1235  * calling new_dev_desc() to allocate the descriptor and device memory.
1236  *
1237  * See what I mean about userspace being boring? */
1238 static struct device *new_device(const char *name, u16 type, int fd,
1239                                  bool (*handle_input)(struct device *))
1240 {
1241         struct device *dev = malloc(sizeof(*dev));
1242
1243         /* Now we populate the fields one at a time. */
1244         dev->fd = fd;
1245         /* If we have an input handler for this file descriptor, then we add it
1246          * to the device_list's fdset and maxfd. */
1247         if (handle_input)
1248                 add_device_fd(dev->fd);
1249         dev->desc = new_dev_desc(type);
1250         dev->handle_input = handle_input;
1251         dev->name = name;
1252         dev->vq = NULL;
1253         dev->ready = NULL;
1254         dev->feature_len = 0;
1255         dev->num_vq = 0;
1256
1257         /* Append to device list.  Prepending to a single-linked list is
1258          * easier, but the user expects the devices to be arranged on the bus
1259          * in command-line order.  The first network device on the command line
1260          * is eth0, the first block device /dev/vda, etc. */
1261         if (devices.lastdev)
1262                 devices.lastdev->next = dev;
1263         else
1264                 devices.dev = dev;
1265         devices.lastdev = dev;
1266
1267         return dev;
1268 }
1269
1270 /* Our first setup routine is the console.  It's a fairly simple device, but
1271  * UNIX tty handling makes it uglier than it could be. */
1272 static void setup_console(void)
1273 {
1274         struct device *dev;
1275
1276         /* If we can save the initial standard input settings... */
1277         if (tcgetattr(STDIN_FILENO, &orig_term) == 0) {
1278                 struct termios term = orig_term;
1279                 /* Then we turn off echo, line buffering and ^C etc.  We want a
1280                  * raw input stream to the Guest. */
1281                 term.c_lflag &= ~(ISIG|ICANON|ECHO);
1282                 tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &term);
1283                 /* If we exit gracefully, the original settings will be
1284                  * restored so the user can see what they're typing. */
1285                 atexit(restore_term);
1286         }
1287
1288         dev = new_device("console", VIRTIO_ID_CONSOLE,
1289                          STDIN_FILENO, handle_console_input);
1290         /* We store the console state in dev->priv, and initialize it. */
1291         dev->priv = malloc(sizeof(struct console_abort));
1292         ((struct console_abort *)dev->priv)->count = 0;
1293
1294         /* The console needs two virtqueues: the input then the output.  When
1295          * they put something the input queue, we make sure we're listening to
1296          * stdin.  When they put something in the output queue, we write it to
1297          * stdout. */
1298         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, enable_fd);
1299         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, handle_console_output);
1300
1301         verbose("device %u: console\n", devices.device_num++);
1302 }
1303 /*:*/
1304
1305 static void timeout_alarm(int sig)
1306 {
1307         write(timeoutpipe[1], "", 1);
1308 }
1309
1310 static void setup_timeout(void)
1311 {
1312         if (pipe(timeoutpipe) != 0)
1313                 err(1, "Creating timeout pipe");
1314
1315         if (fcntl(timeoutpipe[1], F_SETFL,
1316                   fcntl(timeoutpipe[1], F_GETFL) | O_NONBLOCK) != 0)
1317                 err(1, "Making timeout pipe nonblocking");
1318
1319         add_device_fd(timeoutpipe[0]);
1320         signal(SIGALRM, timeout_alarm);
1321 }
1322
1323 /*M:010 Inter-guest networking is an interesting area.  Simplest is to have a
1324  * --sharenet=<name> option which opens or creates a named pipe.  This can be
1325  * used to send packets to another guest in a 1:1 manner.
1326  *
1327  * More sopisticated is to use one of the tools developed for project like UML
1328  * to do networking.
1329  *
1330  * Faster is to do virtio bonding in kernel.  Doing this 1:1 would be
1331  * completely generic ("here's my vring, attach to your vring") and would work
1332  * for any traffic.  Of course, namespace and permissions issues need to be
1333  * dealt with.  A more sophisticated "multi-channel" virtio_net.c could hide
1334  * multiple inter-guest channels behind one interface, although it would
1335  * require some manner of hotplugging new virtio channels.
1336  *
1337  * Finally, we could implement a virtio network switch in the kernel. :*/
1338
1339 static u32 str2ip(const char *ipaddr)
1340 {
1341         unsigned int b[4];
1342
1343         if (sscanf(ipaddr, "%u.%u.%u.%u", &b[0], &b[1], &b[2], &b[3]) != 4)
1344                 errx(1, "Failed to parse IP address '%s'", ipaddr);
1345         return (b[0] << 24) | (b[1] << 16) | (b[2] << 8) | b[3];
1346 }
1347
1348 static void str2mac(const char *macaddr, unsigned char mac[6])
1349 {
1350         unsigned int m[6];
1351         if (sscanf(macaddr, "%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x",
1352                    &m[0], &m[1], &m[2], &m[3], &m[4], &m[5]) != 6)
1353                 errx(1, "Failed to parse mac address '%s'", macaddr);
1354         mac[0] = m[0];
1355         mac[1] = m[1];
1356         mac[2] = m[2];
1357         mac[3] = m[3];
1358         mac[4] = m[4];
1359         mac[5] = m[5];
1360 }
1361
1362 /* This code is "adapted" from libbridge: it attaches the Host end of the
1363  * network device to the bridge device specified by the command line.
1364  *
1365  * This is yet another James Morris contribution (I'm an IP-level guy, so I
1366  * dislike bridging), and I just try not to break it. */
1367 static void add_to_bridge(int fd, const char *if_name, const char *br_name)
1368 {
1369         int ifidx;
1370         struct ifreq ifr;
1371
1372         if (!*br_name)
1373                 errx(1, "must specify bridge name");
1374
1375         ifidx = if_nametoindex(if_name);
1376         if (!ifidx)
1377                 errx(1, "interface %s does not exist!", if_name);
1378
1379         strncpy(ifr.ifr_name, br_name, IFNAMSIZ);
1380         ifr.ifr_name[IFNAMSIZ-1] = '\0';
1381         ifr.ifr_ifindex = ifidx;
1382         if (ioctl(fd, SIOCBRADDIF, &ifr) < 0)
1383                 err(1, "can't add %s to bridge %s", if_name, br_name);
1384 }
1385
1386 /* This sets up the Host end of the network device with an IP address, brings
1387  * it up so packets will flow, the copies the MAC address into the hwaddr
1388  * pointer. */
1389 static void configure_device(int fd, const char *tapif, u32 ipaddr)
1390 {
1391         struct ifreq ifr;
1392         struct sockaddr_in *sin = (struct sockaddr_in *)&ifr.ifr_addr;
1393
1394         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
1395         strcpy(ifr.ifr_name, tapif);
1396
1397         /* Don't read these incantations.  Just cut & paste them like I did! */
1398         sin->sin_family = AF_INET;
1399         sin->sin_addr.s_addr = htonl(ipaddr);
1400         if (ioctl(fd, SIOCSIFADDR, &ifr) != 0)
1401                 err(1, "Setting %s interface address", tapif);
1402         ifr.ifr_flags = IFF_UP;
1403         if (ioctl(fd, SIOCSIFFLAGS, &ifr) != 0)
1404                 err(1, "Bringing interface %s up", tapif);
1405 }
1406
1407 static int get_tun_device(char tapif[IFNAMSIZ])
1408 {
1409         struct ifreq ifr;
1410         int netfd;
1411
1412         /* Start with this zeroed.  Messy but sure. */
1413         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
1414
1415         /* We open the /dev/net/tun device and tell it we want a tap device.  A
1416          * tap device is like a tun device, only somehow different.  To tell
1417          * the truth, I completely blundered my way through this code, but it
1418          * works now! */
1419         netfd = open_or_die("/dev/net/tun", O_RDWR);
1420         ifr.ifr_flags = IFF_TAP | IFF_NO_PI | IFF_VNET_HDR;
1421         strcpy(ifr.ifr_name, "tap%d");
1422         if (ioctl(netfd, TUNSETIFF, &ifr) != 0)
1423                 err(1, "configuring /dev/net/tun");
1424
1425         if (ioctl(netfd, TUNSETOFFLOAD,
1426                   TUN_F_CSUM|TUN_F_TSO4|TUN_F_TSO6|TUN_F_TSO_ECN) != 0)
1427                 err(1, "Could not set features for tun device");
1428
1429         /* We don't need checksums calculated for packets coming in this
1430          * device: trust us! */
1431         ioctl(netfd, TUNSETNOCSUM, 1);
1432
1433         memcpy(tapif, ifr.ifr_name, IFNAMSIZ);
1434         return netfd;
1435 }
1436
1437 /*L:195 Our network is a Host<->Guest network.  This can either use bridging or
1438  * routing, but the principle is the same: it uses the "tun" device to inject
1439  * packets into the Host as if they came in from a normal network card.  We
1440  * just shunt packets between the Guest and the tun device. */
1441 static void setup_tun_net(char *arg)
1442 {
1443         struct device *dev;
1444         int netfd, ipfd;
1445         u32 ip = INADDR_ANY;
1446         bool bridging = false;
1447         char tapif[IFNAMSIZ], *p;
1448         struct virtio_net_config conf;
1449
1450         netfd = get_tun_device(tapif);
1451
1452         /* First we create a new network device. */
1453         dev = new_device("net", VIRTIO_ID_NET, netfd, handle_tun_input);
1454
1455         /* Network devices need a receive and a send queue, just like
1456          * console. */
1457         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, net_enable_fd);
1458         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, handle_net_output);
1459
1460         /* We need a socket to perform the magic network ioctls to bring up the
1461          * tap interface, connect to the bridge etc.  Any socket will do! */
1462         ipfd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_IP);
1463         if (ipfd < 0)
1464                 err(1, "opening IP socket");
1465
1466         /* If the command line was --tunnet=bridge:<name> do bridging. */
1467         if (!strncmp(BRIDGE_PFX, arg, strlen(BRIDGE_PFX))) {
1468                 arg += strlen(BRIDGE_PFX);
1469                 bridging = true;
1470         }
1471
1472         /* A mac address may follow the bridge name or IP address */
1473         p = strchr(arg, ':');
1474         if (p) {
1475                 str2mac(p+1, conf.mac);
1476                 add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_MAC);
1477                 *p = '\0';
1478         }
1479
1480         /* arg is now either an IP address or a bridge name */
1481         if (bridging)
1482                 add_to_bridge(ipfd, tapif, arg);
1483         else
1484                 ip = str2ip(arg);
1485
1486         /* Set up the tun device. */
1487         configure_device(ipfd, tapif, ip);
1488
1489         add_feature(dev, VIRTIO_F_NOTIFY_ON_EMPTY);
1490         /* Expect Guest to handle everything except UFO */
1491         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_CSUM);
1492         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_CSUM);
1493         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO4);
1494         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO6);
1495         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_ECN);
1496         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_HOST_TSO4);
1497         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_HOST_TSO6);
1498         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_HOST_ECN);
1499         set_config(dev, sizeof(conf), &conf);
1500
1501         /* We don't need the socket any more; setup is done. */
1502         close(ipfd);
1503
1504         devices.device_num++;
1505
1506         if (bridging)
1507                 verbose("device %u: tun %s attached to bridge: %s\n",
1508                         devices.device_num, tapif, arg);
1509         else
1510                 verbose("device %u: tun %s: %s\n",
1511                         devices.device_num, tapif, arg);
1512 }
1513
1514 /* Our block (disk) device should be really simple: the Guest asks for a block
1515  * number and we read or write that position in the file.  Unfortunately, that
1516  * was amazingly slow: the Guest waits until the read is finished before
1517  * running anything else, even if it could have been doing useful work.
1518  *
1519  * We could use async I/O, except it's reputed to suck so hard that characters
1520  * actually go missing from your code when you try to use it.
1521  *
1522  * So we farm the I/O out to thread, and communicate with it via a pipe. */
1523
1524 /* This hangs off device->priv. */
1525 struct vblk_info
1526 {
1527         /* The size of the file. */
1528         off64_t len;
1529
1530         /* The file descriptor for the file. */
1531         int fd;
1532
1533         /* IO thread listens on this file descriptor [0]. */
1534         int workpipe[2];
1535
1536         /* IO thread writes to this file descriptor to mark it done, then
1537          * Launcher triggers interrupt to Guest. */
1538         int done_fd;
1539 };
1540
1541 /*L:210
1542  * The Disk
1543  *
1544  * Remember that the block device is handled by a separate I/O thread.  We head
1545  * straight into the core of that thread here:
1546  */
1547 static bool service_io(struct device *dev)
1548 {
1549         struct vblk_info *vblk = dev->priv;
1550         unsigned int head, out_num, in_num, wlen;
1551         int ret;
1552         u8 *in;
1553         struct virtio_blk_outhdr *out;
1554         struct iovec iov[dev->vq->vring.num];
1555         off64_t off;
1556
1557         /* See if there's a request waiting.  If not, nothing to do. */
1558         head = get_vq_desc(dev->vq, iov, &out_num, &in_num);
1559         if (head == dev->vq->vring.num)
1560                 return false;
1561
1562         /* Every block request should contain at least one output buffer
1563          * (detailing the location on disk and the type of request) and one
1564          * input buffer (to hold the result). */
1565         if (out_num == 0 || in_num == 0)
1566                 errx(1, "Bad virtblk cmd %u out=%u in=%u",
1567                      head, out_num, in_num);
1568
1569         out = convert(&iov[0], struct virtio_blk_outhdr);
1570         in = convert(&iov[out_num+in_num-1], u8);
1571         off = out->sector * 512;
1572
1573         /* The block device implements "barriers", where the Guest indicates
1574          * that it wants all previous writes to occur before this write.  We
1575          * don't have a way of asking our kernel to do a barrier, so we just
1576          * synchronize all the data in the file.  Pretty poor, no? */
1577         if (out->type & VIRTIO_BLK_T_BARRIER)
1578                 fdatasync(vblk->fd);
1579
1580         /* In general the virtio block driver is allowed to try SCSI commands.
1581          * It'd be nice if we supported eject, for example, but we don't. */
1582         if (out->type & VIRTIO_BLK_T_SCSI_CMD) {
1583                 fprintf(stderr, "Scsi commands unsupported\n");
1584                 *in = VIRTIO_BLK_S_UNSUPP;
1585                 wlen = sizeof(*in);
1586         } else if (out->type & VIRTIO_BLK_T_OUT) {
1587                 /* Write */
1588
1589                 /* Move to the right location in the block file.  This can fail
1590                  * if they try to write past end. */
1591                 if (lseek64(vblk->fd, off, SEEK_SET) != off)
1592                         err(1, "Bad seek to sector %llu", out->sector);
1593
1594                 ret = writev(vblk->fd, iov+1, out_num-1);
1595                 verbose("WRITE to sector %llu: %i\n", out->sector, ret);
1596
1597                 /* Grr... Now we know how long the descriptor they sent was, we
1598                  * make sure they didn't try to write over the end of the block
1599                  * file (possibly extending it). */
1600                 if (ret > 0 && off + ret > vblk->len) {
1601                         /* Trim it back to the correct length */
1602                         ftruncate64(vblk->fd, vblk->len);
1603                         /* Die, bad Guest, die. */
1604                         errx(1, "Write past end %llu+%u", off, ret);
1605                 }
1606                 wlen = sizeof(*in);
1607                 *in = (ret >= 0 ? VIRTIO_BLK_S_OK : VIRTIO_BLK_S_IOERR);
1608         } else {
1609                 /* Read */
1610
1611                 /* Move to the right location in the block file.  This can fail
1612                  * if they try to read past end. */
1613                 if (lseek64(vblk->fd, off, SEEK_SET) != off)
1614                         err(1, "Bad seek to sector %llu", out->sector);
1615
1616                 ret = readv(vblk->fd, iov+1, in_num-1);
1617                 verbose("READ from sector %llu: %i\n", out->sector, ret);
1618                 if (ret >= 0) {
1619                         wlen = sizeof(*in) + ret;
1620                         *in = VIRTIO_BLK_S_OK;
1621                 } else {
1622                         wlen = sizeof(*in);
1623                         *in = VIRTIO_BLK_S_IOERR;
1624                 }
1625         }
1626
1627         /* OK, so we noted that it was pretty poor to use an fdatasync as a
1628          * barrier.  But Christoph Hellwig points out that we need a sync
1629          * *afterwards* as well: "Barriers specify no reordering to the front
1630          * or the back."  And Jens Axboe confirmed it, so here we are: */
1631         if (out->type & VIRTIO_BLK_T_BARRIER)
1632                 fdatasync(vblk->fd);
1633
1634         /* We can't trigger an IRQ, because we're not the Launcher.  It does
1635          * that when we tell it we're done. */
1636         add_used(dev->vq, head, wlen);
1637         return true;
1638 }
1639
1640 /* This is the thread which actually services the I/O. */
1641 static int io_thread(void *_dev)
1642 {
1643         struct device *dev = _dev;
1644         struct vblk_info *vblk = dev->priv;
1645         char c;
1646
1647         /* Close other side of workpipe so we get 0 read when main dies. */
1648         close(vblk->workpipe[1]);
1649         /* Close the other side of the done_fd pipe. */
1650         close(dev->fd);
1651
1652         /* When this read fails, it means Launcher died, so we follow. */
1653         while (read(vblk->workpipe[0], &c, 1) == 1) {
1654                 /* We acknowledge each request immediately to reduce latency,
1655                  * rather than waiting until we've done them all.  I haven't
1656                  * measured to see if it makes any difference.
1657                  *
1658                  * That would be an interesting test, wouldn't it?  You could
1659                  * also try having more than one I/O thread. */
1660                 while (service_io(dev))
1661                         write(vblk->done_fd, &c, 1);
1662         }
1663         return 0;
1664 }
1665
1666 /* Now we've seen the I/O thread, we return to the Launcher to see what happens
1667  * when that thread tells us it's completed some I/O. */
1668 static bool handle_io_finish(struct device *dev)
1669 {
1670         char c;
1671
1672         /* If the I/O thread died, presumably it printed the error, so we
1673          * simply exit. */
1674         if (read(dev->fd, &c, 1) != 1)
1675                 exit(1);
1676
1677         /* It did some work, so trigger the irq. */
1678         trigger_irq(dev->vq);
1679         return true;
1680 }
1681
1682 /* When the Guest submits some I/O, we just need to wake the I/O thread. */
1683 static void handle_virtblk_output(struct virtqueue *vq, bool timeout)
1684 {
1685         struct vblk_info *vblk = vq->dev->priv;
1686         char c = 0;
1687
1688         /* Wake up I/O thread and tell it to go to work! */
1689         if (write(vblk->workpipe[1], &c, 1) != 1)
1690                 /* Presumably it indicated why it died. */
1691                 exit(1);
1692 }
1693
1694 /*L:198 This actually sets up a virtual block device. */
1695 static void setup_block_file(const char *filename)
1696 {
1697         int p[2];
1698         struct device *dev;
1699         struct vblk_info *vblk;
1700         void *stack;
1701         struct virtio_blk_config conf;
1702
1703         /* This is the pipe the I/O thread will use to tell us I/O is done. */
1704         pipe(p);
1705
1706         /* The device responds to return from I/O thread. */
1707         dev = new_device("block", VIRTIO_ID_BLOCK, p[0], handle_io_finish);
1708
1709         /* The device has one virtqueue, where the Guest places requests. */
1710         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, handle_virtblk_output);
1711
1712         /* Allocate the room for our own bookkeeping */
1713         vblk = dev->priv = malloc(sizeof(*vblk));
1714
1715         /* First we open the file and store the length. */
1716         vblk->fd = open_or_die(filename, O_RDWR|O_LARGEFILE);
1717         vblk->len = lseek64(vblk->fd, 0, SEEK_END);
1718
1719         /* We support barriers. */
1720         add_feature(dev, VIRTIO_BLK_F_BARRIER);
1721
1722         /* Tell Guest how many sectors this device has. */
1723         conf.capacity = cpu_to_le64(vblk->len / 512);
1724
1725         /* Tell Guest not to put in too many descriptors at once: two are used
1726          * for the in and out elements. */
1727         add_feature(dev, VIRTIO_BLK_F_SEG_MAX);
1728         conf.seg_max = cpu_to_le32(VIRTQUEUE_NUM - 2);
1729
1730         set_config(dev, sizeof(conf), &conf);
1731
1732         /* The I/O thread writes to this end of the pipe when done. */
1733         vblk->done_fd = p[1];
1734
1735         /* This is the second pipe, which is how we tell the I/O thread about
1736          * more work. */
1737         pipe(vblk->workpipe);
1738
1739         /* Create stack for thread and run it.  Since stack grows upwards, we
1740          * point the stack pointer to the end of this region. */
1741         stack = malloc(32768);
1742         /* SIGCHLD - We dont "wait" for our cloned thread, so prevent it from
1743          * becoming a zombie. */
1744         if (clone(io_thread, stack + 32768, CLONE_VM | SIGCHLD, dev) == -1)
1745                 err(1, "Creating clone");
1746
1747         /* We don't need to keep the I/O thread's end of the pipes open. */
1748         close(vblk->done_fd);
1749         close(vblk->workpipe[0]);
1750
1751         verbose("device %u: virtblock %llu sectors\n",
1752                 devices.device_num, le64_to_cpu(conf.capacity));
1753 }
1754
1755 /* Our random number generator device reads from /dev/random into the Guest's
1756  * input buffers.  The usual case is that the Guest doesn't want random numbers
1757  * and so has no buffers although /dev/random is still readable, whereas
1758  * console is the reverse.
1759  *
1760  * The same logic applies, however. */
1761 static bool handle_rng_input(struct device *dev)
1762 {
1763         int len;
1764         unsigned int head, in_num, out_num, totlen = 0;
1765         struct iovec iov[dev->vq->vring.num];
1766
1767         /* First we need a buffer from the Guests's virtqueue. */
1768         head = get_vq_desc(dev->vq, iov, &out_num, &in_num);
1769
1770         /* If they're not ready for input, stop listening to this file
1771          * descriptor.  We'll start again once they add an input buffer. */
1772         if (head == dev->vq->vring.num)
1773                 return false;
1774
1775         if (out_num)
1776                 errx(1, "Output buffers in rng?");
1777
1778         /* This is why we convert to iovecs: the readv() call uses them, and so
1779          * it reads straight into the Guest's buffer.  We loop to make sure we
1780          * fill it. */
1781         while (!iov_empty(iov, in_num)) {
1782                 len = readv(dev->fd, iov, in_num);
1783                 if (len <= 0)
1784                         err(1, "Read from /dev/random gave %i", len);
1785                 iov_consume(iov, in_num, len);
1786                 totlen += len;
1787         }
1788
1789         /* Tell the Guest about the new input. */
1790         add_used_and_trigger(dev->vq, head, totlen);
1791
1792         /* Everything went OK! */
1793         return true;
1794 }
1795
1796 /* And this creates a "hardware" random number device for the Guest. */
1797 static void setup_rng(void)
1798 {
1799         struct device *dev;
1800         int fd;
1801
1802         fd = open_or_die("/dev/random", O_RDONLY);
1803
1804         /* The device responds to return from I/O thread. */
1805         dev = new_device("rng", VIRTIO_ID_RNG, fd, handle_rng_input);
1806
1807         /* The device has one virtqueue, where the Guest places inbufs. */
1808         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, enable_fd);
1809
1810         verbose("device %u: rng\n", devices.device_num++);
1811 }
1812 /* That's the end of device setup. */
1813
1814 /*L:230 Reboot is pretty easy: clean up and exec() the Launcher afresh. */
1815 static void __attribute__((noreturn)) restart_guest(void)
1816 {
1817         unsigned int i;
1818
1819         /* Since we don't track all open fds, we simply close everything beyond
1820          * stderr. */
1821         for (i = 3; i < FD_SETSIZE; i++)
1822                 close(i);
1823
1824         /* The exec automatically gets rid of the I/O and Waker threads. */
1825         execv(main_args[0], main_args);
1826         err(1, "Could not exec %s", main_args[0]);
1827 }
1828
1829 /*L:220 Finally we reach the core of the Launcher which runs the Guest, serves
1830  * its input and output, and finally, lays it to rest. */
1831 static void __attribute__((noreturn)) run_guest(void)
1832 {
1833         for (;;) {
1834                 unsigned long args[] = { LHREQ_BREAK, 0 };
1835                 unsigned long notify_addr;
1836                 int readval;
1837
1838                 /* We read from the /dev/lguest device to run the Guest. */
1839                 readval = pread(lguest_fd, &notify_addr,
1840                                 sizeof(notify_addr), cpu_id);
1841
1842                 /* One unsigned long means the Guest did HCALL_NOTIFY */
1843                 if (readval == sizeof(notify_addr)) {
1844                         verbose("Notify on address %#lx\n", notify_addr);
1845                         handle_output(notify_addr);
1846                         continue;
1847                 /* ENOENT means the Guest died.  Reading tells us why. */
1848                 } else if (errno == ENOENT) {
1849                         char reason[1024] = { 0 };
1850                         pread(lguest_fd, reason, sizeof(reason)-1, cpu_id);
1851                         errx(1, "%s", reason);
1852                 /* ERESTART means that we need to reboot the guest */
1853                 } else if (errno == ERESTART) {
1854                         restart_guest();
1855                 /* EAGAIN means a signal (timeout).
1856                  * Anything else means a bug or incompatible change. */
1857                 } else if (errno != EAGAIN)
1858                         err(1, "Running guest failed");
1859
1860                 /* Only service input on thread for CPU 0. */
1861                 if (cpu_id != 0)
1862                         continue;
1863
1864                 /* Service input, then unset the BREAK to release the Waker. */
1865                 handle_input();
1866                 if (pwrite(lguest_fd, args, sizeof(args), cpu_id) < 0)
1867                         err(1, "Resetting break");
1868         }
1869 }
1870 /*L:240
1871  * This is the end of the Launcher.  The good news: we are over halfway
1872  * through!  The bad news: the most fiendish part of the code still lies ahead
1873  * of us.
1874  *
1875  * Are you ready?  Take a deep breath and join me in the core of the Host, in
1876  * "make Host".
1877  :*/
1878
1879 static struct option opts[] = {
1880         { "verbose", 0, NULL, 'v' },
1881         { "tunnet", 1, NULL, 't' },
1882         { "block", 1, NULL, 'b' },
1883         { "rng", 0, NULL, 'r' },
1884         { "initrd", 1, NULL, 'i' },
1885         { NULL },
1886 };
1887 static void usage(void)
1888 {
1889         errx(1, "Usage: lguest [--verbose] "
1890              "[--tunnet=(<ipaddr>:<macaddr>|bridge:<bridgename>:<macaddr>)\n"
1891              "|--block=<filename>|--initrd=<filename>]...\n"
1892              "<mem-in-mb> vmlinux [args...]");
1893 }
1894
1895 /*L:105 The main routine is where the real work begins: */
1896 int main(int argc, char *argv[])
1897 {
1898         /* Memory, top-level pagetable, code startpoint and size of the
1899          * (optional) initrd. */
1900         unsigned long mem = 0, start, initrd_size = 0;
1901         /* Two temporaries. */
1902         int i, c;
1903         /* The boot information for the Guest. */
1904         struct boot_params *boot;
1905         /* If they specify an initrd file to load. */
1906         const char *initrd_name = NULL;
1907
1908         /* Save the args: we "reboot" by execing ourselves again. */
1909         main_args = argv;
1910         /* We don't "wait" for the children, so prevent them from becoming
1911          * zombies. */
1912         signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
1913
1914         /* First we initialize the device list.  Since console and network
1915          * device receive input from a file descriptor, we keep an fdset
1916          * (infds) and the maximum fd number (max_infd) with the head of the
1917          * list.  We also keep a pointer to the last device.  Finally, we keep
1918          * the next interrupt number to use for devices (1: remember that 0 is
1919          * used by the timer). */
1920         FD_ZERO(&devices.infds);
1921         devices.max_infd = -1;
1922         devices.lastdev = NULL;
1923         devices.next_irq = 1;
1924
1925         cpu_id = 0;
1926         /* We need to know how much memory so we can set up the device
1927          * descriptor and memory pages for the devices as we parse the command
1928          * line.  So we quickly look through the arguments to find the amount
1929          * of memory now. */
1930         for (i = 1; i < argc; i++) {
1931                 if (argv[i][0] != '-') {
1932                         mem = atoi(argv[i]) * 1024 * 1024;
1933                         /* We start by mapping anonymous pages over all of
1934                          * guest-physical memory range.  This fills it with 0,
1935                          * and ensures that the Guest won't be killed when it
1936                          * tries to access it. */
1937                         guest_base = map_zeroed_pages(mem / getpagesize()
1938                                                       + DEVICE_PAGES);
1939                         guest_limit = mem;
1940                         guest_max = mem + DEVICE_PAGES*getpagesize();
1941                         devices.descpage = get_pages(1);
1942                         break;
1943                 }
1944         }
1945
1946         /* The options are fairly straight-forward */
1947         while ((c = getopt_long(argc, argv, "v", opts, NULL)) != EOF) {
1948                 switch (c) {
1949                 case 'v':
1950                         verbose = true;
1951                         break;
1952                 case 't':
1953                         setup_tun_net(optarg);
1954                         break;
1955                 case 'b':
1956                         setup_block_file(optarg);
1957                         break;
1958                 case 'r':
1959                         setup_rng();
1960                         break;
1961                 case 'i':
1962                         initrd_name = optarg;
1963                         break;
1964                 default:
1965                         warnx("Unknown argument %s", argv[optind]);
1966                         usage();
1967                 }
1968         }
1969         /* After the other arguments we expect memory and kernel image name,
1970          * followed by command line arguments for the kernel. */
1971         if (optind + 2 > argc)
1972                 usage();
1973
1974         verbose("Guest base is at %p\n", guest_base);
1975
1976         /* We always have a console device */
1977         setup_console();
1978
1979         /* We can timeout waiting for Guest network transmit. */
1980         setup_timeout();
1981
1982         /* Now we load the kernel */
1983         start = load_kernel(open_or_die(argv[optind+1], O_RDONLY));
1984
1985         /* Boot information is stashed at physical address 0 */
1986         boot = from_guest_phys(0);
1987
1988         /* Map the initrd image if requested (at top of physical memory) */
1989         if (initrd_name) {
1990                 initrd_size = load_initrd(initrd_name, mem);
1991                 /* These are the location in the Linux boot header where the
1992                  * start and size of the initrd are expected to be found. */
1993                 boot->hdr.ramdisk_image = mem - initrd_size;
1994                 boot->hdr.ramdisk_size = initrd_size;
1995                 /* The bootloader type 0xFF means "unknown"; that's OK. */
1996                 boot->hdr.type_of_loader = 0xFF;
1997         }
1998
1999         /* The Linux boot header contains an "E820" memory map: ours is a
2000          * simple, single region. */
2001         boot->e820_entries = 1;
2002         boot->e820_map[0] = ((struct e820entry) { 0, mem, E820_RAM });
2003         /* The boot header contains a command line pointer: we put the command
2004          * line after the boot header. */
2005         boot->hdr.cmd_line_ptr = to_guest_phys(boot + 1);
2006         /* We use a simple helper to copy the arguments separated by spaces. */
2007         concat((char *)(boot + 1), argv+optind+2);
2008
2009         /* Boot protocol version: 2.07 supports the fields for lguest. */
2010         boot->hdr.version = 0x207;
2011
2012         /* The hardware_subarch value of "1" tells the Guest it's an lguest. */
2013         boot->hdr.hardware_subarch = 1;
2014
2015         /* Tell the entry path not to try to reload segment registers. */
2016         boot->hdr.loadflags |= KEEP_SEGMENTS;
2017
2018         /* We tell the kernel to initialize the Guest: this returns the open
2019          * /dev/lguest file descriptor. */
2020         tell_kernel(start);
2021
2022         /* We clone off a thread, which wakes the Launcher whenever one of the
2023          * input file descriptors needs attention.  We call this the Waker, and
2024          * we'll cover it in a moment. */
2025         setup_waker();
2026
2027         /* Finally, run the Guest.  This doesn't return. */
2028         run_guest();
2029 }
2030 /*:*/
2031
2032 /*M:999
2033  * Mastery is done: you now know everything I do.
2034  *
2035  * But surely you have seen code, features and bugs in your wanderings which
2036  * you now yearn to attack?  That is the real game, and I look forward to you
2037  * patching and forking lguest into the Your-Name-Here-visor.
2038  *
2039  * Farewell, and good coding!
2040  * Rusty Russell.
2041  */