tools/lguest: fix features_accepted logic in example launcher.
[cascardo/linux.git] / tools / lguest / lguest.c
1 /*P:100
2  * This is the Launcher code, a simple program which lays out the "physical"
3  * memory for the new Guest by mapping the kernel image and the virtual
4  * devices, then opens /dev/lguest to tell the kernel about the Guest and
5  * control it.
6 :*/
7 #define _LARGEFILE64_SOURCE
8 #define _GNU_SOURCE
9 #include <stdio.h>
10 #include <string.h>
11 #include <unistd.h>
12 #include <err.h>
13 #include <stdint.h>
14 #include <stdlib.h>
15 #include <elf.h>
16 #include <sys/mman.h>
17 #include <sys/param.h>
18 #include <sys/types.h>
19 #include <sys/stat.h>
20 #include <sys/wait.h>
21 #include <sys/eventfd.h>
22 #include <fcntl.h>
23 #include <stdbool.h>
24 #include <errno.h>
25 #include <ctype.h>
26 #include <sys/socket.h>
27 #include <sys/ioctl.h>
28 #include <sys/time.h>
29 #include <time.h>
30 #include <netinet/in.h>
31 #include <net/if.h>
32 #include <linux/sockios.h>
33 #include <linux/if_tun.h>
34 #include <sys/uio.h>
35 #include <termios.h>
36 #include <getopt.h>
37 #include <assert.h>
38 #include <sched.h>
39 #include <limits.h>
40 #include <stddef.h>
41 #include <signal.h>
42 #include <pwd.h>
43 #include <grp.h>
44 #include <sys/user.h>
45 #include <linux/pci_regs.h>
46
47 #ifndef VIRTIO_F_ANY_LAYOUT
48 #define VIRTIO_F_ANY_LAYOUT             27
49 #endif
50
51 /*L:110
52  * We can ignore the 43 include files we need for this program, but I do want
53  * to draw attention to the use of kernel-style types.
54  *
55  * As Linus said, "C is a Spartan language, and so should your naming be."  I
56  * like these abbreviations, so we define them here.  Note that u64 is always
57  * unsigned long long, which works on all Linux systems: this means that we can
58  * use %llu in printf for any u64.
59  */
60 typedef unsigned long long u64;
61 typedef uint32_t u32;
62 typedef uint16_t u16;
63 typedef uint8_t u8;
64 /*:*/
65
66 #define VIRTIO_CONFIG_NO_LEGACY
67 #define VIRTIO_PCI_NO_LEGACY
68 #define VIRTIO_BLK_NO_LEGACY
69
70 /* Use in-kernel ones, which defines VIRTIO_F_VERSION_1 */
71 #include "../../include/uapi/linux/virtio_config.h"
72 #include "../../include/uapi/linux/virtio_net.h"
73 #include "../../include/uapi/linux/virtio_blk.h"
74 #include "../../include/uapi/linux/virtio_console.h"
75 #include "../../include/uapi/linux/virtio_rng.h"
76 #include <linux/virtio_ring.h>
77 #include "../../include/uapi/linux/virtio_pci.h"
78 #include <asm/bootparam.h>
79 #include "../../include/linux/lguest_launcher.h"
80
81 #define BRIDGE_PFX "bridge:"
82 #ifndef SIOCBRADDIF
83 #define SIOCBRADDIF     0x89a2          /* add interface to bridge      */
84 #endif
85 /* We can have up to 256 pages for devices. */
86 #define DEVICE_PAGES 256
87 /* This will occupy 3 pages: it must be a power of 2. */
88 #define VIRTQUEUE_NUM 256
89
90 /*L:120
91  * verbose is both a global flag and a macro.  The C preprocessor allows
92  * this, and although I wouldn't recommend it, it works quite nicely here.
93  */
94 static bool verbose;
95 #define verbose(args...) \
96         do { if (verbose) printf(args); } while(0)
97 /*:*/
98
99 /* The pointer to the start of guest memory. */
100 static void *guest_base;
101 /* The maximum guest physical address allowed, and maximum possible. */
102 static unsigned long guest_limit, guest_max, guest_mmio;
103 /* The /dev/lguest file descriptor. */
104 static int lguest_fd;
105
106 /* a per-cpu variable indicating whose vcpu is currently running */
107 static unsigned int __thread cpu_id;
108
109 /* 5 bit device number in the PCI_CONFIG_ADDR => 32 only */
110 #define MAX_PCI_DEVICES 32
111
112 /* This is our list of devices. */
113 struct device_list {
114         /* Counter to assign interrupt numbers. */
115         unsigned int next_irq;
116
117         /* Counter to print out convenient device numbers. */
118         unsigned int device_num;
119
120         /* PCI devices. */
121         struct device *pci[MAX_PCI_DEVICES];
122 };
123
124 /* The list of Guest devices, based on command line arguments. */
125 static struct device_list devices;
126
127 struct virtio_pci_cfg_cap {
128         struct virtio_pci_cap cap;
129         u32 window; /* Data for BAR access. */
130 };
131
132 struct virtio_pci_mmio {
133         struct virtio_pci_common_cfg cfg;
134         u16 notify;
135         u8 isr;
136         u8 padding;
137         /* Device-specific configuration follows this. */
138 };
139
140 /* This is the layout (little-endian) of the PCI config space. */
141 struct pci_config {
142         u16 vendor_id, device_id;
143         u16 command, status;
144         u8 revid, prog_if, subclass, class;
145         u8 cacheline_size, lat_timer, header_type, bist;
146         u32 bar[6];
147         u32 cardbus_cis_ptr;
148         u16 subsystem_vendor_id, subsystem_device_id;
149         u32 expansion_rom_addr;
150         u8 capabilities, reserved1[3];
151         u32 reserved2;
152         u8 irq_line, irq_pin, min_grant, max_latency;
153
154         /* Now, this is the linked capability list. */
155         struct virtio_pci_cap common;
156         struct virtio_pci_notify_cap notify;
157         struct virtio_pci_cap isr;
158         struct virtio_pci_cap device;
159         struct virtio_pci_cfg_cap cfg_access;
160 };
161
162 /* The device structure describes a single device. */
163 struct device {
164         /* The name of this device, for --verbose. */
165         const char *name;
166
167         /* Any queues attached to this device */
168         struct virtqueue *vq;
169
170         /* Is it operational */
171         bool running;
172
173         /* PCI configuration */
174         union {
175                 struct pci_config config;
176                 u32 config_words[sizeof(struct pci_config) / sizeof(u32)];
177         };
178
179         /* Features we offer, and those accepted. */
180         u64 features, features_accepted;
181
182         /* Device-specific config hangs off the end of this. */
183         struct virtio_pci_mmio *mmio;
184
185         /* PCI MMIO resources (all in BAR0) */
186         size_t mmio_size;
187         u32 mmio_addr;
188
189         /* Device-specific data. */
190         void *priv;
191 };
192
193 /* The virtqueue structure describes a queue attached to a device. */
194 struct virtqueue {
195         struct virtqueue *next;
196
197         /* Which device owns me. */
198         struct device *dev;
199
200         /* The actual ring of buffers. */
201         struct vring vring;
202
203         /* The information about this virtqueue (we only use queue_size on) */
204         struct virtio_pci_common_cfg pci_config;
205
206         /* Last available index we saw. */
207         u16 last_avail_idx;
208
209         /* How many are used since we sent last irq? */
210         unsigned int pending_used;
211
212         /* Eventfd where Guest notifications arrive. */
213         int eventfd;
214
215         /* Function for the thread which is servicing this virtqueue. */
216         void (*service)(struct virtqueue *vq);
217         pid_t thread;
218 };
219
220 /* Remember the arguments to the program so we can "reboot" */
221 static char **main_args;
222
223 /* The original tty settings to restore on exit. */
224 static struct termios orig_term;
225
226 /*
227  * We have to be careful with barriers: our devices are all run in separate
228  * threads and so we need to make sure that changes visible to the Guest happen
229  * in precise order.
230  */
231 #define wmb() __asm__ __volatile__("" : : : "memory")
232 #define rmb() __asm__ __volatile__("lock; addl $0,0(%%esp)" : : : "memory")
233 #define mb() __asm__ __volatile__("lock; addl $0,0(%%esp)" : : : "memory")
234
235 /* Wrapper for the last available index.  Makes it easier to change. */
236 #define lg_last_avail(vq)       ((vq)->last_avail_idx)
237
238 /*
239  * The virtio configuration space is defined to be little-endian.  x86 is
240  * little-endian too, but it's nice to be explicit so we have these helpers.
241  */
242 #define cpu_to_le16(v16) (v16)
243 #define cpu_to_le32(v32) (v32)
244 #define cpu_to_le64(v64) (v64)
245 #define le16_to_cpu(v16) (v16)
246 #define le32_to_cpu(v32) (v32)
247 #define le64_to_cpu(v64) (v64)
248
249 /* Is this iovec empty? */
250 static bool iov_empty(const struct iovec iov[], unsigned int num_iov)
251 {
252         unsigned int i;
253
254         for (i = 0; i < num_iov; i++)
255                 if (iov[i].iov_len)
256                         return false;
257         return true;
258 }
259
260 /* Take len bytes from the front of this iovec. */
261 static void iov_consume(struct iovec iov[], unsigned num_iov,
262                         void *dest, unsigned len)
263 {
264         unsigned int i;
265
266         for (i = 0; i < num_iov; i++) {
267                 unsigned int used;
268
269                 used = iov[i].iov_len < len ? iov[i].iov_len : len;
270                 if (dest) {
271                         memcpy(dest, iov[i].iov_base, used);
272                         dest += used;
273                 }
274                 iov[i].iov_base += used;
275                 iov[i].iov_len -= used;
276                 len -= used;
277         }
278         if (len != 0)
279                 errx(1, "iovec too short!");
280 }
281
282 /*L:100
283  * The Launcher code itself takes us out into userspace, that scary place where
284  * pointers run wild and free!  Unfortunately, like most userspace programs,
285  * it's quite boring (which is why everyone likes to hack on the kernel!).
286  * Perhaps if you make up an Lguest Drinking Game at this point, it will get
287  * you through this section.  Or, maybe not.
288  *
289  * The Launcher sets up a big chunk of memory to be the Guest's "physical"
290  * memory and stores it in "guest_base".  In other words, Guest physical ==
291  * Launcher virtual with an offset.
292  *
293  * This can be tough to get your head around, but usually it just means that we
294  * use these trivial conversion functions when the Guest gives us its
295  * "physical" addresses:
296  */
297 static void *from_guest_phys(unsigned long addr)
298 {
299         return guest_base + addr;
300 }
301
302 static unsigned long to_guest_phys(const void *addr)
303 {
304         return (addr - guest_base);
305 }
306
307 /*L:130
308  * Loading the Kernel.
309  *
310  * We start with couple of simple helper routines.  open_or_die() avoids
311  * error-checking code cluttering the callers:
312  */
313 static int open_or_die(const char *name, int flags)
314 {
315         int fd = open(name, flags);
316         if (fd < 0)
317                 err(1, "Failed to open %s", name);
318         return fd;
319 }
320
321 /* map_zeroed_pages() takes a number of pages. */
322 static void *map_zeroed_pages(unsigned int num)
323 {
324         int fd = open_or_die("/dev/zero", O_RDONLY);
325         void *addr;
326
327         /*
328          * We use a private mapping (ie. if we write to the page, it will be
329          * copied). We allocate an extra two pages PROT_NONE to act as guard
330          * pages against read/write attempts that exceed allocated space.
331          */
332         addr = mmap(NULL, getpagesize() * (num+2),
333                     PROT_NONE, MAP_PRIVATE, fd, 0);
334
335         if (addr == MAP_FAILED)
336                 err(1, "Mmapping %u pages of /dev/zero", num);
337
338         if (mprotect(addr + getpagesize(), getpagesize() * num,
339                      PROT_READ|PROT_WRITE) == -1)
340                 err(1, "mprotect rw %u pages failed", num);
341
342         /*
343          * One neat mmap feature is that you can close the fd, and it
344          * stays mapped.
345          */
346         close(fd);
347
348         /* Return address after PROT_NONE page */
349         return addr + getpagesize();
350 }
351
352 /* Get some bytes which won't be mapped into the guest. */
353 static unsigned long get_mmio_region(size_t size)
354 {
355         unsigned long addr = guest_mmio;
356         size_t i;
357
358         if (!size)
359                 return addr;
360
361         /* Size has to be a power of 2 (and multiple of 16) */
362         for (i = 1; i < size; i <<= 1);
363
364         guest_mmio += i;
365
366         return addr;
367 }
368
369 /*
370  * This routine is used to load the kernel or initrd.  It tries mmap, but if
371  * that fails (Plan 9's kernel file isn't nicely aligned on page boundaries),
372  * it falls back to reading the memory in.
373  */
374 static void map_at(int fd, void *addr, unsigned long offset, unsigned long len)
375 {
376         ssize_t r;
377
378         /*
379          * We map writable even though for some segments are marked read-only.
380          * The kernel really wants to be writable: it patches its own
381          * instructions.
382          *
383          * MAP_PRIVATE means that the page won't be copied until a write is
384          * done to it.  This allows us to share untouched memory between
385          * Guests.
386          */
387         if (mmap(addr, len, PROT_READ|PROT_WRITE,
388                  MAP_FIXED|MAP_PRIVATE, fd, offset) != MAP_FAILED)
389                 return;
390
391         /* pread does a seek and a read in one shot: saves a few lines. */
392         r = pread(fd, addr, len, offset);
393         if (r != len)
394                 err(1, "Reading offset %lu len %lu gave %zi", offset, len, r);
395 }
396
397 /*
398  * This routine takes an open vmlinux image, which is in ELF, and maps it into
399  * the Guest memory.  ELF = Embedded Linking Format, which is the format used
400  * by all modern binaries on Linux including the kernel.
401  *
402  * The ELF headers give *two* addresses: a physical address, and a virtual
403  * address.  We use the physical address; the Guest will map itself to the
404  * virtual address.
405  *
406  * We return the starting address.
407  */
408 static unsigned long map_elf(int elf_fd, const Elf32_Ehdr *ehdr)
409 {
410         Elf32_Phdr phdr[ehdr->e_phnum];
411         unsigned int i;
412
413         /*
414          * Sanity checks on the main ELF header: an x86 executable with a
415          * reasonable number of correctly-sized program headers.
416          */
417         if (ehdr->e_type != ET_EXEC
418             || ehdr->e_machine != EM_386
419             || ehdr->e_phentsize != sizeof(Elf32_Phdr)
420             || ehdr->e_phnum < 1 || ehdr->e_phnum > 65536U/sizeof(Elf32_Phdr))
421                 errx(1, "Malformed elf header");
422
423         /*
424          * An ELF executable contains an ELF header and a number of "program"
425          * headers which indicate which parts ("segments") of the program to
426          * load where.
427          */
428
429         /* We read in all the program headers at once: */
430         if (lseek(elf_fd, ehdr->e_phoff, SEEK_SET) < 0)
431                 err(1, "Seeking to program headers");
432         if (read(elf_fd, phdr, sizeof(phdr)) != sizeof(phdr))
433                 err(1, "Reading program headers");
434
435         /*
436          * Try all the headers: there are usually only three.  A read-only one,
437          * a read-write one, and a "note" section which we don't load.
438          */
439         for (i = 0; i < ehdr->e_phnum; i++) {
440                 /* If this isn't a loadable segment, we ignore it */
441                 if (phdr[i].p_type != PT_LOAD)
442                         continue;
443
444                 verbose("Section %i: size %i addr %p\n",
445                         i, phdr[i].p_memsz, (void *)phdr[i].p_paddr);
446
447                 /* We map this section of the file at its physical address. */
448                 map_at(elf_fd, from_guest_phys(phdr[i].p_paddr),
449                        phdr[i].p_offset, phdr[i].p_filesz);
450         }
451
452         /* The entry point is given in the ELF header. */
453         return ehdr->e_entry;
454 }
455
456 /*L:150
457  * A bzImage, unlike an ELF file, is not meant to be loaded.  You're supposed
458  * to jump into it and it will unpack itself.  We used to have to perform some
459  * hairy magic because the unpacking code scared me.
460  *
461  * Fortunately, Jeremy Fitzhardinge convinced me it wasn't that hard and wrote
462  * a small patch to jump over the tricky bits in the Guest, so now we just read
463  * the funky header so we know where in the file to load, and away we go!
464  */
465 static unsigned long load_bzimage(int fd)
466 {
467         struct boot_params boot;
468         int r;
469         /* Modern bzImages get loaded at 1M. */
470         void *p = from_guest_phys(0x100000);
471
472         /*
473          * Go back to the start of the file and read the header.  It should be
474          * a Linux boot header (see Documentation/x86/boot.txt)
475          */
476         lseek(fd, 0, SEEK_SET);
477         read(fd, &boot, sizeof(boot));
478
479         /* Inside the setup_hdr, we expect the magic "HdrS" */
480         if (memcmp(&boot.hdr.header, "HdrS", 4) != 0)
481                 errx(1, "This doesn't look like a bzImage to me");
482
483         /* Skip over the extra sectors of the header. */
484         lseek(fd, (boot.hdr.setup_sects+1) * 512, SEEK_SET);
485
486         /* Now read everything into memory. in nice big chunks. */
487         while ((r = read(fd, p, 65536)) > 0)
488                 p += r;
489
490         /* Finally, code32_start tells us where to enter the kernel. */
491         return boot.hdr.code32_start;
492 }
493
494 /*L:140
495  * Loading the kernel is easy when it's a "vmlinux", but most kernels
496  * come wrapped up in the self-decompressing "bzImage" format.  With a little
497  * work, we can load those, too.
498  */
499 static unsigned long load_kernel(int fd)
500 {
501         Elf32_Ehdr hdr;
502
503         /* Read in the first few bytes. */
504         if (read(fd, &hdr, sizeof(hdr)) != sizeof(hdr))
505                 err(1, "Reading kernel");
506
507         /* If it's an ELF file, it starts with "\177ELF" */
508         if (memcmp(hdr.e_ident, ELFMAG, SELFMAG) == 0)
509                 return map_elf(fd, &hdr);
510
511         /* Otherwise we assume it's a bzImage, and try to load it. */
512         return load_bzimage(fd);
513 }
514
515 /*
516  * This is a trivial little helper to align pages.  Andi Kleen hated it because
517  * it calls getpagesize() twice: "it's dumb code."
518  *
519  * Kernel guys get really het up about optimization, even when it's not
520  * necessary.  I leave this code as a reaction against that.
521  */
522 static inline unsigned long page_align(unsigned long addr)
523 {
524         /* Add upwards and truncate downwards. */
525         return ((addr + getpagesize()-1) & ~(getpagesize()-1));
526 }
527
528 /*L:180
529  * An "initial ram disk" is a disk image loaded into memory along with the
530  * kernel which the kernel can use to boot from without needing any drivers.
531  * Most distributions now use this as standard: the initrd contains the code to
532  * load the appropriate driver modules for the current machine.
533  *
534  * Importantly, James Morris works for RedHat, and Fedora uses initrds for its
535  * kernels.  He sent me this (and tells me when I break it).
536  */
537 static unsigned long load_initrd(const char *name, unsigned long mem)
538 {
539         int ifd;
540         struct stat st;
541         unsigned long len;
542
543         ifd = open_or_die(name, O_RDONLY);
544         /* fstat() is needed to get the file size. */
545         if (fstat(ifd, &st) < 0)
546                 err(1, "fstat() on initrd '%s'", name);
547
548         /*
549          * We map the initrd at the top of memory, but mmap wants it to be
550          * page-aligned, so we round the size up for that.
551          */
552         len = page_align(st.st_size);
553         map_at(ifd, from_guest_phys(mem - len), 0, st.st_size);
554         /*
555          * Once a file is mapped, you can close the file descriptor.  It's a
556          * little odd, but quite useful.
557          */
558         close(ifd);
559         verbose("mapped initrd %s size=%lu @ %p\n", name, len, (void*)mem-len);
560
561         /* We return the initrd size. */
562         return len;
563 }
564 /*:*/
565
566 /*
567  * Simple routine to roll all the commandline arguments together with spaces
568  * between them.
569  */
570 static void concat(char *dst, char *args[])
571 {
572         unsigned int i, len = 0;
573
574         for (i = 0; args[i]; i++) {
575                 if (i) {
576                         strcat(dst+len, " ");
577                         len++;
578                 }
579                 strcpy(dst+len, args[i]);
580                 len += strlen(args[i]);
581         }
582         /* In case it's empty. */
583         dst[len] = '\0';
584 }
585
586 /*L:185
587  * This is where we actually tell the kernel to initialize the Guest.  We
588  * saw the arguments it expects when we looked at initialize() in lguest_user.c:
589  * the base of Guest "physical" memory, the top physical page to allow and the
590  * entry point for the Guest.
591  */
592 static void tell_kernel(unsigned long start)
593 {
594         unsigned long args[] = { LHREQ_INITIALIZE,
595                                  (unsigned long)guest_base,
596                                  guest_limit / getpagesize(), start,
597                                  (guest_mmio+getpagesize()-1) / getpagesize() };
598         verbose("Guest: %p - %p (%#lx, MMIO %#lx)\n",
599                 guest_base, guest_base + guest_limit,
600                 guest_limit, guest_mmio);
601         lguest_fd = open_or_die("/dev/lguest", O_RDWR);
602         if (write(lguest_fd, args, sizeof(args)) < 0)
603                 err(1, "Writing to /dev/lguest");
604 }
605 /*:*/
606
607 /*L:200
608  * Device Handling.
609  *
610  * When the Guest gives us a buffer, it sends an array of addresses and sizes.
611  * We need to make sure it's not trying to reach into the Launcher itself, so
612  * we have a convenient routine which checks it and exits with an error message
613  * if something funny is going on:
614  */
615 static void *_check_pointer(unsigned long addr, unsigned int size,
616                             unsigned int line)
617 {
618         /*
619          * Check if the requested address and size exceeds the allocated memory,
620          * or addr + size wraps around.
621          */
622         if ((addr + size) > guest_limit || (addr + size) < addr)
623                 errx(1, "%s:%i: Invalid address %#lx", __FILE__, line, addr);
624         /*
625          * We return a pointer for the caller's convenience, now we know it's
626          * safe to use.
627          */
628         return from_guest_phys(addr);
629 }
630 /* A macro which transparently hands the line number to the real function. */
631 #define check_pointer(addr,size) _check_pointer(addr, size, __LINE__)
632
633 /*
634  * Each buffer in the virtqueues is actually a chain of descriptors.  This
635  * function returns the next descriptor in the chain, or vq->vring.num if we're
636  * at the end.
637  */
638 static unsigned next_desc(struct vring_desc *desc,
639                           unsigned int i, unsigned int max)
640 {
641         unsigned int next;
642
643         /* If this descriptor says it doesn't chain, we're done. */
644         if (!(desc[i].flags & VRING_DESC_F_NEXT))
645                 return max;
646
647         /* Check they're not leading us off end of descriptors. */
648         next = desc[i].next;
649         /* Make sure compiler knows to grab that: we don't want it changing! */
650         wmb();
651
652         if (next >= max)
653                 errx(1, "Desc next is %u", next);
654
655         return next;
656 }
657
658 /*
659  * This actually sends the interrupt for this virtqueue, if we've used a
660  * buffer.
661  */
662 static void trigger_irq(struct virtqueue *vq)
663 {
664         unsigned long buf[] = { LHREQ_IRQ, vq->dev->config.irq_line };
665
666         /* Don't inform them if nothing used. */
667         if (!vq->pending_used)
668                 return;
669         vq->pending_used = 0;
670
671         /* If they don't want an interrupt, don't send one... */
672         if (vq->vring.avail->flags & VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT) {
673                 return;
674         }
675
676         /* Set isr to 1 (queue interrupt pending) */
677         vq->dev->mmio->isr = 0x1;
678
679         /* Send the Guest an interrupt tell them we used something up. */
680         if (write(lguest_fd, buf, sizeof(buf)) != 0)
681                 err(1, "Triggering irq %i", vq->dev->config.irq_line);
682 }
683
684 /*
685  * This looks in the virtqueue for the first available buffer, and converts
686  * it to an iovec for convenient access.  Since descriptors consist of some
687  * number of output then some number of input descriptors, it's actually two
688  * iovecs, but we pack them into one and note how many of each there were.
689  *
690  * This function waits if necessary, and returns the descriptor number found.
691  */
692 static unsigned wait_for_vq_desc(struct virtqueue *vq,
693                                  struct iovec iov[],
694                                  unsigned int *out_num, unsigned int *in_num)
695 {
696         unsigned int i, head, max;
697         struct vring_desc *desc;
698         u16 last_avail = lg_last_avail(vq);
699
700         /* There's nothing available? */
701         while (last_avail == vq->vring.avail->idx) {
702                 u64 event;
703
704                 /*
705                  * Since we're about to sleep, now is a good time to tell the
706                  * Guest about what we've used up to now.
707                  */
708                 trigger_irq(vq);
709
710                 /* OK, now we need to know about added descriptors. */
711                 vq->vring.used->flags &= ~VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
712
713                 /*
714                  * They could have slipped one in as we were doing that: make
715                  * sure it's written, then check again.
716                  */
717                 mb();
718                 if (last_avail != vq->vring.avail->idx) {
719                         vq->vring.used->flags |= VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
720                         break;
721                 }
722
723                 /* Nothing new?  Wait for eventfd to tell us they refilled. */
724                 if (read(vq->eventfd, &event, sizeof(event)) != sizeof(event))
725                         errx(1, "Event read failed?");
726
727                 /* We don't need to be notified again. */
728                 vq->vring.used->flags |= VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
729         }
730
731         /* Check it isn't doing very strange things with descriptor numbers. */
732         if ((u16)(vq->vring.avail->idx - last_avail) > vq->vring.num)
733                 errx(1, "Guest moved used index from %u to %u",
734                      last_avail, vq->vring.avail->idx);
735
736         /* 
737          * Make sure we read the descriptor number *after* we read the ring
738          * update; don't let the cpu or compiler change the order.
739          */
740         rmb();
741
742         /*
743          * Grab the next descriptor number they're advertising, and increment
744          * the index we've seen.
745          */
746         head = vq->vring.avail->ring[last_avail % vq->vring.num];
747         lg_last_avail(vq)++;
748
749         /* If their number is silly, that's a fatal mistake. */
750         if (head >= vq->vring.num)
751                 errx(1, "Guest says index %u is available", head);
752
753         /* When we start there are none of either input nor output. */
754         *out_num = *in_num = 0;
755
756         max = vq->vring.num;
757         desc = vq->vring.desc;
758         i = head;
759
760         /*
761          * We have to read the descriptor after we read the descriptor number,
762          * but there's a data dependency there so the CPU shouldn't reorder
763          * that: no rmb() required.
764          */
765
766         /*
767          * If this is an indirect entry, then this buffer contains a descriptor
768          * table which we handle as if it's any normal descriptor chain.
769          */
770         if (desc[i].flags & VRING_DESC_F_INDIRECT) {
771                 if (desc[i].len % sizeof(struct vring_desc))
772                         errx(1, "Invalid size for indirect buffer table");
773
774                 max = desc[i].len / sizeof(struct vring_desc);
775                 desc = check_pointer(desc[i].addr, desc[i].len);
776                 i = 0;
777         }
778
779         do {
780                 /* Grab the first descriptor, and check it's OK. */
781                 iov[*out_num + *in_num].iov_len = desc[i].len;
782                 iov[*out_num + *in_num].iov_base
783                         = check_pointer(desc[i].addr, desc[i].len);
784                 /* If this is an input descriptor, increment that count. */
785                 if (desc[i].flags & VRING_DESC_F_WRITE)
786                         (*in_num)++;
787                 else {
788                         /*
789                          * If it's an output descriptor, they're all supposed
790                          * to come before any input descriptors.
791                          */
792                         if (*in_num)
793                                 errx(1, "Descriptor has out after in");
794                         (*out_num)++;
795                 }
796
797                 /* If we've got too many, that implies a descriptor loop. */
798                 if (*out_num + *in_num > max)
799                         errx(1, "Looped descriptor");
800         } while ((i = next_desc(desc, i, max)) != max);
801
802         return head;
803 }
804
805 /*
806  * After we've used one of their buffers, we tell the Guest about it.  Sometime
807  * later we'll want to send them an interrupt using trigger_irq(); note that
808  * wait_for_vq_desc() does that for us if it has to wait.
809  */
810 static void add_used(struct virtqueue *vq, unsigned int head, int len)
811 {
812         struct vring_used_elem *used;
813
814         /*
815          * The virtqueue contains a ring of used buffers.  Get a pointer to the
816          * next entry in that used ring.
817          */
818         used = &vq->vring.used->ring[vq->vring.used->idx % vq->vring.num];
819         used->id = head;
820         used->len = len;
821         /* Make sure buffer is written before we update index. */
822         wmb();
823         vq->vring.used->idx++;
824         vq->pending_used++;
825 }
826
827 /* And here's the combo meal deal.  Supersize me! */
828 static void add_used_and_trigger(struct virtqueue *vq, unsigned head, int len)
829 {
830         add_used(vq, head, len);
831         trigger_irq(vq);
832 }
833
834 /*
835  * The Console
836  *
837  * We associate some data with the console for our exit hack.
838  */
839 struct console_abort {
840         /* How many times have they hit ^C? */
841         int count;
842         /* When did they start? */
843         struct timeval start;
844 };
845
846 /* This is the routine which handles console input (ie. stdin). */
847 static void console_input(struct virtqueue *vq)
848 {
849         int len;
850         unsigned int head, in_num, out_num;
851         struct console_abort *abort = vq->dev->priv;
852         struct iovec iov[vq->vring.num];
853
854         /* Make sure there's a descriptor available. */
855         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out_num, &in_num);
856         if (out_num)
857                 errx(1, "Output buffers in console in queue?");
858
859         /* Read into it.  This is where we usually wait. */
860         len = readv(STDIN_FILENO, iov, in_num);
861         if (len <= 0) {
862                 /* Ran out of input? */
863                 warnx("Failed to get console input, ignoring console.");
864                 /*
865                  * For simplicity, dying threads kill the whole Launcher.  So
866                  * just nap here.
867                  */
868                 for (;;)
869                         pause();
870         }
871
872         /* Tell the Guest we used a buffer. */
873         add_used_and_trigger(vq, head, len);
874
875         /*
876          * Three ^C within one second?  Exit.
877          *
878          * This is such a hack, but works surprisingly well.  Each ^C has to
879          * be in a buffer by itself, so they can't be too fast.  But we check
880          * that we get three within about a second, so they can't be too
881          * slow.
882          */
883         if (len != 1 || ((char *)iov[0].iov_base)[0] != 3) {
884                 abort->count = 0;
885                 return;
886         }
887
888         abort->count++;
889         if (abort->count == 1)
890                 gettimeofday(&abort->start, NULL);
891         else if (abort->count == 3) {
892                 struct timeval now;
893                 gettimeofday(&now, NULL);
894                 /* Kill all Launcher processes with SIGINT, like normal ^C */
895                 if (now.tv_sec <= abort->start.tv_sec+1)
896                         kill(0, SIGINT);
897                 abort->count = 0;
898         }
899 }
900
901 /* This is the routine which handles console output (ie. stdout). */
902 static void console_output(struct virtqueue *vq)
903 {
904         unsigned int head, out, in;
905         struct iovec iov[vq->vring.num];
906
907         /* We usually wait in here, for the Guest to give us something. */
908         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out, &in);
909         if (in)
910                 errx(1, "Input buffers in console output queue?");
911
912         /* writev can return a partial write, so we loop here. */
913         while (!iov_empty(iov, out)) {
914                 int len = writev(STDOUT_FILENO, iov, out);
915                 if (len <= 0) {
916                         warn("Write to stdout gave %i (%d)", len, errno);
917                         break;
918                 }
919                 iov_consume(iov, out, NULL, len);
920         }
921
922         /*
923          * We're finished with that buffer: if we're going to sleep,
924          * wait_for_vq_desc() will prod the Guest with an interrupt.
925          */
926         add_used(vq, head, 0);
927 }
928
929 /*
930  * The Network
931  *
932  * Handling output for network is also simple: we get all the output buffers
933  * and write them to /dev/net/tun.
934  */
935 struct net_info {
936         int tunfd;
937 };
938
939 static void net_output(struct virtqueue *vq)
940 {
941         struct net_info *net_info = vq->dev->priv;
942         unsigned int head, out, in;
943         struct iovec iov[vq->vring.num];
944
945         /* We usually wait in here for the Guest to give us a packet. */
946         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out, &in);
947         if (in)
948                 errx(1, "Input buffers in net output queue?");
949         /*
950          * Send the whole thing through to /dev/net/tun.  It expects the exact
951          * same format: what a coincidence!
952          */
953         if (writev(net_info->tunfd, iov, out) < 0)
954                 warnx("Write to tun failed (%d)?", errno);
955
956         /*
957          * Done with that one; wait_for_vq_desc() will send the interrupt if
958          * all packets are processed.
959          */
960         add_used(vq, head, 0);
961 }
962
963 /*
964  * Handling network input is a bit trickier, because I've tried to optimize it.
965  *
966  * First we have a helper routine which tells is if from this file descriptor
967  * (ie. the /dev/net/tun device) will block:
968  */
969 static bool will_block(int fd)
970 {
971         fd_set fdset;
972         struct timeval zero = { 0, 0 };
973         FD_ZERO(&fdset);
974         FD_SET(fd, &fdset);
975         return select(fd+1, &fdset, NULL, NULL, &zero) != 1;
976 }
977
978 /*
979  * This handles packets coming in from the tun device to our Guest.  Like all
980  * service routines, it gets called again as soon as it returns, so you don't
981  * see a while(1) loop here.
982  */
983 static void net_input(struct virtqueue *vq)
984 {
985         int len;
986         unsigned int head, out, in;
987         struct iovec iov[vq->vring.num];
988         struct net_info *net_info = vq->dev->priv;
989
990         /*
991          * Get a descriptor to write an incoming packet into.  This will also
992          * send an interrupt if they're out of descriptors.
993          */
994         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out, &in);
995         if (out)
996                 errx(1, "Output buffers in net input queue?");
997
998         /*
999          * If it looks like we'll block reading from the tun device, send them
1000          * an interrupt.
1001          */
1002         if (vq->pending_used && will_block(net_info->tunfd))
1003                 trigger_irq(vq);
1004
1005         /*
1006          * Read in the packet.  This is where we normally wait (when there's no
1007          * incoming network traffic).
1008          */
1009         len = readv(net_info->tunfd, iov, in);
1010         if (len <= 0)
1011                 warn("Failed to read from tun (%d).", errno);
1012
1013         /*
1014          * Mark that packet buffer as used, but don't interrupt here.  We want
1015          * to wait until we've done as much work as we can.
1016          */
1017         add_used(vq, head, len);
1018 }
1019 /*:*/
1020
1021 /* This is the helper to create threads: run the service routine in a loop. */
1022 static int do_thread(void *_vq)
1023 {
1024         struct virtqueue *vq = _vq;
1025
1026         for (;;)
1027                 vq->service(vq);
1028         return 0;
1029 }
1030
1031 /*
1032  * When a child dies, we kill our entire process group with SIGTERM.  This
1033  * also has the side effect that the shell restores the console for us!
1034  */
1035 static void kill_launcher(int signal)
1036 {
1037         kill(0, SIGTERM);
1038 }
1039
1040 static void reset_vq_pci_config(struct virtqueue *vq)
1041 {
1042         vq->pci_config.queue_size = VIRTQUEUE_NUM;
1043         vq->pci_config.queue_enable = 0;
1044 }
1045
1046 static void reset_device(struct device *dev)
1047 {
1048         struct virtqueue *vq;
1049
1050         verbose("Resetting device %s\n", dev->name);
1051
1052         /* Clear any features they've acked. */
1053         dev->features_accepted = 0;
1054
1055         /* We're going to be explicitly killing threads, so ignore them. */
1056         signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
1057
1058         /*
1059          * 4.1.4.3.1:
1060          *
1061          *   The device MUST present a 0 in queue_enable on reset. 
1062          *
1063          * This means we set it here, and reset the saved ones in every vq.
1064          */
1065         dev->mmio->cfg.queue_enable = 0;
1066
1067         /* Get rid of the virtqueue threads */
1068         for (vq = dev->vq; vq; vq = vq->next) {
1069                 vq->last_avail_idx = 0;
1070                 reset_vq_pci_config(vq);
1071                 if (vq->thread != (pid_t)-1) {
1072                         kill(vq->thread, SIGTERM);
1073                         waitpid(vq->thread, NULL, 0);
1074                         vq->thread = (pid_t)-1;
1075                 }
1076         }
1077         dev->running = false;
1078
1079         /* Now we care if threads die. */
1080         signal(SIGCHLD, (void *)kill_launcher);
1081 }
1082
1083 static void cleanup_devices(void)
1084 {
1085         unsigned int i;
1086
1087         for (i = 1; i < MAX_PCI_DEVICES; i++) {
1088                 struct device *d = devices.pci[i];
1089                 if (!d)
1090                         continue;
1091                 reset_device(d);
1092         }
1093
1094         /* If we saved off the original terminal settings, restore them now. */
1095         if (orig_term.c_lflag & (ISIG|ICANON|ECHO))
1096                 tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &orig_term);
1097 }
1098
1099 /*L:217
1100  * We do PCI.  This is mainly done to let us test the kernel virtio PCI
1101  * code.
1102  */
1103
1104 /* Linux expects a PCI host bridge: ours is a dummy, and first on the bus. */
1105 static struct device pci_host_bridge;
1106
1107 static void init_pci_host_bridge(void)
1108 {
1109         pci_host_bridge.name = "PCI Host Bridge";
1110         pci_host_bridge.config.class = 0x06; /* bridge */
1111         pci_host_bridge.config.subclass = 0; /* host bridge */
1112         devices.pci[0] = &pci_host_bridge;
1113 }
1114
1115 /* The IO ports used to read the PCI config space. */
1116 #define PCI_CONFIG_ADDR 0xCF8
1117 #define PCI_CONFIG_DATA 0xCFC
1118
1119 /*
1120  * Not really portable, but does help readability: this is what the Guest
1121  * writes to the PCI_CONFIG_ADDR IO port.
1122  */
1123 union pci_config_addr {
1124         struct {
1125                 unsigned mbz: 2;
1126                 unsigned offset: 6;
1127                 unsigned funcnum: 3;
1128                 unsigned devnum: 5;
1129                 unsigned busnum: 8;
1130                 unsigned reserved: 7;
1131                 unsigned enabled : 1;
1132         } bits;
1133         u32 val;
1134 };
1135
1136 /*
1137  * We cache what they wrote to the address port, so we know what they're
1138  * talking about when they access the data port.
1139  */
1140 static union pci_config_addr pci_config_addr;
1141
1142 static struct device *find_pci_device(unsigned int index)
1143 {
1144         return devices.pci[index];
1145 }
1146
1147 /* PCI can do 1, 2 and 4 byte reads; we handle that here. */
1148 static void ioread(u16 off, u32 v, u32 mask, u32 *val)
1149 {
1150         assert(off < 4);
1151         assert(mask == 0xFF || mask == 0xFFFF || mask == 0xFFFFFFFF);
1152         *val = (v >> (off * 8)) & mask;
1153 }
1154
1155 /* PCI can do 1, 2 and 4 byte writes; we handle that here. */
1156 static void iowrite(u16 off, u32 v, u32 mask, u32 *dst)
1157 {
1158         assert(off < 4);
1159         assert(mask == 0xFF || mask == 0xFFFF || mask == 0xFFFFFFFF);
1160         *dst &= ~(mask << (off * 8));
1161         *dst |= (v & mask) << (off * 8);
1162 }
1163
1164 /*
1165  * Where PCI_CONFIG_DATA accesses depends on the previous write to
1166  * PCI_CONFIG_ADDR.
1167  */
1168 static struct device *dev_and_reg(u32 *reg)
1169 {
1170         if (!pci_config_addr.bits.enabled)
1171                 return NULL;
1172
1173         if (pci_config_addr.bits.funcnum != 0)
1174                 return NULL;
1175
1176         if (pci_config_addr.bits.busnum != 0)
1177                 return NULL;
1178
1179         if (pci_config_addr.bits.offset * 4 >= sizeof(struct pci_config))
1180                 return NULL;
1181
1182         *reg = pci_config_addr.bits.offset;
1183         return find_pci_device(pci_config_addr.bits.devnum);
1184 }
1185
1186 /*
1187  * We can get invalid combinations of values while they're writing, so we
1188  * only fault if they try to write with some invalid bar/offset/length.
1189  */
1190 static bool valid_bar_access(struct device *d,
1191                              struct virtio_pci_cfg_cap *cfg_access)
1192 {
1193         /* We only have 1 bar (BAR0) */
1194         if (cfg_access->cap.bar != 0)
1195                 return false;
1196
1197         /* Check it's within BAR0. */
1198         if (cfg_access->cap.offset >= d->mmio_size
1199             || cfg_access->cap.offset + cfg_access->cap.length > d->mmio_size)
1200                 return false;
1201
1202         /* Check length is 1, 2 or 4. */
1203         if (cfg_access->cap.length != 1
1204             && cfg_access->cap.length != 2
1205             && cfg_access->cap.length != 4)
1206                 return false;
1207
1208         /* Offset must be multiple of length */
1209         if (cfg_access->cap.offset % cfg_access->cap.length != 0)
1210                 return false;
1211
1212         /* Return pointer into word in BAR0. */
1213         return true;
1214 }
1215
1216 /* Is this accessing the PCI config address port?. */
1217 static bool is_pci_addr_port(u16 port)
1218 {
1219         return port >= PCI_CONFIG_ADDR && port < PCI_CONFIG_ADDR + 4;
1220 }
1221
1222 static bool pci_addr_iowrite(u16 port, u32 mask, u32 val)
1223 {
1224         iowrite(port - PCI_CONFIG_ADDR, val, mask,
1225                 &pci_config_addr.val);
1226         verbose("PCI%s: %#x/%x: bus %u dev %u func %u reg %u\n",
1227                 pci_config_addr.bits.enabled ? "" : " DISABLED",
1228                 val, mask,
1229                 pci_config_addr.bits.busnum,
1230                 pci_config_addr.bits.devnum,
1231                 pci_config_addr.bits.funcnum,
1232                 pci_config_addr.bits.offset);
1233         return true;
1234 }
1235
1236 static void pci_addr_ioread(u16 port, u32 mask, u32 *val)
1237 {
1238         ioread(port - PCI_CONFIG_ADDR, pci_config_addr.val, mask, val);
1239 }
1240
1241 /* Is this accessing the PCI config data port?. */
1242 static bool is_pci_data_port(u16 port)
1243 {
1244         return port >= PCI_CONFIG_DATA && port < PCI_CONFIG_DATA + 4;
1245 }
1246
1247 static void emulate_mmio_write(struct device *d, u32 off, u32 val, u32 mask);
1248
1249 static bool pci_data_iowrite(u16 port, u32 mask, u32 val)
1250 {
1251         u32 reg, portoff;
1252         struct device *d = dev_and_reg(&reg);
1253
1254         /* Complain if they don't belong to a device. */
1255         if (!d)
1256                 return false;
1257
1258         /* They can do 1 byte writes, etc. */
1259         portoff = port - PCI_CONFIG_DATA;
1260
1261         /*
1262          * PCI uses a weird way to determine the BAR size: the OS
1263          * writes all 1's, and sees which ones stick.
1264          */
1265         if (&d->config_words[reg] == &d->config.bar[0]) {
1266                 int i;
1267
1268                 iowrite(portoff, val, mask, &d->config.bar[0]);
1269                 for (i = 0; (1 << i) < d->mmio_size; i++)
1270                         d->config.bar[0] &= ~(1 << i);
1271                 return true;
1272         } else if ((&d->config_words[reg] > &d->config.bar[0]
1273                     && &d->config_words[reg] <= &d->config.bar[6])
1274                    || &d->config_words[reg] == &d->config.expansion_rom_addr) {
1275                 /* Allow writing to any other BAR, or expansion ROM */
1276                 iowrite(portoff, val, mask, &d->config_words[reg]);
1277                 return true;
1278                 /* We let them overide latency timer and cacheline size */
1279         } else if (&d->config_words[reg] == (void *)&d->config.cacheline_size) {
1280                 /* Only let them change the first two fields. */
1281                 if (mask == 0xFFFFFFFF)
1282                         mask = 0xFFFF;
1283                 iowrite(portoff, val, mask, &d->config_words[reg]);
1284                 return true;
1285         } else if (&d->config_words[reg] == (void *)&d->config.command
1286                    && mask == 0xFFFF) {
1287                 /* Ignore command writes. */
1288                 return true;
1289         } else if (&d->config_words[reg]
1290                    == (void *)&d->config.cfg_access.cap.bar
1291                    || &d->config_words[reg]
1292                    == &d->config.cfg_access.cap.length
1293                    || &d->config_words[reg]
1294                    == &d->config.cfg_access.cap.offset) {
1295
1296                 /*
1297                  * The VIRTIO_PCI_CAP_PCI_CFG capability
1298                  * provides a backdoor to access the MMIO
1299                  * regions without mapping them.  Weird, but
1300                  * useful.
1301                  */
1302                 iowrite(portoff, val, mask, &d->config_words[reg]);
1303                 return true;
1304         } else if (&d->config_words[reg] == &d->config.cfg_access.window) {
1305                 u32 write_mask;
1306
1307                 /* Must be bar 0 */
1308                 if (!valid_bar_access(d, &d->config.cfg_access))
1309                         return false;
1310
1311                 /* First copy what they wrote into the window */
1312                 iowrite(portoff, val, mask, &d->config.cfg_access.window);
1313
1314                 /*
1315                  * Now emulate a write.  The mask we use is set by
1316                  * len, *not* this write!
1317                  */
1318                 write_mask = (1ULL<<(8*d->config.cfg_access.cap.length)) - 1;
1319                 verbose("Window writing %#x/%#x to bar %u, offset %u len %u\n",
1320                         d->config.cfg_access.window, write_mask,
1321                         d->config.cfg_access.cap.bar,
1322                         d->config.cfg_access.cap.offset,
1323                         d->config.cfg_access.cap.length);
1324
1325                 emulate_mmio_write(d, d->config.cfg_access.cap.offset,
1326                                    d->config.cfg_access.window, write_mask);
1327                 return true;
1328         }
1329
1330         /* Complain about other writes. */
1331         return false;
1332 }
1333
1334 static u32 emulate_mmio_read(struct device *d, u32 off, u32 mask);
1335
1336 static void pci_data_ioread(u16 port, u32 mask, u32 *val)
1337 {
1338         u32 reg;
1339         struct device *d = dev_and_reg(&reg);
1340
1341         if (!d)
1342                 return;
1343
1344         /* Read through the PCI MMIO access window is special */
1345         if (&d->config_words[reg] == &d->config.cfg_access.window) {
1346                 u32 read_mask;
1347
1348                 /* Must be bar 0 */
1349                 if (!valid_bar_access(d, &d->config.cfg_access))
1350                         errx(1, "Invalid cfg_access to bar%u, offset %u len %u",
1351                              d->config.cfg_access.cap.bar,
1352                              d->config.cfg_access.cap.offset,
1353                              d->config.cfg_access.cap.length);
1354
1355                 /*
1356                  * Read into the window.  The mask we use is set by
1357                  * len, *not* this read!
1358                  */
1359                 read_mask = (1ULL<<(8*d->config.cfg_access.cap.length))-1;
1360                 d->config.cfg_access.window
1361                         = emulate_mmio_read(d,
1362                                             d->config.cfg_access.cap.offset,
1363                                             read_mask);
1364                 verbose("Window read %#x/%#x from bar %u, offset %u len %u\n",
1365                         d->config.cfg_access.window, read_mask,
1366                         d->config.cfg_access.cap.bar,
1367                         d->config.cfg_access.cap.offset,
1368                         d->config.cfg_access.cap.length);
1369         }
1370         ioread(port - PCI_CONFIG_DATA, d->config_words[reg], mask, val);
1371 }
1372
1373 /*L:216
1374  * This is where we emulate a handful of Guest instructions.  It's ugly
1375  * and we used to do it in the kernel but it grew over time.
1376  */
1377
1378 /*
1379  * We use the ptrace syscall's pt_regs struct to talk about registers
1380  * to lguest: these macros convert the names to the offsets.
1381  */
1382 #define getreg(name) getreg_off(offsetof(struct user_regs_struct, name))
1383 #define setreg(name, val) \
1384         setreg_off(offsetof(struct user_regs_struct, name), (val))
1385
1386 static u32 getreg_off(size_t offset)
1387 {
1388         u32 r;
1389         unsigned long args[] = { LHREQ_GETREG, offset };
1390
1391         if (pwrite(lguest_fd, args, sizeof(args), cpu_id) < 0)
1392                 err(1, "Getting register %u", offset);
1393         if (pread(lguest_fd, &r, sizeof(r), cpu_id) != sizeof(r))
1394                 err(1, "Reading register %u", offset);
1395
1396         return r;
1397 }
1398
1399 static void setreg_off(size_t offset, u32 val)
1400 {
1401         unsigned long args[] = { LHREQ_SETREG, offset, val };
1402
1403         if (pwrite(lguest_fd, args, sizeof(args), cpu_id) < 0)
1404                 err(1, "Setting register %u", offset);
1405 }
1406
1407 /* Get register by instruction encoding */
1408 static u32 getreg_num(unsigned regnum, u32 mask)
1409 {
1410         /* 8 bit ops use regnums 4-7 for high parts of word */
1411         if (mask == 0xFF && (regnum & 0x4))
1412                 return getreg_num(regnum & 0x3, 0xFFFF) >> 8;
1413
1414         switch (regnum) {
1415         case 0: return getreg(eax) & mask;
1416         case 1: return getreg(ecx) & mask;
1417         case 2: return getreg(edx) & mask;
1418         case 3: return getreg(ebx) & mask;
1419         case 4: return getreg(esp) & mask;
1420         case 5: return getreg(ebp) & mask;
1421         case 6: return getreg(esi) & mask;
1422         case 7: return getreg(edi) & mask;
1423         }
1424         abort();
1425 }
1426
1427 /* Set register by instruction encoding */
1428 static void setreg_num(unsigned regnum, u32 val, u32 mask)
1429 {
1430         /* Don't try to set bits out of range */
1431         assert(~(val & ~mask));
1432
1433         /* 8 bit ops use regnums 4-7 for high parts of word */
1434         if (mask == 0xFF && (regnum & 0x4)) {
1435                 /* Construct the 16 bits we want. */
1436                 val = (val << 8) | getreg_num(regnum & 0x3, 0xFF);
1437                 setreg_num(regnum & 0x3, val, 0xFFFF);
1438                 return;
1439         }
1440
1441         switch (regnum) {
1442         case 0: setreg(eax, val | (getreg(eax) & ~mask)); return;
1443         case 1: setreg(ecx, val | (getreg(ecx) & ~mask)); return;
1444         case 2: setreg(edx, val | (getreg(edx) & ~mask)); return;
1445         case 3: setreg(ebx, val | (getreg(ebx) & ~mask)); return;
1446         case 4: setreg(esp, val | (getreg(esp) & ~mask)); return;
1447         case 5: setreg(ebp, val | (getreg(ebp) & ~mask)); return;
1448         case 6: setreg(esi, val | (getreg(esi) & ~mask)); return;
1449         case 7: setreg(edi, val | (getreg(edi) & ~mask)); return;
1450         }
1451         abort();
1452 }
1453
1454 /* Get bytes of displacement appended to instruction, from r/m encoding */
1455 static u32 insn_displacement_len(u8 mod_reg_rm)
1456 {
1457         /* Switch on the mod bits */
1458         switch (mod_reg_rm >> 6) {
1459         case 0:
1460                 /* If mod == 0, and r/m == 101, 16-bit displacement follows */
1461                 if ((mod_reg_rm & 0x7) == 0x5)
1462                         return 2;
1463                 /* Normally, mod == 0 means no literal displacement */
1464                 return 0;
1465         case 1:
1466                 /* One byte displacement */
1467                 return 1;
1468         case 2:
1469                 /* Four byte displacement */
1470                 return 4;
1471         case 3:
1472                 /* Register mode */
1473                 return 0;
1474         }
1475         abort();
1476 }
1477
1478 static void emulate_insn(const u8 insn[])
1479 {
1480         unsigned long args[] = { LHREQ_TRAP, 13 };
1481         unsigned int insnlen = 0, in = 0, small_operand = 0, byte_access;
1482         unsigned int eax, port, mask;
1483         /*
1484          * Default is to return all-ones on IO port reads, which traditionally
1485          * means "there's nothing there".
1486          */
1487         u32 val = 0xFFFFFFFF;
1488
1489         /*
1490          * This must be the Guest kernel trying to do something, not userspace!
1491          * The bottom two bits of the CS segment register are the privilege
1492          * level.
1493          */
1494         if ((getreg(xcs) & 3) != 0x1)
1495                 goto no_emulate;
1496
1497         /* Decoding x86 instructions is icky. */
1498
1499         /*
1500          * Around 2.6.33, the kernel started using an emulation for the
1501          * cmpxchg8b instruction in early boot on many configurations.  This
1502          * code isn't paravirtualized, and it tries to disable interrupts.
1503          * Ignore it, which will Mostly Work.
1504          */
1505         if (insn[insnlen] == 0xfa) {
1506                 /* "cli", or Clear Interrupt Enable instruction.  Skip it. */
1507                 insnlen = 1;
1508                 goto skip_insn;
1509         }
1510
1511         /*
1512          * 0x66 is an "operand prefix".  It means a 16, not 32 bit in/out.
1513          */
1514         if (insn[insnlen] == 0x66) {
1515                 small_operand = 1;
1516                 /* The instruction is 1 byte so far, read the next byte. */
1517                 insnlen = 1;
1518         }
1519
1520         /* If the lower bit isn't set, it's a single byte access */
1521         byte_access = !(insn[insnlen] & 1);
1522
1523         /*
1524          * Now we can ignore the lower bit and decode the 4 opcodes
1525          * we need to emulate.
1526          */
1527         switch (insn[insnlen] & 0xFE) {
1528         case 0xE4: /* in     <next byte>,%al */
1529                 port = insn[insnlen+1];
1530                 insnlen += 2;
1531                 in = 1;
1532                 break;
1533         case 0xEC: /* in     (%dx),%al */
1534                 port = getreg(edx) & 0xFFFF;
1535                 insnlen += 1;
1536                 in = 1;
1537                 break;
1538         case 0xE6: /* out    %al,<next byte> */
1539                 port = insn[insnlen+1];
1540                 insnlen += 2;
1541                 break;
1542         case 0xEE: /* out    %al,(%dx) */
1543                 port = getreg(edx) & 0xFFFF;
1544                 insnlen += 1;
1545                 break;
1546         default:
1547                 /* OK, we don't know what this is, can't emulate. */
1548                 goto no_emulate;
1549         }
1550
1551         /* Set a mask of the 1, 2 or 4 bytes, depending on size of IO */
1552         if (byte_access)
1553                 mask = 0xFF;
1554         else if (small_operand)
1555                 mask = 0xFFFF;
1556         else
1557                 mask = 0xFFFFFFFF;
1558
1559         /*
1560          * If it was an "IN" instruction, they expect the result to be read
1561          * into %eax, so we change %eax.
1562          */
1563         eax = getreg(eax);
1564
1565         if (in) {
1566                 /* This is the PS/2 keyboard status; 1 means ready for output */
1567                 if (port == 0x64)
1568                         val = 1;
1569                 else if (is_pci_addr_port(port))
1570                         pci_addr_ioread(port, mask, &val);
1571                 else if (is_pci_data_port(port))
1572                         pci_data_ioread(port, mask, &val);
1573
1574                 /* Clear the bits we're about to read */
1575                 eax &= ~mask;
1576                 /* Copy bits in from val. */
1577                 eax |= val & mask;
1578                 /* Now update the register. */
1579                 setreg(eax, eax);
1580         } else {
1581                 if (is_pci_addr_port(port)) {
1582                         if (!pci_addr_iowrite(port, mask, eax))
1583                                 goto bad_io;
1584                 } else if (is_pci_data_port(port)) {
1585                         if (!pci_data_iowrite(port, mask, eax))
1586                                 goto bad_io;
1587                 }
1588                 /* There are many other ports, eg. CMOS clock, serial
1589                  * and parallel ports, so we ignore them all. */
1590         }
1591
1592         verbose("IO %s of %x to %u: %#08x\n",
1593                 in ? "IN" : "OUT", mask, port, eax);
1594 skip_insn:
1595         /* Finally, we've "done" the instruction, so move past it. */
1596         setreg(eip, getreg(eip) + insnlen);
1597         return;
1598
1599 bad_io:
1600         warnx("Attempt to %s port %u (%#x mask)",
1601               in ? "read from" : "write to", port, mask);
1602
1603 no_emulate:
1604         /* Inject trap into Guest. */
1605         if (write(lguest_fd, args, sizeof(args)) < 0)
1606                 err(1, "Reinjecting trap 13 for fault at %#x", getreg(eip));
1607 }
1608
1609 static struct device *find_mmio_region(unsigned long paddr, u32 *off)
1610 {
1611         unsigned int i;
1612
1613         for (i = 1; i < MAX_PCI_DEVICES; i++) {
1614                 struct device *d = devices.pci[i];
1615
1616                 if (!d)
1617                         continue;
1618                 if (paddr < d->mmio_addr)
1619                         continue;
1620                 if (paddr >= d->mmio_addr + d->mmio_size)
1621                         continue;
1622                 *off = paddr - d->mmio_addr;
1623                 return d;
1624         }
1625         return NULL;
1626 }
1627
1628 /* FIXME: Use vq array. */
1629 static struct virtqueue *vq_by_num(struct device *d, u32 num)
1630 {
1631         struct virtqueue *vq = d->vq;
1632
1633         while (num-- && vq)
1634                 vq = vq->next;
1635
1636         return vq;
1637 }
1638
1639 static void save_vq_config(const struct virtio_pci_common_cfg *cfg,
1640                            struct virtqueue *vq)
1641 {
1642         vq->pci_config = *cfg;
1643 }
1644
1645 static void restore_vq_config(struct virtio_pci_common_cfg *cfg,
1646                               struct virtqueue *vq)
1647 {
1648         /* Only restore the per-vq part */
1649         size_t off = offsetof(struct virtio_pci_common_cfg, queue_size);
1650
1651         memcpy((void *)cfg + off, (void *)&vq->pci_config + off,
1652                sizeof(*cfg) - off);
1653 }
1654
1655 /*
1656  * When they enable the virtqueue, we check that their setup is valid.
1657  */
1658 static void enable_virtqueue(struct device *d, struct virtqueue *vq)
1659 {
1660         /*
1661          * Create stack for thread.  Since the stack grows upwards, we point
1662          * the stack pointer to the end of this region.
1663          */
1664         char *stack = malloc(32768);
1665
1666         /* Because lguest is 32 bit, all the descriptor high bits must be 0 */
1667         if (vq->pci_config.queue_desc_hi
1668             || vq->pci_config.queue_avail_hi
1669             || vq->pci_config.queue_used_hi)
1670                 errx(1, "%s: invalid 64-bit queue address", d->name);
1671
1672         /* Initialize the virtqueue and check they're all in range. */
1673         vq->vring.num = vq->pci_config.queue_size;
1674         vq->vring.desc = check_pointer(vq->pci_config.queue_desc_lo,
1675                                        sizeof(*vq->vring.desc) * vq->vring.num);
1676         vq->vring.avail = check_pointer(vq->pci_config.queue_avail_lo,
1677                                         sizeof(*vq->vring.avail)
1678                                         + (sizeof(vq->vring.avail->ring[0])
1679                                            * vq->vring.num));
1680         vq->vring.used = check_pointer(vq->pci_config.queue_used_lo,
1681                                        sizeof(*vq->vring.used)
1682                                        + (sizeof(vq->vring.used->ring[0])
1683                                           * vq->vring.num));
1684
1685
1686         /* Create a zero-initialized eventfd. */
1687         vq->eventfd = eventfd(0, 0);
1688         if (vq->eventfd < 0)
1689                 err(1, "Creating eventfd");
1690
1691         /*
1692          * CLONE_VM: because it has to access the Guest memory, and SIGCHLD so
1693          * we get a signal if it dies.
1694          */
1695         vq->thread = clone(do_thread, stack + 32768, CLONE_VM | SIGCHLD, vq);
1696         if (vq->thread == (pid_t)-1)
1697                 err(1, "Creating clone");
1698 }
1699
1700 static void emulate_mmio_write(struct device *d, u32 off, u32 val, u32 mask)
1701 {
1702         struct virtqueue *vq;
1703
1704         switch (off) {
1705         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.device_feature_select):
1706                 if (val == 0)
1707                         d->mmio->cfg.device_feature = d->features;
1708                 else if (val == 1)
1709                         d->mmio->cfg.device_feature = (d->features >> 32);
1710                 else
1711                         d->mmio->cfg.device_feature = 0;
1712                 goto write_through32;
1713         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.guest_feature_select):
1714                 if (val > 1)
1715                         errx(1, "%s: Unexpected driver select %u",
1716                              d->name, val);
1717                 goto write_through32;
1718         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.guest_feature):
1719                 if (d->mmio->cfg.guest_feature_select == 0) {
1720                         d->features_accepted &= ~((u64)0xFFFFFFFF);
1721                         d->features_accepted |= val;
1722                 } else {
1723                         assert(d->mmio->cfg.guest_feature_select == 1);
1724                         d->features_accepted &= 0xFFFFFFFF;
1725                         d->features_accepted |= ((u64)val) << 32;
1726                 }
1727                 if (d->features_accepted & ~d->features)
1728                         errx(1, "%s: over-accepted features %#llx of %#llx",
1729                              d->name, d->features_accepted, d->features);
1730                 goto write_through32;
1731         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.device_status):
1732                 verbose("%s: device status -> %#x\n", d->name, val);
1733                 if (val == 0)
1734                         reset_device(d);
1735                 goto write_through8;
1736         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_select):
1737                 vq = vq_by_num(d, val);
1738                 /* Out of range?  Return size 0 */
1739                 if (!vq) {
1740                         d->mmio->cfg.queue_size = 0;
1741                         goto write_through16;
1742                 }
1743                 /* Save registers for old vq, if it was a valid vq */
1744                 if (d->mmio->cfg.queue_size)
1745                         save_vq_config(&d->mmio->cfg,
1746                                        vq_by_num(d, d->mmio->cfg.queue_select));
1747                 /* Restore the registers for the queue they asked for */
1748                 restore_vq_config(&d->mmio->cfg, vq);
1749                 goto write_through16;
1750         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_size):
1751                 if (val & (val-1))
1752                         errx(1, "%s: invalid queue size %u\n", d->name, val);
1753                 if (d->mmio->cfg.queue_enable)
1754                         errx(1, "%s: changing queue size on live device",
1755                              d->name);
1756                 goto write_through16;
1757         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_msix_vector):
1758                 errx(1, "%s: attempt to set MSIX vector to %u",
1759                      d->name, val);
1760         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_enable):
1761                 if (val != 1)
1762                         errx(1, "%s: setting queue_enable to %u", d->name, val);
1763                 d->mmio->cfg.queue_enable = val;
1764                 save_vq_config(&d->mmio->cfg,
1765                                vq_by_num(d, d->mmio->cfg.queue_select));
1766                 enable_virtqueue(d, vq_by_num(d, d->mmio->cfg.queue_select));
1767                 goto write_through16;
1768         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_notify_off):
1769                 errx(1, "%s: attempt to write to queue_notify_off", d->name);
1770         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_desc_lo):
1771         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_desc_hi):
1772         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_avail_lo):
1773         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_avail_hi):
1774         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_used_lo):
1775         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_used_hi):
1776                 if (d->mmio->cfg.queue_enable)
1777                         errx(1, "%s: changing queue on live device",
1778                              d->name);
1779                 goto write_through32;
1780         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, notify):
1781                 vq = vq_by_num(d, val);
1782                 if (!vq)
1783                         errx(1, "Invalid vq notification on %u", val);
1784                 /* Notify the process handling this vq by adding 1 to eventfd */
1785                 write(vq->eventfd, "\1\0\0\0\0\0\0\0", 8);
1786                 goto write_through16;
1787         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, isr):
1788                 errx(1, "%s: Unexpected write to isr", d->name);
1789         /* Weird corner case: write to emerg_wr of console */
1790         case sizeof(struct virtio_pci_mmio)
1791                 + offsetof(struct virtio_console_config, emerg_wr):
1792                 if (strcmp(d->name, "console") == 0) {
1793                         char c = val;
1794                         write(STDOUT_FILENO, &c, 1);
1795                         goto write_through32;
1796                 }
1797                 /* Fall through... */
1798         default:
1799                 errx(1, "%s: Unexpected write to offset %u", d->name, off);
1800         }
1801
1802 write_through32:
1803         if (mask != 0xFFFFFFFF) {
1804                 errx(1, "%s: non-32-bit write to offset %u (%#x)",
1805                      d->name, off, getreg(eip));
1806                 return;
1807         }
1808         memcpy((char *)d->mmio + off, &val, 4);
1809         return;
1810
1811 write_through16:
1812         if (mask != 0xFFFF)
1813                 errx(1, "%s: non-16-bit (%#x) write to offset %u (%#x)",
1814                      d->name, mask, off, getreg(eip));
1815         memcpy((char *)d->mmio + off, &val, 2);
1816         return;
1817
1818 write_through8:
1819         if (mask != 0xFF)
1820                 errx(1, "%s: non-8-bit write to offset %u (%#x)",
1821                      d->name, off, getreg(eip));
1822         memcpy((char *)d->mmio + off, &val, 1);
1823         return;
1824 }
1825
1826 static u32 emulate_mmio_read(struct device *d, u32 off, u32 mask)
1827 {
1828         u8 isr;
1829         u32 val = 0;
1830
1831         switch (off) {
1832         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.device_feature_select):
1833         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.device_feature):
1834         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.guest_feature_select):
1835         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.guest_feature):
1836                 goto read_through32;
1837         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.msix_config):
1838                 errx(1, "%s: read of msix_config", d->name);
1839         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.num_queues):
1840                 goto read_through16;
1841         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.device_status):
1842         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.config_generation):
1843                 goto read_through8;
1844         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, notify):
1845                 goto read_through16;
1846         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, isr):
1847                 if (mask != 0xFF)
1848                         errx(1, "%s: non-8-bit read from offset %u (%#x)",
1849                              d->name, off, getreg(eip));
1850                 /* Read resets the isr */
1851                 isr = d->mmio->isr;
1852                 d->mmio->isr = 0;
1853                 return isr;
1854         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, padding):
1855                 errx(1, "%s: read from padding (%#x)",
1856                      d->name, getreg(eip));
1857         default:
1858                 /* Read from device config space, beware unaligned overflow */
1859                 if (off > d->mmio_size - 4)
1860                         errx(1, "%s: read past end (%#x)",
1861                              d->name, getreg(eip));
1862                 if (mask == 0xFFFFFFFF)
1863                         goto read_through32;
1864                 else if (mask == 0xFFFF)
1865                         goto read_through16;
1866                 else
1867                         goto read_through8;
1868         }
1869
1870 read_through32:
1871         if (mask != 0xFFFFFFFF)
1872                 errx(1, "%s: non-32-bit read to offset %u (%#x)",
1873                      d->name, off, getreg(eip));
1874         memcpy(&val, (char *)d->mmio + off, 4);
1875         return val;
1876
1877 read_through16:
1878         if (mask != 0xFFFF)
1879                 errx(1, "%s: non-16-bit read to offset %u (%#x)",
1880                      d->name, off, getreg(eip));
1881         memcpy(&val, (char *)d->mmio + off, 2);
1882         return val;
1883
1884 read_through8:
1885         if (mask != 0xFF)
1886                 errx(1, "%s: non-8-bit read to offset %u (%#x)",
1887                      d->name, off, getreg(eip));
1888         memcpy(&val, (char *)d->mmio + off, 1);
1889         return val;
1890 }
1891
1892 static void emulate_mmio(unsigned long paddr, const u8 *insn)
1893 {
1894         u32 val, off, mask = 0xFFFFFFFF, insnlen = 0;
1895         struct device *d = find_mmio_region(paddr, &off);
1896         unsigned long args[] = { LHREQ_TRAP, 14 };
1897
1898         if (!d) {
1899                 warnx("MMIO touching %#08lx (not a device)", paddr);
1900                 goto reinject;
1901         }
1902
1903         /* Prefix makes it a 16 bit op */
1904         if (insn[0] == 0x66) {
1905                 mask = 0xFFFF;
1906                 insnlen++;
1907         }
1908
1909         /* iowrite */
1910         if (insn[insnlen] == 0x89) {
1911                 /* Next byte is r/m byte: bits 3-5 are register. */
1912                 val = getreg_num((insn[insnlen+1] >> 3) & 0x7, mask);
1913                 emulate_mmio_write(d, off, val, mask);
1914                 insnlen += 2 + insn_displacement_len(insn[insnlen+1]);
1915         } else if (insn[insnlen] == 0x8b) { /* ioread */
1916                 /* Next byte is r/m byte: bits 3-5 are register. */
1917                 val = emulate_mmio_read(d, off, mask);
1918                 setreg_num((insn[insnlen+1] >> 3) & 0x7, val, mask);
1919                 insnlen += 2 + insn_displacement_len(insn[insnlen+1]);
1920         } else if (insn[0] == 0x88) { /* 8-bit iowrite */
1921                 mask = 0xff;
1922                 /* Next byte is r/m byte: bits 3-5 are register. */
1923                 val = getreg_num((insn[1] >> 3) & 0x7, mask);
1924                 emulate_mmio_write(d, off, val, mask);
1925                 insnlen = 2 + insn_displacement_len(insn[1]);
1926         } else if (insn[0] == 0x8a) { /* 8-bit ioread */
1927                 mask = 0xff;
1928                 val = emulate_mmio_read(d, off, mask);
1929                 setreg_num((insn[1] >> 3) & 0x7, val, mask);
1930                 insnlen = 2 + insn_displacement_len(insn[1]);
1931         } else {
1932                 warnx("Unknown MMIO instruction touching %#08lx:"
1933                      " %02x %02x %02x %02x at %u",
1934                      paddr, insn[0], insn[1], insn[2], insn[3], getreg(eip));
1935         reinject:
1936                 /* Inject trap into Guest. */
1937                 if (write(lguest_fd, args, sizeof(args)) < 0)
1938                         err(1, "Reinjecting trap 14 for fault at %#x",
1939                             getreg(eip));
1940                 return;
1941         }
1942
1943         /* Finally, we've "done" the instruction, so move past it. */
1944         setreg(eip, getreg(eip) + insnlen);
1945 }
1946
1947 /*L:190
1948  * Device Setup
1949  *
1950  * All devices need a descriptor so the Guest knows it exists, and a "struct
1951  * device" so the Launcher can keep track of it.  We have common helper
1952  * routines to allocate and manage them.
1953  */
1954 static void add_pci_virtqueue(struct device *dev,
1955                               void (*service)(struct virtqueue *))
1956 {
1957         struct virtqueue **i, *vq = malloc(sizeof(*vq));
1958
1959         /* Initialize the virtqueue */
1960         vq->next = NULL;
1961         vq->last_avail_idx = 0;
1962         vq->dev = dev;
1963
1964         /*
1965          * This is the routine the service thread will run, and its Process ID
1966          * once it's running.
1967          */
1968         vq->service = service;
1969         vq->thread = (pid_t)-1;
1970
1971         /* Initialize the configuration. */
1972         reset_vq_pci_config(vq);
1973         vq->pci_config.queue_notify_off = 0;
1974
1975         /* Add one to the number of queues */
1976         vq->dev->mmio->cfg.num_queues++;
1977
1978         /*
1979          * Add to tail of list, so dev->vq is first vq, dev->vq->next is
1980          * second.
1981          */
1982         for (i = &dev->vq; *i; i = &(*i)->next);
1983         *i = vq;
1984 }
1985
1986 /* The Guest accesses the feature bits via the PCI common config MMIO region */
1987 static void add_pci_feature(struct device *dev, unsigned bit)
1988 {
1989         dev->features |= (1ULL << bit);
1990 }
1991
1992 /* For devices with no config. */
1993 static void no_device_config(struct device *dev)
1994 {
1995         dev->mmio_addr = get_mmio_region(dev->mmio_size);
1996
1997         dev->config.bar[0] = dev->mmio_addr;
1998         /* Bottom 4 bits must be zero */
1999         assert(~(dev->config.bar[0] & 0xF));
2000 }
2001
2002 /* This puts the device config into BAR0 */
2003 static void set_device_config(struct device *dev, const void *conf, size_t len)
2004 {
2005         /* Set up BAR 0 */
2006         dev->mmio_size += len;
2007         dev->mmio = realloc(dev->mmio, dev->mmio_size);
2008         memcpy(dev->mmio + 1, conf, len);
2009
2010         /* Hook up device cfg */
2011         dev->config.cfg_access.cap.cap_next
2012                 = offsetof(struct pci_config, device);
2013
2014         /* Fix up device cfg field length. */
2015         dev->config.device.length = len;
2016
2017         /* The rest is the same as the no-config case */
2018         no_device_config(dev);
2019 }
2020
2021 static void init_cap(struct virtio_pci_cap *cap, size_t caplen, int type,
2022                      size_t bar_offset, size_t bar_bytes, u8 next)
2023 {
2024         cap->cap_vndr = PCI_CAP_ID_VNDR;
2025         cap->cap_next = next;
2026         cap->cap_len = caplen;
2027         cap->cfg_type = type;
2028         cap->bar = 0;
2029         memset(cap->padding, 0, sizeof(cap->padding));
2030         cap->offset = bar_offset;
2031         cap->length = bar_bytes;
2032 }
2033
2034 /*
2035  * This sets up the pci_config structure, as defined in the virtio 1.0
2036  * standard (and PCI standard).
2037  */
2038 static void init_pci_config(struct pci_config *pci, u16 type,
2039                             u8 class, u8 subclass)
2040 {
2041         size_t bar_offset, bar_len;
2042
2043         /* Save typing: most thing are happy being zero. */
2044         memset(pci, 0, sizeof(*pci));
2045
2046         /* 4.1.2.1: Devices MUST have the PCI Vendor ID 0x1AF4 */
2047         pci->vendor_id = 0x1AF4;
2048         /* 4.1.2.1: ... PCI Device ID calculated by adding 0x1040 ... */
2049         pci->device_id = 0x1040 + type;
2050
2051         /*
2052          * PCI have specific codes for different types of devices.
2053          * Linux doesn't care, but it's a good clue for people looking
2054          * at the device.
2055          */
2056         pci->class = class;
2057         pci->subclass = subclass;
2058
2059         /*
2060          * 4.1.2.1 Non-transitional devices SHOULD have a PCI Revision
2061          * ID of 1 or higher
2062          */
2063         pci->revid = 1;
2064
2065         /*
2066          * 4.1.2.1 Non-transitional devices SHOULD have a PCI
2067          * Subsystem Device ID of 0x40 or higher.
2068          */
2069         pci->subsystem_device_id = 0x40;
2070
2071         /* We use our dummy interrupt controller, and irq_line is the irq */
2072         pci->irq_line = devices.next_irq++;
2073         pci->irq_pin = 0;
2074
2075         /* Support for extended capabilities. */
2076         pci->status = (1 << 4);
2077
2078         /* Link them in. */
2079         pci->capabilities = offsetof(struct pci_config, common);
2080
2081         bar_offset = offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg);
2082         bar_len = sizeof(((struct virtio_pci_mmio *)0)->cfg);
2083         init_cap(&pci->common, sizeof(pci->common), VIRTIO_PCI_CAP_COMMON_CFG,
2084                  bar_offset, bar_len,
2085                  offsetof(struct pci_config, notify));
2086
2087         bar_offset += bar_len;
2088         bar_len = sizeof(((struct virtio_pci_mmio *)0)->notify);
2089         /* FIXME: Use a non-zero notify_off, for per-queue notification? */
2090         init_cap(&pci->notify.cap, sizeof(pci->notify),
2091                  VIRTIO_PCI_CAP_NOTIFY_CFG,
2092                  bar_offset, bar_len,
2093                  offsetof(struct pci_config, isr));
2094
2095         bar_offset += bar_len;
2096         bar_len = sizeof(((struct virtio_pci_mmio *)0)->isr);
2097         init_cap(&pci->isr, sizeof(pci->isr),
2098                  VIRTIO_PCI_CAP_ISR_CFG,
2099                  bar_offset, bar_len,
2100                  offsetof(struct pci_config, cfg_access));
2101
2102         /* This doesn't have any presence in the BAR */
2103         init_cap(&pci->cfg_access.cap, sizeof(pci->cfg_access),
2104                  VIRTIO_PCI_CAP_PCI_CFG,
2105                  0, 0, 0);
2106
2107         bar_offset += bar_len + sizeof(((struct virtio_pci_mmio *)0)->padding);
2108         assert(bar_offset == sizeof(struct virtio_pci_mmio));
2109
2110         /*
2111          * This gets sewn in and length set in set_device_config().
2112          * Some devices don't have a device configuration interface, so
2113          * we never expose this if we don't call set_device_config().
2114          */
2115         init_cap(&pci->device, sizeof(pci->device), VIRTIO_PCI_CAP_DEVICE_CFG,
2116                  bar_offset, 0, 0);
2117 }
2118
2119 /*
2120  * This routine does all the creation and setup of a new device, but we don't
2121  * actually place the MMIO region until we know the size (if any) of the
2122  * device-specific config.  And we don't actually start the service threads
2123  * until later.
2124  *
2125  * See what I mean about userspace being boring?
2126  */
2127 static struct device *new_pci_device(const char *name, u16 type,
2128                                      u8 class, u8 subclass)
2129 {
2130         struct device *dev = malloc(sizeof(*dev));
2131
2132         /* Now we populate the fields one at a time. */
2133         dev->name = name;
2134         dev->vq = NULL;
2135         dev->running = false;
2136         dev->mmio_size = sizeof(struct virtio_pci_mmio);
2137         dev->mmio = calloc(1, dev->mmio_size);
2138         dev->features = (u64)1 << VIRTIO_F_VERSION_1;
2139         dev->features_accepted = 0;
2140
2141         if (devices.device_num + 1 >= MAX_PCI_DEVICES)
2142                 errx(1, "Can only handle 31 PCI devices");
2143
2144         init_pci_config(&dev->config, type, class, subclass);
2145         assert(!devices.pci[devices.device_num+1]);
2146         devices.pci[++devices.device_num] = dev;
2147
2148         return dev;
2149 }
2150
2151 /*
2152  * Our first setup routine is the console.  It's a fairly simple device, but
2153  * UNIX tty handling makes it uglier than it could be.
2154  */
2155 static void setup_console(void)
2156 {
2157         struct device *dev;
2158         struct virtio_console_config conf;
2159
2160         /* If we can save the initial standard input settings... */
2161         if (tcgetattr(STDIN_FILENO, &orig_term) == 0) {
2162                 struct termios term = orig_term;
2163                 /*
2164                  * Then we turn off echo, line buffering and ^C etc: We want a
2165                  * raw input stream to the Guest.
2166                  */
2167                 term.c_lflag &= ~(ISIG|ICANON|ECHO);
2168                 tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &term);
2169         }
2170
2171         dev = new_pci_device("console", VIRTIO_ID_CONSOLE, 0x07, 0x00);
2172
2173         /* We store the console state in dev->priv, and initialize it. */
2174         dev->priv = malloc(sizeof(struct console_abort));
2175         ((struct console_abort *)dev->priv)->count = 0;
2176
2177         /*
2178          * The console needs two virtqueues: the input then the output.  When
2179          * they put something the input queue, we make sure we're listening to
2180          * stdin.  When they put something in the output queue, we write it to
2181          * stdout.
2182          */
2183         add_pci_virtqueue(dev, console_input);
2184         add_pci_virtqueue(dev, console_output);
2185
2186         /* We need a configuration area for the emerg_wr early writes. */
2187         add_pci_feature(dev, VIRTIO_CONSOLE_F_EMERG_WRITE);
2188         set_device_config(dev, &conf, sizeof(conf));
2189
2190         verbose("device %u: console\n", devices.device_num);
2191 }
2192 /*:*/
2193
2194 /*M:010
2195  * Inter-guest networking is an interesting area.  Simplest is to have a
2196  * --sharenet=<name> option which opens or creates a named pipe.  This can be
2197  * used to send packets to another guest in a 1:1 manner.
2198  *
2199  * More sophisticated is to use one of the tools developed for project like UML
2200  * to do networking.
2201  *
2202  * Faster is to do virtio bonding in kernel.  Doing this 1:1 would be
2203  * completely generic ("here's my vring, attach to your vring") and would work
2204  * for any traffic.  Of course, namespace and permissions issues need to be
2205  * dealt with.  A more sophisticated "multi-channel" virtio_net.c could hide
2206  * multiple inter-guest channels behind one interface, although it would
2207  * require some manner of hotplugging new virtio channels.
2208  *
2209  * Finally, we could use a virtio network switch in the kernel, ie. vhost.
2210 :*/
2211
2212 static u32 str2ip(const char *ipaddr)
2213 {
2214         unsigned int b[4];
2215
2216         if (sscanf(ipaddr, "%u.%u.%u.%u", &b[0], &b[1], &b[2], &b[3]) != 4)
2217                 errx(1, "Failed to parse IP address '%s'", ipaddr);
2218         return (b[0] << 24) | (b[1] << 16) | (b[2] << 8) | b[3];
2219 }
2220
2221 static void str2mac(const char *macaddr, unsigned char mac[6])
2222 {
2223         unsigned int m[6];
2224         if (sscanf(macaddr, "%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x",
2225                    &m[0], &m[1], &m[2], &m[3], &m[4], &m[5]) != 6)
2226                 errx(1, "Failed to parse mac address '%s'", macaddr);
2227         mac[0] = m[0];
2228         mac[1] = m[1];
2229         mac[2] = m[2];
2230         mac[3] = m[3];
2231         mac[4] = m[4];
2232         mac[5] = m[5];
2233 }
2234
2235 /*
2236  * This code is "adapted" from libbridge: it attaches the Host end of the
2237  * network device to the bridge device specified by the command line.
2238  *
2239  * This is yet another James Morris contribution (I'm an IP-level guy, so I
2240  * dislike bridging), and I just try not to break it.
2241  */
2242 static void add_to_bridge(int fd, const char *if_name, const char *br_name)
2243 {
2244         int ifidx;
2245         struct ifreq ifr;
2246
2247         if (!*br_name)
2248                 errx(1, "must specify bridge name");
2249
2250         ifidx = if_nametoindex(if_name);
2251         if (!ifidx)
2252                 errx(1, "interface %s does not exist!", if_name);
2253
2254         strncpy(ifr.ifr_name, br_name, IFNAMSIZ);
2255         ifr.ifr_name[IFNAMSIZ-1] = '\0';
2256         ifr.ifr_ifindex = ifidx;
2257         if (ioctl(fd, SIOCBRADDIF, &ifr) < 0)
2258                 err(1, "can't add %s to bridge %s", if_name, br_name);
2259 }
2260
2261 /*
2262  * This sets up the Host end of the network device with an IP address, brings
2263  * it up so packets will flow, the copies the MAC address into the hwaddr
2264  * pointer.
2265  */
2266 static void configure_device(int fd, const char *tapif, u32 ipaddr)
2267 {
2268         struct ifreq ifr;
2269         struct sockaddr_in sin;
2270
2271         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
2272         strcpy(ifr.ifr_name, tapif);
2273
2274         /* Don't read these incantations.  Just cut & paste them like I did! */
2275         sin.sin_family = AF_INET;
2276         sin.sin_addr.s_addr = htonl(ipaddr);
2277         memcpy(&ifr.ifr_addr, &sin, sizeof(sin));
2278         if (ioctl(fd, SIOCSIFADDR, &ifr) != 0)
2279                 err(1, "Setting %s interface address", tapif);
2280         ifr.ifr_flags = IFF_UP;
2281         if (ioctl(fd, SIOCSIFFLAGS, &ifr) != 0)
2282                 err(1, "Bringing interface %s up", tapif);
2283 }
2284
2285 static int get_tun_device(char tapif[IFNAMSIZ])
2286 {
2287         struct ifreq ifr;
2288         int vnet_hdr_sz;
2289         int netfd;
2290
2291         /* Start with this zeroed.  Messy but sure. */
2292         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
2293
2294         /*
2295          * We open the /dev/net/tun device and tell it we want a tap device.  A
2296          * tap device is like a tun device, only somehow different.  To tell
2297          * the truth, I completely blundered my way through this code, but it
2298          * works now!
2299          */
2300         netfd = open_or_die("/dev/net/tun", O_RDWR);
2301         ifr.ifr_flags = IFF_TAP | IFF_NO_PI | IFF_VNET_HDR;
2302         strcpy(ifr.ifr_name, "tap%d");
2303         if (ioctl(netfd, TUNSETIFF, &ifr) != 0)
2304                 err(1, "configuring /dev/net/tun");
2305
2306         if (ioctl(netfd, TUNSETOFFLOAD,
2307                   TUN_F_CSUM|TUN_F_TSO4|TUN_F_TSO6|TUN_F_TSO_ECN) != 0)
2308                 err(1, "Could not set features for tun device");
2309
2310         /*
2311          * We don't need checksums calculated for packets coming in this
2312          * device: trust us!
2313          */
2314         ioctl(netfd, TUNSETNOCSUM, 1);
2315
2316         /*
2317          * In virtio before 1.0 (aka legacy virtio), we added a 16-bit
2318          * field at the end of the network header iff
2319          * VIRTIO_NET_F_MRG_RXBUF was negotiated.  For virtio 1.0,
2320          * that became the norm, but we need to tell the tun device
2321          * about our expanded header (which is called
2322          * virtio_net_hdr_mrg_rxbuf in the legacy system).
2323          */
2324         vnet_hdr_sz = sizeof(struct virtio_net_hdr_mrg_rxbuf);
2325         if (ioctl(netfd, TUNSETVNETHDRSZ, &vnet_hdr_sz) != 0)
2326                 err(1, "Setting tun header size to %u", vnet_hdr_sz);
2327
2328         memcpy(tapif, ifr.ifr_name, IFNAMSIZ);
2329         return netfd;
2330 }
2331
2332 /*L:195
2333  * Our network is a Host<->Guest network.  This can either use bridging or
2334  * routing, but the principle is the same: it uses the "tun" device to inject
2335  * packets into the Host as if they came in from a normal network card.  We
2336  * just shunt packets between the Guest and the tun device.
2337  */
2338 static void setup_tun_net(char *arg)
2339 {
2340         struct device *dev;
2341         struct net_info *net_info = malloc(sizeof(*net_info));
2342         int ipfd;
2343         u32 ip = INADDR_ANY;
2344         bool bridging = false;
2345         char tapif[IFNAMSIZ], *p;
2346         struct virtio_net_config conf;
2347
2348         net_info->tunfd = get_tun_device(tapif);
2349
2350         /* First we create a new network device. */
2351         dev = new_pci_device("net", VIRTIO_ID_NET, 0x02, 0x00);
2352         dev->priv = net_info;
2353
2354         /* Network devices need a recv and a send queue, just like console. */
2355         add_pci_virtqueue(dev, net_input);
2356         add_pci_virtqueue(dev, net_output);
2357
2358         /*
2359          * We need a socket to perform the magic network ioctls to bring up the
2360          * tap interface, connect to the bridge etc.  Any socket will do!
2361          */
2362         ipfd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_IP);
2363         if (ipfd < 0)
2364                 err(1, "opening IP socket");
2365
2366         /* If the command line was --tunnet=bridge:<name> do bridging. */
2367         if (!strncmp(BRIDGE_PFX, arg, strlen(BRIDGE_PFX))) {
2368                 arg += strlen(BRIDGE_PFX);
2369                 bridging = true;
2370         }
2371
2372         /* A mac address may follow the bridge name or IP address */
2373         p = strchr(arg, ':');
2374         if (p) {
2375                 str2mac(p+1, conf.mac);
2376                 add_pci_feature(dev, VIRTIO_NET_F_MAC);
2377                 *p = '\0';
2378         }
2379
2380         /* arg is now either an IP address or a bridge name */
2381         if (bridging)
2382                 add_to_bridge(ipfd, tapif, arg);
2383         else
2384                 ip = str2ip(arg);
2385
2386         /* Set up the tun device. */
2387         configure_device(ipfd, tapif, ip);
2388
2389         /* Expect Guest to handle everything except UFO */
2390         add_pci_feature(dev, VIRTIO_NET_F_CSUM);
2391         add_pci_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_CSUM);
2392         add_pci_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO4);
2393         add_pci_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO6);
2394         add_pci_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_ECN);
2395         add_pci_feature(dev, VIRTIO_NET_F_HOST_TSO4);
2396         add_pci_feature(dev, VIRTIO_NET_F_HOST_TSO6);
2397         add_pci_feature(dev, VIRTIO_NET_F_HOST_ECN);
2398         /* We handle indirect ring entries */
2399         add_pci_feature(dev, VIRTIO_RING_F_INDIRECT_DESC);
2400         set_device_config(dev, &conf, sizeof(conf));
2401
2402         /* We don't need the socket any more; setup is done. */
2403         close(ipfd);
2404
2405         if (bridging)
2406                 verbose("device %u: tun %s attached to bridge: %s\n",
2407                         devices.device_num, tapif, arg);
2408         else
2409                 verbose("device %u: tun %s: %s\n",
2410                         devices.device_num, tapif, arg);
2411 }
2412 /*:*/
2413
2414 /* This hangs off device->priv. */
2415 struct vblk_info {
2416         /* The size of the file. */
2417         off64_t len;
2418
2419         /* The file descriptor for the file. */
2420         int fd;
2421
2422 };
2423
2424 /*L:210
2425  * The Disk
2426  *
2427  * The disk only has one virtqueue, so it only has one thread.  It is really
2428  * simple: the Guest asks for a block number and we read or write that position
2429  * in the file.
2430  *
2431  * Before we serviced each virtqueue in a separate thread, that was unacceptably
2432  * slow: the Guest waits until the read is finished before running anything
2433  * else, even if it could have been doing useful work.
2434  *
2435  * We could have used async I/O, except it's reputed to suck so hard that
2436  * characters actually go missing from your code when you try to use it.
2437  */
2438 static void blk_request(struct virtqueue *vq)
2439 {
2440         struct vblk_info *vblk = vq->dev->priv;
2441         unsigned int head, out_num, in_num, wlen;
2442         int ret, i;
2443         u8 *in;
2444         struct virtio_blk_outhdr out;
2445         struct iovec iov[vq->vring.num];
2446         off64_t off;
2447
2448         /*
2449          * Get the next request, where we normally wait.  It triggers the
2450          * interrupt to acknowledge previously serviced requests (if any).
2451          */
2452         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out_num, &in_num);
2453
2454         /* Copy the output header from the front of the iov (adjusts iov) */
2455         iov_consume(iov, out_num, &out, sizeof(out));
2456
2457         /* Find and trim end of iov input array, for our status byte. */
2458         in = NULL;
2459         for (i = out_num + in_num - 1; i >= out_num; i--) {
2460                 if (iov[i].iov_len > 0) {
2461                         in = iov[i].iov_base + iov[i].iov_len - 1;
2462                         iov[i].iov_len--;
2463                         break;
2464                 }
2465         }
2466         if (!in)
2467                 errx(1, "Bad virtblk cmd with no room for status");
2468
2469         /*
2470          * For historical reasons, block operations are expressed in 512 byte
2471          * "sectors".
2472          */
2473         off = out.sector * 512;
2474
2475         if (out.type & VIRTIO_BLK_T_OUT) {
2476                 /*
2477                  * Write
2478                  *
2479                  * Move to the right location in the block file.  This can fail
2480                  * if they try to write past end.
2481                  */
2482                 if (lseek64(vblk->fd, off, SEEK_SET) != off)
2483                         err(1, "Bad seek to sector %llu", out.sector);
2484
2485                 ret = writev(vblk->fd, iov, out_num);
2486                 verbose("WRITE to sector %llu: %i\n", out.sector, ret);
2487
2488                 /*
2489                  * Grr... Now we know how long the descriptor they sent was, we
2490                  * make sure they didn't try to write over the end of the block
2491                  * file (possibly extending it).
2492                  */
2493                 if (ret > 0 && off + ret > vblk->len) {
2494                         /* Trim it back to the correct length */
2495                         ftruncate64(vblk->fd, vblk->len);
2496                         /* Die, bad Guest, die. */
2497                         errx(1, "Write past end %llu+%u", off, ret);
2498                 }
2499
2500                 wlen = sizeof(*in);
2501                 *in = (ret >= 0 ? VIRTIO_BLK_S_OK : VIRTIO_BLK_S_IOERR);
2502         } else if (out.type & VIRTIO_BLK_T_FLUSH) {
2503                 /* Flush */
2504                 ret = fdatasync(vblk->fd);
2505                 verbose("FLUSH fdatasync: %i\n", ret);
2506                 wlen = sizeof(*in);
2507                 *in = (ret >= 0 ? VIRTIO_BLK_S_OK : VIRTIO_BLK_S_IOERR);
2508         } else {
2509                 /*
2510                  * Read
2511                  *
2512                  * Move to the right location in the block file.  This can fail
2513                  * if they try to read past end.
2514                  */
2515                 if (lseek64(vblk->fd, off, SEEK_SET) != off)
2516                         err(1, "Bad seek to sector %llu", out.sector);
2517
2518                 ret = readv(vblk->fd, iov + out_num, in_num);
2519                 if (ret >= 0) {
2520                         wlen = sizeof(*in) + ret;
2521                         *in = VIRTIO_BLK_S_OK;
2522                 } else {
2523                         wlen = sizeof(*in);
2524                         *in = VIRTIO_BLK_S_IOERR;
2525                 }
2526         }
2527
2528         /* Finished that request. */
2529         add_used(vq, head, wlen);
2530 }
2531
2532 /*L:198 This actually sets up a virtual block device. */
2533 static void setup_block_file(const char *filename)
2534 {
2535         struct device *dev;
2536         struct vblk_info *vblk;
2537         struct virtio_blk_config conf;
2538
2539         /* Create the device. */
2540         dev = new_pci_device("block", VIRTIO_ID_BLOCK, 0x01, 0x80);
2541
2542         /* The device has one virtqueue, where the Guest places requests. */
2543         add_pci_virtqueue(dev, blk_request);
2544
2545         /* Allocate the room for our own bookkeeping */
2546         vblk = dev->priv = malloc(sizeof(*vblk));
2547
2548         /* First we open the file and store the length. */
2549         vblk->fd = open_or_die(filename, O_RDWR|O_LARGEFILE);
2550         vblk->len = lseek64(vblk->fd, 0, SEEK_END);
2551
2552         /* Tell Guest how many sectors this device has. */
2553         conf.capacity = cpu_to_le64(vblk->len / 512);
2554
2555         /*
2556          * Tell Guest not to put in too many descriptors at once: two are used
2557          * for the in and out elements.
2558          */
2559         add_pci_feature(dev, VIRTIO_BLK_F_SEG_MAX);
2560         conf.seg_max = cpu_to_le32(VIRTQUEUE_NUM - 2);
2561
2562         set_device_config(dev, &conf, sizeof(struct virtio_blk_config));
2563
2564         verbose("device %u: virtblock %llu sectors\n",
2565                 devices.device_num, le64_to_cpu(conf.capacity));
2566 }
2567
2568 /*L:211
2569  * Our random number generator device reads from /dev/urandom into the Guest's
2570  * input buffers.  The usual case is that the Guest doesn't want random numbers
2571  * and so has no buffers although /dev/urandom is still readable, whereas
2572  * console is the reverse.
2573  *
2574  * The same logic applies, however.
2575  */
2576 struct rng_info {
2577         int rfd;
2578 };
2579
2580 static void rng_input(struct virtqueue *vq)
2581 {
2582         int len;
2583         unsigned int head, in_num, out_num, totlen = 0;
2584         struct rng_info *rng_info = vq->dev->priv;
2585         struct iovec iov[vq->vring.num];
2586
2587         /* First we need a buffer from the Guests's virtqueue. */
2588         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out_num, &in_num);
2589         if (out_num)
2590                 errx(1, "Output buffers in rng?");
2591
2592         /*
2593          * Just like the console write, we loop to cover the whole iovec.
2594          * In this case, short reads actually happen quite a bit.
2595          */
2596         while (!iov_empty(iov, in_num)) {
2597                 len = readv(rng_info->rfd, iov, in_num);
2598                 if (len <= 0)
2599                         err(1, "Read from /dev/urandom gave %i", len);
2600                 iov_consume(iov, in_num, NULL, len);
2601                 totlen += len;
2602         }
2603
2604         /* Tell the Guest about the new input. */
2605         add_used(vq, head, totlen);
2606 }
2607
2608 /*L:199
2609  * This creates a "hardware" random number device for the Guest.
2610  */
2611 static void setup_rng(void)
2612 {
2613         struct device *dev;
2614         struct rng_info *rng_info = malloc(sizeof(*rng_info));
2615
2616         /* Our device's private info simply contains the /dev/urandom fd. */
2617         rng_info->rfd = open_or_die("/dev/urandom", O_RDONLY);
2618
2619         /* Create the new device. */
2620         dev = new_pci_device("rng", VIRTIO_ID_RNG, 0xff, 0);
2621         dev->priv = rng_info;
2622
2623         /* The device has one virtqueue, where the Guest places inbufs. */
2624         add_pci_virtqueue(dev, rng_input);
2625
2626         /* We don't have any configuration space */
2627         no_device_config(dev);
2628
2629         verbose("device %u: rng\n", devices.device_num);
2630 }
2631 /* That's the end of device setup. */
2632
2633 /*L:230 Reboot is pretty easy: clean up and exec() the Launcher afresh. */
2634 static void __attribute__((noreturn)) restart_guest(void)
2635 {
2636         unsigned int i;
2637
2638         /*
2639          * Since we don't track all open fds, we simply close everything beyond
2640          * stderr.
2641          */
2642         for (i = 3; i < FD_SETSIZE; i++)
2643                 close(i);
2644
2645         /* Reset all the devices (kills all threads). */
2646         cleanup_devices();
2647
2648         execv(main_args[0], main_args);
2649         err(1, "Could not exec %s", main_args[0]);
2650 }
2651
2652 /*L:220
2653  * Finally we reach the core of the Launcher which runs the Guest, serves
2654  * its input and output, and finally, lays it to rest.
2655  */
2656 static void __attribute__((noreturn)) run_guest(void)
2657 {
2658         for (;;) {
2659                 struct lguest_pending notify;
2660                 int readval;
2661
2662                 /* We read from the /dev/lguest device to run the Guest. */
2663                 readval = pread(lguest_fd, &notify, sizeof(notify), cpu_id);
2664                 if (readval == sizeof(notify)) {
2665                         if (notify.trap == 13) {
2666                                 verbose("Emulating instruction at %#x\n",
2667                                         getreg(eip));
2668                                 emulate_insn(notify.insn);
2669                         } else if (notify.trap == 14) {
2670                                 verbose("Emulating MMIO at %#x\n",
2671                                         getreg(eip));
2672                                 emulate_mmio(notify.addr, notify.insn);
2673                         } else
2674                                 errx(1, "Unknown trap %i addr %#08x\n",
2675                                      notify.trap, notify.addr);
2676                 /* ENOENT means the Guest died.  Reading tells us why. */
2677                 } else if (errno == ENOENT) {
2678                         char reason[1024] = { 0 };
2679                         pread(lguest_fd, reason, sizeof(reason)-1, cpu_id);
2680                         errx(1, "%s", reason);
2681                 /* ERESTART means that we need to reboot the guest */
2682                 } else if (errno == ERESTART) {
2683                         restart_guest();
2684                 /* Anything else means a bug or incompatible change. */
2685                 } else
2686                         err(1, "Running guest failed");
2687         }
2688 }
2689 /*L:240
2690  * This is the end of the Launcher.  The good news: we are over halfway
2691  * through!  The bad news: the most fiendish part of the code still lies ahead
2692  * of us.
2693  *
2694  * Are you ready?  Take a deep breath and join me in the core of the Host, in
2695  * "make Host".
2696 :*/
2697
2698 static struct option opts[] = {
2699         { "verbose", 0, NULL, 'v' },
2700         { "tunnet", 1, NULL, 't' },
2701         { "block", 1, NULL, 'b' },
2702         { "rng", 0, NULL, 'r' },
2703         { "initrd", 1, NULL, 'i' },
2704         { "username", 1, NULL, 'u' },
2705         { "chroot", 1, NULL, 'c' },
2706         { NULL },
2707 };
2708 static void usage(void)
2709 {
2710         errx(1, "Usage: lguest [--verbose] "
2711              "[--tunnet=(<ipaddr>:<macaddr>|bridge:<bridgename>:<macaddr>)\n"
2712              "|--block=<filename>|--initrd=<filename>]...\n"
2713              "<mem-in-mb> vmlinux [args...]");
2714 }
2715
2716 /*L:105 The main routine is where the real work begins: */
2717 int main(int argc, char *argv[])
2718 {
2719         /* Memory, code startpoint and size of the (optional) initrd. */
2720         unsigned long mem = 0, start, initrd_size = 0;
2721         /* Two temporaries. */
2722         int i, c;
2723         /* The boot information for the Guest. */
2724         struct boot_params *boot;
2725         /* If they specify an initrd file to load. */
2726         const char *initrd_name = NULL;
2727
2728         /* Password structure for initgroups/setres[gu]id */
2729         struct passwd *user_details = NULL;
2730
2731         /* Directory to chroot to */
2732         char *chroot_path = NULL;
2733
2734         /* Save the args: we "reboot" by execing ourselves again. */
2735         main_args = argv;
2736
2737         /*
2738          * First we initialize the device list.  We remember next interrupt
2739          * number to use for devices (1: remember that 0 is used by the timer).
2740          */
2741         devices.next_irq = 1;
2742
2743         /* We're CPU 0.  In fact, that's the only CPU possible right now. */
2744         cpu_id = 0;
2745
2746         /*
2747          * We need to know how much memory so we can set up the device
2748          * descriptor and memory pages for the devices as we parse the command
2749          * line.  So we quickly look through the arguments to find the amount
2750          * of memory now.
2751          */
2752         for (i = 1; i < argc; i++) {
2753                 if (argv[i][0] != '-') {
2754                         mem = atoi(argv[i]) * 1024 * 1024;
2755                         /*
2756                          * We start by mapping anonymous pages over all of
2757                          * guest-physical memory range.  This fills it with 0,
2758                          * and ensures that the Guest won't be killed when it
2759                          * tries to access it.
2760                          */
2761                         guest_base = map_zeroed_pages(mem / getpagesize()
2762                                                       + DEVICE_PAGES);
2763                         guest_limit = mem;
2764                         guest_max = guest_mmio = mem + DEVICE_PAGES*getpagesize();
2765                         break;
2766                 }
2767         }
2768
2769         /* We always have a console device, and it's always device 1. */
2770         setup_console();
2771
2772         /* The options are fairly straight-forward */
2773         while ((c = getopt_long(argc, argv, "v", opts, NULL)) != EOF) {
2774                 switch (c) {
2775                 case 'v':
2776                         verbose = true;
2777                         break;
2778                 case 't':
2779                         setup_tun_net(optarg);
2780                         break;
2781                 case 'b':
2782                         setup_block_file(optarg);
2783                         break;
2784                 case 'r':
2785                         setup_rng();
2786                         break;
2787                 case 'i':
2788                         initrd_name = optarg;
2789                         break;
2790                 case 'u':
2791                         user_details = getpwnam(optarg);
2792                         if (!user_details)
2793                                 err(1, "getpwnam failed, incorrect username?");
2794                         break;
2795                 case 'c':
2796                         chroot_path = optarg;
2797                         break;
2798                 default:
2799                         warnx("Unknown argument %s", argv[optind]);
2800                         usage();
2801                 }
2802         }
2803         /*
2804          * After the other arguments we expect memory and kernel image name,
2805          * followed by command line arguments for the kernel.
2806          */
2807         if (optind + 2 > argc)
2808                 usage();
2809
2810         verbose("Guest base is at %p\n", guest_base);
2811
2812         /* Initialize the (fake) PCI host bridge device. */
2813         init_pci_host_bridge();
2814
2815         /* Now we load the kernel */
2816         start = load_kernel(open_or_die(argv[optind+1], O_RDONLY));
2817
2818         /* Boot information is stashed at physical address 0 */
2819         boot = from_guest_phys(0);
2820
2821         /* Map the initrd image if requested (at top of physical memory) */
2822         if (initrd_name) {
2823                 initrd_size = load_initrd(initrd_name, mem);
2824                 /*
2825                  * These are the location in the Linux boot header where the
2826                  * start and size of the initrd are expected to be found.
2827                  */
2828                 boot->hdr.ramdisk_image = mem - initrd_size;
2829                 boot->hdr.ramdisk_size = initrd_size;
2830                 /* The bootloader type 0xFF means "unknown"; that's OK. */
2831                 boot->hdr.type_of_loader = 0xFF;
2832         }
2833
2834         /*
2835          * The Linux boot header contains an "E820" memory map: ours is a
2836          * simple, single region.
2837          */
2838         boot->e820_entries = 1;
2839         boot->e820_map[0] = ((struct e820entry) { 0, mem, E820_RAM });
2840         /*
2841          * The boot header contains a command line pointer: we put the command
2842          * line after the boot header.
2843          */
2844         boot->hdr.cmd_line_ptr = to_guest_phys(boot + 1);
2845         /* We use a simple helper to copy the arguments separated by spaces. */
2846         concat((char *)(boot + 1), argv+optind+2);
2847
2848         /* Set kernel alignment to 16M (CONFIG_PHYSICAL_ALIGN) */
2849         boot->hdr.kernel_alignment = 0x1000000;
2850
2851         /* Boot protocol version: 2.07 supports the fields for lguest. */
2852         boot->hdr.version = 0x207;
2853
2854         /* The hardware_subarch value of "1" tells the Guest it's an lguest. */
2855         boot->hdr.hardware_subarch = 1;
2856
2857         /* Tell the entry path not to try to reload segment registers. */
2858         boot->hdr.loadflags |= KEEP_SEGMENTS;
2859
2860         /* We tell the kernel to initialize the Guest. */
2861         tell_kernel(start);
2862
2863         /* Ensure that we terminate if a device-servicing child dies. */
2864         signal(SIGCHLD, kill_launcher);
2865
2866         /* If we exit via err(), this kills all the threads, restores tty. */
2867         atexit(cleanup_devices);
2868
2869         /* If requested, chroot to a directory */
2870         if (chroot_path) {
2871                 if (chroot(chroot_path) != 0)
2872                         err(1, "chroot(\"%s\") failed", chroot_path);
2873
2874                 if (chdir("/") != 0)
2875                         err(1, "chdir(\"/\") failed");
2876
2877                 verbose("chroot done\n");
2878         }
2879
2880         /* If requested, drop privileges */
2881         if (user_details) {
2882                 uid_t u;
2883                 gid_t g;
2884
2885                 u = user_details->pw_uid;
2886                 g = user_details->pw_gid;
2887
2888                 if (initgroups(user_details->pw_name, g) != 0)
2889                         err(1, "initgroups failed");
2890
2891                 if (setresgid(g, g, g) != 0)
2892                         err(1, "setresgid failed");
2893
2894                 if (setresuid(u, u, u) != 0)
2895                         err(1, "setresuid failed");
2896
2897                 verbose("Dropping privileges completed\n");
2898         }
2899
2900         /* Finally, run the Guest.  This doesn't return. */
2901         run_guest();
2902 }
2903 /*:*/
2904
2905 /*M:999
2906  * Mastery is done: you now know everything I do.
2907  *
2908  * But surely you have seen code, features and bugs in your wanderings which
2909  * you now yearn to attack?  That is the real game, and I look forward to you
2910  * patching and forking lguest into the Your-Name-Here-visor.
2911  *
2912  * Farewell, and good coding!
2913  * Rusty Russell.
2914  */