lguest: virtio-rng support
[linux-2.6] / Documentation / lguest / lguest.c
1 /*P:100 This is the Launcher code, a simple program which lays out the
2  * "physical" memory for the new Guest by mapping the kernel image and
3  * the virtual devices, then opens /dev/lguest to tell the kernel
4  * about the Guest and control it. :*/
5 #define _LARGEFILE64_SOURCE
6 #define _GNU_SOURCE
7 #include <stdio.h>
8 #include <string.h>
9 #include <unistd.h>
10 #include <err.h>
11 #include <stdint.h>
12 #include <stdlib.h>
13 #include <elf.h>
14 #include <sys/mman.h>
15 #include <sys/param.h>
16 #include <sys/types.h>
17 #include <sys/stat.h>
18 #include <sys/wait.h>
19 #include <fcntl.h>
20 #include <stdbool.h>
21 #include <errno.h>
22 #include <ctype.h>
23 #include <sys/socket.h>
24 #include <sys/ioctl.h>
25 #include <sys/time.h>
26 #include <time.h>
27 #include <netinet/in.h>
28 #include <net/if.h>
29 #include <linux/sockios.h>
30 #include <linux/if_tun.h>
31 #include <sys/uio.h>
32 #include <termios.h>
33 #include <getopt.h>
34 #include <zlib.h>
35 #include <assert.h>
36 #include <sched.h>
37 #include <limits.h>
38 #include <stddef.h>
39 #include "linux/lguest_launcher.h"
40 #include "linux/virtio_config.h"
41 #include "linux/virtio_net.h"
42 #include "linux/virtio_blk.h"
43 #include "linux/virtio_console.h"
44 #include "linux/virtio_rng.h"
45 #include "linux/virtio_ring.h"
46 #include "asm-x86/bootparam.h"
47 /*L:110 We can ignore the 39 include files we need for this program, but I do
48  * want to draw attention to the use of kernel-style types.
49  *
50  * As Linus said, "C is a Spartan language, and so should your naming be."  I
51  * like these abbreviations, so we define them here.  Note that u64 is always
52  * unsigned long long, which works on all Linux systems: this means that we can
53  * use %llu in printf for any u64. */
54 typedef unsigned long long u64;
55 typedef uint32_t u32;
56 typedef uint16_t u16;
57 typedef uint8_t u8;
58 /*:*/
59
60 #define PAGE_PRESENT 0x7        /* Present, RW, Execute */
61 #define NET_PEERNUM 1
62 #define BRIDGE_PFX "bridge:"
63 #ifndef SIOCBRADDIF
64 #define SIOCBRADDIF     0x89a2          /* add interface to bridge      */
65 #endif
66 /* We can have up to 256 pages for devices. */
67 #define DEVICE_PAGES 256
68 /* This will occupy 2 pages: it must be a power of 2. */
69 #define VIRTQUEUE_NUM 128
70
71 /*L:120 verbose is both a global flag and a macro.  The C preprocessor allows
72  * this, and although I wouldn't recommend it, it works quite nicely here. */
73 static bool verbose;
74 #define verbose(args...) \
75         do { if (verbose) printf(args); } while(0)
76 /*:*/
77
78 /* The pipe to send commands to the waker process */
79 static int waker_fd;
80 /* The pointer to the start of guest memory. */
81 static void *guest_base;
82 /* The maximum guest physical address allowed, and maximum possible. */
83 static unsigned long guest_limit, guest_max;
84
85 /* a per-cpu variable indicating whose vcpu is currently running */
86 static unsigned int __thread cpu_id;
87
88 /* This is our list of devices. */
89 struct device_list
90 {
91         /* Summary information about the devices in our list: ready to pass to
92          * select() to ask which need servicing.*/
93         fd_set infds;
94         int max_infd;
95
96         /* Counter to assign interrupt numbers. */
97         unsigned int next_irq;
98
99         /* Counter to print out convenient device numbers. */
100         unsigned int device_num;
101
102         /* The descriptor page for the devices. */
103         u8 *descpage;
104
105         /* A single linked list of devices. */
106         struct device *dev;
107         /* And a pointer to the last device for easy append and also for
108          * configuration appending. */
109         struct device *lastdev;
110 };
111
112 /* The list of Guest devices, based on command line arguments. */
113 static struct device_list devices;
114
115 /* The device structure describes a single device. */
116 struct device
117 {
118         /* The linked-list pointer. */
119         struct device *next;
120
121         /* The this device's descriptor, as mapped into the Guest. */
122         struct lguest_device_desc *desc;
123
124         /* The name of this device, for --verbose. */
125         const char *name;
126
127         /* If handle_input is set, it wants to be called when this file
128          * descriptor is ready. */
129         int fd;
130         bool (*handle_input)(int fd, struct device *me);
131
132         /* Any queues attached to this device */
133         struct virtqueue *vq;
134
135         /* Handle status being finalized (ie. feature bits stable). */
136         void (*ready)(struct device *me);
137
138         /* Device-specific data. */
139         void *priv;
140 };
141
142 /* The virtqueue structure describes a queue attached to a device. */
143 struct virtqueue
144 {
145         struct virtqueue *next;
146
147         /* Which device owns me. */
148         struct device *dev;
149
150         /* The configuration for this queue. */
151         struct lguest_vqconfig config;
152
153         /* The actual ring of buffers. */
154         struct vring vring;
155
156         /* Last available index we saw. */
157         u16 last_avail_idx;
158
159         /* The routine to call when the Guest pings us. */
160         void (*handle_output)(int fd, struct virtqueue *me);
161
162         /* Outstanding buffers */
163         unsigned int inflight;
164 };
165
166 /* Remember the arguments to the program so we can "reboot" */
167 static char **main_args;
168
169 /* Since guest is UP and we don't run at the same time, we don't need barriers.
170  * But I include them in the code in case others copy it. */
171 #define wmb()
172
173 /* Convert an iovec element to the given type.
174  *
175  * This is a fairly ugly trick: we need to know the size of the type and
176  * alignment requirement to check the pointer is kosher.  It's also nice to
177  * have the name of the type in case we report failure.
178  *
179  * Typing those three things all the time is cumbersome and error prone, so we
180  * have a macro which sets them all up and passes to the real function. */
181 #define convert(iov, type) \
182         ((type *)_convert((iov), sizeof(type), __alignof__(type), #type))
183
184 static void *_convert(struct iovec *iov, size_t size, size_t align,
185                       const char *name)
186 {
187         if (iov->iov_len != size)
188                 errx(1, "Bad iovec size %zu for %s", iov->iov_len, name);
189         if ((unsigned long)iov->iov_base % align != 0)
190                 errx(1, "Bad alignment %p for %s", iov->iov_base, name);
191         return iov->iov_base;
192 }
193
194 /* The virtio configuration space is defined to be little-endian.  x86 is
195  * little-endian too, but it's nice to be explicit so we have these helpers. */
196 #define cpu_to_le16(v16) (v16)
197 #define cpu_to_le32(v32) (v32)
198 #define cpu_to_le64(v64) (v64)
199 #define le16_to_cpu(v16) (v16)
200 #define le32_to_cpu(v32) (v32)
201 #define le64_to_cpu(v64) (v64)
202
203 /* Is this iovec empty? */
204 static bool iov_empty(const struct iovec iov[], unsigned int num_iov)
205 {
206         unsigned int i;
207
208         for (i = 0; i < num_iov; i++)
209                 if (iov[i].iov_len)
210                         return false;
211         return true;
212 }
213
214 /* Take len bytes from the front of this iovec. */
215 static void iov_consume(struct iovec iov[], unsigned num_iov, unsigned len)
216 {
217         unsigned int i;
218
219         for (i = 0; i < num_iov; i++) {
220                 unsigned int used;
221
222                 used = iov[i].iov_len < len ? iov[i].iov_len : len;
223                 iov[i].iov_base += used;
224                 iov[i].iov_len -= used;
225                 len -= used;
226         }
227         assert(len == 0);
228 }
229
230 /* The device virtqueue descriptors are followed by feature bitmasks. */
231 static u8 *get_feature_bits(struct device *dev)
232 {
233         return (u8 *)(dev->desc + 1)
234                 + dev->desc->num_vq * sizeof(struct lguest_vqconfig);
235 }
236
237 /*L:100 The Launcher code itself takes us out into userspace, that scary place
238  * where pointers run wild and free!  Unfortunately, like most userspace
239  * programs, it's quite boring (which is why everyone likes to hack on the
240  * kernel!).  Perhaps if you make up an Lguest Drinking Game at this point, it
241  * will get you through this section.  Or, maybe not.
242  *
243  * The Launcher sets up a big chunk of memory to be the Guest's "physical"
244  * memory and stores it in "guest_base".  In other words, Guest physical ==
245  * Launcher virtual with an offset.
246  *
247  * This can be tough to get your head around, but usually it just means that we
248  * use these trivial conversion functions when the Guest gives us it's
249  * "physical" addresses: */
250 static void *from_guest_phys(unsigned long addr)
251 {
252         return guest_base + addr;
253 }
254
255 static unsigned long to_guest_phys(const void *addr)
256 {
257         return (addr - guest_base);
258 }
259
260 /*L:130
261  * Loading the Kernel.
262  *
263  * We start with couple of simple helper routines.  open_or_die() avoids
264  * error-checking code cluttering the callers: */
265 static int open_or_die(const char *name, int flags)
266 {
267         int fd = open(name, flags);
268         if (fd < 0)
269                 err(1, "Failed to open %s", name);
270         return fd;
271 }
272
273 /* map_zeroed_pages() takes a number of pages. */
274 static void *map_zeroed_pages(unsigned int num)
275 {
276         int fd = open_or_die("/dev/zero", O_RDONLY);
277         void *addr;
278
279         /* We use a private mapping (ie. if we write to the page, it will be
280          * copied). */
281         addr = mmap(NULL, getpagesize() * num,
282                     PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC, MAP_PRIVATE, fd, 0);
283         if (addr == MAP_FAILED)
284                 err(1, "Mmaping %u pages of /dev/zero", num);
285         close(fd);
286
287         return addr;
288 }
289
290 /* Get some more pages for a device. */
291 static void *get_pages(unsigned int num)
292 {
293         void *addr = from_guest_phys(guest_limit);
294
295         guest_limit += num * getpagesize();
296         if (guest_limit > guest_max)
297                 errx(1, "Not enough memory for devices");
298         return addr;
299 }
300
301 /* This routine is used to load the kernel or initrd.  It tries mmap, but if
302  * that fails (Plan 9's kernel file isn't nicely aligned on page boundaries),
303  * it falls back to reading the memory in. */
304 static void map_at(int fd, void *addr, unsigned long offset, unsigned long len)
305 {
306         ssize_t r;
307
308         /* We map writable even though for some segments are marked read-only.
309          * The kernel really wants to be writable: it patches its own
310          * instructions.
311          *
312          * MAP_PRIVATE means that the page won't be copied until a write is
313          * done to it.  This allows us to share untouched memory between
314          * Guests. */
315         if (mmap(addr, len, PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC,
316                  MAP_FIXED|MAP_PRIVATE, fd, offset) != MAP_FAILED)
317                 return;
318
319         /* pread does a seek and a read in one shot: saves a few lines. */
320         r = pread(fd, addr, len, offset);
321         if (r != len)
322                 err(1, "Reading offset %lu len %lu gave %zi", offset, len, r);
323 }
324
325 /* This routine takes an open vmlinux image, which is in ELF, and maps it into
326  * the Guest memory.  ELF = Embedded Linking Format, which is the format used
327  * by all modern binaries on Linux including the kernel.
328  *
329  * The ELF headers give *two* addresses: a physical address, and a virtual
330  * address.  We use the physical address; the Guest will map itself to the
331  * virtual address.
332  *
333  * We return the starting address. */
334 static unsigned long map_elf(int elf_fd, const Elf32_Ehdr *ehdr)
335 {
336         Elf32_Phdr phdr[ehdr->e_phnum];
337         unsigned int i;
338
339         /* Sanity checks on the main ELF header: an x86 executable with a
340          * reasonable number of correctly-sized program headers. */
341         if (ehdr->e_type != ET_EXEC
342             || ehdr->e_machine != EM_386
343             || ehdr->e_phentsize != sizeof(Elf32_Phdr)
344             || ehdr->e_phnum < 1 || ehdr->e_phnum > 65536U/sizeof(Elf32_Phdr))
345                 errx(1, "Malformed elf header");
346
347         /* An ELF executable contains an ELF header and a number of "program"
348          * headers which indicate which parts ("segments") of the program to
349          * load where. */
350
351         /* We read in all the program headers at once: */
352         if (lseek(elf_fd, ehdr->e_phoff, SEEK_SET) < 0)
353                 err(1, "Seeking to program headers");
354         if (read(elf_fd, phdr, sizeof(phdr)) != sizeof(phdr))
355                 err(1, "Reading program headers");
356
357         /* Try all the headers: there are usually only three.  A read-only one,
358          * a read-write one, and a "note" section which we don't load. */
359         for (i = 0; i < ehdr->e_phnum; i++) {
360                 /* If this isn't a loadable segment, we ignore it */
361                 if (phdr[i].p_type != PT_LOAD)
362                         continue;
363
364                 verbose("Section %i: size %i addr %p\n",
365                         i, phdr[i].p_memsz, (void *)phdr[i].p_paddr);
366
367                 /* We map this section of the file at its physical address. */
368                 map_at(elf_fd, from_guest_phys(phdr[i].p_paddr),
369                        phdr[i].p_offset, phdr[i].p_filesz);
370         }
371
372         /* The entry point is given in the ELF header. */
373         return ehdr->e_entry;
374 }
375
376 /*L:150 A bzImage, unlike an ELF file, is not meant to be loaded.  You're
377  * supposed to jump into it and it will unpack itself.  We used to have to
378  * perform some hairy magic because the unpacking code scared me.
379  *
380  * Fortunately, Jeremy Fitzhardinge convinced me it wasn't that hard and wrote
381  * a small patch to jump over the tricky bits in the Guest, so now we just read
382  * the funky header so we know where in the file to load, and away we go! */
383 static unsigned long load_bzimage(int fd)
384 {
385         struct boot_params boot;
386         int r;
387         /* Modern bzImages get loaded at 1M. */
388         void *p = from_guest_phys(0x100000);
389
390         /* Go back to the start of the file and read the header.  It should be
391          * a Linux boot header (see Documentation/i386/boot.txt) */
392         lseek(fd, 0, SEEK_SET);
393         read(fd, &boot, sizeof(boot));
394
395         /* Inside the setup_hdr, we expect the magic "HdrS" */
396         if (memcmp(&boot.hdr.header, "HdrS", 4) != 0)
397                 errx(1, "This doesn't look like a bzImage to me");
398
399         /* Skip over the extra sectors of the header. */
400         lseek(fd, (boot.hdr.setup_sects+1) * 512, SEEK_SET);
401
402         /* Now read everything into memory. in nice big chunks. */
403         while ((r = read(fd, p, 65536)) > 0)
404                 p += r;
405
406         /* Finally, code32_start tells us where to enter the kernel. */
407         return boot.hdr.code32_start;
408 }
409
410 /*L:140 Loading the kernel is easy when it's a "vmlinux", but most kernels
411  * come wrapped up in the self-decompressing "bzImage" format.  With a little
412  * work, we can load those, too. */
413 static unsigned long load_kernel(int fd)
414 {
415         Elf32_Ehdr hdr;
416
417         /* Read in the first few bytes. */
418         if (read(fd, &hdr, sizeof(hdr)) != sizeof(hdr))
419                 err(1, "Reading kernel");
420
421         /* If it's an ELF file, it starts with "\177ELF" */
422         if (memcmp(hdr.e_ident, ELFMAG, SELFMAG) == 0)
423                 return map_elf(fd, &hdr);
424
425         /* Otherwise we assume it's a bzImage, and try to load it. */
426         return load_bzimage(fd);
427 }
428
429 /* This is a trivial little helper to align pages.  Andi Kleen hated it because
430  * it calls getpagesize() twice: "it's dumb code."
431  *
432  * Kernel guys get really het up about optimization, even when it's not
433  * necessary.  I leave this code as a reaction against that. */
434 static inline unsigned long page_align(unsigned long addr)
435 {
436         /* Add upwards and truncate downwards. */
437         return ((addr + getpagesize()-1) & ~(getpagesize()-1));
438 }
439
440 /*L:180 An "initial ram disk" is a disk image loaded into memory along with
441  * the kernel which the kernel can use to boot from without needing any
442  * drivers.  Most distributions now use this as standard: the initrd contains
443  * the code to load the appropriate driver modules for the current machine.
444  *
445  * Importantly, James Morris works for RedHat, and Fedora uses initrds for its
446  * kernels.  He sent me this (and tells me when I break it). */
447 static unsigned long load_initrd(const char *name, unsigned long mem)
448 {
449         int ifd;
450         struct stat st;
451         unsigned long len;
452
453         ifd = open_or_die(name, O_RDONLY);
454         /* fstat() is needed to get the file size. */
455         if (fstat(ifd, &st) < 0)
456                 err(1, "fstat() on initrd '%s'", name);
457
458         /* We map the initrd at the top of memory, but mmap wants it to be
459          * page-aligned, so we round the size up for that. */
460         len = page_align(st.st_size);
461         map_at(ifd, from_guest_phys(mem - len), 0, st.st_size);
462         /* Once a file is mapped, you can close the file descriptor.  It's a
463          * little odd, but quite useful. */
464         close(ifd);
465         verbose("mapped initrd %s size=%lu @ %p\n", name, len, (void*)mem-len);
466
467         /* We return the initrd size. */
468         return len;
469 }
470
471 /* Once we know how much memory we have we can construct simple linear page
472  * tables which set virtual == physical which will get the Guest far enough
473  * into the boot to create its own.
474  *
475  * We lay them out of the way, just below the initrd (which is why we need to
476  * know its size here). */
477 static unsigned long setup_pagetables(unsigned long mem,
478                                       unsigned long initrd_size)
479 {
480         unsigned long *pgdir, *linear;
481         unsigned int mapped_pages, i, linear_pages;
482         unsigned int ptes_per_page = getpagesize()/sizeof(void *);
483
484         mapped_pages = mem/getpagesize();
485
486         /* Each PTE page can map ptes_per_page pages: how many do we need? */
487         linear_pages = (mapped_pages + ptes_per_page-1)/ptes_per_page;
488
489         /* We put the toplevel page directory page at the top of memory. */
490         pgdir = from_guest_phys(mem) - initrd_size - getpagesize();
491
492         /* Now we use the next linear_pages pages as pte pages */
493         linear = (void *)pgdir - linear_pages*getpagesize();
494
495         /* Linear mapping is easy: put every page's address into the mapping in
496          * order.  PAGE_PRESENT contains the flags Present, Writable and
497          * Executable. */
498         for (i = 0; i < mapped_pages; i++)
499                 linear[i] = ((i * getpagesize()) | PAGE_PRESENT);
500
501         /* The top level points to the linear page table pages above. */
502         for (i = 0; i < mapped_pages; i += ptes_per_page) {
503                 pgdir[i/ptes_per_page]
504                         = ((to_guest_phys(linear) + i*sizeof(void *))
505                            | PAGE_PRESENT);
506         }
507
508         verbose("Linear mapping of %u pages in %u pte pages at %#lx\n",
509                 mapped_pages, linear_pages, to_guest_phys(linear));
510
511         /* We return the top level (guest-physical) address: the kernel needs
512          * to know where it is. */
513         return to_guest_phys(pgdir);
514 }
515 /*:*/
516
517 /* Simple routine to roll all the commandline arguments together with spaces
518  * between them. */
519 static void concat(char *dst, char *args[])
520 {
521         unsigned int i, len = 0;
522
523         for (i = 0; args[i]; i++) {
524                 if (i) {
525                         strcat(dst+len, " ");
526                         len++;
527                 }
528                 strcpy(dst+len, args[i]);
529                 len += strlen(args[i]);
530         }
531         /* In case it's empty. */
532         dst[len] = '\0';
533 }
534
535 /*L:185 This is where we actually tell the kernel to initialize the Guest.  We
536  * saw the arguments it expects when we looked at initialize() in lguest_user.c:
537  * the base of Guest "physical" memory, the top physical page to allow, the
538  * top level pagetable and the entry point for the Guest. */
539 static int tell_kernel(unsigned long pgdir, unsigned long start)
540 {
541         unsigned long args[] = { LHREQ_INITIALIZE,
542                                  (unsigned long)guest_base,
543                                  guest_limit / getpagesize(), pgdir, start };
544         int fd;
545
546         verbose("Guest: %p - %p (%#lx)\n",
547                 guest_base, guest_base + guest_limit, guest_limit);
548         fd = open_or_die("/dev/lguest", O_RDWR);
549         if (write(fd, args, sizeof(args)) < 0)
550                 err(1, "Writing to /dev/lguest");
551
552         /* We return the /dev/lguest file descriptor to control this Guest */
553         return fd;
554 }
555 /*:*/
556
557 static void add_device_fd(int fd)
558 {
559         FD_SET(fd, &devices.infds);
560         if (fd > devices.max_infd)
561                 devices.max_infd = fd;
562 }
563
564 /*L:200
565  * The Waker.
566  *
567  * With console, block and network devices, we can have lots of input which we
568  * need to process.  We could try to tell the kernel what file descriptors to
569  * watch, but handing a file descriptor mask through to the kernel is fairly
570  * icky.
571  *
572  * Instead, we fork off a process which watches the file descriptors and writes
573  * the LHREQ_BREAK command to the /dev/lguest file descriptor to tell the Host
574  * stop running the Guest.  This causes the Launcher to return from the
575  * /dev/lguest read with -EAGAIN, where it will write to /dev/lguest to reset
576  * the LHREQ_BREAK and wake us up again.
577  *
578  * This, of course, is merely a different *kind* of icky.
579  */
580 static void wake_parent(int pipefd, int lguest_fd)
581 {
582         /* Add the pipe from the Launcher to the fdset in the device_list, so
583          * we watch it, too. */
584         add_device_fd(pipefd);
585
586         for (;;) {
587                 fd_set rfds = devices.infds;
588                 unsigned long args[] = { LHREQ_BREAK, 1 };
589
590                 /* Wait until input is ready from one of the devices. */
591                 select(devices.max_infd+1, &rfds, NULL, NULL, NULL);
592                 /* Is it a message from the Launcher? */
593                 if (FD_ISSET(pipefd, &rfds)) {
594                         int fd;
595                         /* If read() returns 0, it means the Launcher has
596                          * exited.  We silently follow. */
597                         if (read(pipefd, &fd, sizeof(fd)) == 0)
598                                 exit(0);
599                         /* Otherwise it's telling us to change what file
600                          * descriptors we're to listen to.  Positive means
601                          * listen to a new one, negative means stop
602                          * listening. */
603                         if (fd >= 0)
604                                 FD_SET(fd, &devices.infds);
605                         else
606                                 FD_CLR(-fd - 1, &devices.infds);
607                 } else /* Send LHREQ_BREAK command. */
608                         pwrite(lguest_fd, args, sizeof(args), cpu_id);
609         }
610 }
611
612 /* This routine just sets up a pipe to the Waker process. */
613 static int setup_waker(int lguest_fd)
614 {
615         int pipefd[2], child;
616
617         /* We create a pipe to talk to the Waker, and also so it knows when the
618          * Launcher dies (and closes pipe). */
619         pipe(pipefd);
620         child = fork();
621         if (child == -1)
622                 err(1, "forking");
623
624         if (child == 0) {
625                 /* We are the Waker: close the "writing" end of our copy of the
626                  * pipe and start waiting for input. */
627                 close(pipefd[1]);
628                 wake_parent(pipefd[0], lguest_fd);
629         }
630         /* Close the reading end of our copy of the pipe. */
631         close(pipefd[0]);
632
633         /* Here is the fd used to talk to the waker. */
634         return pipefd[1];
635 }
636
637 /*
638  * Device Handling.
639  *
640  * When the Guest gives us a buffer, it sends an array of addresses and sizes.
641  * We need to make sure it's not trying to reach into the Launcher itself, so
642  * we have a convenient routine which checks it and exits with an error message
643  * if something funny is going on:
644  */
645 static void *_check_pointer(unsigned long addr, unsigned int size,
646                             unsigned int line)
647 {
648         /* We have to separately check addr and addr+size, because size could
649          * be huge and addr + size might wrap around. */
650         if (addr >= guest_limit || addr + size >= guest_limit)
651                 errx(1, "%s:%i: Invalid address %#lx", __FILE__, line, addr);
652         /* We return a pointer for the caller's convenience, now we know it's
653          * safe to use. */
654         return from_guest_phys(addr);
655 }
656 /* A macro which transparently hands the line number to the real function. */
657 #define check_pointer(addr,size) _check_pointer(addr, size, __LINE__)
658
659 /* Each buffer in the virtqueues is actually a chain of descriptors.  This
660  * function returns the next descriptor in the chain, or vq->vring.num if we're
661  * at the end. */
662 static unsigned next_desc(struct virtqueue *vq, unsigned int i)
663 {
664         unsigned int next;
665
666         /* If this descriptor says it doesn't chain, we're done. */
667         if (!(vq->vring.desc[i].flags & VRING_DESC_F_NEXT))
668                 return vq->vring.num;
669
670         /* Check they're not leading us off end of descriptors. */
671         next = vq->vring.desc[i].next;
672         /* Make sure compiler knows to grab that: we don't want it changing! */
673         wmb();
674
675         if (next >= vq->vring.num)
676                 errx(1, "Desc next is %u", next);
677
678         return next;
679 }
680
681 /* This looks in the virtqueue and for the first available buffer, and converts
682  * it to an iovec for convenient access.  Since descriptors consist of some
683  * number of output then some number of input descriptors, it's actually two
684  * iovecs, but we pack them into one and note how many of each there were.
685  *
686  * This function returns the descriptor number found, or vq->vring.num (which
687  * is never a valid descriptor number) if none was found. */
688 static unsigned get_vq_desc(struct virtqueue *vq,
689                             struct iovec iov[],
690                             unsigned int *out_num, unsigned int *in_num)
691 {
692         unsigned int i, head;
693
694         /* Check it isn't doing very strange things with descriptor numbers. */
695         if ((u16)(vq->vring.avail->idx - vq->last_avail_idx) > vq->vring.num)
696                 errx(1, "Guest moved used index from %u to %u",
697                      vq->last_avail_idx, vq->vring.avail->idx);
698
699         /* If there's nothing new since last we looked, return invalid. */
700         if (vq->vring.avail->idx == vq->last_avail_idx)
701                 return vq->vring.num;
702
703         /* Grab the next descriptor number they're advertising, and increment
704          * the index we've seen. */
705         head = vq->vring.avail->ring[vq->last_avail_idx++ % vq->vring.num];
706
707         /* If their number is silly, that's a fatal mistake. */
708         if (head >= vq->vring.num)
709                 errx(1, "Guest says index %u is available", head);
710
711         /* When we start there are none of either input nor output. */
712         *out_num = *in_num = 0;
713
714         i = head;
715         do {
716                 /* Grab the first descriptor, and check it's OK. */
717                 iov[*out_num + *in_num].iov_len = vq->vring.desc[i].len;
718                 iov[*out_num + *in_num].iov_base
719                         = check_pointer(vq->vring.desc[i].addr,
720                                         vq->vring.desc[i].len);
721                 /* If this is an input descriptor, increment that count. */
722                 if (vq->vring.desc[i].flags & VRING_DESC_F_WRITE)
723                         (*in_num)++;
724                 else {
725                         /* If it's an output descriptor, they're all supposed
726                          * to come before any input descriptors. */
727                         if (*in_num)
728                                 errx(1, "Descriptor has out after in");
729                         (*out_num)++;
730                 }
731
732                 /* If we've got too many, that implies a descriptor loop. */
733                 if (*out_num + *in_num > vq->vring.num)
734                         errx(1, "Looped descriptor");
735         } while ((i = next_desc(vq, i)) != vq->vring.num);
736
737         vq->inflight++;
738         return head;
739 }
740
741 /* After we've used one of their buffers, we tell them about it.  We'll then
742  * want to send them an interrupt, using trigger_irq(). */
743 static void add_used(struct virtqueue *vq, unsigned int head, int len)
744 {
745         struct vring_used_elem *used;
746
747         /* The virtqueue contains a ring of used buffers.  Get a pointer to the
748          * next entry in that used ring. */
749         used = &vq->vring.used->ring[vq->vring.used->idx % vq->vring.num];
750         used->id = head;
751         used->len = len;
752         /* Make sure buffer is written before we update index. */
753         wmb();
754         vq->vring.used->idx++;
755         vq->inflight--;
756 }
757
758 /* This actually sends the interrupt for this virtqueue */
759 static void trigger_irq(int fd, struct virtqueue *vq)
760 {
761         unsigned long buf[] = { LHREQ_IRQ, vq->config.irq };
762
763         /* If they don't want an interrupt, don't send one, unless empty. */
764         if ((vq->vring.avail->flags & VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT)
765             && vq->inflight)
766                 return;
767
768         /* Send the Guest an interrupt tell them we used something up. */
769         if (write(fd, buf, sizeof(buf)) != 0)
770                 err(1, "Triggering irq %i", vq->config.irq);
771 }
772
773 /* And here's the combo meal deal.  Supersize me! */
774 static void add_used_and_trigger(int fd, struct virtqueue *vq,
775                                  unsigned int head, int len)
776 {
777         add_used(vq, head, len);
778         trigger_irq(fd, vq);
779 }
780
781 /*
782  * The Console
783  *
784  * Here is the input terminal setting we save, and the routine to restore them
785  * on exit so the user gets their terminal back. */
786 static struct termios orig_term;
787 static void restore_term(void)
788 {
789         tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &orig_term);
790 }
791
792 /* We associate some data with the console for our exit hack. */
793 struct console_abort
794 {
795         /* How many times have they hit ^C? */
796         int count;
797         /* When did they start? */
798         struct timeval start;
799 };
800
801 /* This is the routine which handles console input (ie. stdin). */
802 static bool handle_console_input(int fd, struct device *dev)
803 {
804         int len;
805         unsigned int head, in_num, out_num;
806         struct iovec iov[dev->vq->vring.num];
807         struct console_abort *abort = dev->priv;
808
809         /* First we need a console buffer from the Guests's input virtqueue. */
810         head = get_vq_desc(dev->vq, iov, &out_num, &in_num);
811
812         /* If they're not ready for input, stop listening to this file
813          * descriptor.  We'll start again once they add an input buffer. */
814         if (head == dev->vq->vring.num)
815                 return false;
816
817         if (out_num)
818                 errx(1, "Output buffers in console in queue?");
819
820         /* This is why we convert to iovecs: the readv() call uses them, and so
821          * it reads straight into the Guest's buffer. */
822         len = readv(dev->fd, iov, in_num);
823         if (len <= 0) {
824                 /* This implies that the console is closed, is /dev/null, or
825                  * something went terribly wrong. */
826                 warnx("Failed to get console input, ignoring console.");
827                 /* Put the input terminal back. */
828                 restore_term();
829                 /* Remove callback from input vq, so it doesn't restart us. */
830                 dev->vq->handle_output = NULL;
831                 /* Stop listening to this fd: don't call us again. */
832                 return false;
833         }
834
835         /* Tell the Guest about the new input. */
836         add_used_and_trigger(fd, dev->vq, head, len);
837
838         /* Three ^C within one second?  Exit.
839          *
840          * This is such a hack, but works surprisingly well.  Each ^C has to be
841          * in a buffer by itself, so they can't be too fast.  But we check that
842          * we get three within about a second, so they can't be too slow. */
843         if (len == 1 && ((char *)iov[0].iov_base)[0] == 3) {
844                 if (!abort->count++)
845                         gettimeofday(&abort->start, NULL);
846                 else if (abort->count == 3) {
847                         struct timeval now;
848                         gettimeofday(&now, NULL);
849                         if (now.tv_sec <= abort->start.tv_sec+1) {
850                                 unsigned long args[] = { LHREQ_BREAK, 0 };
851                                 /* Close the fd so Waker will know it has to
852                                  * exit. */
853                                 close(waker_fd);
854                                 /* Just in case waker is blocked in BREAK, send
855                                  * unbreak now. */
856                                 write(fd, args, sizeof(args));
857                                 exit(2);
858                         }
859                         abort->count = 0;
860                 }
861         } else
862                 /* Any other key resets the abort counter. */
863                 abort->count = 0;
864
865         /* Everything went OK! */
866         return true;
867 }
868
869 /* Handling output for console is simple: we just get all the output buffers
870  * and write them to stdout. */
871 static void handle_console_output(int fd, struct virtqueue *vq)
872 {
873         unsigned int head, out, in;
874         int len;
875         struct iovec iov[vq->vring.num];
876
877         /* Keep getting output buffers from the Guest until we run out. */
878         while ((head = get_vq_desc(vq, iov, &out, &in)) != vq->vring.num) {
879                 if (in)
880                         errx(1, "Input buffers in output queue?");
881                 len = writev(STDOUT_FILENO, iov, out);
882                 add_used_and_trigger(fd, vq, head, len);
883         }
884 }
885
886 /*
887  * The Network
888  *
889  * Handling output for network is also simple: we get all the output buffers
890  * and write them (ignoring the first element) to this device's file descriptor
891  * (/dev/net/tun).
892  */
893 static void handle_net_output(int fd, struct virtqueue *vq)
894 {
895         unsigned int head, out, in;
896         int len;
897         struct iovec iov[vq->vring.num];
898
899         /* Keep getting output buffers from the Guest until we run out. */
900         while ((head = get_vq_desc(vq, iov, &out, &in)) != vq->vring.num) {
901                 if (in)
902                         errx(1, "Input buffers in output queue?");
903                 /* Check header, but otherwise ignore it (we told the Guest we
904                  * supported no features, so it shouldn't have anything
905                  * interesting). */
906                 (void)convert(&iov[0], struct virtio_net_hdr);
907                 len = writev(vq->dev->fd, iov+1, out-1);
908                 add_used_and_trigger(fd, vq, head, len);
909         }
910 }
911
912 /* This is where we handle a packet coming in from the tun device to our
913  * Guest. */
914 static bool handle_tun_input(int fd, struct device *dev)
915 {
916         unsigned int head, in_num, out_num;
917         int len;
918         struct iovec iov[dev->vq->vring.num];
919         struct virtio_net_hdr *hdr;
920
921         /* First we need a network buffer from the Guests's recv virtqueue. */
922         head = get_vq_desc(dev->vq, iov, &out_num, &in_num);
923         if (head == dev->vq->vring.num) {
924                 /* Now, it's expected that if we try to send a packet too
925                  * early, the Guest won't be ready yet.  Wait until the device
926                  * status says it's ready. */
927                 /* FIXME: Actually want DRIVER_ACTIVE here. */
928                 if (dev->desc->status & VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER_OK)
929                         warn("network: no dma buffer!");
930                 /* We'll turn this back on if input buffers are registered. */
931                 return false;
932         } else if (out_num)
933                 errx(1, "Output buffers in network recv queue?");
934
935         /* First element is the header: we set it to 0 (no features). */
936         hdr = convert(&iov[0], struct virtio_net_hdr);
937         hdr->flags = 0;
938         hdr->gso_type = VIRTIO_NET_HDR_GSO_NONE;
939
940         /* Read the packet from the device directly into the Guest's buffer. */
941         len = readv(dev->fd, iov+1, in_num-1);
942         if (len <= 0)
943                 err(1, "reading network");
944
945         /* Tell the Guest about the new packet. */
946         add_used_and_trigger(fd, dev->vq, head, sizeof(*hdr) + len);
947
948         verbose("tun input packet len %i [%02x %02x] (%s)\n", len,
949                 ((u8 *)iov[1].iov_base)[0], ((u8 *)iov[1].iov_base)[1],
950                 head != dev->vq->vring.num ? "sent" : "discarded");
951
952         /* All good. */
953         return true;
954 }
955
956 /*L:215 This is the callback attached to the network and console input
957  * virtqueues: it ensures we try again, in case we stopped console or net
958  * delivery because Guest didn't have any buffers. */
959 static void enable_fd(int fd, struct virtqueue *vq)
960 {
961         add_device_fd(vq->dev->fd);
962         /* Tell waker to listen to it again */
963         write(waker_fd, &vq->dev->fd, sizeof(vq->dev->fd));
964 }
965
966 /* When the Guest tells us they updated the status field, we handle it. */
967 static void update_device_status(struct device *dev)
968 {
969         struct virtqueue *vq;
970
971         /* This is a reset. */
972         if (dev->desc->status == 0) {
973                 verbose("Resetting device %s\n", dev->name);
974
975                 /* Clear any features they've acked. */
976                 memset(get_feature_bits(dev) + dev->desc->feature_len, 0,
977                        dev->desc->feature_len);
978
979                 /* Zero out the virtqueues. */
980                 for (vq = dev->vq; vq; vq = vq->next) {
981                         memset(vq->vring.desc, 0,
982                                vring_size(vq->config.num, getpagesize()));
983                         vq->last_avail_idx = 0;
984                 }
985         } else if (dev->desc->status & VIRTIO_CONFIG_S_FAILED) {
986                 warnx("Device %s configuration FAILED", dev->name);
987         } else if (dev->desc->status & VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER_OK) {
988                 unsigned int i;
989
990                 verbose("Device %s OK: offered", dev->name);
991                 for (i = 0; i < dev->desc->feature_len; i++)
992                         verbose(" %02x", get_feature_bits(dev)[i]);
993                 verbose(", accepted");
994                 for (i = 0; i < dev->desc->feature_len; i++)
995                         verbose(" %02x", get_feature_bits(dev)
996                                 [dev->desc->feature_len+i]);
997
998                 if (dev->ready)
999                         dev->ready(dev);
1000         }
1001 }
1002
1003 /* This is the generic routine we call when the Guest uses LHCALL_NOTIFY. */
1004 static void handle_output(int fd, unsigned long addr)
1005 {
1006         struct device *i;
1007         struct virtqueue *vq;
1008
1009         /* Check each device and virtqueue. */
1010         for (i = devices.dev; i; i = i->next) {
1011                 /* Notifications to device descriptors update device status. */
1012                 if (from_guest_phys(addr) == i->desc) {
1013                         update_device_status(i);
1014                         return;
1015                 }
1016
1017                 /* Notifications to virtqueues mean output has occurred. */
1018                 for (vq = i->vq; vq; vq = vq->next) {
1019                         if (vq->config.pfn != addr/getpagesize())
1020                                 continue;
1021
1022                         /* Guest should acknowledge (and set features!)  before
1023                          * using the device. */
1024                         if (i->desc->status == 0) {
1025                                 warnx("%s gave early output", i->name);
1026                                 return;
1027                         }
1028
1029                         if (strcmp(vq->dev->name, "console") != 0)
1030                                 verbose("Output to %s\n", vq->dev->name);
1031                         if (vq->handle_output)
1032                                 vq->handle_output(fd, vq);
1033                         return;
1034                 }
1035         }
1036
1037         /* Early console write is done using notify on a nul-terminated string
1038          * in Guest memory. */
1039         if (addr >= guest_limit)
1040                 errx(1, "Bad NOTIFY %#lx", addr);
1041
1042         write(STDOUT_FILENO, from_guest_phys(addr),
1043               strnlen(from_guest_phys(addr), guest_limit - addr));
1044 }
1045
1046 /* This is called when the Waker wakes us up: check for incoming file
1047  * descriptors. */
1048 static void handle_input(int fd)
1049 {
1050         /* select() wants a zeroed timeval to mean "don't wait". */
1051         struct timeval poll = { .tv_sec = 0, .tv_usec = 0 };
1052
1053         for (;;) {
1054                 struct device *i;
1055                 fd_set fds = devices.infds;
1056
1057                 /* If nothing is ready, we're done. */
1058                 if (select(devices.max_infd+1, &fds, NULL, NULL, &poll) == 0)
1059                         break;
1060
1061                 /* Otherwise, call the device(s) which have readable file
1062                  * descriptors and a method of handling them.  */
1063                 for (i = devices.dev; i; i = i->next) {
1064                         if (i->handle_input && FD_ISSET(i->fd, &fds)) {
1065                                 int dev_fd;
1066                                 if (i->handle_input(fd, i))
1067                                         continue;
1068
1069                                 /* If handle_input() returns false, it means we
1070                                  * should no longer service it.  Networking and
1071                                  * console do this when there's no input
1072                                  * buffers to deliver into.  Console also uses
1073                                  * it when it discovers that stdin is closed. */
1074                                 FD_CLR(i->fd, &devices.infds);
1075                                 /* Tell waker to ignore it too, by sending a
1076                                  * negative fd number (-1, since 0 is a valid
1077                                  * FD number). */
1078                                 dev_fd = -i->fd - 1;
1079                                 write(waker_fd, &dev_fd, sizeof(dev_fd));
1080                         }
1081                 }
1082         }
1083 }
1084
1085 /*L:190
1086  * Device Setup
1087  *
1088  * All devices need a descriptor so the Guest knows it exists, and a "struct
1089  * device" so the Launcher can keep track of it.  We have common helper
1090  * routines to allocate and manage them.
1091  */
1092
1093 /* The layout of the device page is a "struct lguest_device_desc" followed by a
1094  * number of virtqueue descriptors, then two sets of feature bits, then an
1095  * array of configuration bytes.  This routine returns the configuration
1096  * pointer. */
1097 static u8 *device_config(const struct device *dev)
1098 {
1099         return (void *)(dev->desc + 1)
1100                 + dev->desc->num_vq * sizeof(struct lguest_vqconfig)
1101                 + dev->desc->feature_len * 2;
1102 }
1103
1104 /* This routine allocates a new "struct lguest_device_desc" from descriptor
1105  * table page just above the Guest's normal memory.  It returns a pointer to
1106  * that descriptor. */
1107 static struct lguest_device_desc *new_dev_desc(u16 type)
1108 {
1109         struct lguest_device_desc d = { .type = type };
1110         void *p;
1111
1112         /* Figure out where the next device config is, based on the last one. */
1113         if (devices.lastdev)
1114                 p = device_config(devices.lastdev)
1115                         + devices.lastdev->desc->config_len;
1116         else
1117                 p = devices.descpage;
1118
1119         /* We only have one page for all the descriptors. */
1120         if (p + sizeof(d) > (void *)devices.descpage + getpagesize())
1121                 errx(1, "Too many devices");
1122
1123         /* p might not be aligned, so we memcpy in. */
1124         return memcpy(p, &d, sizeof(d));
1125 }
1126
1127 /* Each device descriptor is followed by the description of its virtqueues.  We
1128  * specify how many descriptors the virtqueue is to have. */
1129 static void add_virtqueue(struct device *dev, unsigned int num_descs,
1130                           void (*handle_output)(int fd, struct virtqueue *me))
1131 {
1132         unsigned int pages;
1133         struct virtqueue **i, *vq = malloc(sizeof(*vq));
1134         void *p;
1135
1136         /* First we need some memory for this virtqueue. */
1137         pages = (vring_size(num_descs, getpagesize()) + getpagesize() - 1)
1138                 / getpagesize();
1139         p = get_pages(pages);
1140
1141         /* Initialize the virtqueue */
1142         vq->next = NULL;
1143         vq->last_avail_idx = 0;
1144         vq->dev = dev;
1145         vq->inflight = 0;
1146
1147         /* Initialize the configuration. */
1148         vq->config.num = num_descs;
1149         vq->config.irq = devices.next_irq++;
1150         vq->config.pfn = to_guest_phys(p) / getpagesize();
1151
1152         /* Initialize the vring. */
1153         vring_init(&vq->vring, num_descs, p, getpagesize());
1154
1155         /* Append virtqueue to this device's descriptor.  We use
1156          * device_config() to get the end of the device's current virtqueues;
1157          * we check that we haven't added any config or feature information
1158          * yet, otherwise we'd be overwriting them. */
1159         assert(dev->desc->config_len == 0 && dev->desc->feature_len == 0);
1160         memcpy(device_config(dev), &vq->config, sizeof(vq->config));
1161         dev->desc->num_vq++;
1162
1163         verbose("Virtqueue page %#lx\n", to_guest_phys(p));
1164
1165         /* Add to tail of list, so dev->vq is first vq, dev->vq->next is
1166          * second.  */
1167         for (i = &dev->vq; *i; i = &(*i)->next);
1168         *i = vq;
1169
1170         /* Set the routine to call when the Guest does something to this
1171          * virtqueue. */
1172         vq->handle_output = handle_output;
1173
1174         /* As an optimization, set the advisory "Don't Notify Me" flag if we
1175          * don't have a handler */
1176         if (!handle_output)
1177                 vq->vring.used->flags = VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
1178 }
1179
1180 /* The first half of the feature bitmask is for us to advertise features.  The
1181  * second half is for the Guest to accept features. */
1182 static void add_feature(struct device *dev, unsigned bit)
1183 {
1184         u8 *features = get_feature_bits(dev);
1185
1186         /* We can't extend the feature bits once we've added config bytes */
1187         if (dev->desc->feature_len <= bit / CHAR_BIT) {
1188                 assert(dev->desc->config_len == 0);
1189                 dev->desc->feature_len = (bit / CHAR_BIT) + 1;
1190         }
1191
1192         features[bit / CHAR_BIT] |= (1 << (bit % CHAR_BIT));
1193 }
1194
1195 /* This routine sets the configuration fields for an existing device's
1196  * descriptor.  It only works for the last device, but that's OK because that's
1197  * how we use it. */
1198 static void set_config(struct device *dev, unsigned len, const void *conf)
1199 {
1200         /* Check we haven't overflowed our single page. */
1201         if (device_config(dev) + len > devices.descpage + getpagesize())
1202                 errx(1, "Too many devices");
1203
1204         /* Copy in the config information, and store the length. */
1205         memcpy(device_config(dev), conf, len);
1206         dev->desc->config_len = len;
1207 }
1208
1209 /* This routine does all the creation and setup of a new device, including
1210  * calling new_dev_desc() to allocate the descriptor and device memory.
1211  *
1212  * See what I mean about userspace being boring? */
1213 static struct device *new_device(const char *name, u16 type, int fd,
1214                                  bool (*handle_input)(int, struct device *))
1215 {
1216         struct device *dev = malloc(sizeof(*dev));
1217
1218         /* Now we populate the fields one at a time. */
1219         dev->fd = fd;
1220         /* If we have an input handler for this file descriptor, then we add it
1221          * to the device_list's fdset and maxfd. */
1222         if (handle_input)
1223                 add_device_fd(dev->fd);
1224         dev->desc = new_dev_desc(type);
1225         dev->handle_input = handle_input;
1226         dev->name = name;
1227         dev->vq = NULL;
1228         dev->ready = NULL;
1229
1230         /* Append to device list.  Prepending to a single-linked list is
1231          * easier, but the user expects the devices to be arranged on the bus
1232          * in command-line order.  The first network device on the command line
1233          * is eth0, the first block device /dev/vda, etc. */
1234         if (devices.lastdev)
1235                 devices.lastdev->next = dev;
1236         else
1237                 devices.dev = dev;
1238         devices.lastdev = dev;
1239
1240         return dev;
1241 }
1242
1243 /* Our first setup routine is the console.  It's a fairly simple device, but
1244  * UNIX tty handling makes it uglier than it could be. */
1245 static void setup_console(void)
1246 {
1247         struct device *dev;
1248
1249         /* If we can save the initial standard input settings... */
1250         if (tcgetattr(STDIN_FILENO, &orig_term) == 0) {
1251                 struct termios term = orig_term;
1252                 /* Then we turn off echo, line buffering and ^C etc.  We want a
1253                  * raw input stream to the Guest. */
1254                 term.c_lflag &= ~(ISIG|ICANON|ECHO);
1255                 tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &term);
1256                 /* If we exit gracefully, the original settings will be
1257                  * restored so the user can see what they're typing. */
1258                 atexit(restore_term);
1259         }
1260
1261         dev = new_device("console", VIRTIO_ID_CONSOLE,
1262                          STDIN_FILENO, handle_console_input);
1263         /* We store the console state in dev->priv, and initialize it. */
1264         dev->priv = malloc(sizeof(struct console_abort));
1265         ((struct console_abort *)dev->priv)->count = 0;
1266
1267         /* The console needs two virtqueues: the input then the output.  When
1268          * they put something the input queue, we make sure we're listening to
1269          * stdin.  When they put something in the output queue, we write it to
1270          * stdout. */
1271         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, enable_fd);
1272         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, handle_console_output);
1273
1274         verbose("device %u: console\n", devices.device_num++);
1275 }
1276 /*:*/
1277
1278 /*M:010 Inter-guest networking is an interesting area.  Simplest is to have a
1279  * --sharenet=<name> option which opens or creates a named pipe.  This can be
1280  * used to send packets to another guest in a 1:1 manner.
1281  *
1282  * More sopisticated is to use one of the tools developed for project like UML
1283  * to do networking.
1284  *
1285  * Faster is to do virtio bonding in kernel.  Doing this 1:1 would be
1286  * completely generic ("here's my vring, attach to your vring") and would work
1287  * for any traffic.  Of course, namespace and permissions issues need to be
1288  * dealt with.  A more sophisticated "multi-channel" virtio_net.c could hide
1289  * multiple inter-guest channels behind one interface, although it would
1290  * require some manner of hotplugging new virtio channels.
1291  *
1292  * Finally, we could implement a virtio network switch in the kernel. :*/
1293
1294 static u32 str2ip(const char *ipaddr)
1295 {
1296         unsigned int b[4];
1297
1298         if (sscanf(ipaddr, "%u.%u.%u.%u", &b[0], &b[1], &b[2], &b[3]) != 4)
1299                 errx(1, "Failed to parse IP address '%s'", ipaddr);
1300         return (b[0] << 24) | (b[1] << 16) | (b[2] << 8) | b[3];
1301 }
1302
1303 static void str2mac(const char *macaddr, unsigned char mac[6])
1304 {
1305         unsigned int m[6];
1306         if (sscanf(macaddr, "%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x",
1307                    &m[0], &m[1], &m[2], &m[3], &m[4], &m[5]) != 6)
1308                 errx(1, "Failed to parse mac address '%s'", macaddr);
1309         mac[0] = m[0];
1310         mac[1] = m[1];
1311         mac[2] = m[2];
1312         mac[3] = m[3];
1313         mac[4] = m[4];
1314         mac[5] = m[5];
1315 }
1316
1317 /* This code is "adapted" from libbridge: it attaches the Host end of the
1318  * network device to the bridge device specified by the command line.
1319  *
1320  * This is yet another James Morris contribution (I'm an IP-level guy, so I
1321  * dislike bridging), and I just try not to break it. */
1322 static void add_to_bridge(int fd, const char *if_name, const char *br_name)
1323 {
1324         int ifidx;
1325         struct ifreq ifr;
1326
1327         if (!*br_name)
1328                 errx(1, "must specify bridge name");
1329
1330         ifidx = if_nametoindex(if_name);
1331         if (!ifidx)
1332                 errx(1, "interface %s does not exist!", if_name);
1333
1334         strncpy(ifr.ifr_name, br_name, IFNAMSIZ);
1335         ifr.ifr_name[IFNAMSIZ-1] = '\0';
1336         ifr.ifr_ifindex = ifidx;
1337         if (ioctl(fd, SIOCBRADDIF, &ifr) < 0)
1338                 err(1, "can't add %s to bridge %s", if_name, br_name);
1339 }
1340
1341 /* This sets up the Host end of the network device with an IP address, brings
1342  * it up so packets will flow, the copies the MAC address into the hwaddr
1343  * pointer. */
1344 static void configure_device(int fd, const char *tapif, u32 ipaddr)
1345 {
1346         struct ifreq ifr;
1347         struct sockaddr_in *sin = (struct sockaddr_in *)&ifr.ifr_addr;
1348
1349         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
1350         strcpy(ifr.ifr_name, tapif);
1351
1352         /* Don't read these incantations.  Just cut & paste them like I did! */
1353         sin->sin_family = AF_INET;
1354         sin->sin_addr.s_addr = htonl(ipaddr);
1355         if (ioctl(fd, SIOCSIFADDR, &ifr) != 0)
1356                 err(1, "Setting %s interface address", tapif);
1357         ifr.ifr_flags = IFF_UP;
1358         if (ioctl(fd, SIOCSIFFLAGS, &ifr) != 0)
1359                 err(1, "Bringing interface %s up", tapif);
1360 }
1361
1362 static void get_mac(int fd, const char *tapif, unsigned char hwaddr[6])
1363 {
1364         struct ifreq ifr;
1365
1366         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
1367         strcpy(ifr.ifr_name, tapif);
1368
1369         /* SIOC stands for Socket I/O Control.  G means Get (vs S for Set
1370          * above).  IF means Interface, and HWADDR is hardware address.
1371          * Simple! */
1372         if (ioctl(fd, SIOCGIFHWADDR, &ifr) != 0)
1373                 err(1, "getting hw address for %s", tapif);
1374         memcpy(hwaddr, ifr.ifr_hwaddr.sa_data, 6);
1375 }
1376
1377 static int get_tun_device(char tapif[IFNAMSIZ])
1378 {
1379         struct ifreq ifr;
1380         int netfd;
1381
1382         /* Start with this zeroed.  Messy but sure. */
1383         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
1384
1385         /* We open the /dev/net/tun device and tell it we want a tap device.  A
1386          * tap device is like a tun device, only somehow different.  To tell
1387          * the truth, I completely blundered my way through this code, but it
1388          * works now! */
1389         netfd = open_or_die("/dev/net/tun", O_RDWR);
1390         ifr.ifr_flags = IFF_TAP | IFF_NO_PI;
1391         strcpy(ifr.ifr_name, "tap%d");
1392         if (ioctl(netfd, TUNSETIFF, &ifr) != 0)
1393                 err(1, "configuring /dev/net/tun");
1394
1395         /* We don't need checksums calculated for packets coming in this
1396          * device: trust us! */
1397         ioctl(netfd, TUNSETNOCSUM, 1);
1398
1399         memcpy(tapif, ifr.ifr_name, IFNAMSIZ);
1400         return netfd;
1401 }
1402
1403 /*L:195 Our network is a Host<->Guest network.  This can either use bridging or
1404  * routing, but the principle is the same: it uses the "tun" device to inject
1405  * packets into the Host as if they came in from a normal network card.  We
1406  * just shunt packets between the Guest and the tun device. */
1407 static void setup_tun_net(char *arg)
1408 {
1409         struct device *dev;
1410         int netfd, ipfd;
1411         u32 ip = INADDR_ANY;
1412         bool bridging = false;
1413         char tapif[IFNAMSIZ], *p;
1414         struct virtio_net_config conf;
1415
1416         netfd = get_tun_device(tapif);
1417
1418         /* First we create a new network device. */
1419         dev = new_device("net", VIRTIO_ID_NET, netfd, handle_tun_input);
1420
1421         /* Network devices need a receive and a send queue, just like
1422          * console. */
1423         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, enable_fd);
1424         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, handle_net_output);
1425
1426         /* We need a socket to perform the magic network ioctls to bring up the
1427          * tap interface, connect to the bridge etc.  Any socket will do! */
1428         ipfd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_IP);
1429         if (ipfd < 0)
1430                 err(1, "opening IP socket");
1431
1432         /* If the command line was --tunnet=bridge:<name> do bridging. */
1433         if (!strncmp(BRIDGE_PFX, arg, strlen(BRIDGE_PFX))) {
1434                 arg += strlen(BRIDGE_PFX);
1435                 bridging = true;
1436         }
1437
1438         /* A mac address may follow the bridge name or IP address */
1439         p = strchr(arg, ':');
1440         if (p) {
1441                 str2mac(p+1, conf.mac);
1442                 *p = '\0';
1443         } else {
1444                 p = arg + strlen(arg);
1445                 /* None supplied; query the randomly assigned mac. */
1446                 get_mac(ipfd, tapif, conf.mac);
1447         }
1448
1449         /* arg is now either an IP address or a bridge name */
1450         if (bridging)
1451                 add_to_bridge(ipfd, tapif, arg);
1452         else
1453                 ip = str2ip(arg);
1454
1455         /* Set up the tun device. */
1456         configure_device(ipfd, tapif, ip);
1457
1458         /* Tell Guest what MAC address to use. */
1459         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_MAC);
1460         add_feature(dev, VIRTIO_F_NOTIFY_ON_EMPTY);
1461         set_config(dev, sizeof(conf), &conf);
1462
1463         /* We don't need the socket any more; setup is done. */
1464         close(ipfd);
1465
1466         devices.device_num++;
1467
1468         if (bridging)
1469                 verbose("device %u: tun %s attached to bridge: %s\n",
1470                         devices.device_num, tapif, arg);
1471         else
1472                 verbose("device %u: tun %s: %s\n",
1473                         devices.device_num, tapif, arg);
1474 }
1475
1476 /* Our block (disk) device should be really simple: the Guest asks for a block
1477  * number and we read or write that position in the file.  Unfortunately, that
1478  * was amazingly slow: the Guest waits until the read is finished before
1479  * running anything else, even if it could have been doing useful work.
1480  *
1481  * We could use async I/O, except it's reputed to suck so hard that characters
1482  * actually go missing from your code when you try to use it.
1483  *
1484  * So we farm the I/O out to thread, and communicate with it via a pipe. */
1485
1486 /* This hangs off device->priv. */
1487 struct vblk_info
1488 {
1489         /* The size of the file. */
1490         off64_t len;
1491
1492         /* The file descriptor for the file. */
1493         int fd;
1494
1495         /* IO thread listens on this file descriptor [0]. */
1496         int workpipe[2];
1497
1498         /* IO thread writes to this file descriptor to mark it done, then
1499          * Launcher triggers interrupt to Guest. */
1500         int done_fd;
1501 };
1502
1503 /*L:210
1504  * The Disk
1505  *
1506  * Remember that the block device is handled by a separate I/O thread.  We head
1507  * straight into the core of that thread here:
1508  */
1509 static bool service_io(struct device *dev)
1510 {
1511         struct vblk_info *vblk = dev->priv;
1512         unsigned int head, out_num, in_num, wlen;
1513         int ret;
1514         u8 *in;
1515         struct virtio_blk_outhdr *out;
1516         struct iovec iov[dev->vq->vring.num];
1517         off64_t off;
1518
1519         /* See if there's a request waiting.  If not, nothing to do. */
1520         head = get_vq_desc(dev->vq, iov, &out_num, &in_num);
1521         if (head == dev->vq->vring.num)
1522                 return false;
1523
1524         /* Every block request should contain at least one output buffer
1525          * (detailing the location on disk and the type of request) and one
1526          * input buffer (to hold the result). */
1527         if (out_num == 0 || in_num == 0)
1528                 errx(1, "Bad virtblk cmd %u out=%u in=%u",
1529                      head, out_num, in_num);
1530
1531         out = convert(&iov[0], struct virtio_blk_outhdr);
1532         in = convert(&iov[out_num+in_num-1], u8);
1533         off = out->sector * 512;
1534
1535         /* The block device implements "barriers", where the Guest indicates
1536          * that it wants all previous writes to occur before this write.  We
1537          * don't have a way of asking our kernel to do a barrier, so we just
1538          * synchronize all the data in the file.  Pretty poor, no? */
1539         if (out->type & VIRTIO_BLK_T_BARRIER)
1540                 fdatasync(vblk->fd);
1541
1542         /* In general the virtio block driver is allowed to try SCSI commands.
1543          * It'd be nice if we supported eject, for example, but we don't. */
1544         if (out->type & VIRTIO_BLK_T_SCSI_CMD) {
1545                 fprintf(stderr, "Scsi commands unsupported\n");
1546                 *in = VIRTIO_BLK_S_UNSUPP;
1547                 wlen = sizeof(*in);
1548         } else if (out->type & VIRTIO_BLK_T_OUT) {
1549                 /* Write */
1550
1551                 /* Move to the right location in the block file.  This can fail
1552                  * if they try to write past end. */
1553                 if (lseek64(vblk->fd, off, SEEK_SET) != off)
1554                         err(1, "Bad seek to sector %llu", out->sector);
1555
1556                 ret = writev(vblk->fd, iov+1, out_num-1);
1557                 verbose("WRITE to sector %llu: %i\n", out->sector, ret);
1558
1559                 /* Grr... Now we know how long the descriptor they sent was, we
1560                  * make sure they didn't try to write over the end of the block
1561                  * file (possibly extending it). */
1562                 if (ret > 0 && off + ret > vblk->len) {
1563                         /* Trim it back to the correct length */
1564                         ftruncate64(vblk->fd, vblk->len);
1565                         /* Die, bad Guest, die. */
1566                         errx(1, "Write past end %llu+%u", off, ret);
1567                 }
1568                 wlen = sizeof(*in);
1569                 *in = (ret >= 0 ? VIRTIO_BLK_S_OK : VIRTIO_BLK_S_IOERR);
1570         } else {
1571                 /* Read */
1572
1573                 /* Move to the right location in the block file.  This can fail
1574                  * if they try to read past end. */
1575                 if (lseek64(vblk->fd, off, SEEK_SET) != off)
1576                         err(1, "Bad seek to sector %llu", out->sector);
1577
1578                 ret = readv(vblk->fd, iov+1, in_num-1);
1579                 verbose("READ from sector %llu: %i\n", out->sector, ret);
1580                 if (ret >= 0) {
1581                         wlen = sizeof(*in) + ret;
1582                         *in = VIRTIO_BLK_S_OK;
1583                 } else {
1584                         wlen = sizeof(*in);
1585                         *in = VIRTIO_BLK_S_IOERR;
1586                 }
1587         }
1588
1589         /* We can't trigger an IRQ, because we're not the Launcher.  It does
1590          * that when we tell it we're done. */
1591         add_used(dev->vq, head, wlen);
1592         return true;
1593 }
1594
1595 /* This is the thread which actually services the I/O. */
1596 static int io_thread(void *_dev)
1597 {
1598         struct device *dev = _dev;
1599         struct vblk_info *vblk = dev->priv;
1600         char c;
1601
1602         /* Close other side of workpipe so we get 0 read when main dies. */
1603         close(vblk->workpipe[1]);
1604         /* Close the other side of the done_fd pipe. */
1605         close(dev->fd);
1606
1607         /* When this read fails, it means Launcher died, so we follow. */
1608         while (read(vblk->workpipe[0], &c, 1) == 1) {
1609                 /* We acknowledge each request immediately to reduce latency,
1610                  * rather than waiting until we've done them all.  I haven't
1611                  * measured to see if it makes any difference.
1612                  *
1613                  * That would be an interesting test, wouldn't it?  You could
1614                  * also try having more than one I/O thread. */
1615                 while (service_io(dev))
1616                         write(vblk->done_fd, &c, 1);
1617         }
1618         return 0;
1619 }
1620
1621 /* Now we've seen the I/O thread, we return to the Launcher to see what happens
1622  * when that thread tells us it's completed some I/O. */
1623 static bool handle_io_finish(int fd, struct device *dev)
1624 {
1625         char c;
1626
1627         /* If the I/O thread died, presumably it printed the error, so we
1628          * simply exit. */
1629         if (read(dev->fd, &c, 1) != 1)
1630                 exit(1);
1631
1632         /* It did some work, so trigger the irq. */
1633         trigger_irq(fd, dev->vq);
1634         return true;
1635 }
1636
1637 /* When the Guest submits some I/O, we just need to wake the I/O thread. */
1638 static void handle_virtblk_output(int fd, struct virtqueue *vq)
1639 {
1640         struct vblk_info *vblk = vq->dev->priv;
1641         char c = 0;
1642
1643         /* Wake up I/O thread and tell it to go to work! */
1644         if (write(vblk->workpipe[1], &c, 1) != 1)
1645                 /* Presumably it indicated why it died. */
1646                 exit(1);
1647 }
1648
1649 /*L:198 This actually sets up a virtual block device. */
1650 static void setup_block_file(const char *filename)
1651 {
1652         int p[2];
1653         struct device *dev;
1654         struct vblk_info *vblk;
1655         void *stack;
1656         struct virtio_blk_config conf;
1657
1658         /* This is the pipe the I/O thread will use to tell us I/O is done. */
1659         pipe(p);
1660
1661         /* The device responds to return from I/O thread. */
1662         dev = new_device("block", VIRTIO_ID_BLOCK, p[0], handle_io_finish);
1663
1664         /* The device has one virtqueue, where the Guest places requests. */
1665         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, handle_virtblk_output);
1666
1667         /* Allocate the room for our own bookkeeping */
1668         vblk = dev->priv = malloc(sizeof(*vblk));
1669
1670         /* First we open the file and store the length. */
1671         vblk->fd = open_or_die(filename, O_RDWR|O_LARGEFILE);
1672         vblk->len = lseek64(vblk->fd, 0, SEEK_END);
1673
1674         /* We support barriers. */
1675         add_feature(dev, VIRTIO_BLK_F_BARRIER);
1676
1677         /* Tell Guest how many sectors this device has. */
1678         conf.capacity = cpu_to_le64(vblk->len / 512);
1679
1680         /* Tell Guest not to put in too many descriptors at once: two are used
1681          * for the in and out elements. */
1682         add_feature(dev, VIRTIO_BLK_F_SEG_MAX);
1683         conf.seg_max = cpu_to_le32(VIRTQUEUE_NUM - 2);
1684
1685         set_config(dev, sizeof(conf), &conf);
1686
1687         /* The I/O thread writes to this end of the pipe when done. */
1688         vblk->done_fd = p[1];
1689
1690         /* This is the second pipe, which is how we tell the I/O thread about
1691          * more work. */
1692         pipe(vblk->workpipe);
1693
1694         /* Create stack for thread and run it.  Since stack grows upwards, we
1695          * point the stack pointer to the end of this region. */
1696         stack = malloc(32768);
1697         /* SIGCHLD - We dont "wait" for our cloned thread, so prevent it from
1698          * becoming a zombie. */
1699         if (clone(io_thread, stack + 32768, CLONE_VM | SIGCHLD, dev) == -1)
1700                 err(1, "Creating clone");
1701
1702         /* We don't need to keep the I/O thread's end of the pipes open. */
1703         close(vblk->done_fd);
1704         close(vblk->workpipe[0]);
1705
1706         verbose("device %u: virtblock %llu sectors\n",
1707                 devices.device_num, le64_to_cpu(conf.capacity));
1708 }
1709
1710 /* Our random number generator device reads from /dev/random into the Guest's
1711  * input buffers.  The usual case is that the Guest doesn't want random numbers
1712  * and so has no buffers although /dev/random is still readable, whereas
1713  * console is the reverse.
1714  *
1715  * The same logic applies, however. */
1716 static bool handle_rng_input(int fd, struct device *dev)
1717 {
1718         int len;
1719         unsigned int head, in_num, out_num, totlen = 0;
1720         struct iovec iov[dev->vq->vring.num];
1721
1722         /* First we need a buffer from the Guests's virtqueue. */
1723         head = get_vq_desc(dev->vq, iov, &out_num, &in_num);
1724
1725         /* If they're not ready for input, stop listening to this file
1726          * descriptor.  We'll start again once they add an input buffer. */
1727         if (head == dev->vq->vring.num)
1728                 return false;
1729
1730         if (out_num)
1731                 errx(1, "Output buffers in rng?");
1732
1733         /* This is why we convert to iovecs: the readv() call uses them, and so
1734          * it reads straight into the Guest's buffer.  We loop to make sure we
1735          * fill it. */
1736         while (!iov_empty(iov, in_num)) {
1737                 len = readv(dev->fd, iov, in_num);
1738                 if (len <= 0)
1739                         err(1, "Read from /dev/random gave %i", len);
1740                 iov_consume(iov, in_num, len);
1741                 totlen += len;
1742         }
1743
1744         /* Tell the Guest about the new input. */
1745         add_used_and_trigger(fd, dev->vq, head, totlen);
1746
1747         /* Everything went OK! */
1748         return true;
1749 }
1750
1751 /* And this creates a "hardware" random number device for the Guest. */
1752 static void setup_rng(void)
1753 {
1754         struct device *dev;
1755         int fd;
1756
1757         fd = open_or_die("/dev/random", O_RDONLY);
1758
1759         /* The device responds to return from I/O thread. */
1760         dev = new_device("rng", VIRTIO_ID_RNG, fd, handle_rng_input);
1761
1762         /* The device has one virtqueue, where the Guest places inbufs. */
1763         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, enable_fd);
1764
1765         verbose("device %u: rng\n", devices.device_num++);
1766 }
1767 /* That's the end of device setup. */
1768
1769 /*L:230 Reboot is pretty easy: clean up and exec() the Launcher afresh. */
1770 static void __attribute__((noreturn)) restart_guest(void)
1771 {
1772         unsigned int i;
1773
1774         /* Closing pipes causes the Waker thread and io_threads to die, and
1775          * closing /dev/lguest cleans up the Guest.  Since we don't track all
1776          * open fds, we simply close everything beyond stderr. */
1777         for (i = 3; i < FD_SETSIZE; i++)
1778                 close(i);
1779         execv(main_args[0], main_args);
1780         err(1, "Could not exec %s", main_args[0]);
1781 }
1782
1783 /*L:220 Finally we reach the core of the Launcher which runs the Guest, serves
1784  * its input and output, and finally, lays it to rest. */
1785 static void __attribute__((noreturn)) run_guest(int lguest_fd)
1786 {
1787         for (;;) {
1788                 unsigned long args[] = { LHREQ_BREAK, 0 };
1789                 unsigned long notify_addr;
1790                 int readval;
1791
1792                 /* We read from the /dev/lguest device to run the Guest. */
1793                 readval = pread(lguest_fd, &notify_addr,
1794                                 sizeof(notify_addr), cpu_id);
1795
1796                 /* One unsigned long means the Guest did HCALL_NOTIFY */
1797                 if (readval == sizeof(notify_addr)) {
1798                         verbose("Notify on address %#lx\n", notify_addr);
1799                         handle_output(lguest_fd, notify_addr);
1800                         continue;
1801                 /* ENOENT means the Guest died.  Reading tells us why. */
1802                 } else if (errno == ENOENT) {
1803                         char reason[1024] = { 0 };
1804                         pread(lguest_fd, reason, sizeof(reason)-1, cpu_id);
1805                         errx(1, "%s", reason);
1806                 /* ERESTART means that we need to reboot the guest */
1807                 } else if (errno == ERESTART) {
1808                         restart_guest();
1809                 /* EAGAIN means the Waker wanted us to look at some input.
1810                  * Anything else means a bug or incompatible change. */
1811                 } else if (errno != EAGAIN)
1812                         err(1, "Running guest failed");
1813
1814                 /* Only service input on thread for CPU 0. */
1815                 if (cpu_id != 0)
1816                         continue;
1817
1818                 /* Service input, then unset the BREAK to release the Waker. */
1819                 handle_input(lguest_fd);
1820                 if (pwrite(lguest_fd, args, sizeof(args), cpu_id) < 0)
1821                         err(1, "Resetting break");
1822         }
1823 }
1824 /*L:240
1825  * This is the end of the Launcher.  The good news: we are over halfway
1826  * through!  The bad news: the most fiendish part of the code still lies ahead
1827  * of us.
1828  *
1829  * Are you ready?  Take a deep breath and join me in the core of the Host, in
1830  * "make Host".
1831  :*/
1832
1833 static struct option opts[] = {
1834         { "verbose", 0, NULL, 'v' },
1835         { "tunnet", 1, NULL, 't' },
1836         { "block", 1, NULL, 'b' },
1837         { "rng", 0, NULL, 'r' },
1838         { "initrd", 1, NULL, 'i' },
1839         { NULL },
1840 };
1841 static void usage(void)
1842 {
1843         errx(1, "Usage: lguest [--verbose] "
1844              "[--tunnet=(<ipaddr>:<macaddr>|bridge:<bridgename>:<macaddr>)\n"
1845              "|--block=<filename>|--initrd=<filename>]...\n"
1846              "<mem-in-mb> vmlinux [args...]");
1847 }
1848
1849 /*L:105 The main routine is where the real work begins: */
1850 int main(int argc, char *argv[])
1851 {
1852         /* Memory, top-level pagetable, code startpoint and size of the
1853          * (optional) initrd. */
1854         unsigned long mem = 0, pgdir, start, initrd_size = 0;
1855         /* Two temporaries and the /dev/lguest file descriptor. */
1856         int i, c, lguest_fd;
1857         /* The boot information for the Guest. */
1858         struct boot_params *boot;
1859         /* If they specify an initrd file to load. */
1860         const char *initrd_name = NULL;
1861
1862         /* Save the args: we "reboot" by execing ourselves again. */
1863         main_args = argv;
1864         /* We don't "wait" for the children, so prevent them from becoming
1865          * zombies. */
1866         signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
1867
1868         /* First we initialize the device list.  Since console and network
1869          * device receive input from a file descriptor, we keep an fdset
1870          * (infds) and the maximum fd number (max_infd) with the head of the
1871          * list.  We also keep a pointer to the last device.  Finally, we keep
1872          * the next interrupt number to use for devices (1: remember that 0 is
1873          * used by the timer). */
1874         FD_ZERO(&devices.infds);
1875         devices.max_infd = -1;
1876         devices.lastdev = NULL;
1877         devices.next_irq = 1;
1878
1879         cpu_id = 0;
1880         /* We need to know how much memory so we can set up the device
1881          * descriptor and memory pages for the devices as we parse the command
1882          * line.  So we quickly look through the arguments to find the amount
1883          * of memory now. */
1884         for (i = 1; i < argc; i++) {
1885                 if (argv[i][0] != '-') {
1886                         mem = atoi(argv[i]) * 1024 * 1024;
1887                         /* We start by mapping anonymous pages over all of
1888                          * guest-physical memory range.  This fills it with 0,
1889                          * and ensures that the Guest won't be killed when it
1890                          * tries to access it. */
1891                         guest_base = map_zeroed_pages(mem / getpagesize()
1892                                                       + DEVICE_PAGES);
1893                         guest_limit = mem;
1894                         guest_max = mem + DEVICE_PAGES*getpagesize();
1895                         devices.descpage = get_pages(1);
1896                         break;
1897                 }
1898         }
1899
1900         /* The options are fairly straight-forward */
1901         while ((c = getopt_long(argc, argv, "v", opts, NULL)) != EOF) {
1902                 switch (c) {
1903                 case 'v':
1904                         verbose = true;
1905                         break;
1906                 case 't':
1907                         setup_tun_net(optarg);
1908                         break;
1909                 case 'b':
1910                         setup_block_file(optarg);
1911                         break;
1912                 case 'r':
1913                         setup_rng();
1914                         break;
1915                 case 'i':
1916                         initrd_name = optarg;
1917                         break;
1918                 default:
1919                         warnx("Unknown argument %s", argv[optind]);
1920                         usage();
1921                 }
1922         }
1923         /* After the other arguments we expect memory and kernel image name,
1924          * followed by command line arguments for the kernel. */
1925         if (optind + 2 > argc)
1926                 usage();
1927
1928         verbose("Guest base is at %p\n", guest_base);
1929
1930         /* We always have a console device */
1931         setup_console();
1932
1933         /* Now we load the kernel */
1934         start = load_kernel(open_or_die(argv[optind+1], O_RDONLY));
1935
1936         /* Boot information is stashed at physical address 0 */
1937         boot = from_guest_phys(0);
1938
1939         /* Map the initrd image if requested (at top of physical memory) */
1940         if (initrd_name) {
1941                 initrd_size = load_initrd(initrd_name, mem);
1942                 /* These are the location in the Linux boot header where the
1943                  * start and size of the initrd are expected to be found. */
1944                 boot->hdr.ramdisk_image = mem - initrd_size;
1945                 boot->hdr.ramdisk_size = initrd_size;
1946                 /* The bootloader type 0xFF means "unknown"; that's OK. */
1947                 boot->hdr.type_of_loader = 0xFF;
1948         }
1949
1950         /* Set up the initial linear pagetables, starting below the initrd. */
1951         pgdir = setup_pagetables(mem, initrd_size);
1952
1953         /* The Linux boot header contains an "E820" memory map: ours is a
1954          * simple, single region. */
1955         boot->e820_entries = 1;
1956         boot->e820_map[0] = ((struct e820entry) { 0, mem, E820_RAM });
1957         /* The boot header contains a command line pointer: we put the command
1958          * line after the boot header. */
1959         boot->hdr.cmd_line_ptr = to_guest_phys(boot + 1);
1960         /* We use a simple helper to copy the arguments separated by spaces. */
1961         concat((char *)(boot + 1), argv+optind+2);
1962
1963         /* Boot protocol version: 2.07 supports the fields for lguest. */
1964         boot->hdr.version = 0x207;
1965
1966         /* The hardware_subarch value of "1" tells the Guest it's an lguest. */
1967         boot->hdr.hardware_subarch = 1;
1968
1969         /* Tell the entry path not to try to reload segment registers. */
1970         boot->hdr.loadflags |= KEEP_SEGMENTS;
1971
1972         /* We tell the kernel to initialize the Guest: this returns the open
1973          * /dev/lguest file descriptor. */
1974         lguest_fd = tell_kernel(pgdir, start);
1975
1976         /* We fork off a child process, which wakes the Launcher whenever one
1977          * of the input file descriptors needs attention.  We call this the
1978          * Waker, and we'll cover it in a moment. */
1979         waker_fd = setup_waker(lguest_fd);
1980
1981         /* Finally, run the Guest.  This doesn't return. */
1982         run_guest(lguest_fd);
1983 }
1984 /*:*/
1985
1986 /*M:999
1987  * Mastery is done: you now know everything I do.
1988  *
1989  * But surely you have seen code, features and bugs in your wanderings which
1990  * you now yearn to attack?  That is the real game, and I look forward to you
1991  * patching and forking lguest into the Your-Name-Here-visor.
1992  *
1993  * Farewell, and good coding!
1994  * Rusty Russell.
1995  */