140bd98a8417ca7faef8e3ec262e0d714082bab6
[firefly-linux-kernel-4.4.55.git] / Documentation / lguest / lguest.c
1 /*P:100 This is the Launcher code, a simple program which lays out the
2  * "physical" memory for the new Guest by mapping the kernel image and the
3  * virtual devices, then reads repeatedly from /dev/lguest to run the Guest.
4 :*/
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 /*L:110 We can ignore the 28 include files we need for this program, but I do
36  * want to draw attention to the use of kernel-style types.
37  *
38  * As Linus said, "C is a Spartan language, and so should your naming be."  I
39  * like these abbreviations and the header we need uses them, so we define them
40  * here.
41  */
42 typedef unsigned long long u64;
43 typedef uint32_t u32;
44 typedef uint16_t u16;
45 typedef uint8_t u8;
46 #include "linux/lguest_launcher.h"
47 #include "asm-x86/e820.h"
48 /*:*/
49
50 #define PAGE_PRESENT 0x7        /* Present, RW, Execute */
51 #define NET_PEERNUM 1
52 #define BRIDGE_PFX "bridge:"
53 #ifndef SIOCBRADDIF
54 #define SIOCBRADDIF     0x89a2          /* add interface to bridge      */
55 #endif
56 /* We can have up to 256 pages for devices. */
57 #define DEVICE_PAGES 256
58
59 /*L:120 verbose is both a global flag and a macro.  The C preprocessor allows
60  * this, and although I wouldn't recommend it, it works quite nicely here. */
61 static bool verbose;
62 #define verbose(args...) \
63         do { if (verbose) printf(args); } while(0)
64 /*:*/
65
66 /* The pipe to send commands to the waker process */
67 static int waker_fd;
68 /* The pointer to the start of guest memory. */
69 static void *guest_base;
70 /* The maximum guest physical address allowed, and maximum possible. */
71 static unsigned long guest_limit, guest_max;
72
73 /* This is our list of devices. */
74 struct device_list
75 {
76         /* Summary information about the devices in our list: ready to pass to
77          * select() to ask which need servicing.*/
78         fd_set infds;
79         int max_infd;
80
81         /* The descriptor page for the devices. */
82         struct lguest_device_desc *descs;
83
84         /* A single linked list of devices. */
85         struct device *dev;
86         /* ... And an end pointer so we can easily append new devices */
87         struct device **lastdev;
88 };
89
90 /* The device structure describes a single device. */
91 struct device
92 {
93         /* The linked-list pointer. */
94         struct device *next;
95         /* The descriptor for this device, as mapped into the Guest. */
96         struct lguest_device_desc *desc;
97         /* The memory page(s) of this device, if any.  Also mapped in Guest. */
98         void *mem;
99
100         /* If handle_input is set, it wants to be called when this file
101          * descriptor is ready. */
102         int fd;
103         bool (*handle_input)(int fd, struct device *me);
104
105         /* If handle_output is set, it wants to be called when the Guest sends
106          * DMA to this key. */
107         unsigned long watch_key;
108         u32 (*handle_output)(int fd, const struct iovec *iov,
109                              unsigned int num, struct device *me);
110
111         /* Device-specific data. */
112         void *priv;
113 };
114
115 /*L:100 The Launcher code itself takes us out into userspace, that scary place
116  * where pointers run wild and free!  Unfortunately, like most userspace
117  * programs, it's quite boring (which is why everyone likes to hack on the
118  * kernel!).  Perhaps if you make up an Lguest Drinking Game at this point, it
119  * will get you through this section.  Or, maybe not.
120  *
121  * The Launcher sets up a big chunk of memory to be the Guest's "physical"
122  * memory and stores it in "guest_base".  In other words, Guest physical ==
123  * Launcher virtual with an offset.
124  *
125  * This can be tough to get your head around, but usually it just means that we
126  * use these trivial conversion functions when the Guest gives us it's
127  * "physical" addresses: */
128 static void *from_guest_phys(unsigned long addr)
129 {
130         return guest_base + addr;
131 }
132
133 static unsigned long to_guest_phys(const void *addr)
134 {
135         return (addr - guest_base);
136 }
137
138 /*L:130
139  * Loading the Kernel.
140  *
141  * We start with couple of simple helper routines.  open_or_die() avoids
142  * error-checking code cluttering the callers: */
143 static int open_or_die(const char *name, int flags)
144 {
145         int fd = open(name, flags);
146         if (fd < 0)
147                 err(1, "Failed to open %s", name);
148         return fd;
149 }
150
151 /* map_zeroed_pages() takes a number of pages. */
152 static void *map_zeroed_pages(unsigned int num)
153 {
154         int fd = open_or_die("/dev/zero", O_RDONLY);
155         void *addr;
156
157         /* We use a private mapping (ie. if we write to the page, it will be
158          * copied). */
159         addr = mmap(NULL, getpagesize() * num,
160                     PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC, MAP_PRIVATE, fd, 0);
161         if (addr == MAP_FAILED)
162                 err(1, "Mmaping %u pages of /dev/zero", num);
163
164         return addr;
165 }
166
167 /* Get some more pages for a device. */
168 static void *get_pages(unsigned int num)
169 {
170         void *addr = from_guest_phys(guest_limit);
171
172         guest_limit += num * getpagesize();
173         if (guest_limit > guest_max)
174                 errx(1, "Not enough memory for devices");
175         return addr;
176 }
177
178 /* To find out where to start we look for the magic Guest string, which marks
179  * the code we see in lguest_asm.S.  This is a hack which we are currently
180  * plotting to replace with the normal Linux entry point. */
181 static unsigned long entry_point(const void *start, const void *end,
182                                  unsigned long page_offset)
183 {
184         const void *p;
185
186         /* The scan gives us the physical starting address.  We want the
187          * virtual address in this case, and fortunately, we already figured
188          * out the physical-virtual difference and passed it here in
189          * "page_offset". */
190         for (p = start; p < end; p++)
191                 if (memcmp(p, "GenuineLguest", strlen("GenuineLguest")) == 0)
192                         return to_guest_phys(p + strlen("GenuineLguest"))
193                                 + page_offset;
194
195         errx(1, "Is this image a genuine lguest?");
196 }
197
198 /* This routine is used to load the kernel or initrd.  It tries mmap, but if
199  * that fails (Plan 9's kernel file isn't nicely aligned on page boundaries),
200  * it falls back to reading the memory in. */
201 static void map_at(int fd, void *addr, unsigned long offset, unsigned long len)
202 {
203         ssize_t r;
204
205         /* We map writable even though for some segments are marked read-only.
206          * The kernel really wants to be writable: it patches its own
207          * instructions.
208          *
209          * MAP_PRIVATE means that the page won't be copied until a write is
210          * done to it.  This allows us to share untouched memory between
211          * Guests. */
212         if (mmap(addr, len, PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC,
213                  MAP_FIXED|MAP_PRIVATE, fd, offset) != MAP_FAILED)
214                 return;
215
216         /* pread does a seek and a read in one shot: saves a few lines. */
217         r = pread(fd, addr, len, offset);
218         if (r != len)
219                 err(1, "Reading offset %lu len %lu gave %zi", offset, len, r);
220 }
221
222 /* This routine takes an open vmlinux image, which is in ELF, and maps it into
223  * the Guest memory.  ELF = Embedded Linking Format, which is the format used
224  * by all modern binaries on Linux including the kernel.
225  *
226  * The ELF headers give *two* addresses: a physical address, and a virtual
227  * address.  The Guest kernel expects to be placed in memory at the physical
228  * address, and the page tables set up so it will correspond to that virtual
229  * address.  We return the difference between the virtual and physical
230  * addresses in the "page_offset" pointer.
231  *
232  * We return the starting address. */
233 static unsigned long map_elf(int elf_fd, const Elf32_Ehdr *ehdr,
234                              unsigned long *page_offset)
235 {
236         void *start = (void *)-1, *end = NULL;
237         Elf32_Phdr phdr[ehdr->e_phnum];
238         unsigned int i;
239
240         /* Sanity checks on the main ELF header: an x86 executable with a
241          * reasonable number of correctly-sized program headers. */
242         if (ehdr->e_type != ET_EXEC
243             || ehdr->e_machine != EM_386
244             || ehdr->e_phentsize != sizeof(Elf32_Phdr)
245             || ehdr->e_phnum < 1 || ehdr->e_phnum > 65536U/sizeof(Elf32_Phdr))
246                 errx(1, "Malformed elf header");
247
248         /* An ELF executable contains an ELF header and a number of "program"
249          * headers which indicate which parts ("segments") of the program to
250          * load where. */
251
252         /* We read in all the program headers at once: */
253         if (lseek(elf_fd, ehdr->e_phoff, SEEK_SET) < 0)
254                 err(1, "Seeking to program headers");
255         if (read(elf_fd, phdr, sizeof(phdr)) != sizeof(phdr))
256                 err(1, "Reading program headers");
257
258         /* We don't know page_offset yet. */
259         *page_offset = 0;
260
261         /* Try all the headers: there are usually only three.  A read-only one,
262          * a read-write one, and a "note" section which isn't loadable. */
263         for (i = 0; i < ehdr->e_phnum; i++) {
264                 /* If this isn't a loadable segment, we ignore it */
265                 if (phdr[i].p_type != PT_LOAD)
266                         continue;
267
268                 verbose("Section %i: size %i addr %p\n",
269                         i, phdr[i].p_memsz, (void *)phdr[i].p_paddr);
270
271                 /* We expect a simple linear address space: every segment must
272                  * have the same difference between virtual (p_vaddr) and
273                  * physical (p_paddr) address. */
274                 if (!*page_offset)
275                         *page_offset = phdr[i].p_vaddr - phdr[i].p_paddr;
276                 else if (*page_offset != phdr[i].p_vaddr - phdr[i].p_paddr)
277                         errx(1, "Page offset of section %i different", i);
278
279                 /* We track the first and last address we mapped, so we can
280                  * tell entry_point() where to scan. */
281                 if (from_guest_phys(phdr[i].p_paddr) < start)
282                         start = from_guest_phys(phdr[i].p_paddr);
283                 if (from_guest_phys(phdr[i].p_paddr) + phdr[i].p_filesz > end)
284                         end=from_guest_phys(phdr[i].p_paddr)+phdr[i].p_filesz;
285
286                 /* We map this section of the file at its physical address. */
287                 map_at(elf_fd, from_guest_phys(phdr[i].p_paddr),
288                        phdr[i].p_offset, phdr[i].p_filesz);
289         }
290
291         return entry_point(start, end, *page_offset);
292 }
293
294 /*L:170 Prepare to be SHOCKED and AMAZED.  And possibly a trifle nauseated.
295  *
296  * We know that CONFIG_PAGE_OFFSET sets what virtual address the kernel expects
297  * to be.  We don't know what that option was, but we can figure it out
298  * approximately by looking at the addresses in the code.  I chose the common
299  * case of reading a memory location into the %eax register:
300  *
301  *  movl <some-address>, %eax
302  *
303  * This gets encoded as five bytes: "0xA1 <4-byte-address>".  For example,
304  * "0xA1 0x18 0x60 0x47 0xC0" reads the address 0xC0476018 into %eax.
305  *
306  * In this example can guess that the kernel was compiled with
307  * CONFIG_PAGE_OFFSET set to 0xC0000000 (it's always a round number).  If the
308  * kernel were larger than 16MB, we might see 0xC1 addresses show up, but our
309  * kernel isn't that bloated yet.
310  *
311  * Unfortunately, x86 has variable-length instructions, so finding this
312  * particular instruction properly involves writing a disassembler.  Instead,
313  * we rely on statistics.  We look for "0xA1" and tally the different bytes
314  * which occur 4 bytes later (the "0xC0" in our example above).  When one of
315  * those bytes appears three times, we can be reasonably confident that it
316  * forms the start of CONFIG_PAGE_OFFSET.
317  *
318  * This is amazingly reliable. */
319 static unsigned long intuit_page_offset(unsigned char *img, unsigned long len)
320 {
321         unsigned int i, possibilities[256] = { 0 };
322
323         for (i = 0; i + 4 < len; i++) {
324                 /* mov 0xXXXXXXXX,%eax */
325                 if (img[i] == 0xA1 && ++possibilities[img[i+4]] > 3)
326                         return (unsigned long)img[i+4] << 24;
327         }
328         errx(1, "could not determine page offset");
329 }
330
331 /*L:160 Unfortunately the entire ELF image isn't compressed: the segments
332  * which need loading are extracted and compressed raw.  This denies us the
333  * information we need to make a fully-general loader. */
334 static unsigned long unpack_bzimage(int fd, unsigned long *page_offset)
335 {
336         gzFile f;
337         int ret, len = 0;
338         /* A bzImage always gets loaded at physical address 1M.  This is
339          * actually configurable as CONFIG_PHYSICAL_START, but as the comment
340          * there says, "Don't change this unless you know what you are doing".
341          * Indeed. */
342         void *img = from_guest_phys(0x100000);
343
344         /* gzdopen takes our file descriptor (carefully placed at the start of
345          * the GZIP header we found) and returns a gzFile. */
346         f = gzdopen(fd, "rb");
347         /* We read it into memory in 64k chunks until we hit the end. */
348         while ((ret = gzread(f, img + len, 65536)) > 0)
349                 len += ret;
350         if (ret < 0)
351                 err(1, "reading image from bzImage");
352
353         verbose("Unpacked size %i addr %p\n", len, img);
354
355         /* Without the ELF header, we can't tell virtual-physical gap.  This is
356          * CONFIG_PAGE_OFFSET, and people do actually change it.  Fortunately,
357          * I have a clever way of figuring it out from the code itself.  */
358         *page_offset = intuit_page_offset(img, len);
359
360         return entry_point(img, img + len, *page_offset);
361 }
362
363 /*L:150 A bzImage, unlike an ELF file, is not meant to be loaded.  You're
364  * supposed to jump into it and it will unpack itself.  We can't do that
365  * because the Guest can't run the unpacking code, and adding features to
366  * lguest kills puppies, so we don't want to.
367  *
368  * The bzImage is formed by putting the decompressing code in front of the
369  * compressed kernel code.  So we can simple scan through it looking for the
370  * first "gzip" header, and start decompressing from there. */
371 static unsigned long load_bzimage(int fd, unsigned long *page_offset)
372 {
373         unsigned char c;
374         int state = 0;
375
376         /* GZIP header is 0x1F 0x8B <method> <flags>... <compressed-by>. */
377         while (read(fd, &c, 1) == 1) {
378                 switch (state) {
379                 case 0:
380                         if (c == 0x1F)
381                                 state++;
382                         break;
383                 case 1:
384                         if (c == 0x8B)
385                                 state++;
386                         else
387                                 state = 0;
388                         break;
389                 case 2 ... 8:
390                         state++;
391                         break;
392                 case 9:
393                         /* Seek back to the start of the gzip header. */
394                         lseek(fd, -10, SEEK_CUR);
395                         /* One final check: "compressed under UNIX". */
396                         if (c != 0x03)
397                                 state = -1;
398                         else
399                                 return unpack_bzimage(fd, page_offset);
400                 }
401         }
402         errx(1, "Could not find kernel in bzImage");
403 }
404
405 /*L:140 Loading the kernel is easy when it's a "vmlinux", but most kernels
406  * come wrapped up in the self-decompressing "bzImage" format.  With some funky
407  * coding, we can load those, too. */
408 static unsigned long load_kernel(int fd, unsigned long *page_offset)
409 {
410         Elf32_Ehdr hdr;
411
412         /* Read in the first few bytes. */
413         if (read(fd, &hdr, sizeof(hdr)) != sizeof(hdr))
414                 err(1, "Reading kernel");
415
416         /* If it's an ELF file, it starts with "\177ELF" */
417         if (memcmp(hdr.e_ident, ELFMAG, SELFMAG) == 0)
418                 return map_elf(fd, &hdr, page_offset);
419
420         /* Otherwise we assume it's a bzImage, and try to unpack it */
421         return load_bzimage(fd, page_offset);
422 }
423
424 /* This is a trivial little helper to align pages.  Andi Kleen hated it because
425  * it calls getpagesize() twice: "it's dumb code."
426  *
427  * Kernel guys get really het up about optimization, even when it's not
428  * necessary.  I leave this code as a reaction against that. */
429 static inline unsigned long page_align(unsigned long addr)
430 {
431         /* Add upwards and truncate downwards. */
432         return ((addr + getpagesize()-1) & ~(getpagesize()-1));
433 }
434
435 /*L:180 An "initial ram disk" is a disk image loaded into memory along with
436  * the kernel which the kernel can use to boot from without needing any
437  * drivers.  Most distributions now use this as standard: the initrd contains
438  * the code to load the appropriate driver modules for the current machine.
439  *
440  * Importantly, James Morris works for RedHat, and Fedora uses initrds for its
441  * kernels.  He sent me this (and tells me when I break it). */
442 static unsigned long load_initrd(const char *name, unsigned long mem)
443 {
444         int ifd;
445         struct stat st;
446         unsigned long len;
447
448         ifd = open_or_die(name, O_RDONLY);
449         /* fstat() is needed to get the file size. */
450         if (fstat(ifd, &st) < 0)
451                 err(1, "fstat() on initrd '%s'", name);
452
453         /* We map the initrd at the top of memory, but mmap wants it to be
454          * page-aligned, so we round the size up for that. */
455         len = page_align(st.st_size);
456         map_at(ifd, from_guest_phys(mem - len), 0, st.st_size);
457         /* Once a file is mapped, you can close the file descriptor.  It's a
458          * little odd, but quite useful. */
459         close(ifd);
460         verbose("mapped initrd %s size=%lu @ %p\n", name, len, (void*)mem-len);
461
462         /* We return the initrd size. */
463         return len;
464 }
465
466 /* Once we know the address the Guest kernel expects, we can construct simple
467  * linear page tables for all of memory which will get the Guest far enough
468  * into the boot to create its own.
469  *
470  * We lay them out of the way, just below the initrd (which is why we need to
471  * know its size). */
472 static unsigned long setup_pagetables(unsigned long mem,
473                                       unsigned long initrd_size,
474                                       unsigned long page_offset)
475 {
476         u32 *pgdir, *linear;
477         unsigned int mapped_pages, i, linear_pages;
478         unsigned int ptes_per_page = getpagesize()/sizeof(u32);
479
480         /* Ideally we map all physical memory starting at page_offset.
481          * However, if page_offset is 0xC0000000 we can only map 1G of physical
482          * (0xC0000000 + 1G overflows). */
483         if (mem <= -page_offset)
484                 mapped_pages = mem/getpagesize();
485         else
486                 mapped_pages = -page_offset/getpagesize();
487
488         /* Each PTE page can map ptes_per_page pages: how many do we need? */
489         linear_pages = (mapped_pages + ptes_per_page-1)/ptes_per_page;
490
491         /* We put the toplevel page directory page at the top of memory. */
492         pgdir = from_guest_phys(mem) - initrd_size - getpagesize();
493
494         /* Now we use the next linear_pages pages as pte pages */
495         linear = (void *)pgdir - linear_pages*getpagesize();
496
497         /* Linear mapping is easy: put every page's address into the mapping in
498          * order.  PAGE_PRESENT contains the flags Present, Writable and
499          * Executable. */
500         for (i = 0; i < mapped_pages; i++)
501                 linear[i] = ((i * getpagesize()) | PAGE_PRESENT);
502
503         /* The top level points to the linear page table pages above.  The
504          * entry representing page_offset points to the first one, and they
505          * continue from there. */
506         for (i = 0; i < mapped_pages; i += ptes_per_page) {
507                 pgdir[(i + page_offset/getpagesize())/ptes_per_page]
508                         = ((to_guest_phys(linear) + i*sizeof(u32))
509                            | PAGE_PRESENT);
510         }
511
512         verbose("Linear mapping of %u pages in %u pte pages at %#lx\n",
513                 mapped_pages, linear_pages, to_guest_phys(linear));
514
515         /* We return the top level (guest-physical) address: the kernel needs
516          * to know where it is. */
517         return to_guest_phys(pgdir);
518 }
519
520 /* Simple routine to roll all the commandline arguments together with spaces
521  * between them. */
522 static void concat(char *dst, char *args[])
523 {
524         unsigned int i, len = 0;
525
526         for (i = 0; args[i]; i++) {
527                 strcpy(dst+len, args[i]);
528                 strcat(dst+len, " ");
529                 len += strlen(args[i]) + 1;
530         }
531         /* In case it's empty. */
532         dst[len] = '\0';
533 }
534
535 /* This is where we actually tell the kernel to initialize the Guest.  We saw
536  * 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, the entry point and the page_offset constant for the
539  * Guest. */
540 static int tell_kernel(u32 pgdir, u32 start, u32 page_offset)
541 {
542         u32 args[] = { LHREQ_INITIALIZE,
543                        (unsigned long)guest_base,
544                        guest_limit / getpagesize(),
545                        pgdir, start, page_offset };
546         int fd;
547
548         verbose("Guest: %p - %p (%#lx)\n",
549                 guest_base, guest_base + guest_limit, guest_limit);
550         fd = open_or_die("/dev/lguest", O_RDWR);
551         if (write(fd, args, sizeof(args)) < 0)
552                 err(1, "Writing to /dev/lguest");
553
554         /* We return the /dev/lguest file descriptor to control this Guest */
555         return fd;
556 }
557 /*:*/
558
559 static void set_fd(int fd, struct device_list *devices)
560 {
561         FD_SET(fd, &devices->infds);
562         if (fd > devices->max_infd)
563                 devices->max_infd = fd;
564 }
565
566 /*L:200
567  * The Waker.
568  *
569  * With a console and network devices, we can have lots of input which we need
570  * to process.  We could try to tell the kernel what file descriptors to watch,
571  * but handing a file descriptor mask through to the kernel is fairly icky.
572  *
573  * Instead, we fork off a process which watches the file descriptors and writes
574  * the LHREQ_BREAK command to the /dev/lguest filedescriptor to tell the Host
575  * loop to stop running the Guest.  This causes it to return from the
576  * /dev/lguest read with -EAGAIN, where it will write to /dev/lguest to reset
577  * the LHREQ_BREAK and wake us up again.
578  *
579  * This, of course, is merely a different *kind* of icky.
580  */
581 static void wake_parent(int pipefd, int lguest_fd, struct device_list *devices)
582 {
583         /* Add the pipe from the Launcher to the fdset in the device_list, so
584          * we watch it, too. */
585         set_fd(pipefd, devices);
586
587         for (;;) {
588                 fd_set rfds = devices->infds;
589                 u32 args[] = { LHREQ_BREAK, 1 };
590
591                 /* Wait until input is ready from one of the devices. */
592                 select(devices->max_infd+1, &rfds, NULL, NULL, NULL);
593                 /* Is it a message from the Launcher? */
594                 if (FD_ISSET(pipefd, &rfds)) {
595                         int ignorefd;
596                         /* If read() returns 0, it means the Launcher has
597                          * exited.  We silently follow. */
598                         if (read(pipefd, &ignorefd, sizeof(ignorefd)) == 0)
599                                 exit(0);
600                         /* Otherwise it's telling us there's a problem with one
601                          * of the devices, and we should ignore that file
602                          * descriptor from now on. */
603                         FD_CLR(ignorefd, &devices->infds);
604                 } else /* Send LHREQ_BREAK command. */
605                         write(lguest_fd, args, sizeof(args));
606         }
607 }
608
609 /* This routine just sets up a pipe to the Waker process. */
610 static int setup_waker(int lguest_fd, struct device_list *device_list)
611 {
612         int pipefd[2], child;
613
614         /* We create a pipe to talk to the waker, and also so it knows when the
615          * Launcher dies (and closes pipe). */
616         pipe(pipefd);
617         child = fork();
618         if (child == -1)
619                 err(1, "forking");
620
621         if (child == 0) {
622                 /* Close the "writing" end of our copy of the pipe */
623                 close(pipefd[1]);
624                 wake_parent(pipefd[0], lguest_fd, device_list);
625         }
626         /* Close the reading end of our copy of the pipe. */
627         close(pipefd[0]);
628
629         /* Here is the fd used to talk to the waker. */
630         return pipefd[1];
631 }
632
633 /*L:210
634  * Device Handling.
635  *
636  * When the Guest sends DMA to us, it sends us an array of addresses and sizes.
637  * We need to make sure it's not trying to reach into the Launcher itself, so
638  * we have a convenient routine which check it and exits with an error message
639  * if something funny is going on:
640  */
641 static void *_check_pointer(unsigned long addr, unsigned int size,
642                             unsigned int line)
643 {
644         /* We have to separately check addr and addr+size, because size could
645          * be huge and addr + size might wrap around. */
646         if (addr >= guest_limit || addr + size >= guest_limit)
647                 errx(1, "%s:%i: Invalid address %li", __FILE__, line, addr);
648         /* We return a pointer for the caller's convenience, now we know it's
649          * safe to use. */
650         return from_guest_phys(addr);
651 }
652 /* A macro which transparently hands the line number to the real function. */
653 #define check_pointer(addr,size) _check_pointer(addr, size, __LINE__)
654
655 /* The Guest has given us the address of a "struct lguest_dma".  We check it's
656  * OK and convert it to an iovec (which is a simple array of ptr/size
657  * pairs). */
658 static u32 *dma2iov(unsigned long dma, struct iovec iov[], unsigned *num)
659 {
660         unsigned int i;
661         struct lguest_dma *udma;
662
663         /* First we make sure that the array memory itself is valid. */
664         udma = check_pointer(dma, sizeof(*udma));
665         /* Now we check each element */
666         for (i = 0; i < LGUEST_MAX_DMA_SECTIONS; i++) {
667                 /* A zero length ends the array. */
668                 if (!udma->len[i])
669                         break;
670
671                 iov[i].iov_base = check_pointer(udma->addr[i], udma->len[i]);
672                 iov[i].iov_len = udma->len[i];
673         }
674         *num = i;
675
676         /* We return the pointer to where the caller should write the amount of
677          * the buffer used. */
678         return &udma->used_len;
679 }
680
681 /* This routine gets a DMA buffer from the Guest for a given key, and converts
682  * it to an iovec array.  It returns the interrupt the Guest wants when we're
683  * finished, and a pointer to the "used_len" field to fill in. */
684 static u32 *get_dma_buffer(int fd, void *key,
685                            struct iovec iov[], unsigned int *num, u32 *irq)
686 {
687         u32 buf[] = { LHREQ_GETDMA, to_guest_phys(key) };
688         unsigned long udma;
689         u32 *res;
690
691         /* Ask the kernel for a DMA buffer corresponding to this key. */
692         udma = write(fd, buf, sizeof(buf));
693         /* They haven't registered any, or they're all used? */
694         if (udma == (unsigned long)-1)
695                 return NULL;
696
697         /* Convert it into our iovec array */
698         res = dma2iov(udma, iov, num);
699         /* The kernel stashes irq in ->used_len to get it out to us. */
700         *irq = *res;
701         /* Return a pointer to ((struct lguest_dma *)udma)->used_len. */
702         return res;
703 }
704
705 /* This is a convenient routine to send the Guest an interrupt. */
706 static void trigger_irq(int fd, u32 irq)
707 {
708         u32 buf[] = { LHREQ_IRQ, irq };
709         if (write(fd, buf, sizeof(buf)) != 0)
710                 err(1, "Triggering irq %i", irq);
711 }
712
713 /* This simply sets up an iovec array where we can put data to be discarded.
714  * This happens when the Guest doesn't want or can't handle the input: we have
715  * to get rid of it somewhere, and if we bury it in the ceiling space it will
716  * start to smell after a week. */
717 static void discard_iovec(struct iovec *iov, unsigned int *num)
718 {
719         static char discard_buf[1024];
720         *num = 1;
721         iov->iov_base = discard_buf;
722         iov->iov_len = sizeof(discard_buf);
723 }
724
725 /* Here is the input terminal setting we save, and the routine to restore them
726  * on exit so the user can see what they type next. */
727 static struct termios orig_term;
728 static void restore_term(void)
729 {
730         tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &orig_term);
731 }
732
733 /* We associate some data with the console for our exit hack. */
734 struct console_abort
735 {
736         /* How many times have they hit ^C? */
737         int count;
738         /* When did they start? */
739         struct timeval start;
740 };
741
742 /* This is the routine which handles console input (ie. stdin). */
743 static bool handle_console_input(int fd, struct device *dev)
744 {
745         u32 irq = 0, *lenp;
746         int len;
747         unsigned int num;
748         struct iovec iov[LGUEST_MAX_DMA_SECTIONS];
749         struct console_abort *abort = dev->priv;
750
751         /* First we get the console buffer from the Guest.  The key is dev->mem
752          * which was set to 0 in setup_console(). */
753         lenp = get_dma_buffer(fd, dev->mem, iov, &num, &irq);
754         if (!lenp) {
755                 /* If it's not ready for input, warn and set up to discard. */
756                 warn("console: no dma buffer!");
757                 discard_iovec(iov, &num);
758         }
759
760         /* This is why we convert to iovecs: the readv() call uses them, and so
761          * it reads straight into the Guest's buffer. */
762         len = readv(dev->fd, iov, num);
763         if (len <= 0) {
764                 /* This implies that the console is closed, is /dev/null, or
765                  * something went terribly wrong.  We still go through the rest
766                  * of the logic, though, especially the exit handling below. */
767                 warnx("Failed to get console input, ignoring console.");
768                 len = 0;
769         }
770
771         /* If we read the data into the Guest, fill in the length and send the
772          * interrupt. */
773         if (lenp) {
774                 *lenp = len;
775                 trigger_irq(fd, irq);
776         }
777
778         /* Three ^C within one second?  Exit.
779          *
780          * This is such a hack, but works surprisingly well.  Each ^C has to be
781          * in a buffer by itself, so they can't be too fast.  But we check that
782          * we get three within about a second, so they can't be too slow. */
783         if (len == 1 && ((char *)iov[0].iov_base)[0] == 3) {
784                 if (!abort->count++)
785                         gettimeofday(&abort->start, NULL);
786                 else if (abort->count == 3) {
787                         struct timeval now;
788                         gettimeofday(&now, NULL);
789                         if (now.tv_sec <= abort->start.tv_sec+1) {
790                                 u32 args[] = { LHREQ_BREAK, 0 };
791                                 /* Close the fd so Waker will know it has to
792                                  * exit. */
793                                 close(waker_fd);
794                                 /* Just in case waker is blocked in BREAK, send
795                                  * unbreak now. */
796                                 write(fd, args, sizeof(args));
797                                 exit(2);
798                         }
799                         abort->count = 0;
800                 }
801         } else
802                 /* Any other key resets the abort counter. */
803                 abort->count = 0;
804
805         /* Now, if we didn't read anything, put the input terminal back and
806          * return failure (meaning, don't call us again). */
807         if (!len) {
808                 restore_term();
809                 return false;
810         }
811         /* Everything went OK! */
812         return true;
813 }
814
815 /* Handling console output is much simpler than input. */
816 static u32 handle_console_output(int fd, const struct iovec *iov,
817                                  unsigned num, struct device*dev)
818 {
819         /* Whatever the Guest sends, write it to standard output.  Return the
820          * number of bytes written. */
821         return writev(STDOUT_FILENO, iov, num);
822 }
823
824 /* Guest->Host network output is also pretty easy. */
825 static u32 handle_tun_output(int fd, const struct iovec *iov,
826                              unsigned num, struct device *dev)
827 {
828         /* We put a flag in the "priv" pointer of the network device, and set
829          * it as soon as we see output.  We'll see why in handle_tun_input() */
830         *(bool *)dev->priv = true;
831         /* Whatever packet the Guest sent us, write it out to the tun
832          * device. */
833         return writev(dev->fd, iov, num);
834 }
835
836 /* This matches the peer_key() in lguest_net.c.  The key for any given slot
837  * is the address of the network device's page plus 4 * the slot number. */
838 static unsigned long peer_offset(unsigned int peernum)
839 {
840         return 4 * peernum;
841 }
842
843 /* This is where we handle a packet coming in from the tun device */
844 static bool handle_tun_input(int fd, struct device *dev)
845 {
846         u32 irq = 0, *lenp;
847         int len;
848         unsigned num;
849         struct iovec iov[LGUEST_MAX_DMA_SECTIONS];
850
851         /* First we get a buffer the Guest has bound to its key. */
852         lenp = get_dma_buffer(fd, dev->mem+peer_offset(NET_PEERNUM), iov, &num,
853                               &irq);
854         if (!lenp) {
855                 /* Now, it's expected that if we try to send a packet too
856                  * early, the Guest won't be ready yet.  This is why we set a
857                  * flag when the Guest sends its first packet.  If it's sent a
858                  * packet we assume it should be ready to receive them.
859                  *
860                  * Actually, this is what the status bits in the descriptor are
861                  * for: we should *use* them.  FIXME! */
862                 if (*(bool *)dev->priv)
863                         warn("network: no dma buffer!");
864                 discard_iovec(iov, &num);
865         }
866
867         /* Read the packet from the device directly into the Guest's buffer. */
868         len = readv(dev->fd, iov, num);
869         if (len <= 0)
870                 err(1, "reading network");
871
872         /* Write the used_len, and trigger the interrupt for the Guest */
873         if (lenp) {
874                 *lenp = len;
875                 trigger_irq(fd, irq);
876         }
877         verbose("tun input packet len %i [%02x %02x] (%s)\n", len,
878                 ((u8 *)iov[0].iov_base)[0], ((u8 *)iov[0].iov_base)[1],
879                 lenp ? "sent" : "discarded");
880         /* All good. */
881         return true;
882 }
883
884 /* The last device handling routine is block output: the Guest has sent a DMA
885  * to the block device.  It will have placed the command it wants in the
886  * "struct lguest_block_page". */
887 static u32 handle_block_output(int fd, const struct iovec *iov,
888                                unsigned num, struct device *dev)
889 {
890         struct lguest_block_page *p = dev->mem;
891         u32 irq, *lenp;
892         unsigned int len, reply_num;
893         struct iovec reply[LGUEST_MAX_DMA_SECTIONS];
894         off64_t device_len, off = (off64_t)p->sector * 512;
895
896         /* First we extract the device length from the dev->priv pointer. */
897         device_len = *(off64_t *)dev->priv;
898
899         /* We first check that the read or write is within the length of the
900          * block file. */
901         if (off >= device_len)
902                 errx(1, "Bad offset %llu vs %llu", off, device_len);
903         /* Move to the right location in the block file.  This shouldn't fail,
904          * but best to check. */
905         if (lseek64(dev->fd, off, SEEK_SET) != off)
906                 err(1, "Bad seek to sector %i", p->sector);
907
908         verbose("Block: %s at offset %llu\n", p->type ? "WRITE" : "READ", off);
909
910         /* They were supposed to bind a reply buffer at key equal to the start
911          * of the block device memory.  We need this to tell them when the
912          * request is finished. */
913         lenp = get_dma_buffer(fd, dev->mem, reply, &reply_num, &irq);
914         if (!lenp)
915                 err(1, "Block request didn't give us a dma buffer");
916
917         if (p->type) {
918                 /* A write request.  The DMA they sent contained the data, so
919                  * write it out. */
920                 len = writev(dev->fd, iov, num);
921                 /* Grr... Now we know how long the "struct lguest_dma" they
922                  * sent was, we make sure they didn't try to write over the end
923                  * of the block file (possibly extending it). */
924                 if (off + len > device_len) {
925                         /* Trim it back to the correct length */
926                         ftruncate64(dev->fd, device_len);
927                         /* Die, bad Guest, die. */
928                         errx(1, "Write past end %llu+%u", off, len);
929                 }
930                 /* The reply length is 0: we just send back an empty DMA to
931                  * interrupt them and tell them the write is finished. */
932                 *lenp = 0;
933         } else {
934                 /* A read request.  They sent an empty DMA to start the
935                  * request, and we put the read contents into the reply
936                  * buffer. */
937                 len = readv(dev->fd, reply, reply_num);
938                 *lenp = len;
939         }
940
941         /* The result is 1 (done), 2 if there was an error (short read or
942          * write). */
943         p->result = 1 + (p->bytes != len);
944         /* Now tell them we've used their reply buffer. */
945         trigger_irq(fd, irq);
946
947         /* We're supposed to return the number of bytes of the output buffer we
948          * used.  But the block device uses the "result" field instead, so we
949          * don't bother. */
950         return 0;
951 }
952
953 /* This is the generic routine we call when the Guest sends some DMA out. */
954 static void handle_output(int fd, unsigned long dma, unsigned long key,
955                           struct device_list *devices)
956 {
957         struct device *i;
958         u32 *lenp;
959         struct iovec iov[LGUEST_MAX_DMA_SECTIONS];
960         unsigned num = 0;
961
962         /* Convert the "struct lguest_dma" they're sending to a "struct
963          * iovec". */
964         lenp = dma2iov(dma, iov, &num);
965
966         /* Check each device: if they expect output to this key, tell them to
967          * handle it. */
968         for (i = devices->dev; i; i = i->next) {
969                 if (i->handle_output && key == i->watch_key) {
970                         /* We write the result straight into the used_len field
971                          * for them. */
972                         *lenp = i->handle_output(fd, iov, num, i);
973                         return;
974                 }
975         }
976
977         /* This can happen: the kernel sends any SEND_DMA which doesn't match
978          * another Guest to us.  It could be that another Guest just left a
979          * network, for example.  But it's unusual. */
980         warnx("Pending dma %p, key %p", (void *)dma, (void *)key);
981 }
982
983 /* This is called when the waker wakes us up: check for incoming file
984  * descriptors. */
985 static void handle_input(int fd, struct device_list *devices)
986 {
987         /* select() wants a zeroed timeval to mean "don't wait". */
988         struct timeval poll = { .tv_sec = 0, .tv_usec = 0 };
989
990         for (;;) {
991                 struct device *i;
992                 fd_set fds = devices->infds;
993
994                 /* If nothing is ready, we're done. */
995                 if (select(devices->max_infd+1, &fds, NULL, NULL, &poll) == 0)
996                         break;
997
998                 /* Otherwise, call the device(s) which have readable
999                  * file descriptors and a method of handling them.  */
1000                 for (i = devices->dev; i; i = i->next) {
1001                         if (i->handle_input && FD_ISSET(i->fd, &fds)) {
1002                                 /* If handle_input() returns false, it means we
1003                                  * should no longer service it.
1004                                  * handle_console_input() does this. */
1005                                 if (!i->handle_input(fd, i)) {
1006                                         /* Clear it from the set of input file
1007                                          * descriptors kept at the head of the
1008                                          * device list. */
1009                                         FD_CLR(i->fd, &devices->infds);
1010                                         /* Tell waker to ignore it too... */
1011                                         write(waker_fd, &i->fd, sizeof(i->fd));
1012                                 }
1013                         }
1014                 }
1015         }
1016 }
1017
1018 /*L:190
1019  * Device Setup
1020  *
1021  * All devices need a descriptor so the Guest knows it exists, and a "struct
1022  * device" so the Launcher can keep track of it.  We have common helper
1023  * routines to allocate them.
1024  *
1025  * This routine allocates a new "struct lguest_device_desc" from descriptor
1026  * table in the devices array just above the Guest's normal memory. */
1027 static struct lguest_device_desc *
1028 new_dev_desc(struct lguest_device_desc *descs,
1029              u16 type, u16 features, u16 num_pages)
1030 {
1031         unsigned int i;
1032
1033         for (i = 0; i < LGUEST_MAX_DEVICES; i++) {
1034                 if (!descs[i].type) {
1035                         descs[i].type = type;
1036                         descs[i].features = features;
1037                         descs[i].num_pages = num_pages;
1038                         /* If they said the device needs memory, we allocate
1039                          * that now. */
1040                         if (num_pages) {
1041                                 unsigned long pa;
1042                                 pa = to_guest_phys(get_pages(num_pages));
1043                                 descs[i].pfn = pa / getpagesize();
1044                         }
1045                         return &descs[i];
1046                 }
1047         }
1048         errx(1, "too many devices");
1049 }
1050
1051 /* This monster routine does all the creation and setup of a new device,
1052  * including caling new_dev_desc() to allocate the descriptor and device
1053  * memory. */
1054 static struct device *new_device(struct device_list *devices,
1055                                  u16 type, u16 num_pages, u16 features,
1056                                  int fd,
1057                                  bool (*handle_input)(int, struct device *),
1058                                  unsigned long watch_off,
1059                                  u32 (*handle_output)(int,
1060                                                       const struct iovec *,
1061                                                       unsigned,
1062                                                       struct device *))
1063 {
1064         struct device *dev = malloc(sizeof(*dev));
1065
1066         /* Append to device list.  Prepending to a single-linked list is
1067          * easier, but the user expects the devices to be arranged on the bus
1068          * in command-line order.  The first network device on the command line
1069          * is eth0, the first block device /dev/lgba, etc. */
1070         *devices->lastdev = dev;
1071         dev->next = NULL;
1072         devices->lastdev = &dev->next;
1073
1074         /* Now we populate the fields one at a time. */
1075         dev->fd = fd;
1076         /* If we have an input handler for this file descriptor, then we add it
1077          * to the device_list's fdset and maxfd. */
1078         if (handle_input)
1079                 set_fd(dev->fd, devices);
1080         dev->desc = new_dev_desc(devices->descs, type, features, num_pages);
1081         dev->mem = from_guest_phys(dev->desc->pfn * getpagesize());
1082         dev->handle_input = handle_input;
1083         dev->watch_key = to_guest_phys(dev->mem) + watch_off;
1084         dev->handle_output = handle_output;
1085         return dev;
1086 }
1087
1088 /* Our first setup routine is the console.  It's a fairly simple device, but
1089  * UNIX tty handling makes it uglier than it could be. */
1090 static void setup_console(struct device_list *devices)
1091 {
1092         struct device *dev;
1093
1094         /* If we can save the initial standard input settings... */
1095         if (tcgetattr(STDIN_FILENO, &orig_term) == 0) {
1096                 struct termios term = orig_term;
1097                 /* Then we turn off echo, line buffering and ^C etc.  We want a
1098                  * raw input stream to the Guest. */
1099                 term.c_lflag &= ~(ISIG|ICANON|ECHO);
1100                 tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &term);
1101                 /* If we exit gracefully, the original settings will be
1102                  * restored so the user can see what they're typing. */
1103                 atexit(restore_term);
1104         }
1105
1106         /* We don't currently require any memory for the console, so we ask for
1107          * 0 pages. */
1108         dev = new_device(devices, LGUEST_DEVICE_T_CONSOLE, 0, 0,
1109                          STDIN_FILENO, handle_console_input,
1110                          LGUEST_CONSOLE_DMA_KEY, handle_console_output);
1111         /* We store the console state in dev->priv, and initialize it. */
1112         dev->priv = malloc(sizeof(struct console_abort));
1113         ((struct console_abort *)dev->priv)->count = 0;
1114         verbose("device %p: console\n",
1115                 (void *)(dev->desc->pfn * getpagesize()));
1116 }
1117
1118 /* Setting up a block file is also fairly straightforward. */
1119 static void setup_block_file(const char *filename, struct device_list *devices)
1120 {
1121         int fd;
1122         struct device *dev;
1123         off64_t *device_len;
1124         struct lguest_block_page *p;
1125
1126         /* We open with O_LARGEFILE because otherwise we get stuck at 2G.  We
1127          * open with O_DIRECT because otherwise our benchmarks go much too
1128          * fast. */
1129         fd = open_or_die(filename, O_RDWR|O_LARGEFILE|O_DIRECT);
1130
1131         /* We want one page, and have no input handler (the block file never
1132          * has anything interesting to say to us).  Our timing will be quite
1133          * random, so it should be a reasonable randomness source. */
1134         dev = new_device(devices, LGUEST_DEVICE_T_BLOCK, 1,
1135                          LGUEST_DEVICE_F_RANDOMNESS,
1136                          fd, NULL, 0, handle_block_output);
1137
1138         /* We store the device size in the private area */
1139         device_len = dev->priv = malloc(sizeof(*device_len));
1140         /* This is the safe way of establishing the size of our device: it
1141          * might be a normal file or an actual block device like /dev/hdb. */
1142         *device_len = lseek64(fd, 0, SEEK_END);
1143
1144         /* The device memory is a "struct lguest_block_page".  It's zeroed
1145          * already, we just need to put in the device size.  Block devices
1146          * think in sectors (ie. 512 byte chunks), so we translate here. */
1147         p = dev->mem;
1148         p->num_sectors = *device_len/512;
1149         verbose("device %p: block %i sectors\n",
1150                 (void *)(dev->desc->pfn * getpagesize()), p->num_sectors);
1151 }
1152
1153 /*
1154  * Network Devices.
1155  *
1156  * Setting up network devices is quite a pain, because we have three types.
1157  * First, we have the inter-Guest network.  This is a file which is mapped into
1158  * the address space of the Guests who are on the network.  Because it is a
1159  * shared mapping, the same page underlies all the devices, and they can send
1160  * DMA to each other.
1161  *
1162  * Remember from our network driver, the Guest is told what slot in the page it
1163  * is to use.  We use exclusive fnctl locks to reserve a slot.  If another
1164  * Guest is using a slot, the lock will fail and we try another.  Because fnctl
1165  * locks are cleaned up automatically when we die, this cleverly means that our
1166  * reservation on the slot will vanish if we crash. */
1167 static unsigned int find_slot(int netfd, const char *filename)
1168 {
1169         struct flock fl;
1170
1171         fl.l_type = F_WRLCK;
1172         fl.l_whence = SEEK_SET;
1173         fl.l_len = 1;
1174         /* Try a 1 byte lock in each possible position number */
1175         for (fl.l_start = 0;
1176              fl.l_start < getpagesize()/sizeof(struct lguest_net);
1177              fl.l_start++) {
1178                 /* If we succeed, return the slot number. */
1179                 if (fcntl(netfd, F_SETLK, &fl) == 0)
1180                         return fl.l_start;
1181         }
1182         errx(1, "No free slots in network file %s", filename);
1183 }
1184
1185 /* This function sets up the network file */
1186 static void setup_net_file(const char *filename,
1187                            struct device_list *devices)
1188 {
1189         int netfd;
1190         struct device *dev;
1191
1192         /* We don't use open_or_die() here: for friendliness we create the file
1193          * if it doesn't already exist. */
1194         netfd = open(filename, O_RDWR, 0);
1195         if (netfd < 0) {
1196                 if (errno == ENOENT) {
1197                         netfd = open(filename, O_RDWR|O_CREAT, 0600);
1198                         if (netfd >= 0) {
1199                                 /* If we succeeded, initialize the file with a
1200                                  * blank page. */
1201                                 char page[getpagesize()];
1202                                 memset(page, 0, sizeof(page));
1203                                 write(netfd, page, sizeof(page));
1204                         }
1205                 }
1206                 if (netfd < 0)
1207                         err(1, "cannot open net file '%s'", filename);
1208         }
1209
1210         /* We need 1 page, and the features indicate the slot to use and that
1211          * no checksum is needed.  We never touch this device again; it's
1212          * between the Guests on the network, so we don't register input or
1213          * output handlers. */
1214         dev = new_device(devices, LGUEST_DEVICE_T_NET, 1,
1215                          find_slot(netfd, filename)|LGUEST_NET_F_NOCSUM,
1216                          -1, NULL, 0, NULL);
1217
1218         /* Map the shared file. */
1219         if (mmap(dev->mem, getpagesize(), PROT_READ|PROT_WRITE,
1220                          MAP_FIXED|MAP_SHARED, netfd, 0) != dev->mem)
1221                         err(1, "could not mmap '%s'", filename);
1222         verbose("device %p: shared net %s, peer %i\n",
1223                 (void *)(dev->desc->pfn * getpagesize()), filename,
1224                 dev->desc->features & ~LGUEST_NET_F_NOCSUM);
1225 }
1226 /*:*/
1227
1228 static u32 str2ip(const char *ipaddr)
1229 {
1230         unsigned int byte[4];
1231
1232         sscanf(ipaddr, "%u.%u.%u.%u", &byte[0], &byte[1], &byte[2], &byte[3]);
1233         return (byte[0] << 24) | (byte[1] << 16) | (byte[2] << 8) | byte[3];
1234 }
1235
1236 /* This code is "adapted" from libbridge: it attaches the Host end of the
1237  * network device to the bridge device specified by the command line.
1238  *
1239  * This is yet another James Morris contribution (I'm an IP-level guy, so I
1240  * dislike bridging), and I just try not to break it. */
1241 static void add_to_bridge(int fd, const char *if_name, const char *br_name)
1242 {
1243         int ifidx;
1244         struct ifreq ifr;
1245
1246         if (!*br_name)
1247                 errx(1, "must specify bridge name");
1248
1249         ifidx = if_nametoindex(if_name);
1250         if (!ifidx)
1251                 errx(1, "interface %s does not exist!", if_name);
1252
1253         strncpy(ifr.ifr_name, br_name, IFNAMSIZ);
1254         ifr.ifr_ifindex = ifidx;
1255         if (ioctl(fd, SIOCBRADDIF, &ifr) < 0)
1256                 err(1, "can't add %s to bridge %s", if_name, br_name);
1257 }
1258
1259 /* This sets up the Host end of the network device with an IP address, brings
1260  * it up so packets will flow, the copies the MAC address into the hwaddr
1261  * pointer (in practice, the Host's slot in the network device's memory). */
1262 static void configure_device(int fd, const char *devname, u32 ipaddr,
1263                              unsigned char hwaddr[6])
1264 {
1265         struct ifreq ifr;
1266         struct sockaddr_in *sin = (struct sockaddr_in *)&ifr.ifr_addr;
1267
1268         /* Don't read these incantations.  Just cut & paste them like I did! */
1269         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
1270         strcpy(ifr.ifr_name, devname);
1271         sin->sin_family = AF_INET;
1272         sin->sin_addr.s_addr = htonl(ipaddr);
1273         if (ioctl(fd, SIOCSIFADDR, &ifr) != 0)
1274                 err(1, "Setting %s interface address", devname);
1275         ifr.ifr_flags = IFF_UP;
1276         if (ioctl(fd, SIOCSIFFLAGS, &ifr) != 0)
1277                 err(1, "Bringing interface %s up", devname);
1278
1279         /* SIOC stands for Socket I/O Control.  G means Get (vs S for Set
1280          * above).  IF means Interface, and HWADDR is hardware address.
1281          * Simple! */
1282         if (ioctl(fd, SIOCGIFHWADDR, &ifr) != 0)
1283                 err(1, "getting hw address for %s", devname);
1284         memcpy(hwaddr, ifr.ifr_hwaddr.sa_data, 6);
1285 }
1286
1287 /*L:195 The other kind of network is a Host<->Guest network.  This can either
1288  * use briding or routing, but the principle is the same: it uses the "tun"
1289  * device to inject packets into the Host as if they came in from a normal
1290  * network card.  We just shunt packets between the Guest and the tun
1291  * device. */
1292 static void setup_tun_net(const char *arg, struct device_list *devices)
1293 {
1294         struct device *dev;
1295         struct ifreq ifr;
1296         int netfd, ipfd;
1297         u32 ip;
1298         const char *br_name = NULL;
1299
1300         /* We open the /dev/net/tun device and tell it we want a tap device.  A
1301          * tap device is like a tun device, only somehow different.  To tell
1302          * the truth, I completely blundered my way through this code, but it
1303          * works now! */
1304         netfd = open_or_die("/dev/net/tun", O_RDWR);
1305         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
1306         ifr.ifr_flags = IFF_TAP | IFF_NO_PI;
1307         strcpy(ifr.ifr_name, "tap%d");
1308         if (ioctl(netfd, TUNSETIFF, &ifr) != 0)
1309                 err(1, "configuring /dev/net/tun");
1310         /* We don't need checksums calculated for packets coming in this
1311          * device: trust us! */
1312         ioctl(netfd, TUNSETNOCSUM, 1);
1313
1314         /* We create the net device with 1 page, using the features field of
1315          * the descriptor to tell the Guest it is in slot 1 (NET_PEERNUM), and
1316          * that the device has fairly random timing.  We do *not* specify
1317          * LGUEST_NET_F_NOCSUM: these packets can reach the real world.
1318          *
1319          * We will put our MAC address is slot 0 for the Guest to see, so
1320          * it will send packets to us using the key "peer_offset(0)": */
1321         dev = new_device(devices, LGUEST_DEVICE_T_NET, 1,
1322                          NET_PEERNUM|LGUEST_DEVICE_F_RANDOMNESS, netfd,
1323                          handle_tun_input, peer_offset(0), handle_tun_output);
1324
1325         /* We keep a flag which says whether we've seen packets come out from
1326          * this network device. */
1327         dev->priv = malloc(sizeof(bool));
1328         *(bool *)dev->priv = false;
1329
1330         /* We need a socket to perform the magic network ioctls to bring up the
1331          * tap interface, connect to the bridge etc.  Any socket will do! */
1332         ipfd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_IP);
1333         if (ipfd < 0)
1334                 err(1, "opening IP socket");
1335
1336         /* If the command line was --tunnet=bridge:<name> do bridging. */
1337         if (!strncmp(BRIDGE_PFX, arg, strlen(BRIDGE_PFX))) {
1338                 ip = INADDR_ANY;
1339                 br_name = arg + strlen(BRIDGE_PFX);
1340                 add_to_bridge(ipfd, ifr.ifr_name, br_name);
1341         } else /* It is an IP address to set up the device with */
1342                 ip = str2ip(arg);
1343
1344         /* We are peer 0, ie. first slot, so we hand dev->mem to this routine
1345          * to write the MAC address at the start of the device memory.  */
1346         configure_device(ipfd, ifr.ifr_name, ip, dev->mem);
1347
1348         /* Set "promisc" bit: we want every single packet if we're going to
1349          * bridge to other machines (and otherwise it doesn't matter). */
1350         *((u8 *)dev->mem) |= 0x1;
1351
1352         close(ipfd);
1353
1354         verbose("device %p: tun net %u.%u.%u.%u\n",
1355                 (void *)(dev->desc->pfn * getpagesize()),
1356                 (u8)(ip>>24), (u8)(ip>>16), (u8)(ip>>8), (u8)ip);
1357         if (br_name)
1358                 verbose("attached to bridge: %s\n", br_name);
1359 }
1360 /* That's the end of device setup. */
1361
1362 /*L:220 Finally we reach the core of the Launcher, which runs the Guest, serves
1363  * its input and output, and finally, lays it to rest. */
1364 static void __attribute__((noreturn))
1365 run_guest(int lguest_fd, struct device_list *device_list)
1366 {
1367         for (;;) {
1368                 u32 args[] = { LHREQ_BREAK, 0 };
1369                 unsigned long arr[2];
1370                 int readval;
1371
1372                 /* We read from the /dev/lguest device to run the Guest. */
1373                 readval = read(lguest_fd, arr, sizeof(arr));
1374
1375                 /* The read can only really return sizeof(arr) (the Guest did a
1376                  * SEND_DMA to us), or an error. */
1377
1378                 /* For a successful read, arr[0] is the address of the "struct
1379                  * lguest_dma", and arr[1] is the key the Guest sent to. */
1380                 if (readval == sizeof(arr)) {
1381                         handle_output(lguest_fd, arr[0], arr[1], device_list);
1382                         continue;
1383                 /* ENOENT means the Guest died.  Reading tells us why. */
1384                 } else if (errno == ENOENT) {
1385                         char reason[1024] = { 0 };
1386                         read(lguest_fd, reason, sizeof(reason)-1);
1387                         errx(1, "%s", reason);
1388                 /* EAGAIN means the waker wanted us to look at some input.
1389                  * Anything else means a bug or incompatible change. */
1390                 } else if (errno != EAGAIN)
1391                         err(1, "Running guest failed");
1392
1393                 /* Service input, then unset the BREAK which releases
1394                  * the Waker. */
1395                 handle_input(lguest_fd, device_list);
1396                 if (write(lguest_fd, args, sizeof(args)) < 0)
1397                         err(1, "Resetting break");
1398         }
1399 }
1400 /*
1401  * This is the end of the Launcher.
1402  *
1403  * But wait!  We've seen I/O from the Launcher, and we've seen I/O from the
1404  * Drivers.  If we were to see the Host kernel I/O code, our understanding
1405  * would be complete... :*/
1406
1407 static struct option opts[] = {
1408         { "verbose", 0, NULL, 'v' },
1409         { "sharenet", 1, NULL, 's' },
1410         { "tunnet", 1, NULL, 't' },
1411         { "block", 1, NULL, 'b' },
1412         { "initrd", 1, NULL, 'i' },
1413         { NULL },
1414 };
1415 static void usage(void)
1416 {
1417         errx(1, "Usage: lguest [--verbose] "
1418              "[--sharenet=<filename>|--tunnet=(<ipaddr>|bridge:<bridgename>)\n"
1419              "|--block=<filename>|--initrd=<filename>]...\n"
1420              "<mem-in-mb> vmlinux [args...]");
1421 }
1422
1423 /*L:105 The main routine is where the real work begins: */
1424 int main(int argc, char *argv[])
1425 {
1426         /* Memory, top-level pagetable, code startpoint, PAGE_OFFSET and size
1427          * of the (optional) initrd. */
1428         unsigned long mem = 0, pgdir, start, page_offset, initrd_size = 0;
1429         /* A temporary and the /dev/lguest file descriptor. */
1430         int i, c, lguest_fd;
1431         /* The list of Guest devices, based on command line arguments. */
1432         struct device_list device_list;
1433         /* The boot information for the Guest. */
1434         void *boot;
1435         /* If they specify an initrd file to load. */
1436         const char *initrd_name = NULL;
1437
1438         /* First we initialize the device list.  Since console and network
1439          * device receive input from a file descriptor, we keep an fdset
1440          * (infds) and the maximum fd number (max_infd) with the head of the
1441          * list.  We also keep a pointer to the last device, for easy appending
1442          * to the list. */
1443         device_list.max_infd = -1;
1444         device_list.dev = NULL;
1445         device_list.lastdev = &device_list.dev;
1446         FD_ZERO(&device_list.infds);
1447
1448         /* We need to know how much memory so we can set up the device
1449          * descriptor and memory pages for the devices as we parse the command
1450          * line.  So we quickly look through the arguments to find the amount
1451          * of memory now. */
1452         for (i = 1; i < argc; i++) {
1453                 if (argv[i][0] != '-') {
1454                         mem = atoi(argv[i]) * 1024 * 1024;
1455                         /* We start by mapping anonymous pages over all of
1456                          * guest-physical memory range.  This fills it with 0,
1457                          * and ensures that the Guest won't be killed when it
1458                          * tries to access it. */
1459                         guest_base = map_zeroed_pages(mem / getpagesize()
1460                                                       + DEVICE_PAGES);
1461                         guest_limit = mem;
1462                         guest_max = mem + DEVICE_PAGES*getpagesize();
1463                         device_list.descs = get_pages(1);
1464                         break;
1465                 }
1466         }
1467
1468         /* The options are fairly straight-forward */
1469         while ((c = getopt_long(argc, argv, "v", opts, NULL)) != EOF) {
1470                 switch (c) {
1471                 case 'v':
1472                         verbose = true;
1473                         break;
1474                 case 's':
1475                         setup_net_file(optarg, &device_list);
1476                         break;
1477                 case 't':
1478                         setup_tun_net(optarg, &device_list);
1479                         break;
1480                 case 'b':
1481                         setup_block_file(optarg, &device_list);
1482                         break;
1483                 case 'i':
1484                         initrd_name = optarg;
1485                         break;
1486                 default:
1487                         warnx("Unknown argument %s", argv[optind]);
1488                         usage();
1489                 }
1490         }
1491         /* After the other arguments we expect memory and kernel image name,
1492          * followed by command line arguments for the kernel. */
1493         if (optind + 2 > argc)
1494                 usage();
1495
1496         verbose("Guest base is at %p\n", guest_base);
1497
1498         /* We always have a console device */
1499         setup_console(&device_list);
1500
1501         /* Now we load the kernel */
1502         start = load_kernel(open_or_die(argv[optind+1], O_RDONLY),
1503                             &page_offset);
1504
1505         /* Boot information is stashed at physical address 0 */
1506         boot = from_guest_phys(0);
1507
1508         /* Map the initrd image if requested (at top of physical memory) */
1509         if (initrd_name) {
1510                 initrd_size = load_initrd(initrd_name, mem);
1511                 /* These are the location in the Linux boot header where the
1512                  * start and size of the initrd are expected to be found. */
1513                 *(unsigned long *)(boot+0x218) = mem - initrd_size;
1514                 *(unsigned long *)(boot+0x21c) = initrd_size;
1515                 /* The bootloader type 0xFF means "unknown"; that's OK. */
1516                 *(unsigned char *)(boot+0x210) = 0xFF;
1517         }
1518
1519         /* Set up the initial linear pagetables, starting below the initrd. */
1520         pgdir = setup_pagetables(mem, initrd_size, page_offset);
1521
1522         /* The Linux boot header contains an "E820" memory map: ours is a
1523          * simple, single region. */
1524         *(char*)(boot+E820NR) = 1;
1525         *((struct e820entry *)(boot+E820MAP))
1526                 = ((struct e820entry) { 0, mem, E820_RAM });
1527         /* The boot header contains a command line pointer: we put the command
1528          * line after the boot header (at address 4096) */
1529         *(u32 *)(boot + 0x228) = 4096;
1530         concat(boot + 4096, argv+optind+2);
1531
1532         /* The guest type value of "1" tells the Guest it's under lguest. */
1533         *(int *)(boot + 0x23c) = 1;
1534
1535         /* We tell the kernel to initialize the Guest: this returns the open
1536          * /dev/lguest file descriptor. */
1537         lguest_fd = tell_kernel(pgdir, start, page_offset);
1538
1539         /* We fork off a child process, which wakes the Launcher whenever one
1540          * of the input file descriptors needs attention.  Otherwise we would
1541          * run the Guest until it tries to output something. */
1542         waker_fd = setup_waker(lguest_fd, &device_list);
1543
1544         /* Finally, run the Guest.  This doesn't return. */
1545         run_guest(lguest_fd, &device_list);
1546 }
1547 /*:*/
1548
1549 /*M:999
1550  * Mastery is done: you now know everything I do.
1551  *
1552  * But surely you have seen code, features and bugs in your wanderings which
1553  * you now yearn to attack?  That is the real game, and I look forward to you
1554  * patching and forking lguest into the Your-Name-Here-visor.
1555  *
1556  * Farewell, and good coding!
1557  * Rusty Russell.
1558  */