lguest: add MMIO region allocator in example launcher.
[firefly-linux-kernel-4.4.55.git] / tools / lguest / lguest.c
1 /*P:100
2  * This is the Launcher code, a simple program which lays out the "physical"
3  * memory for the new Guest by mapping the kernel image and the virtual
4  * devices, then opens /dev/lguest to tell the kernel about the Guest and
5  * control it.
6 :*/
7 #define _LARGEFILE64_SOURCE
8 #define _GNU_SOURCE
9 #include <stdio.h>
10 #include <string.h>
11 #include <unistd.h>
12 #include <err.h>
13 #include <stdint.h>
14 #include <stdlib.h>
15 #include <elf.h>
16 #include <sys/mman.h>
17 #include <sys/param.h>
18 #include <sys/types.h>
19 #include <sys/stat.h>
20 #include <sys/wait.h>
21 #include <sys/eventfd.h>
22 #include <fcntl.h>
23 #include <stdbool.h>
24 #include <errno.h>
25 #include <ctype.h>
26 #include <sys/socket.h>
27 #include <sys/ioctl.h>
28 #include <sys/time.h>
29 #include <time.h>
30 #include <netinet/in.h>
31 #include <net/if.h>
32 #include <linux/sockios.h>
33 #include <linux/if_tun.h>
34 #include <sys/uio.h>
35 #include <termios.h>
36 #include <getopt.h>
37 #include <assert.h>
38 #include <sched.h>
39 #include <limits.h>
40 #include <stddef.h>
41 #include <signal.h>
42 #include <pwd.h>
43 #include <grp.h>
44 #include <sys/user.h>
45
46 #ifndef VIRTIO_F_ANY_LAYOUT
47 #define VIRTIO_F_ANY_LAYOUT             27
48 #endif
49
50 /*L:110
51  * We can ignore the 43 include files we need for this program, but I do want
52  * to draw attention to the use of kernel-style types.
53  *
54  * As Linus said, "C is a Spartan language, and so should your naming be."  I
55  * like these abbreviations, so we define them here.  Note that u64 is always
56  * unsigned long long, which works on all Linux systems: this means that we can
57  * use %llu in printf for any u64.
58  */
59 typedef unsigned long long u64;
60 typedef uint32_t u32;
61 typedef uint16_t u16;
62 typedef uint8_t u8;
63 /*:*/
64
65 #include <linux/virtio_config.h>
66 #include <linux/virtio_net.h>
67 #include <linux/virtio_blk.h>
68 #include <linux/virtio_console.h>
69 #include <linux/virtio_rng.h>
70 #include <linux/virtio_ring.h>
71 #include <asm/bootparam.h>
72 #include "../../include/linux/lguest_launcher.h"
73
74 #define BRIDGE_PFX "bridge:"
75 #ifndef SIOCBRADDIF
76 #define SIOCBRADDIF     0x89a2          /* add interface to bridge      */
77 #endif
78 /* We can have up to 256 pages for devices. */
79 #define DEVICE_PAGES 256
80 /* This will occupy 3 pages: it must be a power of 2. */
81 #define VIRTQUEUE_NUM 256
82
83 /*L:120
84  * verbose is both a global flag and a macro.  The C preprocessor allows
85  * this, and although I wouldn't recommend it, it works quite nicely here.
86  */
87 static bool verbose;
88 #define verbose(args...) \
89         do { if (verbose) printf(args); } while(0)
90 /*:*/
91
92 /* The pointer to the start of guest memory. */
93 static void *guest_base;
94 /* The maximum guest physical address allowed, and maximum possible. */
95 static unsigned long guest_limit, guest_max, guest_mmio;
96 /* The /dev/lguest file descriptor. */
97 static int lguest_fd;
98
99 /* a per-cpu variable indicating whose vcpu is currently running */
100 static unsigned int __thread cpu_id;
101
102 /* This is our list of devices. */
103 struct device_list {
104         /* Counter to assign interrupt numbers. */
105         unsigned int next_irq;
106
107         /* Counter to print out convenient device numbers. */
108         unsigned int device_num;
109
110         /* The descriptor page for the devices. */
111         u8 *descpage;
112
113         /* A single linked list of devices. */
114         struct device *dev;
115         /* And a pointer to the last device for easy append. */
116         struct device *lastdev;
117 };
118
119 /* The list of Guest devices, based on command line arguments. */
120 static struct device_list devices;
121
122 /* The device structure describes a single device. */
123 struct device {
124         /* The linked-list pointer. */
125         struct device *next;
126
127         /* The device's descriptor, as mapped into the Guest. */
128         struct lguest_device_desc *desc;
129
130         /* We can't trust desc values once Guest has booted: we use these. */
131         unsigned int feature_len;
132         unsigned int num_vq;
133
134         /* The name of this device, for --verbose. */
135         const char *name;
136
137         /* Any queues attached to this device */
138         struct virtqueue *vq;
139
140         /* Is it operational */
141         bool running;
142
143         /* Device-specific data. */
144         void *priv;
145 };
146
147 /* The virtqueue structure describes a queue attached to a device. */
148 struct virtqueue {
149         struct virtqueue *next;
150
151         /* Which device owns me. */
152         struct device *dev;
153
154         /* The configuration for this queue. */
155         struct lguest_vqconfig config;
156
157         /* The actual ring of buffers. */
158         struct vring vring;
159
160         /* Last available index we saw. */
161         u16 last_avail_idx;
162
163         /* How many are used since we sent last irq? */
164         unsigned int pending_used;
165
166         /* Eventfd where Guest notifications arrive. */
167         int eventfd;
168
169         /* Function for the thread which is servicing this virtqueue. */
170         void (*service)(struct virtqueue *vq);
171         pid_t thread;
172 };
173
174 /* Remember the arguments to the program so we can "reboot" */
175 static char **main_args;
176
177 /* The original tty settings to restore on exit. */
178 static struct termios orig_term;
179
180 /*
181  * We have to be careful with barriers: our devices are all run in separate
182  * threads and so we need to make sure that changes visible to the Guest happen
183  * in precise order.
184  */
185 #define wmb() __asm__ __volatile__("" : : : "memory")
186 #define rmb() __asm__ __volatile__("lock; addl $0,0(%%esp)" : : : "memory")
187 #define mb() __asm__ __volatile__("lock; addl $0,0(%%esp)" : : : "memory")
188
189 /* Wrapper for the last available index.  Makes it easier to change. */
190 #define lg_last_avail(vq)       ((vq)->last_avail_idx)
191
192 /*
193  * The virtio configuration space is defined to be little-endian.  x86 is
194  * little-endian too, but it's nice to be explicit so we have these helpers.
195  */
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,
216                         void *dest, unsigned len)
217 {
218         unsigned int i;
219
220         for (i = 0; i < num_iov; i++) {
221                 unsigned int used;
222
223                 used = iov[i].iov_len < len ? iov[i].iov_len : len;
224                 if (dest) {
225                         memcpy(dest, iov[i].iov_base, used);
226                         dest += used;
227                 }
228                 iov[i].iov_base += used;
229                 iov[i].iov_len -= used;
230                 len -= used;
231         }
232         if (len != 0)
233                 errx(1, "iovec too short!");
234 }
235
236 /* The device virtqueue descriptors are followed by feature bitmasks. */
237 static u8 *get_feature_bits(struct device *dev)
238 {
239         return (u8 *)(dev->desc + 1)
240                 + dev->num_vq * sizeof(struct lguest_vqconfig);
241 }
242
243 /*L:100
244  * The Launcher code itself takes us out into userspace, that scary place where
245  * pointers run wild and free!  Unfortunately, like most userspace programs,
246  * it's quite boring (which is why everyone likes to hack on the kernel!).
247  * Perhaps if you make up an Lguest Drinking Game at this point, it will get
248  * you through this section.  Or, maybe not.
249  *
250  * The Launcher sets up a big chunk of memory to be the Guest's "physical"
251  * memory and stores it in "guest_base".  In other words, Guest physical ==
252  * Launcher virtual with an offset.
253  *
254  * This can be tough to get your head around, but usually it just means that we
255  * use these trivial conversion functions when the Guest gives us its
256  * "physical" addresses:
257  */
258 static void *from_guest_phys(unsigned long addr)
259 {
260         return guest_base + addr;
261 }
262
263 static unsigned long to_guest_phys(const void *addr)
264 {
265         return (addr - guest_base);
266 }
267
268 /*L:130
269  * Loading the Kernel.
270  *
271  * We start with couple of simple helper routines.  open_or_die() avoids
272  * error-checking code cluttering the callers:
273  */
274 static int open_or_die(const char *name, int flags)
275 {
276         int fd = open(name, flags);
277         if (fd < 0)
278                 err(1, "Failed to open %s", name);
279         return fd;
280 }
281
282 /* map_zeroed_pages() takes a number of pages. */
283 static void *map_zeroed_pages(unsigned int num)
284 {
285         int fd = open_or_die("/dev/zero", O_RDONLY);
286         void *addr;
287
288         /*
289          * We use a private mapping (ie. if we write to the page, it will be
290          * copied). We allocate an extra two pages PROT_NONE to act as guard
291          * pages against read/write attempts that exceed allocated space.
292          */
293         addr = mmap(NULL, getpagesize() * (num+2),
294                     PROT_NONE, MAP_PRIVATE, fd, 0);
295
296         if (addr == MAP_FAILED)
297                 err(1, "Mmapping %u pages of /dev/zero", num);
298
299         if (mprotect(addr + getpagesize(), getpagesize() * num,
300                      PROT_READ|PROT_WRITE) == -1)
301                 err(1, "mprotect rw %u pages failed", num);
302
303         /*
304          * One neat mmap feature is that you can close the fd, and it
305          * stays mapped.
306          */
307         close(fd);
308
309         /* Return address after PROT_NONE page */
310         return addr + getpagesize();
311 }
312
313 /* Get some more pages for a device. */
314 static void *get_pages(unsigned int num)
315 {
316         void *addr = from_guest_phys(guest_limit);
317
318         guest_limit += num * getpagesize();
319         if (guest_limit > guest_max)
320                 errx(1, "Not enough memory for devices");
321         return addr;
322 }
323
324 /* Get some bytes which won't be mapped into the guest. */
325 static unsigned long get_mmio_region(size_t size)
326 {
327         unsigned long addr = guest_mmio;
328         size_t i;
329
330         if (!size)
331                 return addr;
332
333         /* Size has to be a power of 2 (and multiple of 16) */
334         for (i = 1; i < size; i <<= 1);
335
336         guest_mmio += i;
337
338         return addr;
339 }
340
341 /*
342  * This routine is used to load the kernel or initrd.  It tries mmap, but if
343  * that fails (Plan 9's kernel file isn't nicely aligned on page boundaries),
344  * it falls back to reading the memory in.
345  */
346 static void map_at(int fd, void *addr, unsigned long offset, unsigned long len)
347 {
348         ssize_t r;
349
350         /*
351          * We map writable even though for some segments are marked read-only.
352          * The kernel really wants to be writable: it patches its own
353          * instructions.
354          *
355          * MAP_PRIVATE means that the page won't be copied until a write is
356          * done to it.  This allows us to share untouched memory between
357          * Guests.
358          */
359         if (mmap(addr, len, PROT_READ|PROT_WRITE,
360                  MAP_FIXED|MAP_PRIVATE, fd, offset) != MAP_FAILED)
361                 return;
362
363         /* pread does a seek and a read in one shot: saves a few lines. */
364         r = pread(fd, addr, len, offset);
365         if (r != len)
366                 err(1, "Reading offset %lu len %lu gave %zi", offset, len, r);
367 }
368
369 /*
370  * This routine takes an open vmlinux image, which is in ELF, and maps it into
371  * the Guest memory.  ELF = Embedded Linking Format, which is the format used
372  * by all modern binaries on Linux including the kernel.
373  *
374  * The ELF headers give *two* addresses: a physical address, and a virtual
375  * address.  We use the physical address; the Guest will map itself to the
376  * virtual address.
377  *
378  * We return the starting address.
379  */
380 static unsigned long map_elf(int elf_fd, const Elf32_Ehdr *ehdr)
381 {
382         Elf32_Phdr phdr[ehdr->e_phnum];
383         unsigned int i;
384
385         /*
386          * Sanity checks on the main ELF header: an x86 executable with a
387          * reasonable number of correctly-sized program headers.
388          */
389         if (ehdr->e_type != ET_EXEC
390             || ehdr->e_machine != EM_386
391             || ehdr->e_phentsize != sizeof(Elf32_Phdr)
392             || ehdr->e_phnum < 1 || ehdr->e_phnum > 65536U/sizeof(Elf32_Phdr))
393                 errx(1, "Malformed elf header");
394
395         /*
396          * An ELF executable contains an ELF header and a number of "program"
397          * headers which indicate which parts ("segments") of the program to
398          * load where.
399          */
400
401         /* We read in all the program headers at once: */
402         if (lseek(elf_fd, ehdr->e_phoff, SEEK_SET) < 0)
403                 err(1, "Seeking to program headers");
404         if (read(elf_fd, phdr, sizeof(phdr)) != sizeof(phdr))
405                 err(1, "Reading program headers");
406
407         /*
408          * Try all the headers: there are usually only three.  A read-only one,
409          * a read-write one, and a "note" section which we don't load.
410          */
411         for (i = 0; i < ehdr->e_phnum; i++) {
412                 /* If this isn't a loadable segment, we ignore it */
413                 if (phdr[i].p_type != PT_LOAD)
414                         continue;
415
416                 verbose("Section %i: size %i addr %p\n",
417                         i, phdr[i].p_memsz, (void *)phdr[i].p_paddr);
418
419                 /* We map this section of the file at its physical address. */
420                 map_at(elf_fd, from_guest_phys(phdr[i].p_paddr),
421                        phdr[i].p_offset, phdr[i].p_filesz);
422         }
423
424         /* The entry point is given in the ELF header. */
425         return ehdr->e_entry;
426 }
427
428 /*L:150
429  * A bzImage, unlike an ELF file, is not meant to be loaded.  You're supposed
430  * to jump into it and it will unpack itself.  We used to have to perform some
431  * hairy magic because the unpacking code scared me.
432  *
433  * Fortunately, Jeremy Fitzhardinge convinced me it wasn't that hard and wrote
434  * a small patch to jump over the tricky bits in the Guest, so now we just read
435  * the funky header so we know where in the file to load, and away we go!
436  */
437 static unsigned long load_bzimage(int fd)
438 {
439         struct boot_params boot;
440         int r;
441         /* Modern bzImages get loaded at 1M. */
442         void *p = from_guest_phys(0x100000);
443
444         /*
445          * Go back to the start of the file and read the header.  It should be
446          * a Linux boot header (see Documentation/x86/boot.txt)
447          */
448         lseek(fd, 0, SEEK_SET);
449         read(fd, &boot, sizeof(boot));
450
451         /* Inside the setup_hdr, we expect the magic "HdrS" */
452         if (memcmp(&boot.hdr.header, "HdrS", 4) != 0)
453                 errx(1, "This doesn't look like a bzImage to me");
454
455         /* Skip over the extra sectors of the header. */
456         lseek(fd, (boot.hdr.setup_sects+1) * 512, SEEK_SET);
457
458         /* Now read everything into memory. in nice big chunks. */
459         while ((r = read(fd, p, 65536)) > 0)
460                 p += r;
461
462         /* Finally, code32_start tells us where to enter the kernel. */
463         return boot.hdr.code32_start;
464 }
465
466 /*L:140
467  * Loading the kernel is easy when it's a "vmlinux", but most kernels
468  * come wrapped up in the self-decompressing "bzImage" format.  With a little
469  * work, we can load those, too.
470  */
471 static unsigned long load_kernel(int fd)
472 {
473         Elf32_Ehdr hdr;
474
475         /* Read in the first few bytes. */
476         if (read(fd, &hdr, sizeof(hdr)) != sizeof(hdr))
477                 err(1, "Reading kernel");
478
479         /* If it's an ELF file, it starts with "\177ELF" */
480         if (memcmp(hdr.e_ident, ELFMAG, SELFMAG) == 0)
481                 return map_elf(fd, &hdr);
482
483         /* Otherwise we assume it's a bzImage, and try to load it. */
484         return load_bzimage(fd);
485 }
486
487 /*
488  * This is a trivial little helper to align pages.  Andi Kleen hated it because
489  * it calls getpagesize() twice: "it's dumb code."
490  *
491  * Kernel guys get really het up about optimization, even when it's not
492  * necessary.  I leave this code as a reaction against that.
493  */
494 static inline unsigned long page_align(unsigned long addr)
495 {
496         /* Add upwards and truncate downwards. */
497         return ((addr + getpagesize()-1) & ~(getpagesize()-1));
498 }
499
500 /*L:180
501  * An "initial ram disk" is a disk image loaded into memory along with the
502  * kernel which the kernel can use to boot from without needing any drivers.
503  * Most distributions now use this as standard: the initrd contains the code to
504  * load the appropriate driver modules for the current machine.
505  *
506  * Importantly, James Morris works for RedHat, and Fedora uses initrds for its
507  * kernels.  He sent me this (and tells me when I break it).
508  */
509 static unsigned long load_initrd(const char *name, unsigned long mem)
510 {
511         int ifd;
512         struct stat st;
513         unsigned long len;
514
515         ifd = open_or_die(name, O_RDONLY);
516         /* fstat() is needed to get the file size. */
517         if (fstat(ifd, &st) < 0)
518                 err(1, "fstat() on initrd '%s'", name);
519
520         /*
521          * We map the initrd at the top of memory, but mmap wants it to be
522          * page-aligned, so we round the size up for that.
523          */
524         len = page_align(st.st_size);
525         map_at(ifd, from_guest_phys(mem - len), 0, st.st_size);
526         /*
527          * Once a file is mapped, you can close the file descriptor.  It's a
528          * little odd, but quite useful.
529          */
530         close(ifd);
531         verbose("mapped initrd %s size=%lu @ %p\n", name, len, (void*)mem-len);
532
533         /* We return the initrd size. */
534         return len;
535 }
536 /*:*/
537
538 /*
539  * Simple routine to roll all the commandline arguments together with spaces
540  * between them.
541  */
542 static void concat(char *dst, char *args[])
543 {
544         unsigned int i, len = 0;
545
546         for (i = 0; args[i]; i++) {
547                 if (i) {
548                         strcat(dst+len, " ");
549                         len++;
550                 }
551                 strcpy(dst+len, args[i]);
552                 len += strlen(args[i]);
553         }
554         /* In case it's empty. */
555         dst[len] = '\0';
556 }
557
558 /*L:185
559  * This is where we actually tell the kernel to initialize the Guest.  We
560  * saw the arguments it expects when we looked at initialize() in lguest_user.c:
561  * the base of Guest "physical" memory, the top physical page to allow and the
562  * entry point for the Guest.
563  */
564 static void tell_kernel(unsigned long start)
565 {
566         unsigned long args[] = { LHREQ_INITIALIZE,
567                                  (unsigned long)guest_base,
568                                  guest_limit / getpagesize(), start,
569                                  (guest_mmio+getpagesize()-1) / getpagesize() };
570         verbose("Guest: %p - %p (%#lx, MMIO %#lx)\n",
571                 guest_base, guest_base + guest_limit,
572                 guest_limit, guest_mmio);
573         lguest_fd = open_or_die("/dev/lguest", O_RDWR);
574         if (write(lguest_fd, args, sizeof(args)) < 0)
575                 err(1, "Writing to /dev/lguest");
576 }
577 /*:*/
578
579 /*L:200
580  * Device Handling.
581  *
582  * When the Guest gives us a buffer, it sends an array of addresses and sizes.
583  * We need to make sure it's not trying to reach into the Launcher itself, so
584  * we have a convenient routine which checks it and exits with an error message
585  * if something funny is going on:
586  */
587 static void *_check_pointer(unsigned long addr, unsigned int size,
588                             unsigned int line)
589 {
590         /*
591          * Check if the requested address and size exceeds the allocated memory,
592          * or addr + size wraps around.
593          */
594         if ((addr + size) > guest_limit || (addr + size) < addr)
595                 errx(1, "%s:%i: Invalid address %#lx", __FILE__, line, addr);
596         /*
597          * We return a pointer for the caller's convenience, now we know it's
598          * safe to use.
599          */
600         return from_guest_phys(addr);
601 }
602 /* A macro which transparently hands the line number to the real function. */
603 #define check_pointer(addr,size) _check_pointer(addr, size, __LINE__)
604
605 /*
606  * Each buffer in the virtqueues is actually a chain of descriptors.  This
607  * function returns the next descriptor in the chain, or vq->vring.num if we're
608  * at the end.
609  */
610 static unsigned next_desc(struct vring_desc *desc,
611                           unsigned int i, unsigned int max)
612 {
613         unsigned int next;
614
615         /* If this descriptor says it doesn't chain, we're done. */
616         if (!(desc[i].flags & VRING_DESC_F_NEXT))
617                 return max;
618
619         /* Check they're not leading us off end of descriptors. */
620         next = desc[i].next;
621         /* Make sure compiler knows to grab that: we don't want it changing! */
622         wmb();
623
624         if (next >= max)
625                 errx(1, "Desc next is %u", next);
626
627         return next;
628 }
629
630 /*
631  * This actually sends the interrupt for this virtqueue, if we've used a
632  * buffer.
633  */
634 static void trigger_irq(struct virtqueue *vq)
635 {
636         unsigned long buf[] = { LHREQ_IRQ, vq->config.irq };
637
638         /* Don't inform them if nothing used. */
639         if (!vq->pending_used)
640                 return;
641         vq->pending_used = 0;
642
643         /* If they don't want an interrupt, don't send one... */
644         if (vq->vring.avail->flags & VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT) {
645                 return;
646         }
647
648         /* Send the Guest an interrupt tell them we used something up. */
649         if (write(lguest_fd, buf, sizeof(buf)) != 0)
650                 err(1, "Triggering irq %i", vq->config.irq);
651 }
652
653 /*
654  * This looks in the virtqueue for the first available buffer, and converts
655  * it to an iovec for convenient access.  Since descriptors consist of some
656  * number of output then some number of input descriptors, it's actually two
657  * iovecs, but we pack them into one and note how many of each there were.
658  *
659  * This function waits if necessary, and returns the descriptor number found.
660  */
661 static unsigned wait_for_vq_desc(struct virtqueue *vq,
662                                  struct iovec iov[],
663                                  unsigned int *out_num, unsigned int *in_num)
664 {
665         unsigned int i, head, max;
666         struct vring_desc *desc;
667         u16 last_avail = lg_last_avail(vq);
668
669         /* There's nothing available? */
670         while (last_avail == vq->vring.avail->idx) {
671                 u64 event;
672
673                 /*
674                  * Since we're about to sleep, now is a good time to tell the
675                  * Guest about what we've used up to now.
676                  */
677                 trigger_irq(vq);
678
679                 /* OK, now we need to know about added descriptors. */
680                 vq->vring.used->flags &= ~VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
681
682                 /*
683                  * They could have slipped one in as we were doing that: make
684                  * sure it's written, then check again.
685                  */
686                 mb();
687                 if (last_avail != vq->vring.avail->idx) {
688                         vq->vring.used->flags |= VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
689                         break;
690                 }
691
692                 /* Nothing new?  Wait for eventfd to tell us they refilled. */
693                 if (read(vq->eventfd, &event, sizeof(event)) != sizeof(event))
694                         errx(1, "Event read failed?");
695
696                 /* We don't need to be notified again. */
697                 vq->vring.used->flags |= VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
698         }
699
700         /* Check it isn't doing very strange things with descriptor numbers. */
701         if ((u16)(vq->vring.avail->idx - last_avail) > vq->vring.num)
702                 errx(1, "Guest moved used index from %u to %u",
703                      last_avail, vq->vring.avail->idx);
704
705         /* 
706          * Make sure we read the descriptor number *after* we read the ring
707          * update; don't let the cpu or compiler change the order.
708          */
709         rmb();
710
711         /*
712          * Grab the next descriptor number they're advertising, and increment
713          * the index we've seen.
714          */
715         head = vq->vring.avail->ring[last_avail % vq->vring.num];
716         lg_last_avail(vq)++;
717
718         /* If their number is silly, that's a fatal mistake. */
719         if (head >= vq->vring.num)
720                 errx(1, "Guest says index %u is available", head);
721
722         /* When we start there are none of either input nor output. */
723         *out_num = *in_num = 0;
724
725         max = vq->vring.num;
726         desc = vq->vring.desc;
727         i = head;
728
729         /*
730          * We have to read the descriptor after we read the descriptor number,
731          * but there's a data dependency there so the CPU shouldn't reorder
732          * that: no rmb() required.
733          */
734
735         /*
736          * If this is an indirect entry, then this buffer contains a descriptor
737          * table which we handle as if it's any normal descriptor chain.
738          */
739         if (desc[i].flags & VRING_DESC_F_INDIRECT) {
740                 if (desc[i].len % sizeof(struct vring_desc))
741                         errx(1, "Invalid size for indirect buffer table");
742
743                 max = desc[i].len / sizeof(struct vring_desc);
744                 desc = check_pointer(desc[i].addr, desc[i].len);
745                 i = 0;
746         }
747
748         do {
749                 /* Grab the first descriptor, and check it's OK. */
750                 iov[*out_num + *in_num].iov_len = desc[i].len;
751                 iov[*out_num + *in_num].iov_base
752                         = check_pointer(desc[i].addr, desc[i].len);
753                 /* If this is an input descriptor, increment that count. */
754                 if (desc[i].flags & VRING_DESC_F_WRITE)
755                         (*in_num)++;
756                 else {
757                         /*
758                          * If it's an output descriptor, they're all supposed
759                          * to come before any input descriptors.
760                          */
761                         if (*in_num)
762                                 errx(1, "Descriptor has out after in");
763                         (*out_num)++;
764                 }
765
766                 /* If we've got too many, that implies a descriptor loop. */
767                 if (*out_num + *in_num > max)
768                         errx(1, "Looped descriptor");
769         } while ((i = next_desc(desc, i, max)) != max);
770
771         return head;
772 }
773
774 /*
775  * After we've used one of their buffers, we tell the Guest about it.  Sometime
776  * later we'll want to send them an interrupt using trigger_irq(); note that
777  * wait_for_vq_desc() does that for us if it has to wait.
778  */
779 static void add_used(struct virtqueue *vq, unsigned int head, int len)
780 {
781         struct vring_used_elem *used;
782
783         /*
784          * The virtqueue contains a ring of used buffers.  Get a pointer to the
785          * next entry in that used ring.
786          */
787         used = &vq->vring.used->ring[vq->vring.used->idx % vq->vring.num];
788         used->id = head;
789         used->len = len;
790         /* Make sure buffer is written before we update index. */
791         wmb();
792         vq->vring.used->idx++;
793         vq->pending_used++;
794 }
795
796 /* And here's the combo meal deal.  Supersize me! */
797 static void add_used_and_trigger(struct virtqueue *vq, unsigned head, int len)
798 {
799         add_used(vq, head, len);
800         trigger_irq(vq);
801 }
802
803 /*
804  * The Console
805  *
806  * We associate some data with the console for our exit hack.
807  */
808 struct console_abort {
809         /* How many times have they hit ^C? */
810         int count;
811         /* When did they start? */
812         struct timeval start;
813 };
814
815 /* This is the routine which handles console input (ie. stdin). */
816 static void console_input(struct virtqueue *vq)
817 {
818         int len;
819         unsigned int head, in_num, out_num;
820         struct console_abort *abort = vq->dev->priv;
821         struct iovec iov[vq->vring.num];
822
823         /* Make sure there's a descriptor available. */
824         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out_num, &in_num);
825         if (out_num)
826                 errx(1, "Output buffers in console in queue?");
827
828         /* Read into it.  This is where we usually wait. */
829         len = readv(STDIN_FILENO, iov, in_num);
830         if (len <= 0) {
831                 /* Ran out of input? */
832                 warnx("Failed to get console input, ignoring console.");
833                 /*
834                  * For simplicity, dying threads kill the whole Launcher.  So
835                  * just nap here.
836                  */
837                 for (;;)
838                         pause();
839         }
840
841         /* Tell the Guest we used a buffer. */
842         add_used_and_trigger(vq, head, len);
843
844         /*
845          * Three ^C within one second?  Exit.
846          *
847          * This is such a hack, but works surprisingly well.  Each ^C has to
848          * be in a buffer by itself, so they can't be too fast.  But we check
849          * that we get three within about a second, so they can't be too
850          * slow.
851          */
852         if (len != 1 || ((char *)iov[0].iov_base)[0] != 3) {
853                 abort->count = 0;
854                 return;
855         }
856
857         abort->count++;
858         if (abort->count == 1)
859                 gettimeofday(&abort->start, NULL);
860         else if (abort->count == 3) {
861                 struct timeval now;
862                 gettimeofday(&now, NULL);
863                 /* Kill all Launcher processes with SIGINT, like normal ^C */
864                 if (now.tv_sec <= abort->start.tv_sec+1)
865                         kill(0, SIGINT);
866                 abort->count = 0;
867         }
868 }
869
870 /* This is the routine which handles console output (ie. stdout). */
871 static void console_output(struct virtqueue *vq)
872 {
873         unsigned int head, out, in;
874         struct iovec iov[vq->vring.num];
875
876         /* We usually wait in here, for the Guest to give us something. */
877         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out, &in);
878         if (in)
879                 errx(1, "Input buffers in console output queue?");
880
881         /* writev can return a partial write, so we loop here. */
882         while (!iov_empty(iov, out)) {
883                 int len = writev(STDOUT_FILENO, iov, out);
884                 if (len <= 0) {
885                         warn("Write to stdout gave %i (%d)", len, errno);
886                         break;
887                 }
888                 iov_consume(iov, out, NULL, len);
889         }
890
891         /*
892          * We're finished with that buffer: if we're going to sleep,
893          * wait_for_vq_desc() will prod the Guest with an interrupt.
894          */
895         add_used(vq, head, 0);
896 }
897
898 /*
899  * The Network
900  *
901  * Handling output for network is also simple: we get all the output buffers
902  * and write them to /dev/net/tun.
903  */
904 struct net_info {
905         int tunfd;
906 };
907
908 static void net_output(struct virtqueue *vq)
909 {
910         struct net_info *net_info = vq->dev->priv;
911         unsigned int head, out, in;
912         struct iovec iov[vq->vring.num];
913
914         /* We usually wait in here for the Guest to give us a packet. */
915         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out, &in);
916         if (in)
917                 errx(1, "Input buffers in net output queue?");
918         /*
919          * Send the whole thing through to /dev/net/tun.  It expects the exact
920          * same format: what a coincidence!
921          */
922         if (writev(net_info->tunfd, iov, out) < 0)
923                 warnx("Write to tun failed (%d)?", errno);
924
925         /*
926          * Done with that one; wait_for_vq_desc() will send the interrupt if
927          * all packets are processed.
928          */
929         add_used(vq, head, 0);
930 }
931
932 /*
933  * Handling network input is a bit trickier, because I've tried to optimize it.
934  *
935  * First we have a helper routine which tells is if from this file descriptor
936  * (ie. the /dev/net/tun device) will block:
937  */
938 static bool will_block(int fd)
939 {
940         fd_set fdset;
941         struct timeval zero = { 0, 0 };
942         FD_ZERO(&fdset);
943         FD_SET(fd, &fdset);
944         return select(fd+1, &fdset, NULL, NULL, &zero) != 1;
945 }
946
947 /*
948  * This handles packets coming in from the tun device to our Guest.  Like all
949  * service routines, it gets called again as soon as it returns, so you don't
950  * see a while(1) loop here.
951  */
952 static void net_input(struct virtqueue *vq)
953 {
954         int len;
955         unsigned int head, out, in;
956         struct iovec iov[vq->vring.num];
957         struct net_info *net_info = vq->dev->priv;
958
959         /*
960          * Get a descriptor to write an incoming packet into.  This will also
961          * send an interrupt if they're out of descriptors.
962          */
963         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out, &in);
964         if (out)
965                 errx(1, "Output buffers in net input queue?");
966
967         /*
968          * If it looks like we'll block reading from the tun device, send them
969          * an interrupt.
970          */
971         if (vq->pending_used && will_block(net_info->tunfd))
972                 trigger_irq(vq);
973
974         /*
975          * Read in the packet.  This is where we normally wait (when there's no
976          * incoming network traffic).
977          */
978         len = readv(net_info->tunfd, iov, in);
979         if (len <= 0)
980                 warn("Failed to read from tun (%d).", errno);
981
982         /*
983          * Mark that packet buffer as used, but don't interrupt here.  We want
984          * to wait until we've done as much work as we can.
985          */
986         add_used(vq, head, len);
987 }
988 /*:*/
989
990 /* This is the helper to create threads: run the service routine in a loop. */
991 static int do_thread(void *_vq)
992 {
993         struct virtqueue *vq = _vq;
994
995         for (;;)
996                 vq->service(vq);
997         return 0;
998 }
999
1000 /*
1001  * When a child dies, we kill our entire process group with SIGTERM.  This
1002  * also has the side effect that the shell restores the console for us!
1003  */
1004 static void kill_launcher(int signal)
1005 {
1006         kill(0, SIGTERM);
1007 }
1008
1009 static void reset_device(struct device *dev)
1010 {
1011         struct virtqueue *vq;
1012
1013         verbose("Resetting device %s\n", dev->name);
1014
1015         /* Clear any features they've acked. */
1016         memset(get_feature_bits(dev) + dev->feature_len, 0, dev->feature_len);
1017
1018         /* We're going to be explicitly killing threads, so ignore them. */
1019         signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
1020
1021         /* Zero out the virtqueues, get rid of their threads */
1022         for (vq = dev->vq; vq; vq = vq->next) {
1023                 if (vq->thread != (pid_t)-1) {
1024                         kill(vq->thread, SIGTERM);
1025                         waitpid(vq->thread, NULL, 0);
1026                         vq->thread = (pid_t)-1;
1027                 }
1028                 memset(vq->vring.desc, 0,
1029                        vring_size(vq->config.num, LGUEST_VRING_ALIGN));
1030                 lg_last_avail(vq) = 0;
1031         }
1032         dev->running = false;
1033
1034         /* Now we care if threads die. */
1035         signal(SIGCHLD, (void *)kill_launcher);
1036 }
1037
1038 /*L:216
1039  * This actually creates the thread which services the virtqueue for a device.
1040  */
1041 static void create_thread(struct virtqueue *vq)
1042 {
1043         /*
1044          * Create stack for thread.  Since the stack grows upwards, we point
1045          * the stack pointer to the end of this region.
1046          */
1047         char *stack = malloc(32768);
1048         unsigned long args[] = { LHREQ_EVENTFD,
1049                                  vq->config.pfn*getpagesize(), 0 };
1050
1051         /* Create a zero-initialized eventfd. */
1052         vq->eventfd = eventfd(0, 0);
1053         if (vq->eventfd < 0)
1054                 err(1, "Creating eventfd");
1055         args[2] = vq->eventfd;
1056
1057         /*
1058          * Attach an eventfd to this virtqueue: it will go off when the Guest
1059          * does an LHCALL_NOTIFY for this vq.
1060          */
1061         if (write(lguest_fd, &args, sizeof(args)) != 0)
1062                 err(1, "Attaching eventfd");
1063
1064         /*
1065          * CLONE_VM: because it has to access the Guest memory, and SIGCHLD so
1066          * we get a signal if it dies.
1067          */
1068         vq->thread = clone(do_thread, stack + 32768, CLONE_VM | SIGCHLD, vq);
1069         if (vq->thread == (pid_t)-1)
1070                 err(1, "Creating clone");
1071
1072         /* We close our local copy now the child has it. */
1073         close(vq->eventfd);
1074 }
1075
1076 static void start_device(struct device *dev)
1077 {
1078         unsigned int i;
1079         struct virtqueue *vq;
1080
1081         verbose("Device %s OK: offered", dev->name);
1082         for (i = 0; i < dev->feature_len; i++)
1083                 verbose(" %02x", get_feature_bits(dev)[i]);
1084         verbose(", accepted");
1085         for (i = 0; i < dev->feature_len; i++)
1086                 verbose(" %02x", get_feature_bits(dev)
1087                         [dev->feature_len+i]);
1088
1089         for (vq = dev->vq; vq; vq = vq->next) {
1090                 if (vq->service)
1091                         create_thread(vq);
1092         }
1093         dev->running = true;
1094 }
1095
1096 static void cleanup_devices(void)
1097 {
1098         struct device *dev;
1099
1100         for (dev = devices.dev; dev; dev = dev->next)
1101                 reset_device(dev);
1102
1103         /* If we saved off the original terminal settings, restore them now. */
1104         if (orig_term.c_lflag & (ISIG|ICANON|ECHO))
1105                 tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &orig_term);
1106 }
1107
1108 /* When the Guest tells us they updated the status field, we handle it. */
1109 static void update_device_status(struct device *dev)
1110 {
1111         /* A zero status is a reset, otherwise it's a set of flags. */
1112         if (dev->desc->status == 0)
1113                 reset_device(dev);
1114         else if (dev->desc->status & VIRTIO_CONFIG_S_FAILED) {
1115                 warnx("Device %s configuration FAILED", dev->name);
1116                 if (dev->running)
1117                         reset_device(dev);
1118         } else {
1119                 if (dev->running)
1120                         err(1, "Device %s features finalized twice", dev->name);
1121                 start_device(dev);
1122         }
1123 }
1124
1125 /*L:215
1126  * This is the generic routine we call when the Guest uses LHCALL_NOTIFY.  In
1127  * particular, it's used to notify us of device status changes during boot.
1128  */
1129 static void handle_output(unsigned long addr)
1130 {
1131         struct device *i;
1132
1133         /* Check each device. */
1134         for (i = devices.dev; i; i = i->next) {
1135                 struct virtqueue *vq;
1136
1137                 /*
1138                  * Notifications to device descriptors mean they updated the
1139                  * device status.
1140                  */
1141                 if (from_guest_phys(addr) == i->desc) {
1142                         update_device_status(i);
1143                         return;
1144                 }
1145
1146                 /* Devices should not be used before features are finalized. */
1147                 for (vq = i->vq; vq; vq = vq->next) {
1148                         if (addr != vq->config.pfn*getpagesize())
1149                                 continue;
1150                         errx(1, "Notification on %s before setup!", i->name);
1151                 }
1152         }
1153
1154         /*
1155          * Early console write is done using notify on a nul-terminated string
1156          * in Guest memory.  It's also great for hacking debugging messages
1157          * into a Guest.
1158          */
1159         if (addr >= guest_limit)
1160                 errx(1, "Bad NOTIFY %#lx", addr);
1161
1162         write(STDOUT_FILENO, from_guest_phys(addr),
1163               strnlen(from_guest_phys(addr), guest_limit - addr));
1164 }
1165
1166 /*L:216
1167  * This is where we emulate a handful of Guest instructions.  It's ugly
1168  * and we used to do it in the kernel but it grew over time.
1169  */
1170
1171 /*
1172  * We use the ptrace syscall's pt_regs struct to talk about registers
1173  * to lguest: these macros convert the names to the offsets.
1174  */
1175 #define getreg(name) getreg_off(offsetof(struct user_regs_struct, name))
1176 #define setreg(name, val) \
1177         setreg_off(offsetof(struct user_regs_struct, name), (val))
1178
1179 static u32 getreg_off(size_t offset)
1180 {
1181         u32 r;
1182         unsigned long args[] = { LHREQ_GETREG, offset };
1183
1184         if (pwrite(lguest_fd, args, sizeof(args), cpu_id) < 0)
1185                 err(1, "Getting register %u", offset);
1186         if (pread(lguest_fd, &r, sizeof(r), cpu_id) != sizeof(r))
1187                 err(1, "Reading register %u", offset);
1188
1189         return r;
1190 }
1191
1192 static void setreg_off(size_t offset, u32 val)
1193 {
1194         unsigned long args[] = { LHREQ_SETREG, offset, val };
1195
1196         if (pwrite(lguest_fd, args, sizeof(args), cpu_id) < 0)
1197                 err(1, "Setting register %u", offset);
1198 }
1199
1200 static void emulate_insn(const u8 insn[])
1201 {
1202         unsigned long args[] = { LHREQ_TRAP, 13 };
1203         unsigned int insnlen = 0, in = 0, small_operand = 0, byte_access;
1204         unsigned int eax, port, mask;
1205         /*
1206          * We always return all-ones on IO port reads, which traditionally
1207          * means "there's nothing there".
1208          */
1209         u32 val = 0xFFFFFFFF;
1210
1211         /*
1212          * This must be the Guest kernel trying to do something, not userspace!
1213          * The bottom two bits of the CS segment register are the privilege
1214          * level.
1215          */
1216         if ((getreg(xcs) & 3) != 0x1)
1217                 goto no_emulate;
1218
1219         /* Decoding x86 instructions is icky. */
1220
1221         /*
1222          * Around 2.6.33, the kernel started using an emulation for the
1223          * cmpxchg8b instruction in early boot on many configurations.  This
1224          * code isn't paravirtualized, and it tries to disable interrupts.
1225          * Ignore it, which will Mostly Work.
1226          */
1227         if (insn[insnlen] == 0xfa) {
1228                 /* "cli", or Clear Interrupt Enable instruction.  Skip it. */
1229                 insnlen = 1;
1230                 goto skip_insn;
1231         }
1232
1233         /*
1234          * 0x66 is an "operand prefix".  It means a 16, not 32 bit in/out.
1235          */
1236         if (insn[insnlen] == 0x66) {
1237                 small_operand = 1;
1238                 /* The instruction is 1 byte so far, read the next byte. */
1239                 insnlen = 1;
1240         }
1241
1242         /* If the lower bit isn't set, it's a single byte access */
1243         byte_access = !(insn[insnlen] & 1);
1244
1245         /*
1246          * Now we can ignore the lower bit and decode the 4 opcodes
1247          * we need to emulate.
1248          */
1249         switch (insn[insnlen] & 0xFE) {
1250         case 0xE4: /* in     <next byte>,%al */
1251                 port = insn[insnlen+1];
1252                 insnlen += 2;
1253                 in = 1;
1254                 break;
1255         case 0xEC: /* in     (%dx),%al */
1256                 port = getreg(edx) & 0xFFFF;
1257                 insnlen += 1;
1258                 in = 1;
1259                 break;
1260         case 0xE6: /* out    %al,<next byte> */
1261                 port = insn[insnlen+1];
1262                 insnlen += 2;
1263                 break;
1264         case 0xEE: /* out    %al,(%dx) */
1265                 port = getreg(edx) & 0xFFFF;
1266                 insnlen += 1;
1267                 break;
1268         default:
1269                 /* OK, we don't know what this is, can't emulate. */
1270                 goto no_emulate;
1271         }
1272
1273         /* Set a mask of the 1, 2 or 4 bytes, depending on size of IO */
1274         if (byte_access)
1275                 mask = 0xFF;
1276         else if (small_operand)
1277                 mask = 0xFFFF;
1278         else
1279                 mask = 0xFFFFFFFF;
1280
1281         /* This is the PS/2 keyboard status; 1 means ready for output */
1282         if (port == 0x64)
1283                 val = 1;
1284
1285         /*
1286          * If it was an "IN" instruction, they expect the result to be read
1287          * into %eax, so we change %eax.
1288          */
1289         eax = getreg(eax);
1290
1291         if (in) {
1292                 /* Clear the bits we're about to read */
1293                 eax &= ~mask;
1294                 /* Copy bits in from val. */
1295                 eax |= val & mask;
1296                 /* Now update the register. */
1297                 setreg(eax, eax);
1298         }
1299
1300         verbose("IO %s of %x to %u: %#08x\n",
1301                 in ? "IN" : "OUT", mask, port, eax);
1302 skip_insn:
1303         /* Finally, we've "done" the instruction, so move past it. */
1304         setreg(eip, getreg(eip) + insnlen);
1305         return;
1306
1307 no_emulate:
1308         /* Inject trap into Guest. */
1309         if (write(lguest_fd, args, sizeof(args)) < 0)
1310                 err(1, "Reinjecting trap 13 for fault at %#x", getreg(eip));
1311 }
1312
1313
1314 /*L:190
1315  * Device Setup
1316  *
1317  * All devices need a descriptor so the Guest knows it exists, and a "struct
1318  * device" so the Launcher can keep track of it.  We have common helper
1319  * routines to allocate and manage them.
1320  */
1321
1322 /*
1323  * The layout of the device page is a "struct lguest_device_desc" followed by a
1324  * number of virtqueue descriptors, then two sets of feature bits, then an
1325  * array of configuration bytes.  This routine returns the configuration
1326  * pointer.
1327  */
1328 static u8 *device_config(const struct device *dev)
1329 {
1330         return (void *)(dev->desc + 1)
1331                 + dev->num_vq * sizeof(struct lguest_vqconfig)
1332                 + dev->feature_len * 2;
1333 }
1334
1335 /*
1336  * This routine allocates a new "struct lguest_device_desc" from descriptor
1337  * table page just above the Guest's normal memory.  It returns a pointer to
1338  * that descriptor.
1339  */
1340 static struct lguest_device_desc *new_dev_desc(u16 type)
1341 {
1342         struct lguest_device_desc d = { .type = type };
1343         void *p;
1344
1345         /* Figure out where the next device config is, based on the last one. */
1346         if (devices.lastdev)
1347                 p = device_config(devices.lastdev)
1348                         + devices.lastdev->desc->config_len;
1349         else
1350                 p = devices.descpage;
1351
1352         /* We only have one page for all the descriptors. */
1353         if (p + sizeof(d) > (void *)devices.descpage + getpagesize())
1354                 errx(1, "Too many devices");
1355
1356         /* p might not be aligned, so we memcpy in. */
1357         return memcpy(p, &d, sizeof(d));
1358 }
1359
1360 /*
1361  * Each device descriptor is followed by the description of its virtqueues.  We
1362  * specify how many descriptors the virtqueue is to have.
1363  */
1364 static void add_virtqueue(struct device *dev, unsigned int num_descs,
1365                           void (*service)(struct virtqueue *))
1366 {
1367         unsigned int pages;
1368         struct virtqueue **i, *vq = malloc(sizeof(*vq));
1369         void *p;
1370
1371         /* First we need some memory for this virtqueue. */
1372         pages = (vring_size(num_descs, LGUEST_VRING_ALIGN) + getpagesize() - 1)
1373                 / getpagesize();
1374         p = get_pages(pages);
1375
1376         /* Initialize the virtqueue */
1377         vq->next = NULL;
1378         vq->last_avail_idx = 0;
1379         vq->dev = dev;
1380
1381         /*
1382          * This is the routine the service thread will run, and its Process ID
1383          * once it's running.
1384          */
1385         vq->service = service;
1386         vq->thread = (pid_t)-1;
1387
1388         /* Initialize the configuration. */
1389         vq->config.num = num_descs;
1390         vq->config.irq = devices.next_irq++;
1391         vq->config.pfn = to_guest_phys(p) / getpagesize();
1392
1393         /* Initialize the vring. */
1394         vring_init(&vq->vring, num_descs, p, LGUEST_VRING_ALIGN);
1395
1396         /*
1397          * Append virtqueue to this device's descriptor.  We use
1398          * device_config() to get the end of the device's current virtqueues;
1399          * we check that we haven't added any config or feature information
1400          * yet, otherwise we'd be overwriting them.
1401          */
1402         assert(dev->desc->config_len == 0 && dev->desc->feature_len == 0);
1403         memcpy(device_config(dev), &vq->config, sizeof(vq->config));
1404         dev->num_vq++;
1405         dev->desc->num_vq++;
1406
1407         verbose("Virtqueue page %#lx\n", to_guest_phys(p));
1408
1409         /*
1410          * Add to tail of list, so dev->vq is first vq, dev->vq->next is
1411          * second.
1412          */
1413         for (i = &dev->vq; *i; i = &(*i)->next);
1414         *i = vq;
1415 }
1416
1417 /*
1418  * The first half of the feature bitmask is for us to advertise features.  The
1419  * second half is for the Guest to accept features.
1420  */
1421 static void add_feature(struct device *dev, unsigned bit)
1422 {
1423         u8 *features = get_feature_bits(dev);
1424
1425         /* We can't extend the feature bits once we've added config bytes */
1426         if (dev->desc->feature_len <= bit / CHAR_BIT) {
1427                 assert(dev->desc->config_len == 0);
1428                 dev->feature_len = dev->desc->feature_len = (bit/CHAR_BIT) + 1;
1429         }
1430
1431         features[bit / CHAR_BIT] |= (1 << (bit % CHAR_BIT));
1432 }
1433
1434 /*
1435  * This routine sets the configuration fields for an existing device's
1436  * descriptor.  It only works for the last device, but that's OK because that's
1437  * how we use it.
1438  */
1439 static void set_config(struct device *dev, unsigned len, const void *conf)
1440 {
1441         /* Check we haven't overflowed our single page. */
1442         if (device_config(dev) + len > devices.descpage + getpagesize())
1443                 errx(1, "Too many devices");
1444
1445         /* Copy in the config information, and store the length. */
1446         memcpy(device_config(dev), conf, len);
1447         dev->desc->config_len = len;
1448
1449         /* Size must fit in config_len field (8 bits)! */
1450         assert(dev->desc->config_len == len);
1451 }
1452
1453 /*
1454  * This routine does all the creation and setup of a new device, including
1455  * calling new_dev_desc() to allocate the descriptor and device memory.  We
1456  * don't actually start the service threads until later.
1457  *
1458  * See what I mean about userspace being boring?
1459  */
1460 static struct device *new_device(const char *name, u16 type)
1461 {
1462         struct device *dev = malloc(sizeof(*dev));
1463
1464         /* Now we populate the fields one at a time. */
1465         dev->desc = new_dev_desc(type);
1466         dev->name = name;
1467         dev->vq = NULL;
1468         dev->feature_len = 0;
1469         dev->num_vq = 0;
1470         dev->running = false;
1471         dev->next = NULL;
1472
1473         /*
1474          * Append to device list.  Prepending to a single-linked list is
1475          * easier, but the user expects the devices to be arranged on the bus
1476          * in command-line order.  The first network device on the command line
1477          * is eth0, the first block device /dev/vda, etc.
1478          */
1479         if (devices.lastdev)
1480                 devices.lastdev->next = dev;
1481         else
1482                 devices.dev = dev;
1483         devices.lastdev = dev;
1484
1485         return dev;
1486 }
1487
1488 /*
1489  * Our first setup routine is the console.  It's a fairly simple device, but
1490  * UNIX tty handling makes it uglier than it could be.
1491  */
1492 static void setup_console(void)
1493 {
1494         struct device *dev;
1495
1496         /* If we can save the initial standard input settings... */
1497         if (tcgetattr(STDIN_FILENO, &orig_term) == 0) {
1498                 struct termios term = orig_term;
1499                 /*
1500                  * Then we turn off echo, line buffering and ^C etc: We want a
1501                  * raw input stream to the Guest.
1502                  */
1503                 term.c_lflag &= ~(ISIG|ICANON|ECHO);
1504                 tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &term);
1505         }
1506
1507         dev = new_device("console", VIRTIO_ID_CONSOLE);
1508
1509         /* We store the console state in dev->priv, and initialize it. */
1510         dev->priv = malloc(sizeof(struct console_abort));
1511         ((struct console_abort *)dev->priv)->count = 0;
1512
1513         /*
1514          * The console needs two virtqueues: the input then the output.  When
1515          * they put something the input queue, we make sure we're listening to
1516          * stdin.  When they put something in the output queue, we write it to
1517          * stdout.
1518          */
1519         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, console_input);
1520         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, console_output);
1521
1522         verbose("device %u: console\n", ++devices.device_num);
1523 }
1524 /*:*/
1525
1526 /*M:010
1527  * Inter-guest networking is an interesting area.  Simplest is to have a
1528  * --sharenet=<name> option which opens or creates a named pipe.  This can be
1529  * used to send packets to another guest in a 1:1 manner.
1530  *
1531  * More sophisticated is to use one of the tools developed for project like UML
1532  * to do networking.
1533  *
1534  * Faster is to do virtio bonding in kernel.  Doing this 1:1 would be
1535  * completely generic ("here's my vring, attach to your vring") and would work
1536  * for any traffic.  Of course, namespace and permissions issues need to be
1537  * dealt with.  A more sophisticated "multi-channel" virtio_net.c could hide
1538  * multiple inter-guest channels behind one interface, although it would
1539  * require some manner of hotplugging new virtio channels.
1540  *
1541  * Finally, we could use a virtio network switch in the kernel, ie. vhost.
1542 :*/
1543
1544 static u32 str2ip(const char *ipaddr)
1545 {
1546         unsigned int b[4];
1547
1548         if (sscanf(ipaddr, "%u.%u.%u.%u", &b[0], &b[1], &b[2], &b[3]) != 4)
1549                 errx(1, "Failed to parse IP address '%s'", ipaddr);
1550         return (b[0] << 24) | (b[1] << 16) | (b[2] << 8) | b[3];
1551 }
1552
1553 static void str2mac(const char *macaddr, unsigned char mac[6])
1554 {
1555         unsigned int m[6];
1556         if (sscanf(macaddr, "%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x",
1557                    &m[0], &m[1], &m[2], &m[3], &m[4], &m[5]) != 6)
1558                 errx(1, "Failed to parse mac address '%s'", macaddr);
1559         mac[0] = m[0];
1560         mac[1] = m[1];
1561         mac[2] = m[2];
1562         mac[3] = m[3];
1563         mac[4] = m[4];
1564         mac[5] = m[5];
1565 }
1566
1567 /*
1568  * This code is "adapted" from libbridge: it attaches the Host end of the
1569  * network device to the bridge device specified by the command line.
1570  *
1571  * This is yet another James Morris contribution (I'm an IP-level guy, so I
1572  * dislike bridging), and I just try not to break it.
1573  */
1574 static void add_to_bridge(int fd, const char *if_name, const char *br_name)
1575 {
1576         int ifidx;
1577         struct ifreq ifr;
1578
1579         if (!*br_name)
1580                 errx(1, "must specify bridge name");
1581
1582         ifidx = if_nametoindex(if_name);
1583         if (!ifidx)
1584                 errx(1, "interface %s does not exist!", if_name);
1585
1586         strncpy(ifr.ifr_name, br_name, IFNAMSIZ);
1587         ifr.ifr_name[IFNAMSIZ-1] = '\0';
1588         ifr.ifr_ifindex = ifidx;
1589         if (ioctl(fd, SIOCBRADDIF, &ifr) < 0)
1590                 err(1, "can't add %s to bridge %s", if_name, br_name);
1591 }
1592
1593 /*
1594  * This sets up the Host end of the network device with an IP address, brings
1595  * it up so packets will flow, the copies the MAC address into the hwaddr
1596  * pointer.
1597  */
1598 static void configure_device(int fd, const char *tapif, u32 ipaddr)
1599 {
1600         struct ifreq ifr;
1601         struct sockaddr_in sin;
1602
1603         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
1604         strcpy(ifr.ifr_name, tapif);
1605
1606         /* Don't read these incantations.  Just cut & paste them like I did! */
1607         sin.sin_family = AF_INET;
1608         sin.sin_addr.s_addr = htonl(ipaddr);
1609         memcpy(&ifr.ifr_addr, &sin, sizeof(sin));
1610         if (ioctl(fd, SIOCSIFADDR, &ifr) != 0)
1611                 err(1, "Setting %s interface address", tapif);
1612         ifr.ifr_flags = IFF_UP;
1613         if (ioctl(fd, SIOCSIFFLAGS, &ifr) != 0)
1614                 err(1, "Bringing interface %s up", tapif);
1615 }
1616
1617 static int get_tun_device(char tapif[IFNAMSIZ])
1618 {
1619         struct ifreq ifr;
1620         int netfd;
1621
1622         /* Start with this zeroed.  Messy but sure. */
1623         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
1624
1625         /*
1626          * We open the /dev/net/tun device and tell it we want a tap device.  A
1627          * tap device is like a tun device, only somehow different.  To tell
1628          * the truth, I completely blundered my way through this code, but it
1629          * works now!
1630          */
1631         netfd = open_or_die("/dev/net/tun", O_RDWR);
1632         ifr.ifr_flags = IFF_TAP | IFF_NO_PI | IFF_VNET_HDR;
1633         strcpy(ifr.ifr_name, "tap%d");
1634         if (ioctl(netfd, TUNSETIFF, &ifr) != 0)
1635                 err(1, "configuring /dev/net/tun");
1636
1637         if (ioctl(netfd, TUNSETOFFLOAD,
1638                   TUN_F_CSUM|TUN_F_TSO4|TUN_F_TSO6|TUN_F_TSO_ECN) != 0)
1639                 err(1, "Could not set features for tun device");
1640
1641         /*
1642          * We don't need checksums calculated for packets coming in this
1643          * device: trust us!
1644          */
1645         ioctl(netfd, TUNSETNOCSUM, 1);
1646
1647         memcpy(tapif, ifr.ifr_name, IFNAMSIZ);
1648         return netfd;
1649 }
1650
1651 /*L:195
1652  * Our network is a Host<->Guest network.  This can either use bridging or
1653  * routing, but the principle is the same: it uses the "tun" device to inject
1654  * packets into the Host as if they came in from a normal network card.  We
1655  * just shunt packets between the Guest and the tun device.
1656  */
1657 static void setup_tun_net(char *arg)
1658 {
1659         struct device *dev;
1660         struct net_info *net_info = malloc(sizeof(*net_info));
1661         int ipfd;
1662         u32 ip = INADDR_ANY;
1663         bool bridging = false;
1664         char tapif[IFNAMSIZ], *p;
1665         struct virtio_net_config conf;
1666
1667         net_info->tunfd = get_tun_device(tapif);
1668
1669         /* First we create a new network device. */
1670         dev = new_device("net", VIRTIO_ID_NET);
1671         dev->priv = net_info;
1672
1673         /* Network devices need a recv and a send queue, just like console. */
1674         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, net_input);
1675         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, net_output);
1676
1677         /*
1678          * We need a socket to perform the magic network ioctls to bring up the
1679          * tap interface, connect to the bridge etc.  Any socket will do!
1680          */
1681         ipfd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_IP);
1682         if (ipfd < 0)
1683                 err(1, "opening IP socket");
1684
1685         /* If the command line was --tunnet=bridge:<name> do bridging. */
1686         if (!strncmp(BRIDGE_PFX, arg, strlen(BRIDGE_PFX))) {
1687                 arg += strlen(BRIDGE_PFX);
1688                 bridging = true;
1689         }
1690
1691         /* A mac address may follow the bridge name or IP address */
1692         p = strchr(arg, ':');
1693         if (p) {
1694                 str2mac(p+1, conf.mac);
1695                 add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_MAC);
1696                 *p = '\0';
1697         }
1698
1699         /* arg is now either an IP address or a bridge name */
1700         if (bridging)
1701                 add_to_bridge(ipfd, tapif, arg);
1702         else
1703                 ip = str2ip(arg);
1704
1705         /* Set up the tun device. */
1706         configure_device(ipfd, tapif, ip);
1707
1708         /* Expect Guest to handle everything except UFO */
1709         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_CSUM);
1710         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_CSUM);
1711         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO4);
1712         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO6);
1713         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_ECN);
1714         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_HOST_TSO4);
1715         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_HOST_TSO6);
1716         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_HOST_ECN);
1717         /* We handle indirect ring entries */
1718         add_feature(dev, VIRTIO_RING_F_INDIRECT_DESC);
1719         /* We're compliant with the damn spec. */
1720         add_feature(dev, VIRTIO_F_ANY_LAYOUT);
1721         set_config(dev, sizeof(conf), &conf);
1722
1723         /* We don't need the socket any more; setup is done. */
1724         close(ipfd);
1725
1726         devices.device_num++;
1727
1728         if (bridging)
1729                 verbose("device %u: tun %s attached to bridge: %s\n",
1730                         devices.device_num, tapif, arg);
1731         else
1732                 verbose("device %u: tun %s: %s\n",
1733                         devices.device_num, tapif, arg);
1734 }
1735 /*:*/
1736
1737 /* This hangs off device->priv. */
1738 struct vblk_info {
1739         /* The size of the file. */
1740         off64_t len;
1741
1742         /* The file descriptor for the file. */
1743         int fd;
1744
1745 };
1746
1747 /*L:210
1748  * The Disk
1749  *
1750  * The disk only has one virtqueue, so it only has one thread.  It is really
1751  * simple: the Guest asks for a block number and we read or write that position
1752  * in the file.
1753  *
1754  * Before we serviced each virtqueue in a separate thread, that was unacceptably
1755  * slow: the Guest waits until the read is finished before running anything
1756  * else, even if it could have been doing useful work.
1757  *
1758  * We could have used async I/O, except it's reputed to suck so hard that
1759  * characters actually go missing from your code when you try to use it.
1760  */
1761 static void blk_request(struct virtqueue *vq)
1762 {
1763         struct vblk_info *vblk = vq->dev->priv;
1764         unsigned int head, out_num, in_num, wlen;
1765         int ret, i;
1766         u8 *in;
1767         struct virtio_blk_outhdr out;
1768         struct iovec iov[vq->vring.num];
1769         off64_t off;
1770
1771         /*
1772          * Get the next request, where we normally wait.  It triggers the
1773          * interrupt to acknowledge previously serviced requests (if any).
1774          */
1775         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out_num, &in_num);
1776
1777         /* Copy the output header from the front of the iov (adjusts iov) */
1778         iov_consume(iov, out_num, &out, sizeof(out));
1779
1780         /* Find and trim end of iov input array, for our status byte. */
1781         in = NULL;
1782         for (i = out_num + in_num - 1; i >= out_num; i--) {
1783                 if (iov[i].iov_len > 0) {
1784                         in = iov[i].iov_base + iov[i].iov_len - 1;
1785                         iov[i].iov_len--;
1786                         break;
1787                 }
1788         }
1789         if (!in)
1790                 errx(1, "Bad virtblk cmd with no room for status");
1791
1792         /*
1793          * For historical reasons, block operations are expressed in 512 byte
1794          * "sectors".
1795          */
1796         off = out.sector * 512;
1797
1798         /*
1799          * In general the virtio block driver is allowed to try SCSI commands.
1800          * It'd be nice if we supported eject, for example, but we don't.
1801          */
1802         if (out.type & VIRTIO_BLK_T_SCSI_CMD) {
1803                 fprintf(stderr, "Scsi commands unsupported\n");
1804                 *in = VIRTIO_BLK_S_UNSUPP;
1805                 wlen = sizeof(*in);
1806         } else if (out.type & VIRTIO_BLK_T_OUT) {
1807                 /*
1808                  * Write
1809                  *
1810                  * Move to the right location in the block file.  This can fail
1811                  * if they try to write past end.
1812                  */
1813                 if (lseek64(vblk->fd, off, SEEK_SET) != off)
1814                         err(1, "Bad seek to sector %llu", out.sector);
1815
1816                 ret = writev(vblk->fd, iov, out_num);
1817                 verbose("WRITE to sector %llu: %i\n", out.sector, ret);
1818
1819                 /*
1820                  * Grr... Now we know how long the descriptor they sent was, we
1821                  * make sure they didn't try to write over the end of the block
1822                  * file (possibly extending it).
1823                  */
1824                 if (ret > 0 && off + ret > vblk->len) {
1825                         /* Trim it back to the correct length */
1826                         ftruncate64(vblk->fd, vblk->len);
1827                         /* Die, bad Guest, die. */
1828                         errx(1, "Write past end %llu+%u", off, ret);
1829                 }
1830
1831                 wlen = sizeof(*in);
1832                 *in = (ret >= 0 ? VIRTIO_BLK_S_OK : VIRTIO_BLK_S_IOERR);
1833         } else if (out.type & VIRTIO_BLK_T_FLUSH) {
1834                 /* Flush */
1835                 ret = fdatasync(vblk->fd);
1836                 verbose("FLUSH fdatasync: %i\n", ret);
1837                 wlen = sizeof(*in);
1838                 *in = (ret >= 0 ? VIRTIO_BLK_S_OK : VIRTIO_BLK_S_IOERR);
1839         } else {
1840                 /*
1841                  * Read
1842                  *
1843                  * Move to the right location in the block file.  This can fail
1844                  * if they try to read past end.
1845                  */
1846                 if (lseek64(vblk->fd, off, SEEK_SET) != off)
1847                         err(1, "Bad seek to sector %llu", out.sector);
1848
1849                 ret = readv(vblk->fd, iov + out_num, in_num);
1850                 if (ret >= 0) {
1851                         wlen = sizeof(*in) + ret;
1852                         *in = VIRTIO_BLK_S_OK;
1853                 } else {
1854                         wlen = sizeof(*in);
1855                         *in = VIRTIO_BLK_S_IOERR;
1856                 }
1857         }
1858
1859         /* Finished that request. */
1860         add_used(vq, head, wlen);
1861 }
1862
1863 /*L:198 This actually sets up a virtual block device. */
1864 static void setup_block_file(const char *filename)
1865 {
1866         struct device *dev;
1867         struct vblk_info *vblk;
1868         struct virtio_blk_config conf;
1869
1870         /* Creat the device. */
1871         dev = new_device("block", VIRTIO_ID_BLOCK);
1872
1873         /* The device has one virtqueue, where the Guest places requests. */
1874         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, blk_request);
1875
1876         /* Allocate the room for our own bookkeeping */
1877         vblk = dev->priv = malloc(sizeof(*vblk));
1878
1879         /* First we open the file and store the length. */
1880         vblk->fd = open_or_die(filename, O_RDWR|O_LARGEFILE);
1881         vblk->len = lseek64(vblk->fd, 0, SEEK_END);
1882
1883         /* We support FLUSH. */
1884         add_feature(dev, VIRTIO_BLK_F_FLUSH);
1885
1886         /* Tell Guest how many sectors this device has. */
1887         conf.capacity = cpu_to_le64(vblk->len / 512);
1888
1889         /*
1890          * Tell Guest not to put in too many descriptors at once: two are used
1891          * for the in and out elements.
1892          */
1893         add_feature(dev, VIRTIO_BLK_F_SEG_MAX);
1894         conf.seg_max = cpu_to_le32(VIRTQUEUE_NUM - 2);
1895
1896         /* Don't try to put whole struct: we have 8 bit limit. */
1897         set_config(dev, offsetof(struct virtio_blk_config, geometry), &conf);
1898
1899         verbose("device %u: virtblock %llu sectors\n",
1900                 ++devices.device_num, le64_to_cpu(conf.capacity));
1901 }
1902
1903 /*L:211
1904  * Our random number generator device reads from /dev/urandom into the Guest's
1905  * input buffers.  The usual case is that the Guest doesn't want random numbers
1906  * and so has no buffers although /dev/urandom is still readable, whereas
1907  * console is the reverse.
1908  *
1909  * The same logic applies, however.
1910  */
1911 struct rng_info {
1912         int rfd;
1913 };
1914
1915 static void rng_input(struct virtqueue *vq)
1916 {
1917         int len;
1918         unsigned int head, in_num, out_num, totlen = 0;
1919         struct rng_info *rng_info = vq->dev->priv;
1920         struct iovec iov[vq->vring.num];
1921
1922         /* First we need a buffer from the Guests's virtqueue. */
1923         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out_num, &in_num);
1924         if (out_num)
1925                 errx(1, "Output buffers in rng?");
1926
1927         /*
1928          * Just like the console write, we loop to cover the whole iovec.
1929          * In this case, short reads actually happen quite a bit.
1930          */
1931         while (!iov_empty(iov, in_num)) {
1932                 len = readv(rng_info->rfd, iov, in_num);
1933                 if (len <= 0)
1934                         err(1, "Read from /dev/urandom gave %i", len);
1935                 iov_consume(iov, in_num, NULL, len);
1936                 totlen += len;
1937         }
1938
1939         /* Tell the Guest about the new input. */
1940         add_used(vq, head, totlen);
1941 }
1942
1943 /*L:199
1944  * This creates a "hardware" random number device for the Guest.
1945  */
1946 static void setup_rng(void)
1947 {
1948         struct device *dev;
1949         struct rng_info *rng_info = malloc(sizeof(*rng_info));
1950
1951         /* Our device's private info simply contains the /dev/urandom fd. */
1952         rng_info->rfd = open_or_die("/dev/urandom", O_RDONLY);
1953
1954         /* Create the new device. */
1955         dev = new_device("rng", VIRTIO_ID_RNG);
1956         dev->priv = rng_info;
1957
1958         /* The device has one virtqueue, where the Guest places inbufs. */
1959         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, rng_input);
1960
1961         verbose("device %u: rng\n", devices.device_num++);
1962 }
1963 /* That's the end of device setup. */
1964
1965 /*L:230 Reboot is pretty easy: clean up and exec() the Launcher afresh. */
1966 static void __attribute__((noreturn)) restart_guest(void)
1967 {
1968         unsigned int i;
1969
1970         /*
1971          * Since we don't track all open fds, we simply close everything beyond
1972          * stderr.
1973          */
1974         for (i = 3; i < FD_SETSIZE; i++)
1975                 close(i);
1976
1977         /* Reset all the devices (kills all threads). */
1978         cleanup_devices();
1979
1980         execv(main_args[0], main_args);
1981         err(1, "Could not exec %s", main_args[0]);
1982 }
1983
1984 /*L:220
1985  * Finally we reach the core of the Launcher which runs the Guest, serves
1986  * its input and output, and finally, lays it to rest.
1987  */
1988 static void __attribute__((noreturn)) run_guest(void)
1989 {
1990         for (;;) {
1991                 struct lguest_pending notify;
1992                 int readval;
1993
1994                 /* We read from the /dev/lguest device to run the Guest. */
1995                 readval = pread(lguest_fd, &notify, sizeof(notify), cpu_id);
1996
1997                 /* One unsigned long means the Guest did HCALL_NOTIFY */
1998                 if (readval == sizeof(notify)) {
1999                         if (notify.trap == 0x1F) {
2000                                 verbose("Notify on address %#08x\n",
2001                                         notify.addr);
2002                                 handle_output(notify.addr);
2003                         } else if (notify.trap == 13) {
2004                                 verbose("Emulating instruction at %#x\n",
2005                                         getreg(eip));
2006                                 emulate_insn(notify.insn);
2007                         } else
2008                                 errx(1, "Unknown trap %i addr %#08x\n",
2009                                      notify.trap, notify.addr);
2010                 /* ENOENT means the Guest died.  Reading tells us why. */
2011                 } else if (errno == ENOENT) {
2012                         char reason[1024] = { 0 };
2013                         pread(lguest_fd, reason, sizeof(reason)-1, cpu_id);
2014                         errx(1, "%s", reason);
2015                 /* ERESTART means that we need to reboot the guest */
2016                 } else if (errno == ERESTART) {
2017                         restart_guest();
2018                 /* Anything else means a bug or incompatible change. */
2019                 } else
2020                         err(1, "Running guest failed");
2021         }
2022 }
2023 /*L:240
2024  * This is the end of the Launcher.  The good news: we are over halfway
2025  * through!  The bad news: the most fiendish part of the code still lies ahead
2026  * of us.
2027  *
2028  * Are you ready?  Take a deep breath and join me in the core of the Host, in
2029  * "make Host".
2030 :*/
2031
2032 static struct option opts[] = {
2033         { "verbose", 0, NULL, 'v' },
2034         { "tunnet", 1, NULL, 't' },
2035         { "block", 1, NULL, 'b' },
2036         { "rng", 0, NULL, 'r' },
2037         { "initrd", 1, NULL, 'i' },
2038         { "username", 1, NULL, 'u' },
2039         { "chroot", 1, NULL, 'c' },
2040         { NULL },
2041 };
2042 static void usage(void)
2043 {
2044         errx(1, "Usage: lguest [--verbose] "
2045              "[--tunnet=(<ipaddr>:<macaddr>|bridge:<bridgename>:<macaddr>)\n"
2046              "|--block=<filename>|--initrd=<filename>]...\n"
2047              "<mem-in-mb> vmlinux [args...]");
2048 }
2049
2050 /*L:105 The main routine is where the real work begins: */
2051 int main(int argc, char *argv[])
2052 {
2053         /* Memory, code startpoint and size of the (optional) initrd. */
2054         unsigned long mem = 0, start, initrd_size = 0;
2055         /* Two temporaries. */
2056         int i, c;
2057         /* The boot information for the Guest. */
2058         struct boot_params *boot;
2059         /* If they specify an initrd file to load. */
2060         const char *initrd_name = NULL;
2061
2062         /* Password structure for initgroups/setres[gu]id */
2063         struct passwd *user_details = NULL;
2064
2065         /* Directory to chroot to */
2066         char *chroot_path = NULL;
2067
2068         /* Save the args: we "reboot" by execing ourselves again. */
2069         main_args = argv;
2070
2071         /*
2072          * First we initialize the device list.  We keep a pointer to the last
2073          * device, and the next interrupt number to use for devices (1:
2074          * remember that 0 is used by the timer).
2075          */
2076         devices.lastdev = NULL;
2077         devices.next_irq = 1;
2078
2079         /* We're CPU 0.  In fact, that's the only CPU possible right now. */
2080         cpu_id = 0;
2081
2082         /*
2083          * We need to know how much memory so we can set up the device
2084          * descriptor and memory pages for the devices as we parse the command
2085          * line.  So we quickly look through the arguments to find the amount
2086          * of memory now.
2087          */
2088         for (i = 1; i < argc; i++) {
2089                 if (argv[i][0] != '-') {
2090                         mem = atoi(argv[i]) * 1024 * 1024;
2091                         /*
2092                          * We start by mapping anonymous pages over all of
2093                          * guest-physical memory range.  This fills it with 0,
2094                          * and ensures that the Guest won't be killed when it
2095                          * tries to access it.
2096                          */
2097                         guest_base = map_zeroed_pages(mem / getpagesize()
2098                                                       + DEVICE_PAGES);
2099                         guest_limit = mem;
2100                         guest_max = guest_mmio = mem + DEVICE_PAGES*getpagesize();
2101                         devices.descpage = get_pages(1);
2102                         break;
2103                 }
2104         }
2105
2106         /* The options are fairly straight-forward */
2107         while ((c = getopt_long(argc, argv, "v", opts, NULL)) != EOF) {
2108                 switch (c) {
2109                 case 'v':
2110                         verbose = true;
2111                         break;
2112                 case 't':
2113                         setup_tun_net(optarg);
2114                         break;
2115                 case 'b':
2116                         setup_block_file(optarg);
2117                         break;
2118                 case 'r':
2119                         setup_rng();
2120                         break;
2121                 case 'i':
2122                         initrd_name = optarg;
2123                         break;
2124                 case 'u':
2125                         user_details = getpwnam(optarg);
2126                         if (!user_details)
2127                                 err(1, "getpwnam failed, incorrect username?");
2128                         break;
2129                 case 'c':
2130                         chroot_path = optarg;
2131                         break;
2132                 default:
2133                         warnx("Unknown argument %s", argv[optind]);
2134                         usage();
2135                 }
2136         }
2137         /*
2138          * After the other arguments we expect memory and kernel image name,
2139          * followed by command line arguments for the kernel.
2140          */
2141         if (optind + 2 > argc)
2142                 usage();
2143
2144         verbose("Guest base is at %p\n", guest_base);
2145
2146         /* We always have a console device */
2147         setup_console();
2148
2149         /* Now we load the kernel */
2150         start = load_kernel(open_or_die(argv[optind+1], O_RDONLY));
2151
2152         /* Boot information is stashed at physical address 0 */
2153         boot = from_guest_phys(0);
2154
2155         /* Map the initrd image if requested (at top of physical memory) */
2156         if (initrd_name) {
2157                 initrd_size = load_initrd(initrd_name, mem);
2158                 /*
2159                  * These are the location in the Linux boot header where the
2160                  * start and size of the initrd are expected to be found.
2161                  */
2162                 boot->hdr.ramdisk_image = mem - initrd_size;
2163                 boot->hdr.ramdisk_size = initrd_size;
2164                 /* The bootloader type 0xFF means "unknown"; that's OK. */
2165                 boot->hdr.type_of_loader = 0xFF;
2166         }
2167
2168         /*
2169          * The Linux boot header contains an "E820" memory map: ours is a
2170          * simple, single region.
2171          */
2172         boot->e820_entries = 1;
2173         boot->e820_map[0] = ((struct e820entry) { 0, mem, E820_RAM });
2174         /*
2175          * The boot header contains a command line pointer: we put the command
2176          * line after the boot header.
2177          */
2178         boot->hdr.cmd_line_ptr = to_guest_phys(boot + 1);
2179         /* We use a simple helper to copy the arguments separated by spaces. */
2180         concat((char *)(boot + 1), argv+optind+2);
2181
2182         /* Set kernel alignment to 16M (CONFIG_PHYSICAL_ALIGN) */
2183         boot->hdr.kernel_alignment = 0x1000000;
2184
2185         /* Boot protocol version: 2.07 supports the fields for lguest. */
2186         boot->hdr.version = 0x207;
2187
2188         /* The hardware_subarch value of "1" tells the Guest it's an lguest. */
2189         boot->hdr.hardware_subarch = 1;
2190
2191         /* Tell the entry path not to try to reload segment registers. */
2192         boot->hdr.loadflags |= KEEP_SEGMENTS;
2193
2194         /* We tell the kernel to initialize the Guest. */
2195         tell_kernel(start);
2196
2197         /* Ensure that we terminate if a device-servicing child dies. */
2198         signal(SIGCHLD, kill_launcher);
2199
2200         /* If we exit via err(), this kills all the threads, restores tty. */
2201         atexit(cleanup_devices);
2202
2203         /* If requested, chroot to a directory */
2204         if (chroot_path) {
2205                 if (chroot(chroot_path) != 0)
2206                         err(1, "chroot(\"%s\") failed", chroot_path);
2207
2208                 if (chdir("/") != 0)
2209                         err(1, "chdir(\"/\") failed");
2210
2211                 verbose("chroot done\n");
2212         }
2213
2214         /* If requested, drop privileges */
2215         if (user_details) {
2216                 uid_t u;
2217                 gid_t g;
2218
2219                 u = user_details->pw_uid;
2220                 g = user_details->pw_gid;
2221
2222                 if (initgroups(user_details->pw_name, g) != 0)
2223                         err(1, "initgroups failed");
2224
2225                 if (setresgid(g, g, g) != 0)
2226                         err(1, "setresgid failed");
2227
2228                 if (setresuid(u, u, u) != 0)
2229                         err(1, "setresuid failed");
2230
2231                 verbose("Dropping privileges completed\n");
2232         }
2233
2234         /* Finally, run the Guest.  This doesn't return. */
2235         run_guest();
2236 }
2237 /*:*/
2238
2239 /*M:999
2240  * Mastery is done: you now know everything I do.
2241  *
2242  * But surely you have seen code, features and bugs in your wanderings which
2243  * you now yearn to attack?  That is the real game, and I look forward to you
2244  * patching and forking lguest into the Your-Name-Here-visor.
2245  *
2246  * Farewell, and good coding!
2247  * Rusty Russell.
2248  */