tools/lguest: give virtqueues names for better error messages
[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 #include <linux/pci_regs.h>
46
47 #ifndef VIRTIO_F_ANY_LAYOUT
48 #define VIRTIO_F_ANY_LAYOUT             27
49 #endif
50
51 /*L:110
52  * We can ignore the 43 include files we need for this program, but I do want
53  * to draw attention to the use of kernel-style types.
54  *
55  * As Linus said, "C is a Spartan language, and so should your naming be."  I
56  * like these abbreviations, so we define them here.  Note that u64 is always
57  * unsigned long long, which works on all Linux systems: this means that we can
58  * use %llu in printf for any u64.
59  */
60 typedef unsigned long long u64;
61 typedef uint32_t u32;
62 typedef uint16_t u16;
63 typedef uint8_t u8;
64 /*:*/
65
66 #define VIRTIO_CONFIG_NO_LEGACY
67 #define VIRTIO_PCI_NO_LEGACY
68 #define VIRTIO_BLK_NO_LEGACY
69
70 /* Use in-kernel ones, which defines VIRTIO_F_VERSION_1 */
71 #include "../../include/uapi/linux/virtio_config.h"
72 #include "../../include/uapi/linux/virtio_net.h"
73 #include "../../include/uapi/linux/virtio_blk.h"
74 #include "../../include/uapi/linux/virtio_console.h"
75 #include "../../include/uapi/linux/virtio_rng.h"
76 #include <linux/virtio_ring.h>
77 #include "../../include/uapi/linux/virtio_pci.h"
78 #include <asm/bootparam.h>
79 #include "../../include/linux/lguest_launcher.h"
80
81 #define BRIDGE_PFX "bridge:"
82 #ifndef SIOCBRADDIF
83 #define SIOCBRADDIF     0x89a2          /* add interface to bridge      */
84 #endif
85 /* We can have up to 256 pages for devices. */
86 #define DEVICE_PAGES 256
87 /* This will occupy 3 pages: it must be a power of 2. */
88 #define VIRTQUEUE_NUM 256
89
90 /*L:120
91  * verbose is both a global flag and a macro.  The C preprocessor allows
92  * this, and although I wouldn't recommend it, it works quite nicely here.
93  */
94 static bool verbose;
95 #define verbose(args...) \
96         do { if (verbose) printf(args); } while(0)
97 /*:*/
98
99 /* The pointer to the start of guest memory. */
100 static void *guest_base;
101 /* The maximum guest physical address allowed, and maximum possible. */
102 static unsigned long guest_limit, guest_max, guest_mmio;
103 /* The /dev/lguest file descriptor. */
104 static int lguest_fd;
105
106 /* a per-cpu variable indicating whose vcpu is currently running */
107 static unsigned int __thread cpu_id;
108
109 /* 5 bit device number in the PCI_CONFIG_ADDR => 32 only */
110 #define MAX_PCI_DEVICES 32
111
112 /* This is our list of devices. */
113 struct device_list {
114         /* Counter to assign interrupt numbers. */
115         unsigned int next_irq;
116
117         /* Counter to print out convenient device numbers. */
118         unsigned int device_num;
119
120         /* PCI devices. */
121         struct device *pci[MAX_PCI_DEVICES];
122 };
123
124 /* The list of Guest devices, based on command line arguments. */
125 static struct device_list devices;
126
127 struct virtio_pci_cfg_cap {
128         struct virtio_pci_cap cap;
129         u32 pci_cfg_data; /* Data for BAR access. */
130 };
131
132 struct virtio_pci_mmio {
133         struct virtio_pci_common_cfg cfg;
134         u16 notify;
135         u8 isr;
136         u8 padding;
137         /* Device-specific configuration follows this. */
138 };
139
140 /* This is the layout (little-endian) of the PCI config space. */
141 struct pci_config {
142         u16 vendor_id, device_id;
143         u16 command, status;
144         u8 revid, prog_if, subclass, class;
145         u8 cacheline_size, lat_timer, header_type, bist;
146         u32 bar[6];
147         u32 cardbus_cis_ptr;
148         u16 subsystem_vendor_id, subsystem_device_id;
149         u32 expansion_rom_addr;
150         u8 capabilities, reserved1[3];
151         u32 reserved2;
152         u8 irq_line, irq_pin, min_grant, max_latency;
153
154         /* Now, this is the linked capability list. */
155         struct virtio_pci_cap common;
156         struct virtio_pci_notify_cap notify;
157         struct virtio_pci_cap isr;
158         struct virtio_pci_cap device;
159         struct virtio_pci_cfg_cap cfg_access;
160 };
161
162 /* The device structure describes a single device. */
163 struct device {
164         /* The name of this device, for --verbose. */
165         const char *name;
166
167         /* Any queues attached to this device */
168         struct virtqueue *vq;
169
170         /* Is it operational */
171         bool running;
172
173         /* Has it written FEATURES_OK but not re-checked it? */
174         bool wrote_features_ok;
175
176         /* PCI configuration */
177         union {
178                 struct pci_config config;
179                 u32 config_words[sizeof(struct pci_config) / sizeof(u32)];
180         };
181
182         /* Features we offer, and those accepted. */
183         u64 features, features_accepted;
184
185         /* Device-specific config hangs off the end of this. */
186         struct virtio_pci_mmio *mmio;
187
188         /* PCI MMIO resources (all in BAR0) */
189         size_t mmio_size;
190         u32 mmio_addr;
191
192         /* Device-specific data. */
193         void *priv;
194 };
195
196 /* The virtqueue structure describes a queue attached to a device. */
197 struct virtqueue {
198         struct virtqueue *next;
199
200         /* Which device owns me. */
201         struct device *dev;
202
203         /* Name for printing errors. */
204         const char *name;
205
206         /* The actual ring of buffers. */
207         struct vring vring;
208
209         /* The information about this virtqueue (we only use queue_size on) */
210         struct virtio_pci_common_cfg pci_config;
211
212         /* Last available index we saw. */
213         u16 last_avail_idx;
214
215         /* How many are used since we sent last irq? */
216         unsigned int pending_used;
217
218         /* Eventfd where Guest notifications arrive. */
219         int eventfd;
220
221         /* Function for the thread which is servicing this virtqueue. */
222         void (*service)(struct virtqueue *vq);
223         pid_t thread;
224 };
225
226 /* Remember the arguments to the program so we can "reboot" */
227 static char **main_args;
228
229 /* The original tty settings to restore on exit. */
230 static struct termios orig_term;
231
232 /*
233  * We have to be careful with barriers: our devices are all run in separate
234  * threads and so we need to make sure that changes visible to the Guest happen
235  * in precise order.
236  */
237 #define wmb() __asm__ __volatile__("" : : : "memory")
238 #define rmb() __asm__ __volatile__("lock; addl $0,0(%%esp)" : : : "memory")
239 #define mb() __asm__ __volatile__("lock; addl $0,0(%%esp)" : : : "memory")
240
241 /* Wrapper for the last available index.  Makes it easier to change. */
242 #define lg_last_avail(vq)       ((vq)->last_avail_idx)
243
244 /*
245  * The virtio configuration space is defined to be little-endian.  x86 is
246  * little-endian too, but it's nice to be explicit so we have these helpers.
247  */
248 #define cpu_to_le16(v16) (v16)
249 #define cpu_to_le32(v32) (v32)
250 #define cpu_to_le64(v64) (v64)
251 #define le16_to_cpu(v16) (v16)
252 #define le32_to_cpu(v32) (v32)
253 #define le64_to_cpu(v64) (v64)
254
255 /* Is this iovec empty? */
256 static bool iov_empty(const struct iovec iov[], unsigned int num_iov)
257 {
258         unsigned int i;
259
260         for (i = 0; i < num_iov; i++)
261                 if (iov[i].iov_len)
262                         return false;
263         return true;
264 }
265
266 /* Take len bytes from the front of this iovec. */
267 static void iov_consume(struct iovec iov[], unsigned num_iov,
268                         void *dest, unsigned len)
269 {
270         unsigned int i;
271
272         for (i = 0; i < num_iov; i++) {
273                 unsigned int used;
274
275                 used = iov[i].iov_len < len ? iov[i].iov_len : len;
276                 if (dest) {
277                         memcpy(dest, iov[i].iov_base, used);
278                         dest += used;
279                 }
280                 iov[i].iov_base += used;
281                 iov[i].iov_len -= used;
282                 len -= used;
283         }
284         if (len != 0)
285                 errx(1, "iovec too short!");
286 }
287
288 /*L:100
289  * The Launcher code itself takes us out into userspace, that scary place where
290  * pointers run wild and free!  Unfortunately, like most userspace programs,
291  * it's quite boring (which is why everyone likes to hack on the kernel!).
292  * Perhaps if you make up an Lguest Drinking Game at this point, it will get
293  * you through this section.  Or, maybe not.
294  *
295  * The Launcher sets up a big chunk of memory to be the Guest's "physical"
296  * memory and stores it in "guest_base".  In other words, Guest physical ==
297  * Launcher virtual with an offset.
298  *
299  * This can be tough to get your head around, but usually it just means that we
300  * use these trivial conversion functions when the Guest gives us its
301  * "physical" addresses:
302  */
303 static void *from_guest_phys(unsigned long addr)
304 {
305         return guest_base + addr;
306 }
307
308 static unsigned long to_guest_phys(const void *addr)
309 {
310         return (addr - guest_base);
311 }
312
313 /*L:130
314  * Loading the Kernel.
315  *
316  * We start with couple of simple helper routines.  open_or_die() avoids
317  * error-checking code cluttering the callers:
318  */
319 static int open_or_die(const char *name, int flags)
320 {
321         int fd = open(name, flags);
322         if (fd < 0)
323                 err(1, "Failed to open %s", name);
324         return fd;
325 }
326
327 /* map_zeroed_pages() takes a number of pages. */
328 static void *map_zeroed_pages(unsigned int num)
329 {
330         int fd = open_or_die("/dev/zero", O_RDONLY);
331         void *addr;
332
333         /*
334          * We use a private mapping (ie. if we write to the page, it will be
335          * copied). We allocate an extra two pages PROT_NONE to act as guard
336          * pages against read/write attempts that exceed allocated space.
337          */
338         addr = mmap(NULL, getpagesize() * (num+2),
339                     PROT_NONE, MAP_PRIVATE, fd, 0);
340
341         if (addr == MAP_FAILED)
342                 err(1, "Mmapping %u pages of /dev/zero", num);
343
344         if (mprotect(addr + getpagesize(), getpagesize() * num,
345                      PROT_READ|PROT_WRITE) == -1)
346                 err(1, "mprotect rw %u pages failed", num);
347
348         /*
349          * One neat mmap feature is that you can close the fd, and it
350          * stays mapped.
351          */
352         close(fd);
353
354         /* Return address after PROT_NONE page */
355         return addr + getpagesize();
356 }
357
358 /* Get some bytes which won't be mapped into the guest. */
359 static unsigned long get_mmio_region(size_t size)
360 {
361         unsigned long addr = guest_mmio;
362         size_t i;
363
364         if (!size)
365                 return addr;
366
367         /* Size has to be a power of 2 (and multiple of 16) */
368         for (i = 1; i < size; i <<= 1);
369
370         guest_mmio += i;
371
372         return addr;
373 }
374
375 /*
376  * This routine is used to load the kernel or initrd.  It tries mmap, but if
377  * that fails (Plan 9's kernel file isn't nicely aligned on page boundaries),
378  * it falls back to reading the memory in.
379  */
380 static void map_at(int fd, void *addr, unsigned long offset, unsigned long len)
381 {
382         ssize_t r;
383
384         /*
385          * We map writable even though for some segments are marked read-only.
386          * The kernel really wants to be writable: it patches its own
387          * instructions.
388          *
389          * MAP_PRIVATE means that the page won't be copied until a write is
390          * done to it.  This allows us to share untouched memory between
391          * Guests.
392          */
393         if (mmap(addr, len, PROT_READ|PROT_WRITE,
394                  MAP_FIXED|MAP_PRIVATE, fd, offset) != MAP_FAILED)
395                 return;
396
397         /* pread does a seek and a read in one shot: saves a few lines. */
398         r = pread(fd, addr, len, offset);
399         if (r != len)
400                 err(1, "Reading offset %lu len %lu gave %zi", offset, len, r);
401 }
402
403 /*
404  * This routine takes an open vmlinux image, which is in ELF, and maps it into
405  * the Guest memory.  ELF = Embedded Linking Format, which is the format used
406  * by all modern binaries on Linux including the kernel.
407  *
408  * The ELF headers give *two* addresses: a physical address, and a virtual
409  * address.  We use the physical address; the Guest will map itself to the
410  * virtual address.
411  *
412  * We return the starting address.
413  */
414 static unsigned long map_elf(int elf_fd, const Elf32_Ehdr *ehdr)
415 {
416         Elf32_Phdr phdr[ehdr->e_phnum];
417         unsigned int i;
418
419         /*
420          * Sanity checks on the main ELF header: an x86 executable with a
421          * reasonable number of correctly-sized program headers.
422          */
423         if (ehdr->e_type != ET_EXEC
424             || ehdr->e_machine != EM_386
425             || ehdr->e_phentsize != sizeof(Elf32_Phdr)
426             || ehdr->e_phnum < 1 || ehdr->e_phnum > 65536U/sizeof(Elf32_Phdr))
427                 errx(1, "Malformed elf header");
428
429         /*
430          * An ELF executable contains an ELF header and a number of "program"
431          * headers which indicate which parts ("segments") of the program to
432          * load where.
433          */
434
435         /* We read in all the program headers at once: */
436         if (lseek(elf_fd, ehdr->e_phoff, SEEK_SET) < 0)
437                 err(1, "Seeking to program headers");
438         if (read(elf_fd, phdr, sizeof(phdr)) != sizeof(phdr))
439                 err(1, "Reading program headers");
440
441         /*
442          * Try all the headers: there are usually only three.  A read-only one,
443          * a read-write one, and a "note" section which we don't load.
444          */
445         for (i = 0; i < ehdr->e_phnum; i++) {
446                 /* If this isn't a loadable segment, we ignore it */
447                 if (phdr[i].p_type != PT_LOAD)
448                         continue;
449
450                 verbose("Section %i: size %i addr %p\n",
451                         i, phdr[i].p_memsz, (void *)phdr[i].p_paddr);
452
453                 /* We map this section of the file at its physical address. */
454                 map_at(elf_fd, from_guest_phys(phdr[i].p_paddr),
455                        phdr[i].p_offset, phdr[i].p_filesz);
456         }
457
458         /* The entry point is given in the ELF header. */
459         return ehdr->e_entry;
460 }
461
462 /*L:150
463  * A bzImage, unlike an ELF file, is not meant to be loaded.  You're supposed
464  * to jump into it and it will unpack itself.  We used to have to perform some
465  * hairy magic because the unpacking code scared me.
466  *
467  * Fortunately, Jeremy Fitzhardinge convinced me it wasn't that hard and wrote
468  * a small patch to jump over the tricky bits in the Guest, so now we just read
469  * the funky header so we know where in the file to load, and away we go!
470  */
471 static unsigned long load_bzimage(int fd)
472 {
473         struct boot_params boot;
474         int r;
475         /* Modern bzImages get loaded at 1M. */
476         void *p = from_guest_phys(0x100000);
477
478         /*
479          * Go back to the start of the file and read the header.  It should be
480          * a Linux boot header (see Documentation/x86/boot.txt)
481          */
482         lseek(fd, 0, SEEK_SET);
483         read(fd, &boot, sizeof(boot));
484
485         /* Inside the setup_hdr, we expect the magic "HdrS" */
486         if (memcmp(&boot.hdr.header, "HdrS", 4) != 0)
487                 errx(1, "This doesn't look like a bzImage to me");
488
489         /* Skip over the extra sectors of the header. */
490         lseek(fd, (boot.hdr.setup_sects+1) * 512, SEEK_SET);
491
492         /* Now read everything into memory. in nice big chunks. */
493         while ((r = read(fd, p, 65536)) > 0)
494                 p += r;
495
496         /* Finally, code32_start tells us where to enter the kernel. */
497         return boot.hdr.code32_start;
498 }
499
500 /*L:140
501  * Loading the kernel is easy when it's a "vmlinux", but most kernels
502  * come wrapped up in the self-decompressing "bzImage" format.  With a little
503  * work, we can load those, too.
504  */
505 static unsigned long load_kernel(int fd)
506 {
507         Elf32_Ehdr hdr;
508
509         /* Read in the first few bytes. */
510         if (read(fd, &hdr, sizeof(hdr)) != sizeof(hdr))
511                 err(1, "Reading kernel");
512
513         /* If it's an ELF file, it starts with "\177ELF" */
514         if (memcmp(hdr.e_ident, ELFMAG, SELFMAG) == 0)
515                 return map_elf(fd, &hdr);
516
517         /* Otherwise we assume it's a bzImage, and try to load it. */
518         return load_bzimage(fd);
519 }
520
521 /*
522  * This is a trivial little helper to align pages.  Andi Kleen hated it because
523  * it calls getpagesize() twice: "it's dumb code."
524  *
525  * Kernel guys get really het up about optimization, even when it's not
526  * necessary.  I leave this code as a reaction against that.
527  */
528 static inline unsigned long page_align(unsigned long addr)
529 {
530         /* Add upwards and truncate downwards. */
531         return ((addr + getpagesize()-1) & ~(getpagesize()-1));
532 }
533
534 /*L:180
535  * An "initial ram disk" is a disk image loaded into memory along with the
536  * kernel which the kernel can use to boot from without needing any drivers.
537  * Most distributions now use this as standard: the initrd contains the code to
538  * load the appropriate driver modules for the current machine.
539  *
540  * Importantly, James Morris works for RedHat, and Fedora uses initrds for its
541  * kernels.  He sent me this (and tells me when I break it).
542  */
543 static unsigned long load_initrd(const char *name, unsigned long mem)
544 {
545         int ifd;
546         struct stat st;
547         unsigned long len;
548
549         ifd = open_or_die(name, O_RDONLY);
550         /* fstat() is needed to get the file size. */
551         if (fstat(ifd, &st) < 0)
552                 err(1, "fstat() on initrd '%s'", name);
553
554         /*
555          * We map the initrd at the top of memory, but mmap wants it to be
556          * page-aligned, so we round the size up for that.
557          */
558         len = page_align(st.st_size);
559         map_at(ifd, from_guest_phys(mem - len), 0, st.st_size);
560         /*
561          * Once a file is mapped, you can close the file descriptor.  It's a
562          * little odd, but quite useful.
563          */
564         close(ifd);
565         verbose("mapped initrd %s size=%lu @ %p\n", name, len, (void*)mem-len);
566
567         /* We return the initrd size. */
568         return len;
569 }
570 /*:*/
571
572 /*
573  * Simple routine to roll all the commandline arguments together with spaces
574  * between them.
575  */
576 static void concat(char *dst, char *args[])
577 {
578         unsigned int i, len = 0;
579
580         for (i = 0; args[i]; i++) {
581                 if (i) {
582                         strcat(dst+len, " ");
583                         len++;
584                 }
585                 strcpy(dst+len, args[i]);
586                 len += strlen(args[i]);
587         }
588         /* In case it's empty. */
589         dst[len] = '\0';
590 }
591
592 /*L:185
593  * This is where we actually tell the kernel to initialize the Guest.  We
594  * saw the arguments it expects when we looked at initialize() in lguest_user.c:
595  * the base of Guest "physical" memory, the top physical page to allow and the
596  * entry point for the Guest.
597  */
598 static void tell_kernel(unsigned long start)
599 {
600         unsigned long args[] = { LHREQ_INITIALIZE,
601                                  (unsigned long)guest_base,
602                                  guest_limit / getpagesize(), start,
603                                  (guest_mmio+getpagesize()-1) / getpagesize() };
604         verbose("Guest: %p - %p (%#lx, MMIO %#lx)\n",
605                 guest_base, guest_base + guest_limit,
606                 guest_limit, guest_mmio);
607         lguest_fd = open_or_die("/dev/lguest", O_RDWR);
608         if (write(lguest_fd, args, sizeof(args)) < 0)
609                 err(1, "Writing to /dev/lguest");
610 }
611 /*:*/
612
613 /*L:200
614  * Device Handling.
615  *
616  * When the Guest gives us a buffer, it sends an array of addresses and sizes.
617  * We need to make sure it's not trying to reach into the Launcher itself, so
618  * we have a convenient routine which checks it and exits with an error message
619  * if something funny is going on:
620  */
621 static void *_check_pointer(unsigned long addr, unsigned int size,
622                             unsigned int line)
623 {
624         /*
625          * Check if the requested address and size exceeds the allocated memory,
626          * or addr + size wraps around.
627          */
628         if ((addr + size) > guest_limit || (addr + size) < addr)
629                 errx(1, "%s:%i: Invalid address %#lx", __FILE__, line, addr);
630         /*
631          * We return a pointer for the caller's convenience, now we know it's
632          * safe to use.
633          */
634         return from_guest_phys(addr);
635 }
636 /* A macro which transparently hands the line number to the real function. */
637 #define check_pointer(addr,size) _check_pointer(addr, size, __LINE__)
638
639 /*
640  * Each buffer in the virtqueues is actually a chain of descriptors.  This
641  * function returns the next descriptor in the chain, or vq->vring.num if we're
642  * at the end.
643  */
644 static unsigned next_desc(struct vring_desc *desc,
645                           unsigned int i, unsigned int max)
646 {
647         unsigned int next;
648
649         /* If this descriptor says it doesn't chain, we're done. */
650         if (!(desc[i].flags & VRING_DESC_F_NEXT))
651                 return max;
652
653         /* Check they're not leading us off end of descriptors. */
654         next = desc[i].next;
655         /* Make sure compiler knows to grab that: we don't want it changing! */
656         wmb();
657
658         if (next >= max)
659                 errx(1, "Desc next is %u", next);
660
661         return next;
662 }
663
664 /*
665  * This actually sends the interrupt for this virtqueue, if we've used a
666  * buffer.
667  */
668 static void trigger_irq(struct virtqueue *vq)
669 {
670         unsigned long buf[] = { LHREQ_IRQ, vq->dev->config.irq_line };
671
672         /* Don't inform them if nothing used. */
673         if (!vq->pending_used)
674                 return;
675         vq->pending_used = 0;
676
677         /*
678          * 2.4.7.1:
679          *
680          *  If the VIRTIO_F_EVENT_IDX feature bit is not negotiated:
681          *    The driver MUST set flags to 0 or 1. 
682          */
683         if (vq->vring.avail->flags > 1)
684                 errx(1, "%s: avail->flags = %u\n",
685                      vq->dev->name, vq->vring.avail->flags);
686
687         /*
688          * 2.4.7.2:
689          *
690          *  If the VIRTIO_F_EVENT_IDX feature bit is not negotiated:
691          *
692          *     - The device MUST ignore the used_event value.
693          *     - After the device writes a descriptor index into the used ring:
694          *         - If flags is 1, the device SHOULD NOT send an interrupt.
695          *         - If flags is 0, the device MUST send an interrupt.
696          */
697         if (vq->vring.avail->flags & VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT) {
698                 return;
699         }
700
701         /*
702          * 4.1.4.5.1:
703          *
704          *  If MSI-X capability is disabled, the device MUST set the Queue
705          *  Interrupt bit in ISR status before sending a virtqueue notification
706          *  to the driver.
707          */
708         vq->dev->mmio->isr = 0x1;
709
710         /* Send the Guest an interrupt tell them we used something up. */
711         if (write(lguest_fd, buf, sizeof(buf)) != 0)
712                 err(1, "Triggering irq %i", vq->dev->config.irq_line);
713 }
714
715 /*
716  * This looks in the virtqueue for the first available buffer, and converts
717  * it to an iovec for convenient access.  Since descriptors consist of some
718  * number of output then some number of input descriptors, it's actually two
719  * iovecs, but we pack them into one and note how many of each there were.
720  *
721  * This function waits if necessary, and returns the descriptor number found.
722  */
723 static unsigned wait_for_vq_desc(struct virtqueue *vq,
724                                  struct iovec iov[],
725                                  unsigned int *out_num, unsigned int *in_num)
726 {
727         unsigned int i, head, max;
728         struct vring_desc *desc;
729         u16 last_avail = lg_last_avail(vq);
730
731         /*
732          * 2.4.7.1:
733          *
734          *   The driver MUST handle spurious interrupts from the device.
735          *
736          * That's why this is a while loop.
737          */
738
739         /* There's nothing available? */
740         while (last_avail == vq->vring.avail->idx) {
741                 u64 event;
742
743                 /*
744                  * Since we're about to sleep, now is a good time to tell the
745                  * Guest about what we've used up to now.
746                  */
747                 trigger_irq(vq);
748
749                 /* OK, now we need to know about added descriptors. */
750                 vq->vring.used->flags &= ~VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
751
752                 /*
753                  * They could have slipped one in as we were doing that: make
754                  * sure it's written, then check again.
755                  */
756                 mb();
757                 if (last_avail != vq->vring.avail->idx) {
758                         vq->vring.used->flags |= VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
759                         break;
760                 }
761
762                 /* Nothing new?  Wait for eventfd to tell us they refilled. */
763                 if (read(vq->eventfd, &event, sizeof(event)) != sizeof(event))
764                         errx(1, "Event read failed?");
765
766                 /* We don't need to be notified again. */
767                 vq->vring.used->flags |= VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
768         }
769
770         /* Check it isn't doing very strange things with descriptor numbers. */
771         if ((u16)(vq->vring.avail->idx - last_avail) > vq->vring.num)
772                 errx(1, "Guest moved used index from %u to %u",
773                      last_avail, vq->vring.avail->idx);
774
775         /* 
776          * Make sure we read the descriptor number *after* we read the ring
777          * update; don't let the cpu or compiler change the order.
778          */
779         rmb();
780
781         /*
782          * Grab the next descriptor number they're advertising, and increment
783          * the index we've seen.
784          */
785         head = vq->vring.avail->ring[last_avail % vq->vring.num];
786         lg_last_avail(vq)++;
787
788         /* If their number is silly, that's a fatal mistake. */
789         if (head >= vq->vring.num)
790                 errx(1, "Guest says index %u is available", head);
791
792         /* When we start there are none of either input nor output. */
793         *out_num = *in_num = 0;
794
795         max = vq->vring.num;
796         desc = vq->vring.desc;
797         i = head;
798
799         /*
800          * We have to read the descriptor after we read the descriptor number,
801          * but there's a data dependency there so the CPU shouldn't reorder
802          * that: no rmb() required.
803          */
804
805         do {
806                 /*
807                  * If this is an indirect entry, then this buffer contains a
808                  * descriptor table which we handle as if it's any normal
809                  * descriptor chain.
810                  */
811                 if (desc[i].flags & VRING_DESC_F_INDIRECT) {
812                         /* 2.4.5.3.1:
813                          *
814                          *  The driver MUST NOT set the VIRTQ_DESC_F_INDIRECT
815                          *  flag unless the VIRTIO_F_INDIRECT_DESC feature was
816                          *  negotiated.
817                          */
818                         if (!(vq->dev->features_accepted &
819                               (1<<VIRTIO_RING_F_INDIRECT_DESC)))
820                                 errx(1, "%s: vq indirect not negotiated",
821                                      vq->dev->name);
822
823                         /*
824                          * 2.4.5.3.1:
825                          *
826                          *   The driver MUST NOT set the VIRTQ_DESC_F_INDIRECT
827                          *   flag within an indirect descriptor (ie. only one
828                          *   table per descriptor).
829                          */
830                         if (desc != vq->vring.desc)
831                                 errx(1, "%s: Indirect within indirect",
832                                      vq->dev->name);
833
834                         /*
835                          * Proposed update VIRTIO-134 spells this out:
836                          *
837                          *   A driver MUST NOT set both VIRTQ_DESC_F_INDIRECT
838                          *   and VIRTQ_DESC_F_NEXT in flags.
839                          */
840                         if (desc[i].flags & VRING_DESC_F_NEXT)
841                                 errx(1, "%s: indirect and next together",
842                                      vq->dev->name);
843
844                         if (desc[i].len % sizeof(struct vring_desc))
845                                 errx(1, "Invalid size for indirect buffer table");
846                         /*
847                          * 2.4.5.3.2:
848                          *
849                          *  The device MUST ignore the write-only flag
850                          *  (flags&VIRTQ_DESC_F_WRITE) in the descriptor that
851                          *  refers to an indirect table.
852                          *
853                          * We ignore it here: :)
854                          */
855
856                         max = desc[i].len / sizeof(struct vring_desc);
857                         desc = check_pointer(desc[i].addr, desc[i].len);
858                         i = 0;
859
860                         /* 2.4.5.3.1:
861                          *
862                          *  A driver MUST NOT create a descriptor chain longer
863                          *  than the Queue Size of the device.
864                          */
865                         if (max > vq->pci_config.queue_size)
866                                 errx(1, "%s: indirect has too many entries",
867                                      vq->dev->name);
868                 }
869
870                 /* Grab the first descriptor, and check it's OK. */
871                 iov[*out_num + *in_num].iov_len = desc[i].len;
872                 iov[*out_num + *in_num].iov_base
873                         = check_pointer(desc[i].addr, desc[i].len);
874                 /* If this is an input descriptor, increment that count. */
875                 if (desc[i].flags & VRING_DESC_F_WRITE)
876                         (*in_num)++;
877                 else {
878                         /*
879                          * If it's an output descriptor, they're all supposed
880                          * to come before any input descriptors.
881                          */
882                         if (*in_num)
883                                 errx(1, "Descriptor has out after in");
884                         (*out_num)++;
885                 }
886
887                 /* If we've got too many, that implies a descriptor loop. */
888                 if (*out_num + *in_num > max)
889                         errx(1, "Looped descriptor");
890         } while ((i = next_desc(desc, i, max)) != max);
891
892         return head;
893 }
894
895 /*
896  * After we've used one of their buffers, we tell the Guest about it.  Sometime
897  * later we'll want to send them an interrupt using trigger_irq(); note that
898  * wait_for_vq_desc() does that for us if it has to wait.
899  */
900 static void add_used(struct virtqueue *vq, unsigned int head, int len)
901 {
902         struct vring_used_elem *used;
903
904         /*
905          * The virtqueue contains a ring of used buffers.  Get a pointer to the
906          * next entry in that used ring.
907          */
908         used = &vq->vring.used->ring[vq->vring.used->idx % vq->vring.num];
909         used->id = head;
910         used->len = len;
911         /* Make sure buffer is written before we update index. */
912         wmb();
913         vq->vring.used->idx++;
914         vq->pending_used++;
915 }
916
917 /* And here's the combo meal deal.  Supersize me! */
918 static void add_used_and_trigger(struct virtqueue *vq, unsigned head, int len)
919 {
920         add_used(vq, head, len);
921         trigger_irq(vq);
922 }
923
924 /*
925  * The Console
926  *
927  * We associate some data with the console for our exit hack.
928  */
929 struct console_abort {
930         /* How many times have they hit ^C? */
931         int count;
932         /* When did they start? */
933         struct timeval start;
934 };
935
936 /* This is the routine which handles console input (ie. stdin). */
937 static void console_input(struct virtqueue *vq)
938 {
939         int len;
940         unsigned int head, in_num, out_num;
941         struct console_abort *abort = vq->dev->priv;
942         struct iovec iov[vq->vring.num];
943
944         /* Make sure there's a descriptor available. */
945         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out_num, &in_num);
946         if (out_num)
947                 errx(1, "Output buffers in console in queue?");
948
949         /* Read into it.  This is where we usually wait. */
950         len = readv(STDIN_FILENO, iov, in_num);
951         if (len <= 0) {
952                 /* Ran out of input? */
953                 warnx("Failed to get console input, ignoring console.");
954                 /*
955                  * For simplicity, dying threads kill the whole Launcher.  So
956                  * just nap here.
957                  */
958                 for (;;)
959                         pause();
960         }
961
962         /* Tell the Guest we used a buffer. */
963         add_used_and_trigger(vq, head, len);
964
965         /*
966          * Three ^C within one second?  Exit.
967          *
968          * This is such a hack, but works surprisingly well.  Each ^C has to
969          * be in a buffer by itself, so they can't be too fast.  But we check
970          * that we get three within about a second, so they can't be too
971          * slow.
972          */
973         if (len != 1 || ((char *)iov[0].iov_base)[0] != 3) {
974                 abort->count = 0;
975                 return;
976         }
977
978         abort->count++;
979         if (abort->count == 1)
980                 gettimeofday(&abort->start, NULL);
981         else if (abort->count == 3) {
982                 struct timeval now;
983                 gettimeofday(&now, NULL);
984                 /* Kill all Launcher processes with SIGINT, like normal ^C */
985                 if (now.tv_sec <= abort->start.tv_sec+1)
986                         kill(0, SIGINT);
987                 abort->count = 0;
988         }
989 }
990
991 /* This is the routine which handles console output (ie. stdout). */
992 static void console_output(struct virtqueue *vq)
993 {
994         unsigned int head, out, in;
995         struct iovec iov[vq->vring.num];
996
997         /* We usually wait in here, for the Guest to give us something. */
998         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out, &in);
999         if (in)
1000                 errx(1, "Input buffers in console output queue?");
1001
1002         /* writev can return a partial write, so we loop here. */
1003         while (!iov_empty(iov, out)) {
1004                 int len = writev(STDOUT_FILENO, iov, out);
1005                 if (len <= 0) {
1006                         warn("Write to stdout gave %i (%d)", len, errno);
1007                         break;
1008                 }
1009                 iov_consume(iov, out, NULL, len);
1010         }
1011
1012         /*
1013          * We're finished with that buffer: if we're going to sleep,
1014          * wait_for_vq_desc() will prod the Guest with an interrupt.
1015          */
1016         add_used(vq, head, 0);
1017 }
1018
1019 /*
1020  * The Network
1021  *
1022  * Handling output for network is also simple: we get all the output buffers
1023  * and write them to /dev/net/tun.
1024  */
1025 struct net_info {
1026         int tunfd;
1027 };
1028
1029 static void net_output(struct virtqueue *vq)
1030 {
1031         struct net_info *net_info = vq->dev->priv;
1032         unsigned int head, out, in;
1033         struct iovec iov[vq->vring.num];
1034
1035         /* We usually wait in here for the Guest to give us a packet. */
1036         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out, &in);
1037         if (in)
1038                 errx(1, "Input buffers in net output queue?");
1039         /*
1040          * Send the whole thing through to /dev/net/tun.  It expects the exact
1041          * same format: what a coincidence!
1042          */
1043         if (writev(net_info->tunfd, iov, out) < 0)
1044                 warnx("Write to tun failed (%d)?", errno);
1045
1046         /*
1047          * Done with that one; wait_for_vq_desc() will send the interrupt if
1048          * all packets are processed.
1049          */
1050         add_used(vq, head, 0);
1051 }
1052
1053 /*
1054  * Handling network input is a bit trickier, because I've tried to optimize it.
1055  *
1056  * First we have a helper routine which tells is if from this file descriptor
1057  * (ie. the /dev/net/tun device) will block:
1058  */
1059 static bool will_block(int fd)
1060 {
1061         fd_set fdset;
1062         struct timeval zero = { 0, 0 };
1063         FD_ZERO(&fdset);
1064         FD_SET(fd, &fdset);
1065         return select(fd+1, &fdset, NULL, NULL, &zero) != 1;
1066 }
1067
1068 /*
1069  * This handles packets coming in from the tun device to our Guest.  Like all
1070  * service routines, it gets called again as soon as it returns, so you don't
1071  * see a while(1) loop here.
1072  */
1073 static void net_input(struct virtqueue *vq)
1074 {
1075         int len;
1076         unsigned int head, out, in;
1077         struct iovec iov[vq->vring.num];
1078         struct net_info *net_info = vq->dev->priv;
1079
1080         /*
1081          * Get a descriptor to write an incoming packet into.  This will also
1082          * send an interrupt if they're out of descriptors.
1083          */
1084         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out, &in);
1085         if (out)
1086                 errx(1, "Output buffers in net input queue?");
1087
1088         /*
1089          * If it looks like we'll block reading from the tun device, send them
1090          * an interrupt.
1091          */
1092         if (vq->pending_used && will_block(net_info->tunfd))
1093                 trigger_irq(vq);
1094
1095         /*
1096          * Read in the packet.  This is where we normally wait (when there's no
1097          * incoming network traffic).
1098          */
1099         len = readv(net_info->tunfd, iov, in);
1100         if (len <= 0)
1101                 warn("Failed to read from tun (%d).", errno);
1102
1103         /*
1104          * Mark that packet buffer as used, but don't interrupt here.  We want
1105          * to wait until we've done as much work as we can.
1106          */
1107         add_used(vq, head, len);
1108 }
1109 /*:*/
1110
1111 /* This is the helper to create threads: run the service routine in a loop. */
1112 static int do_thread(void *_vq)
1113 {
1114         struct virtqueue *vq = _vq;
1115
1116         for (;;)
1117                 vq->service(vq);
1118         return 0;
1119 }
1120
1121 /*
1122  * When a child dies, we kill our entire process group with SIGTERM.  This
1123  * also has the side effect that the shell restores the console for us!
1124  */
1125 static void kill_launcher(int signal)
1126 {
1127         kill(0, SIGTERM);
1128 }
1129
1130 static void reset_vq_pci_config(struct virtqueue *vq)
1131 {
1132         vq->pci_config.queue_size = VIRTQUEUE_NUM;
1133         vq->pci_config.queue_enable = 0;
1134 }
1135
1136 static void reset_device(struct device *dev)
1137 {
1138         struct virtqueue *vq;
1139
1140         verbose("Resetting device %s\n", dev->name);
1141
1142         /* Clear any features they've acked. */
1143         dev->features_accepted = 0;
1144
1145         /* We're going to be explicitly killing threads, so ignore them. */
1146         signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
1147
1148         /*
1149          * 4.1.4.3.1:
1150          *
1151          *   The device MUST present a 0 in queue_enable on reset. 
1152          *
1153          * This means we set it here, and reset the saved ones in every vq.
1154          */
1155         dev->mmio->cfg.queue_enable = 0;
1156
1157         /* Get rid of the virtqueue threads */
1158         for (vq = dev->vq; vq; vq = vq->next) {
1159                 vq->last_avail_idx = 0;
1160                 reset_vq_pci_config(vq);
1161                 if (vq->thread != (pid_t)-1) {
1162                         kill(vq->thread, SIGTERM);
1163                         waitpid(vq->thread, NULL, 0);
1164                         vq->thread = (pid_t)-1;
1165                 }
1166         }
1167         dev->running = false;
1168         dev->wrote_features_ok = false;
1169
1170         /* Now we care if threads die. */
1171         signal(SIGCHLD, (void *)kill_launcher);
1172 }
1173
1174 static void cleanup_devices(void)
1175 {
1176         unsigned int i;
1177
1178         for (i = 1; i < MAX_PCI_DEVICES; i++) {
1179                 struct device *d = devices.pci[i];
1180                 if (!d)
1181                         continue;
1182                 reset_device(d);
1183         }
1184
1185         /* If we saved off the original terminal settings, restore them now. */
1186         if (orig_term.c_lflag & (ISIG|ICANON|ECHO))
1187                 tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &orig_term);
1188 }
1189
1190 /*L:217
1191  * We do PCI.  This is mainly done to let us test the kernel virtio PCI
1192  * code.
1193  */
1194
1195 /* Linux expects a PCI host bridge: ours is a dummy, and first on the bus. */
1196 static struct device pci_host_bridge;
1197
1198 static void init_pci_host_bridge(void)
1199 {
1200         pci_host_bridge.name = "PCI Host Bridge";
1201         pci_host_bridge.config.class = 0x06; /* bridge */
1202         pci_host_bridge.config.subclass = 0; /* host bridge */
1203         devices.pci[0] = &pci_host_bridge;
1204 }
1205
1206 /* The IO ports used to read the PCI config space. */
1207 #define PCI_CONFIG_ADDR 0xCF8
1208 #define PCI_CONFIG_DATA 0xCFC
1209
1210 /*
1211  * Not really portable, but does help readability: this is what the Guest
1212  * writes to the PCI_CONFIG_ADDR IO port.
1213  */
1214 union pci_config_addr {
1215         struct {
1216                 unsigned mbz: 2;
1217                 unsigned offset: 6;
1218                 unsigned funcnum: 3;
1219                 unsigned devnum: 5;
1220                 unsigned busnum: 8;
1221                 unsigned reserved: 7;
1222                 unsigned enabled : 1;
1223         } bits;
1224         u32 val;
1225 };
1226
1227 /*
1228  * We cache what they wrote to the address port, so we know what they're
1229  * talking about when they access the data port.
1230  */
1231 static union pci_config_addr pci_config_addr;
1232
1233 static struct device *find_pci_device(unsigned int index)
1234 {
1235         return devices.pci[index];
1236 }
1237
1238 /* PCI can do 1, 2 and 4 byte reads; we handle that here. */
1239 static void ioread(u16 off, u32 v, u32 mask, u32 *val)
1240 {
1241         assert(off < 4);
1242         assert(mask == 0xFF || mask == 0xFFFF || mask == 0xFFFFFFFF);
1243         *val = (v >> (off * 8)) & mask;
1244 }
1245
1246 /* PCI can do 1, 2 and 4 byte writes; we handle that here. */
1247 static void iowrite(u16 off, u32 v, u32 mask, u32 *dst)
1248 {
1249         assert(off < 4);
1250         assert(mask == 0xFF || mask == 0xFFFF || mask == 0xFFFFFFFF);
1251         *dst &= ~(mask << (off * 8));
1252         *dst |= (v & mask) << (off * 8);
1253 }
1254
1255 /*
1256  * Where PCI_CONFIG_DATA accesses depends on the previous write to
1257  * PCI_CONFIG_ADDR.
1258  */
1259 static struct device *dev_and_reg(u32 *reg)
1260 {
1261         if (!pci_config_addr.bits.enabled)
1262                 return NULL;
1263
1264         if (pci_config_addr.bits.funcnum != 0)
1265                 return NULL;
1266
1267         if (pci_config_addr.bits.busnum != 0)
1268                 return NULL;
1269
1270         if (pci_config_addr.bits.offset * 4 >= sizeof(struct pci_config))
1271                 return NULL;
1272
1273         *reg = pci_config_addr.bits.offset;
1274         return find_pci_device(pci_config_addr.bits.devnum);
1275 }
1276
1277 /*
1278  * We can get invalid combinations of values while they're writing, so we
1279  * only fault if they try to write with some invalid bar/offset/length.
1280  */
1281 static bool valid_bar_access(struct device *d,
1282                              struct virtio_pci_cfg_cap *cfg_access)
1283 {
1284         /* We only have 1 bar (BAR0) */
1285         if (cfg_access->cap.bar != 0)
1286                 return false;
1287
1288         /* Check it's within BAR0. */
1289         if (cfg_access->cap.offset >= d->mmio_size
1290             || cfg_access->cap.offset + cfg_access->cap.length > d->mmio_size)
1291                 return false;
1292
1293         /* Check length is 1, 2 or 4. */
1294         if (cfg_access->cap.length != 1
1295             && cfg_access->cap.length != 2
1296             && cfg_access->cap.length != 4)
1297                 return false;
1298
1299         /*
1300          * 4.1.4.7.2:
1301          *
1302          *  The driver MUST NOT write a cap.offset which is not a multiple of
1303          *  cap.length (ie. all accesses MUST be aligned).
1304          */
1305         if (cfg_access->cap.offset % cfg_access->cap.length != 0)
1306                 return false;
1307
1308         /* Return pointer into word in BAR0. */
1309         return true;
1310 }
1311
1312 /* Is this accessing the PCI config address port?. */
1313 static bool is_pci_addr_port(u16 port)
1314 {
1315         return port >= PCI_CONFIG_ADDR && port < PCI_CONFIG_ADDR + 4;
1316 }
1317
1318 static bool pci_addr_iowrite(u16 port, u32 mask, u32 val)
1319 {
1320         iowrite(port - PCI_CONFIG_ADDR, val, mask,
1321                 &pci_config_addr.val);
1322         verbose("PCI%s: %#x/%x: bus %u dev %u func %u reg %u\n",
1323                 pci_config_addr.bits.enabled ? "" : " DISABLED",
1324                 val, mask,
1325                 pci_config_addr.bits.busnum,
1326                 pci_config_addr.bits.devnum,
1327                 pci_config_addr.bits.funcnum,
1328                 pci_config_addr.bits.offset);
1329         return true;
1330 }
1331
1332 static void pci_addr_ioread(u16 port, u32 mask, u32 *val)
1333 {
1334         ioread(port - PCI_CONFIG_ADDR, pci_config_addr.val, mask, val);
1335 }
1336
1337 /* Is this accessing the PCI config data port?. */
1338 static bool is_pci_data_port(u16 port)
1339 {
1340         return port >= PCI_CONFIG_DATA && port < PCI_CONFIG_DATA + 4;
1341 }
1342
1343 static void emulate_mmio_write(struct device *d, u32 off, u32 val, u32 mask);
1344
1345 static bool pci_data_iowrite(u16 port, u32 mask, u32 val)
1346 {
1347         u32 reg, portoff;
1348         struct device *d = dev_and_reg(&reg);
1349
1350         /* Complain if they don't belong to a device. */
1351         if (!d)
1352                 return false;
1353
1354         /* They can do 1 byte writes, etc. */
1355         portoff = port - PCI_CONFIG_DATA;
1356
1357         /*
1358          * PCI uses a weird way to determine the BAR size: the OS
1359          * writes all 1's, and sees which ones stick.
1360          */
1361         if (&d->config_words[reg] == &d->config.bar[0]) {
1362                 int i;
1363
1364                 iowrite(portoff, val, mask, &d->config.bar[0]);
1365                 for (i = 0; (1 << i) < d->mmio_size; i++)
1366                         d->config.bar[0] &= ~(1 << i);
1367                 return true;
1368         } else if ((&d->config_words[reg] > &d->config.bar[0]
1369                     && &d->config_words[reg] <= &d->config.bar[6])
1370                    || &d->config_words[reg] == &d->config.expansion_rom_addr) {
1371                 /* Allow writing to any other BAR, or expansion ROM */
1372                 iowrite(portoff, val, mask, &d->config_words[reg]);
1373                 return true;
1374                 /* We let them overide latency timer and cacheline size */
1375         } else if (&d->config_words[reg] == (void *)&d->config.cacheline_size) {
1376                 /* Only let them change the first two fields. */
1377                 if (mask == 0xFFFFFFFF)
1378                         mask = 0xFFFF;
1379                 iowrite(portoff, val, mask, &d->config_words[reg]);
1380                 return true;
1381         } else if (&d->config_words[reg] == (void *)&d->config.command
1382                    && mask == 0xFFFF) {
1383                 /* Ignore command writes. */
1384                 return true;
1385         } else if (&d->config_words[reg]
1386                    == (void *)&d->config.cfg_access.cap.bar
1387                    || &d->config_words[reg]
1388                    == &d->config.cfg_access.cap.length
1389                    || &d->config_words[reg]
1390                    == &d->config.cfg_access.cap.offset) {
1391
1392                 /*
1393                  * The VIRTIO_PCI_CAP_PCI_CFG capability
1394                  * provides a backdoor to access the MMIO
1395                  * regions without mapping them.  Weird, but
1396                  * useful.
1397                  */
1398                 iowrite(portoff, val, mask, &d->config_words[reg]);
1399                 return true;
1400         } else if (&d->config_words[reg] == &d->config.cfg_access.pci_cfg_data) {
1401                 u32 write_mask;
1402
1403                 /*
1404                  * 4.1.4.7.1:
1405                  *
1406                  *  Upon detecting driver write access to pci_cfg_data, the
1407                  *  device MUST execute a write access at offset cap.offset at
1408                  *  BAR selected by cap.bar using the first cap.length bytes
1409                  *  from pci_cfg_data.
1410                  */
1411
1412                 /* Must be bar 0 */
1413                 if (!valid_bar_access(d, &d->config.cfg_access))
1414                         return false;
1415
1416                 iowrite(portoff, val, mask, &d->config.cfg_access.pci_cfg_data);
1417
1418                 /*
1419                  * Now emulate a write.  The mask we use is set by
1420                  * len, *not* this write!
1421                  */
1422                 write_mask = (1ULL<<(8*d->config.cfg_access.cap.length)) - 1;
1423                 verbose("Window writing %#x/%#x to bar %u, offset %u len %u\n",
1424                         d->config.cfg_access.pci_cfg_data, write_mask,
1425                         d->config.cfg_access.cap.bar,
1426                         d->config.cfg_access.cap.offset,
1427                         d->config.cfg_access.cap.length);
1428
1429                 emulate_mmio_write(d, d->config.cfg_access.cap.offset,
1430                                    d->config.cfg_access.pci_cfg_data,
1431                                    write_mask);
1432                 return true;
1433         }
1434
1435         /*
1436          * 4.1.4.1:
1437          *
1438          *  The driver MUST NOT write into any field of the capability
1439          *  structure, with the exception of those with cap_type
1440          *  VIRTIO_PCI_CAP_PCI_CFG...
1441          */
1442         return false;
1443 }
1444
1445 static u32 emulate_mmio_read(struct device *d, u32 off, u32 mask);
1446
1447 static void pci_data_ioread(u16 port, u32 mask, u32 *val)
1448 {
1449         u32 reg;
1450         struct device *d = dev_and_reg(&reg);
1451
1452         if (!d)
1453                 return;
1454
1455         /* Read through the PCI MMIO access window is special */
1456         if (&d->config_words[reg] == &d->config.cfg_access.pci_cfg_data) {
1457                 u32 read_mask;
1458
1459                 /*
1460                  * 4.1.4.7.1:
1461                  *
1462                  *  Upon detecting driver read access to pci_cfg_data, the
1463                  *  device MUST execute a read access of length cap.length at
1464                  *  offset cap.offset at BAR selected by cap.bar and store the
1465                  *  first cap.length bytes in pci_cfg_data.
1466                  */
1467                 /* Must be bar 0 */
1468                 if (!valid_bar_access(d, &d->config.cfg_access))
1469                         errx(1, "Invalid cfg_access to bar%u, offset %u len %u",
1470                              d->config.cfg_access.cap.bar,
1471                              d->config.cfg_access.cap.offset,
1472                              d->config.cfg_access.cap.length);
1473
1474                 /*
1475                  * Read into the window.  The mask we use is set by
1476                  * len, *not* this read!
1477                  */
1478                 read_mask = (1ULL<<(8*d->config.cfg_access.cap.length))-1;
1479                 d->config.cfg_access.pci_cfg_data
1480                         = emulate_mmio_read(d,
1481                                             d->config.cfg_access.cap.offset,
1482                                             read_mask);
1483                 verbose("Window read %#x/%#x from bar %u, offset %u len %u\n",
1484                         d->config.cfg_access.pci_cfg_data, read_mask,
1485                         d->config.cfg_access.cap.bar,
1486                         d->config.cfg_access.cap.offset,
1487                         d->config.cfg_access.cap.length);
1488         }
1489         ioread(port - PCI_CONFIG_DATA, d->config_words[reg], mask, val);
1490 }
1491
1492 /*L:216
1493  * This is where we emulate a handful of Guest instructions.  It's ugly
1494  * and we used to do it in the kernel but it grew over time.
1495  */
1496
1497 /*
1498  * We use the ptrace syscall's pt_regs struct to talk about registers
1499  * to lguest: these macros convert the names to the offsets.
1500  */
1501 #define getreg(name) getreg_off(offsetof(struct user_regs_struct, name))
1502 #define setreg(name, val) \
1503         setreg_off(offsetof(struct user_regs_struct, name), (val))
1504
1505 static u32 getreg_off(size_t offset)
1506 {
1507         u32 r;
1508         unsigned long args[] = { LHREQ_GETREG, offset };
1509
1510         if (pwrite(lguest_fd, args, sizeof(args), cpu_id) < 0)
1511                 err(1, "Getting register %u", offset);
1512         if (pread(lguest_fd, &r, sizeof(r), cpu_id) != sizeof(r))
1513                 err(1, "Reading register %u", offset);
1514
1515         return r;
1516 }
1517
1518 static void setreg_off(size_t offset, u32 val)
1519 {
1520         unsigned long args[] = { LHREQ_SETREG, offset, val };
1521
1522         if (pwrite(lguest_fd, args, sizeof(args), cpu_id) < 0)
1523                 err(1, "Setting register %u", offset);
1524 }
1525
1526 /* Get register by instruction encoding */
1527 static u32 getreg_num(unsigned regnum, u32 mask)
1528 {
1529         /* 8 bit ops use regnums 4-7 for high parts of word */
1530         if (mask == 0xFF && (regnum & 0x4))
1531                 return getreg_num(regnum & 0x3, 0xFFFF) >> 8;
1532
1533         switch (regnum) {
1534         case 0: return getreg(eax) & mask;
1535         case 1: return getreg(ecx) & mask;
1536         case 2: return getreg(edx) & mask;
1537         case 3: return getreg(ebx) & mask;
1538         case 4: return getreg(esp) & mask;
1539         case 5: return getreg(ebp) & mask;
1540         case 6: return getreg(esi) & mask;
1541         case 7: return getreg(edi) & mask;
1542         }
1543         abort();
1544 }
1545
1546 /* Set register by instruction encoding */
1547 static void setreg_num(unsigned regnum, u32 val, u32 mask)
1548 {
1549         /* Don't try to set bits out of range */
1550         assert(~(val & ~mask));
1551
1552         /* 8 bit ops use regnums 4-7 for high parts of word */
1553         if (mask == 0xFF && (regnum & 0x4)) {
1554                 /* Construct the 16 bits we want. */
1555                 val = (val << 8) | getreg_num(regnum & 0x3, 0xFF);
1556                 setreg_num(regnum & 0x3, val, 0xFFFF);
1557                 return;
1558         }
1559
1560         switch (regnum) {
1561         case 0: setreg(eax, val | (getreg(eax) & ~mask)); return;
1562         case 1: setreg(ecx, val | (getreg(ecx) & ~mask)); return;
1563         case 2: setreg(edx, val | (getreg(edx) & ~mask)); return;
1564         case 3: setreg(ebx, val | (getreg(ebx) & ~mask)); return;
1565         case 4: setreg(esp, val | (getreg(esp) & ~mask)); return;
1566         case 5: setreg(ebp, val | (getreg(ebp) & ~mask)); return;
1567         case 6: setreg(esi, val | (getreg(esi) & ~mask)); return;
1568         case 7: setreg(edi, val | (getreg(edi) & ~mask)); return;
1569         }
1570         abort();
1571 }
1572
1573 /* Get bytes of displacement appended to instruction, from r/m encoding */
1574 static u32 insn_displacement_len(u8 mod_reg_rm)
1575 {
1576         /* Switch on the mod bits */
1577         switch (mod_reg_rm >> 6) {
1578         case 0:
1579                 /* If mod == 0, and r/m == 101, 16-bit displacement follows */
1580                 if ((mod_reg_rm & 0x7) == 0x5)
1581                         return 2;
1582                 /* Normally, mod == 0 means no literal displacement */
1583                 return 0;
1584         case 1:
1585                 /* One byte displacement */
1586                 return 1;
1587         case 2:
1588                 /* Four byte displacement */
1589                 return 4;
1590         case 3:
1591                 /* Register mode */
1592                 return 0;
1593         }
1594         abort();
1595 }
1596
1597 static void emulate_insn(const u8 insn[])
1598 {
1599         unsigned long args[] = { LHREQ_TRAP, 13 };
1600         unsigned int insnlen = 0, in = 0, small_operand = 0, byte_access;
1601         unsigned int eax, port, mask;
1602         /*
1603          * Default is to return all-ones on IO port reads, which traditionally
1604          * means "there's nothing there".
1605          */
1606         u32 val = 0xFFFFFFFF;
1607
1608         /*
1609          * This must be the Guest kernel trying to do something, not userspace!
1610          * The bottom two bits of the CS segment register are the privilege
1611          * level.
1612          */
1613         if ((getreg(xcs) & 3) != 0x1)
1614                 goto no_emulate;
1615
1616         /* Decoding x86 instructions is icky. */
1617
1618         /*
1619          * Around 2.6.33, the kernel started using an emulation for the
1620          * cmpxchg8b instruction in early boot on many configurations.  This
1621          * code isn't paravirtualized, and it tries to disable interrupts.
1622          * Ignore it, which will Mostly Work.
1623          */
1624         if (insn[insnlen] == 0xfa) {
1625                 /* "cli", or Clear Interrupt Enable instruction.  Skip it. */
1626                 insnlen = 1;
1627                 goto skip_insn;
1628         }
1629
1630         /*
1631          * 0x66 is an "operand prefix".  It means a 16, not 32 bit in/out.
1632          */
1633         if (insn[insnlen] == 0x66) {
1634                 small_operand = 1;
1635                 /* The instruction is 1 byte so far, read the next byte. */
1636                 insnlen = 1;
1637         }
1638
1639         /* If the lower bit isn't set, it's a single byte access */
1640         byte_access = !(insn[insnlen] & 1);
1641
1642         /*
1643          * Now we can ignore the lower bit and decode the 4 opcodes
1644          * we need to emulate.
1645          */
1646         switch (insn[insnlen] & 0xFE) {
1647         case 0xE4: /* in     <next byte>,%al */
1648                 port = insn[insnlen+1];
1649                 insnlen += 2;
1650                 in = 1;
1651                 break;
1652         case 0xEC: /* in     (%dx),%al */
1653                 port = getreg(edx) & 0xFFFF;
1654                 insnlen += 1;
1655                 in = 1;
1656                 break;
1657         case 0xE6: /* out    %al,<next byte> */
1658                 port = insn[insnlen+1];
1659                 insnlen += 2;
1660                 break;
1661         case 0xEE: /* out    %al,(%dx) */
1662                 port = getreg(edx) & 0xFFFF;
1663                 insnlen += 1;
1664                 break;
1665         default:
1666                 /* OK, we don't know what this is, can't emulate. */
1667                 goto no_emulate;
1668         }
1669
1670         /* Set a mask of the 1, 2 or 4 bytes, depending on size of IO */
1671         if (byte_access)
1672                 mask = 0xFF;
1673         else if (small_operand)
1674                 mask = 0xFFFF;
1675         else
1676                 mask = 0xFFFFFFFF;
1677
1678         /*
1679          * If it was an "IN" instruction, they expect the result to be read
1680          * into %eax, so we change %eax.
1681          */
1682         eax = getreg(eax);
1683
1684         if (in) {
1685                 /* This is the PS/2 keyboard status; 1 means ready for output */
1686                 if (port == 0x64)
1687                         val = 1;
1688                 else if (is_pci_addr_port(port))
1689                         pci_addr_ioread(port, mask, &val);
1690                 else if (is_pci_data_port(port))
1691                         pci_data_ioread(port, mask, &val);
1692
1693                 /* Clear the bits we're about to read */
1694                 eax &= ~mask;
1695                 /* Copy bits in from val. */
1696                 eax |= val & mask;
1697                 /* Now update the register. */
1698                 setreg(eax, eax);
1699         } else {
1700                 if (is_pci_addr_port(port)) {
1701                         if (!pci_addr_iowrite(port, mask, eax))
1702                                 goto bad_io;
1703                 } else if (is_pci_data_port(port)) {
1704                         if (!pci_data_iowrite(port, mask, eax))
1705                                 goto bad_io;
1706                 }
1707                 /* There are many other ports, eg. CMOS clock, serial
1708                  * and parallel ports, so we ignore them all. */
1709         }
1710
1711         verbose("IO %s of %x to %u: %#08x\n",
1712                 in ? "IN" : "OUT", mask, port, eax);
1713 skip_insn:
1714         /* Finally, we've "done" the instruction, so move past it. */
1715         setreg(eip, getreg(eip) + insnlen);
1716         return;
1717
1718 bad_io:
1719         warnx("Attempt to %s port %u (%#x mask)",
1720               in ? "read from" : "write to", port, mask);
1721
1722 no_emulate:
1723         /* Inject trap into Guest. */
1724         if (write(lguest_fd, args, sizeof(args)) < 0)
1725                 err(1, "Reinjecting trap 13 for fault at %#x", getreg(eip));
1726 }
1727
1728 static struct device *find_mmio_region(unsigned long paddr, u32 *off)
1729 {
1730         unsigned int i;
1731
1732         for (i = 1; i < MAX_PCI_DEVICES; i++) {
1733                 struct device *d = devices.pci[i];
1734
1735                 if (!d)
1736                         continue;
1737                 if (paddr < d->mmio_addr)
1738                         continue;
1739                 if (paddr >= d->mmio_addr + d->mmio_size)
1740                         continue;
1741                 *off = paddr - d->mmio_addr;
1742                 return d;
1743         }
1744         return NULL;
1745 }
1746
1747 /* FIXME: Use vq array. */
1748 static struct virtqueue *vq_by_num(struct device *d, u32 num)
1749 {
1750         struct virtqueue *vq = d->vq;
1751
1752         while (num-- && vq)
1753                 vq = vq->next;
1754
1755         return vq;
1756 }
1757
1758 static void save_vq_config(const struct virtio_pci_common_cfg *cfg,
1759                            struct virtqueue *vq)
1760 {
1761         vq->pci_config = *cfg;
1762 }
1763
1764 static void restore_vq_config(struct virtio_pci_common_cfg *cfg,
1765                               struct virtqueue *vq)
1766 {
1767         /* Only restore the per-vq part */
1768         size_t off = offsetof(struct virtio_pci_common_cfg, queue_size);
1769
1770         memcpy((void *)cfg + off, (void *)&vq->pci_config + off,
1771                sizeof(*cfg) - off);
1772 }
1773
1774 /*
1775  * 4.1.4.3.2:
1776  *
1777  *  The driver MUST configure the other virtqueue fields before
1778  *  enabling the virtqueue with queue_enable.
1779  *
1780  * When they enable the virtqueue, we check that their setup is valid.
1781  */
1782 static void check_virtqueue(struct device *d, struct virtqueue *vq)
1783 {
1784         /* Because lguest is 32 bit, all the descriptor high bits must be 0 */
1785         if (vq->pci_config.queue_desc_hi
1786             || vq->pci_config.queue_avail_hi
1787             || vq->pci_config.queue_used_hi)
1788                 errx(1, "%s: invalid 64-bit queue address", d->name);
1789
1790         /*
1791          * 2.4.1:
1792          *
1793          *  The driver MUST ensure that the physical address of the first byte
1794          *  of each virtqueue part is a multiple of the specified alignment
1795          *  value in the above table.
1796          */
1797         if (vq->pci_config.queue_desc_lo % 16
1798             || vq->pci_config.queue_avail_lo % 2
1799             || vq->pci_config.queue_used_lo % 4)
1800                 errx(1, "%s: invalid alignment in queue addresses", d->name);
1801
1802         /* Initialize the virtqueue and check they're all in range. */
1803         vq->vring.num = vq->pci_config.queue_size;
1804         vq->vring.desc = check_pointer(vq->pci_config.queue_desc_lo,
1805                                        sizeof(*vq->vring.desc) * vq->vring.num);
1806         vq->vring.avail = check_pointer(vq->pci_config.queue_avail_lo,
1807                                         sizeof(*vq->vring.avail)
1808                                         + (sizeof(vq->vring.avail->ring[0])
1809                                            * vq->vring.num));
1810         vq->vring.used = check_pointer(vq->pci_config.queue_used_lo,
1811                                        sizeof(*vq->vring.used)
1812                                        + (sizeof(vq->vring.used->ring[0])
1813                                           * vq->vring.num));
1814
1815         /*
1816          * 2.4.9.1:
1817          *
1818          *   The driver MUST initialize flags in the used ring to 0
1819          *   when allocating the used ring.
1820          */
1821         if (vq->vring.used->flags != 0)
1822                 errx(1, "%s: invalid initial used.flags %#x",
1823                      d->name, vq->vring.used->flags);
1824 }
1825
1826 static void start_virtqueue(struct virtqueue *vq)
1827 {
1828         /*
1829          * Create stack for thread.  Since the stack grows upwards, we point
1830          * the stack pointer to the end of this region.
1831          */
1832         char *stack = malloc(32768);
1833
1834         /* Create a zero-initialized eventfd. */
1835         vq->eventfd = eventfd(0, 0);
1836         if (vq->eventfd < 0)
1837                 err(1, "Creating eventfd");
1838
1839         /*
1840          * CLONE_VM: because it has to access the Guest memory, and SIGCHLD so
1841          * we get a signal if it dies.
1842          */
1843         vq->thread = clone(do_thread, stack + 32768, CLONE_VM | SIGCHLD, vq);
1844         if (vq->thread == (pid_t)-1)
1845                 err(1, "Creating clone");
1846 }
1847
1848 static void start_virtqueues(struct device *d)
1849 {
1850         struct virtqueue *vq;
1851
1852         for (vq = d->vq; vq; vq = vq->next) {
1853                 if (vq->pci_config.queue_enable)
1854                         start_virtqueue(vq);
1855         }
1856 }
1857
1858 static void emulate_mmio_write(struct device *d, u32 off, u32 val, u32 mask)
1859 {
1860         struct virtqueue *vq;
1861
1862         switch (off) {
1863         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.device_feature_select):
1864                 /*
1865                  * 4.1.4.3.1:
1866                  *
1867                  * The device MUST present the feature bits it is offering in
1868                  * device_feature, starting at bit device_feature_select ∗ 32
1869                  * for any device_feature_select written by the driver
1870                  */
1871                 if (val == 0)
1872                         d->mmio->cfg.device_feature = d->features;
1873                 else if (val == 1)
1874                         d->mmio->cfg.device_feature = (d->features >> 32);
1875                 else
1876                         d->mmio->cfg.device_feature = 0;
1877                 goto feature_write_through32;
1878         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.guest_feature_select):
1879                 if (val > 1)
1880                         errx(1, "%s: Unexpected driver select %u",
1881                              d->name, val);
1882                 goto feature_write_through32;
1883         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.guest_feature):
1884                 if (d->mmio->cfg.guest_feature_select == 0) {
1885                         d->features_accepted &= ~((u64)0xFFFFFFFF);
1886                         d->features_accepted |= val;
1887                 } else {
1888                         assert(d->mmio->cfg.guest_feature_select == 1);
1889                         d->features_accepted &= 0xFFFFFFFF;
1890                         d->features_accepted |= ((u64)val) << 32;
1891                 }
1892                 /*
1893                  * 2.2.1:
1894                  *
1895                  *   The driver MUST NOT accept a feature which the device did
1896                  *   not offer
1897                  */
1898                 if (d->features_accepted & ~d->features)
1899                         errx(1, "%s: over-accepted features %#llx of %#llx",
1900                              d->name, d->features_accepted, d->features);
1901                 goto feature_write_through32;
1902         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.device_status): {
1903                 u8 prev;
1904
1905                 verbose("%s: device status -> %#x\n", d->name, val);
1906                 /*
1907                  * 4.1.4.3.1:
1908                  * 
1909                  *  The device MUST reset when 0 is written to device_status,
1910                  *  and present a 0 in device_status once that is done.
1911                  */
1912                 if (val == 0) {
1913                         reset_device(d);
1914                         goto write_through8;
1915                 }
1916
1917                 /* 2.1.1: The driver MUST NOT clear a device status bit. */
1918                 if (d->mmio->cfg.device_status & ~val)
1919                         errx(1, "%s: unset of device status bit %#x -> %#x",
1920                              d->name, d->mmio->cfg.device_status, val);
1921
1922                 /*
1923                  * 2.1.2:
1924                  *
1925                  *  The device MUST NOT consume buffers or notify the driver
1926                  *  before DRIVER_OK.
1927                  */
1928                 if (val & VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER_OK
1929                     && !(d->mmio->cfg.device_status & VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER_OK))
1930                         start_virtqueues(d);
1931
1932                 /*
1933                  * 3.1.1:
1934                  *
1935                  *   The driver MUST follow this sequence to initialize a device:
1936                  *   - Reset the device.
1937                  *   - Set the ACKNOWLEDGE status bit: the guest OS has
1938                  *     notice the device.
1939                  *   - Set the DRIVER status bit: the guest OS knows how
1940                  *     to drive the device.
1941                  *   - Read device feature bits, and write the subset
1942                  *     of feature bits understood by the OS and driver
1943                  *     to the device. During this step the driver MAY
1944                  *     read (but MUST NOT write) the device-specific
1945                  *     configuration fields to check that it can
1946                  *     support the device before accepting it.
1947                  *   - Set the FEATURES_OK status bit.  The driver
1948                  *     MUST not accept new feature bits after this
1949                  *     step.
1950                  *   - Re-read device status to ensure the FEATURES_OK
1951                  *     bit is still set: otherwise, the device does
1952                  *     not support our subset of features and the
1953                  *     device is unusable.
1954                  *   - Perform device-specific setup, including
1955                  *     discovery of virtqueues for the device,
1956                  *     optional per-bus setup, reading and possibly
1957                  *     writing the device’s virtio configuration
1958                  *     space, and population of virtqueues.
1959                  *   - Set the DRIVER_OK status bit. At this point the
1960                  *     device is “live”.
1961                  */
1962                 prev = 0;
1963                 switch (val & ~d->mmio->cfg.device_status) {
1964                 case VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER_OK:
1965                         prev |= VIRTIO_CONFIG_S_FEATURES_OK; /* fall thru */
1966                 case VIRTIO_CONFIG_S_FEATURES_OK:
1967                         prev |= VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER; /* fall thru */
1968                 case VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER:
1969                         prev |= VIRTIO_CONFIG_S_ACKNOWLEDGE; /* fall thru */
1970                 case VIRTIO_CONFIG_S_ACKNOWLEDGE:
1971                         break;
1972                 default:
1973                         errx(1, "%s: unknown device status bit %#x -> %#x",
1974                              d->name, d->mmio->cfg.device_status, val);
1975                 }
1976                 if (d->mmio->cfg.device_status != prev)
1977                         errx(1, "%s: unexpected status transition %#x -> %#x",
1978                              d->name, d->mmio->cfg.device_status, val);
1979
1980                 /* If they just wrote FEATURES_OK, we make sure they read */
1981                 switch (val & ~d->mmio->cfg.device_status) {
1982                 case VIRTIO_CONFIG_S_FEATURES_OK:
1983                         d->wrote_features_ok = true;
1984                         break;
1985                 case VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER_OK:
1986                         if (d->wrote_features_ok)
1987                                 errx(1, "%s: did not re-read FEATURES_OK",
1988                                      d->name);
1989                         break;
1990                 }
1991                 goto write_through8;
1992         }
1993         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_select):
1994                 vq = vq_by_num(d, val);
1995                 /*
1996                  * 4.1.4.3.1:
1997                  *
1998                  *  The device MUST present a 0 in queue_size if the virtqueue
1999                  *  corresponding to the current queue_select is unavailable.
2000                  */
2001                 if (!vq) {
2002                         d->mmio->cfg.queue_size = 0;
2003                         goto write_through16;
2004                 }
2005                 /* Save registers for old vq, if it was a valid vq */
2006                 if (d->mmio->cfg.queue_size)
2007                         save_vq_config(&d->mmio->cfg,
2008                                        vq_by_num(d, d->mmio->cfg.queue_select));
2009                 /* Restore the registers for the queue they asked for */
2010                 restore_vq_config(&d->mmio->cfg, vq);
2011                 goto write_through16;
2012         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_size):
2013                 /*
2014                  * 4.1.4.3.2:
2015                  *
2016                  *  The driver MUST NOT write a value which is not a power of 2
2017                  *  to queue_size.
2018                  */
2019                 if (val & (val-1))
2020                         errx(1, "%s: invalid queue size %u\n", d->name, val);
2021                 if (d->mmio->cfg.queue_enable)
2022                         errx(1, "%s: changing queue size on live device",
2023                              d->name);
2024                 goto write_through16;
2025         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_msix_vector):
2026                 errx(1, "%s: attempt to set MSIX vector to %u",
2027                      d->name, val);
2028         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_enable): {
2029                 struct virtqueue *vq = vq_by_num(d, d->mmio->cfg.queue_select);
2030
2031                 /*
2032                  * 4.1.4.3.2:
2033                  *
2034                  *  The driver MUST NOT write a 0 to queue_enable.
2035                  */
2036                 if (val != 1)
2037                         errx(1, "%s: setting queue_enable to %u", d->name, val);
2038
2039                 /*
2040                  * 3.1.1:
2041                  *
2042                  *  7. Perform device-specific setup, including discovery of
2043                  *     virtqueues for the device, optional per-bus setup,
2044                  *     reading and possibly writing the device’s virtio
2045                  *     configuration space, and population of virtqueues.
2046                  *  8. Set the DRIVER_OK status bit.
2047                  *
2048                  * All our devices require all virtqueues to be enabled, so
2049                  * they should have done that before setting DRIVER_OK.
2050                  */
2051                 if (d->mmio->cfg.device_status & VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER_OK)
2052                         errx(1, "%s: enabling vs after DRIVER_OK", d->name);
2053
2054                 d->mmio->cfg.queue_enable = val;
2055                 save_vq_config(&d->mmio->cfg, vq);
2056                 check_virtqueue(d, vq);
2057                 goto write_through16;
2058         }
2059         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_notify_off):
2060                 errx(1, "%s: attempt to write to queue_notify_off", d->name);
2061         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_desc_lo):
2062         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_desc_hi):
2063         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_avail_lo):
2064         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_avail_hi):
2065         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_used_lo):
2066         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_used_hi):
2067                 /*
2068                  * 4.1.4.3.2:
2069                  *
2070                  *  The driver MUST configure the other virtqueue fields before
2071                  *  enabling the virtqueue with queue_enable.
2072                  */
2073                 if (d->mmio->cfg.queue_enable)
2074                         errx(1, "%s: changing queue on live device",
2075                              d->name);
2076
2077                 /*
2078                  * 3.1.1:
2079                  *
2080                  *  The driver MUST follow this sequence to initialize a device:
2081                  *...
2082                  *  5. Set the FEATURES_OK status bit. The driver MUST not
2083                  *  accept new feature bits after this step.
2084                  */
2085                 if (!(d->mmio->cfg.device_status & VIRTIO_CONFIG_S_FEATURES_OK))
2086                         errx(1, "%s: enabling vs before FEATURES_OK", d->name);
2087
2088                 /*
2089                  *  6. Re-read device status to ensure the FEATURES_OK bit is
2090                  *     still set...
2091                  */
2092                 if (d->wrote_features_ok)
2093                         errx(1, "%s: didn't re-read FEATURES_OK before setup",
2094                              d->name);
2095
2096                 goto write_through32;
2097         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, notify):
2098                 vq = vq_by_num(d, val);
2099                 if (!vq)
2100                         errx(1, "Invalid vq notification on %u", val);
2101                 /* Notify the process handling this vq by adding 1 to eventfd */
2102                 write(vq->eventfd, "\1\0\0\0\0\0\0\0", 8);
2103                 goto write_through16;
2104         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, isr):
2105                 errx(1, "%s: Unexpected write to isr", d->name);
2106         /* Weird corner case: write to emerg_wr of console */
2107         case sizeof(struct virtio_pci_mmio)
2108                 + offsetof(struct virtio_console_config, emerg_wr):
2109                 if (strcmp(d->name, "console") == 0) {
2110                         char c = val;
2111                         write(STDOUT_FILENO, &c, 1);
2112                         goto write_through32;
2113                 }
2114                 /* Fall through... */
2115         default:
2116                 /*
2117                  * 4.1.4.3.2:
2118                  *
2119                  *   The driver MUST NOT write to device_feature, num_queues,
2120                  *   config_generation or queue_notify_off.
2121                  */
2122                 errx(1, "%s: Unexpected write to offset %u", d->name, off);
2123         }
2124
2125 feature_write_through32:
2126         /*
2127          * 3.1.1:
2128          *
2129          *   The driver MUST follow this sequence to initialize a device:
2130          *...
2131          *   - Set the DRIVER status bit: the guest OS knows how
2132          *     to drive the device.
2133          *   - Read device feature bits, and write the subset
2134          *     of feature bits understood by the OS and driver
2135          *     to the device.
2136          *...
2137          *   - Set the FEATURES_OK status bit. The driver MUST not
2138          *     accept new feature bits after this step.
2139          */
2140         if (!(d->mmio->cfg.device_status & VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER))
2141                 errx(1, "%s: feature write before VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER",
2142                      d->name);
2143         if (d->mmio->cfg.device_status & VIRTIO_CONFIG_S_FEATURES_OK)
2144                 errx(1, "%s: feature write after VIRTIO_CONFIG_S_FEATURES_OK",
2145                      d->name);
2146
2147         /*
2148          * 4.1.3.1:
2149          *
2150          *  The driver MUST access each field using the “natural” access
2151          *  method, i.e. 32-bit accesses for 32-bit fields, 16-bit accesses for
2152          *  16-bit fields and 8-bit accesses for 8-bit fields.
2153          */
2154 write_through32:
2155         if (mask != 0xFFFFFFFF) {
2156                 errx(1, "%s: non-32-bit write to offset %u (%#x)",
2157                      d->name, off, getreg(eip));
2158                 return;
2159         }
2160         memcpy((char *)d->mmio + off, &val, 4);
2161         return;
2162
2163 write_through16:
2164         if (mask != 0xFFFF)
2165                 errx(1, "%s: non-16-bit (%#x) write to offset %u (%#x)",
2166                      d->name, mask, off, getreg(eip));
2167         memcpy((char *)d->mmio + off, &val, 2);
2168         return;
2169
2170 write_through8:
2171         if (mask != 0xFF)
2172                 errx(1, "%s: non-8-bit write to offset %u (%#x)",
2173                      d->name, off, getreg(eip));
2174         memcpy((char *)d->mmio + off, &val, 1);
2175         return;
2176 }
2177
2178 static u32 emulate_mmio_read(struct device *d, u32 off, u32 mask)
2179 {
2180         u8 isr;
2181         u32 val = 0;
2182
2183         switch (off) {
2184         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.device_feature_select):
2185         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.device_feature):
2186         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.guest_feature_select):
2187         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.guest_feature):
2188                 /*
2189                  * 3.1.1:
2190                  *
2191                  *   The driver MUST follow this sequence to initialize a device:
2192                  *...
2193                  *   - Set the DRIVER status bit: the guest OS knows how
2194                  *     to drive the device.
2195                  *   - Read device feature bits, and write the subset
2196                  *     of feature bits understood by the OS and driver
2197                  *     to the device.
2198                  */
2199                 if (!(d->mmio->cfg.device_status & VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER))
2200                         errx(1, "%s: feature read before VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER",
2201                              d->name);
2202                 goto read_through32;
2203         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.msix_config):
2204                 errx(1, "%s: read of msix_config", d->name);
2205         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.num_queues):
2206                 goto read_through16;
2207         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.device_status):
2208                 /* As they did read, any write of FEATURES_OK is now fine. */
2209                 d->wrote_features_ok = false;
2210                 goto read_through8;
2211         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.config_generation):
2212                 /*
2213                  * 4.1.4.3.1:
2214                  *
2215                  *  The device MUST present a changed config_generation after
2216                  *  the driver has read a device-specific configuration value
2217                  *  which has changed since any part of the device-specific
2218                  *  configuration was last read.
2219                  *
2220                  * This is simple: none of our devices change config, so this
2221                  * is always 0.
2222                  */
2223                 goto read_through8;
2224         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, notify):
2225                 /*
2226                  * 3.1.1:
2227                  *
2228                  *   The driver MUST NOT notify the device before setting
2229                  *   DRIVER_OK.
2230                  */
2231                 if (!(d->mmio->cfg.device_status & VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER_OK))
2232                         errx(1, "%s: notify before VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER_OK",
2233                              d->name);
2234                 goto read_through16;
2235         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, isr):
2236                 if (mask != 0xFF)
2237                         errx(1, "%s: non-8-bit read from offset %u (%#x)",
2238                              d->name, off, getreg(eip));
2239                 isr = d->mmio->isr;
2240                 /*
2241                  * 4.1.4.5.1:
2242                  *
2243                  *  The device MUST reset ISR status to 0 on driver read. 
2244                  */
2245                 d->mmio->isr = 0;
2246                 return isr;
2247         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, padding):
2248                 errx(1, "%s: read from padding (%#x)",
2249                      d->name, getreg(eip));
2250         default:
2251                 /* Read from device config space, beware unaligned overflow */
2252                 if (off > d->mmio_size - 4)
2253                         errx(1, "%s: read past end (%#x)",
2254                              d->name, getreg(eip));
2255
2256                 /*
2257                  * 3.1.1:
2258                  *  The driver MUST follow this sequence to initialize a device:
2259                  *...
2260                  *  3. Set the DRIVER status bit: the guest OS knows how to
2261                  *  drive the device.
2262                  *  4. Read device feature bits, and write the subset of
2263                  *  feature bits understood by the OS and driver to the
2264                  *  device. During this step the driver MAY read (but MUST NOT
2265                  *  write) the device-specific configuration fields to check
2266                  *  that it can support the device before accepting it.
2267                  */
2268                 if (!(d->mmio->cfg.device_status & VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER))
2269                         errx(1, "%s: config read before VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER",
2270                              d->name);
2271
2272                 if (mask == 0xFFFFFFFF)
2273                         goto read_through32;
2274                 else if (mask == 0xFFFF)
2275                         goto read_through16;
2276                 else
2277                         goto read_through8;
2278         }
2279
2280         /*
2281          * 4.1.3.1:
2282          *
2283          *  The driver MUST access each field using the “natural” access
2284          *  method, i.e. 32-bit accesses for 32-bit fields, 16-bit accesses for
2285          *  16-bit fields and 8-bit accesses for 8-bit fields.
2286          */
2287 read_through32:
2288         if (mask != 0xFFFFFFFF)
2289                 errx(1, "%s: non-32-bit read to offset %u (%#x)",
2290                      d->name, off, getreg(eip));
2291         memcpy(&val, (char *)d->mmio + off, 4);
2292         return val;
2293
2294 read_through16:
2295         if (mask != 0xFFFF)
2296                 errx(1, "%s: non-16-bit read to offset %u (%#x)",
2297                      d->name, off, getreg(eip));
2298         memcpy(&val, (char *)d->mmio + off, 2);
2299         return val;
2300
2301 read_through8:
2302         if (mask != 0xFF)
2303                 errx(1, "%s: non-8-bit read to offset %u (%#x)",
2304                      d->name, off, getreg(eip));
2305         memcpy(&val, (char *)d->mmio + off, 1);
2306         return val;
2307 }
2308
2309 static void emulate_mmio(unsigned long paddr, const u8 *insn)
2310 {
2311         u32 val, off, mask = 0xFFFFFFFF, insnlen = 0;
2312         struct device *d = find_mmio_region(paddr, &off);
2313         unsigned long args[] = { LHREQ_TRAP, 14 };
2314
2315         if (!d) {
2316                 warnx("MMIO touching %#08lx (not a device)", paddr);
2317                 goto reinject;
2318         }
2319
2320         /* Prefix makes it a 16 bit op */
2321         if (insn[0] == 0x66) {
2322                 mask = 0xFFFF;
2323                 insnlen++;
2324         }
2325
2326         /* iowrite */
2327         if (insn[insnlen] == 0x89) {
2328                 /* Next byte is r/m byte: bits 3-5 are register. */
2329                 val = getreg_num((insn[insnlen+1] >> 3) & 0x7, mask);
2330                 emulate_mmio_write(d, off, val, mask);
2331                 insnlen += 2 + insn_displacement_len(insn[insnlen+1]);
2332         } else if (insn[insnlen] == 0x8b) { /* ioread */
2333                 /* Next byte is r/m byte: bits 3-5 are register. */
2334                 val = emulate_mmio_read(d, off, mask);
2335                 setreg_num((insn[insnlen+1] >> 3) & 0x7, val, mask);
2336                 insnlen += 2 + insn_displacement_len(insn[insnlen+1]);
2337         } else if (insn[0] == 0x88) { /* 8-bit iowrite */
2338                 mask = 0xff;
2339                 /* Next byte is r/m byte: bits 3-5 are register. */
2340                 val = getreg_num((insn[1] >> 3) & 0x7, mask);
2341                 emulate_mmio_write(d, off, val, mask);
2342                 insnlen = 2 + insn_displacement_len(insn[1]);
2343         } else if (insn[0] == 0x8a) { /* 8-bit ioread */
2344                 mask = 0xff;
2345                 val = emulate_mmio_read(d, off, mask);
2346                 setreg_num((insn[1] >> 3) & 0x7, val, mask);
2347                 insnlen = 2 + insn_displacement_len(insn[1]);
2348         } else {
2349                 warnx("Unknown MMIO instruction touching %#08lx:"
2350                      " %02x %02x %02x %02x at %u",
2351                      paddr, insn[0], insn[1], insn[2], insn[3], getreg(eip));
2352         reinject:
2353                 /* Inject trap into Guest. */
2354                 if (write(lguest_fd, args, sizeof(args)) < 0)
2355                         err(1, "Reinjecting trap 14 for fault at %#x",
2356                             getreg(eip));
2357                 return;
2358         }
2359
2360         /* Finally, we've "done" the instruction, so move past it. */
2361         setreg(eip, getreg(eip) + insnlen);
2362 }
2363
2364 /*L:190
2365  * Device Setup
2366  *
2367  * All devices need a descriptor so the Guest knows it exists, and a "struct
2368  * device" so the Launcher can keep track of it.  We have common helper
2369  * routines to allocate and manage them.
2370  */
2371 static void add_pci_virtqueue(struct device *dev,
2372                               void (*service)(struct virtqueue *),
2373                               const char *name)
2374 {
2375         struct virtqueue **i, *vq = malloc(sizeof(*vq));
2376
2377         /* Initialize the virtqueue */
2378         vq->next = NULL;
2379         vq->last_avail_idx = 0;
2380         vq->dev = dev;
2381         vq->name = name;
2382
2383         /*
2384          * This is the routine the service thread will run, and its Process ID
2385          * once it's running.
2386          */
2387         vq->service = service;
2388         vq->thread = (pid_t)-1;
2389
2390         /* Initialize the configuration. */
2391         reset_vq_pci_config(vq);
2392         vq->pci_config.queue_notify_off = 0;
2393
2394         /* Add one to the number of queues */
2395         vq->dev->mmio->cfg.num_queues++;
2396
2397         /*
2398          * Add to tail of list, so dev->vq is first vq, dev->vq->next is
2399          * second.
2400          */
2401         for (i = &dev->vq; *i; i = &(*i)->next);
2402         *i = vq;
2403 }
2404
2405 /* The Guest accesses the feature bits via the PCI common config MMIO region */
2406 static void add_pci_feature(struct device *dev, unsigned bit)
2407 {
2408         dev->features |= (1ULL << bit);
2409 }
2410
2411 /* For devices with no config. */
2412 static void no_device_config(struct device *dev)
2413 {
2414         dev->mmio_addr = get_mmio_region(dev->mmio_size);
2415
2416         dev->config.bar[0] = dev->mmio_addr;
2417         /* Bottom 4 bits must be zero */
2418         assert(~(dev->config.bar[0] & 0xF));
2419 }
2420
2421 /* This puts the device config into BAR0 */
2422 static void set_device_config(struct device *dev, const void *conf, size_t len)
2423 {
2424         /* Set up BAR 0 */
2425         dev->mmio_size += len;
2426         dev->mmio = realloc(dev->mmio, dev->mmio_size);
2427         memcpy(dev->mmio + 1, conf, len);
2428
2429         /*
2430          * 4.1.4.6:
2431          *
2432          *  The device MUST present at least one VIRTIO_PCI_CAP_DEVICE_CFG
2433          *  capability for any device type which has a device-specific
2434          *  configuration.
2435          */
2436         /* Hook up device cfg */
2437         dev->config.cfg_access.cap.cap_next
2438                 = offsetof(struct pci_config, device);
2439
2440         /*
2441          * 4.1.4.6.1:
2442          *
2443          *  The offset for the device-specific configuration MUST be 4-byte
2444          *  aligned.
2445          */
2446         assert(dev->config.cfg_access.cap.cap_next % 4 == 0);
2447
2448         /* Fix up device cfg field length. */
2449         dev->config.device.length = len;
2450
2451         /* The rest is the same as the no-config case */
2452         no_device_config(dev);
2453 }
2454
2455 static void init_cap(struct virtio_pci_cap *cap, size_t caplen, int type,
2456                      size_t bar_offset, size_t bar_bytes, u8 next)
2457 {
2458         cap->cap_vndr = PCI_CAP_ID_VNDR;
2459         cap->cap_next = next;
2460         cap->cap_len = caplen;
2461         cap->cfg_type = type;
2462         cap->bar = 0;
2463         memset(cap->padding, 0, sizeof(cap->padding));
2464         cap->offset = bar_offset;
2465         cap->length = bar_bytes;
2466 }
2467
2468 /*
2469  * This sets up the pci_config structure, as defined in the virtio 1.0
2470  * standard (and PCI standard).
2471  */
2472 static void init_pci_config(struct pci_config *pci, u16 type,
2473                             u8 class, u8 subclass)
2474 {
2475         size_t bar_offset, bar_len;
2476
2477         /*
2478          * 4.1.4.4.1:
2479          *
2480          *  The device MUST either present notify_off_multiplier as an even
2481          *  power of 2, or present notify_off_multiplier as 0.
2482          *
2483          * 2.1.2:
2484          *
2485          *   The device MUST initialize device status to 0 upon reset. 
2486          */
2487         memset(pci, 0, sizeof(*pci));
2488
2489         /* 4.1.2.1: Devices MUST have the PCI Vendor ID 0x1AF4 */
2490         pci->vendor_id = 0x1AF4;
2491         /* 4.1.2.1: ... PCI Device ID calculated by adding 0x1040 ... */
2492         pci->device_id = 0x1040 + type;
2493
2494         /*
2495          * PCI have specific codes for different types of devices.
2496          * Linux doesn't care, but it's a good clue for people looking
2497          * at the device.
2498          */
2499         pci->class = class;
2500         pci->subclass = subclass;
2501
2502         /*
2503          * 4.1.2.1:
2504          *
2505          *  Non-transitional devices SHOULD have a PCI Revision ID of 1 or
2506          *  higher
2507          */
2508         pci->revid = 1;
2509
2510         /*
2511          * 4.1.2.1:
2512          *
2513          *  Non-transitional devices SHOULD have a PCI Subsystem Device ID of
2514          *  0x40 or higher.
2515          */
2516         pci->subsystem_device_id = 0x40;
2517
2518         /* We use our dummy interrupt controller, and irq_line is the irq */
2519         pci->irq_line = devices.next_irq++;
2520         pci->irq_pin = 0;
2521
2522         /* Support for extended capabilities. */
2523         pci->status = (1 << 4);
2524
2525         /* Link them in. */
2526         /*
2527          * 4.1.4.3.1:
2528          *
2529          *  The device MUST present at least one common configuration
2530          *  capability.
2531          */
2532         pci->capabilities = offsetof(struct pci_config, common);
2533
2534         /* 4.1.4.3.1 ... offset MUST be 4-byte aligned. */
2535         assert(pci->capabilities % 4 == 0);
2536
2537         bar_offset = offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg);
2538         bar_len = sizeof(((struct virtio_pci_mmio *)0)->cfg);
2539         init_cap(&pci->common, sizeof(pci->common), VIRTIO_PCI_CAP_COMMON_CFG,
2540                  bar_offset, bar_len,
2541                  offsetof(struct pci_config, notify));
2542
2543         /*
2544          * 4.1.4.4.1:
2545          *
2546          *  The device MUST present at least one notification capability.
2547          */
2548         bar_offset += bar_len;
2549         bar_len = sizeof(((struct virtio_pci_mmio *)0)->notify);
2550
2551         /*
2552          * 4.1.4.4.1:
2553          *
2554          *  The cap.offset MUST be 2-byte aligned.
2555          */
2556         assert(pci->common.cap_next % 2 == 0);
2557
2558         /* FIXME: Use a non-zero notify_off, for per-queue notification? */
2559         /*
2560          * 4.1.4.4.1:
2561          *
2562          *  The value cap.length presented by the device MUST be at least 2 and
2563          *  MUST be large enough to support queue notification offsets for all
2564          *  supported queues in all possible configurations.
2565          */
2566         assert(bar_len >= 2);
2567
2568         init_cap(&pci->notify.cap, sizeof(pci->notify),
2569                  VIRTIO_PCI_CAP_NOTIFY_CFG,
2570                  bar_offset, bar_len,
2571                  offsetof(struct pci_config, isr));
2572
2573         bar_offset += bar_len;
2574         bar_len = sizeof(((struct virtio_pci_mmio *)0)->isr);
2575         /*
2576          * 4.1.4.5.1:
2577          *
2578          *  The device MUST present at least one VIRTIO_PCI_CAP_ISR_CFG
2579          *  capability.
2580          */
2581         init_cap(&pci->isr, sizeof(pci->isr),
2582                  VIRTIO_PCI_CAP_ISR_CFG,
2583                  bar_offset, bar_len,
2584                  offsetof(struct pci_config, cfg_access));
2585
2586         /*
2587          * 4.1.4.7.1:
2588          *
2589          * The device MUST present at least one VIRTIO_PCI_CAP_PCI_CFG
2590          * capability.
2591          */
2592         /* This doesn't have any presence in the BAR */
2593         init_cap(&pci->cfg_access.cap, sizeof(pci->cfg_access),
2594                  VIRTIO_PCI_CAP_PCI_CFG,
2595                  0, 0, 0);
2596
2597         bar_offset += bar_len + sizeof(((struct virtio_pci_mmio *)0)->padding);
2598         assert(bar_offset == sizeof(struct virtio_pci_mmio));
2599
2600         /*
2601          * This gets sewn in and length set in set_device_config().
2602          * Some devices don't have a device configuration interface, so
2603          * we never expose this if we don't call set_device_config().
2604          */
2605         init_cap(&pci->device, sizeof(pci->device), VIRTIO_PCI_CAP_DEVICE_CFG,
2606                  bar_offset, 0, 0);
2607 }
2608
2609 /*
2610  * This routine does all the creation and setup of a new device, but we don't
2611  * actually place the MMIO region until we know the size (if any) of the
2612  * device-specific config.  And we don't actually start the service threads
2613  * until later.
2614  *
2615  * See what I mean about userspace being boring?
2616  */
2617 static struct device *new_pci_device(const char *name, u16 type,
2618                                      u8 class, u8 subclass)
2619 {
2620         struct device *dev = malloc(sizeof(*dev));
2621
2622         /* Now we populate the fields one at a time. */
2623         dev->name = name;
2624         dev->vq = NULL;
2625         dev->running = false;
2626         dev->wrote_features_ok = false;
2627         dev->mmio_size = sizeof(struct virtio_pci_mmio);
2628         dev->mmio = calloc(1, dev->mmio_size);
2629         dev->features = (u64)1 << VIRTIO_F_VERSION_1;
2630         dev->features_accepted = 0;
2631
2632         if (devices.device_num + 1 >= MAX_PCI_DEVICES)
2633                 errx(1, "Can only handle 31 PCI devices");
2634
2635         init_pci_config(&dev->config, type, class, subclass);
2636         assert(!devices.pci[devices.device_num+1]);
2637         devices.pci[++devices.device_num] = dev;
2638
2639         return dev;
2640 }
2641
2642 /*
2643  * Our first setup routine is the console.  It's a fairly simple device, but
2644  * UNIX tty handling makes it uglier than it could be.
2645  */
2646 static void setup_console(void)
2647 {
2648         struct device *dev;
2649         struct virtio_console_config conf;
2650
2651         /* If we can save the initial standard input settings... */
2652         if (tcgetattr(STDIN_FILENO, &orig_term) == 0) {
2653                 struct termios term = orig_term;
2654                 /*
2655                  * Then we turn off echo, line buffering and ^C etc: We want a
2656                  * raw input stream to the Guest.
2657                  */
2658                 term.c_lflag &= ~(ISIG|ICANON|ECHO);
2659                 tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &term);
2660         }
2661
2662         dev = new_pci_device("console", VIRTIO_ID_CONSOLE, 0x07, 0x00);
2663
2664         /* We store the console state in dev->priv, and initialize it. */
2665         dev->priv = malloc(sizeof(struct console_abort));
2666         ((struct console_abort *)dev->priv)->count = 0;
2667
2668         /*
2669          * The console needs two virtqueues: the input then the output.  When
2670          * they put something the input queue, we make sure we're listening to
2671          * stdin.  When they put something in the output queue, we write it to
2672          * stdout.
2673          */
2674         add_pci_virtqueue(dev, console_input, "input");
2675         add_pci_virtqueue(dev, console_output, "output");
2676
2677         /* We need a configuration area for the emerg_wr early writes. */
2678         add_pci_feature(dev, VIRTIO_CONSOLE_F_EMERG_WRITE);
2679         set_device_config(dev, &conf, sizeof(conf));
2680
2681         verbose("device %u: console\n", devices.device_num);
2682 }
2683 /*:*/
2684
2685 /*M:010
2686  * Inter-guest networking is an interesting area.  Simplest is to have a
2687  * --sharenet=<name> option which opens or creates a named pipe.  This can be
2688  * used to send packets to another guest in a 1:1 manner.
2689  *
2690  * More sophisticated is to use one of the tools developed for project like UML
2691  * to do networking.
2692  *
2693  * Faster is to do virtio bonding in kernel.  Doing this 1:1 would be
2694  * completely generic ("here's my vring, attach to your vring") and would work
2695  * for any traffic.  Of course, namespace and permissions issues need to be
2696  * dealt with.  A more sophisticated "multi-channel" virtio_net.c could hide
2697  * multiple inter-guest channels behind one interface, although it would
2698  * require some manner of hotplugging new virtio channels.
2699  *
2700  * Finally, we could use a virtio network switch in the kernel, ie. vhost.
2701 :*/
2702
2703 static u32 str2ip(const char *ipaddr)
2704 {
2705         unsigned int b[4];
2706
2707         if (sscanf(ipaddr, "%u.%u.%u.%u", &b[0], &b[1], &b[2], &b[3]) != 4)
2708                 errx(1, "Failed to parse IP address '%s'", ipaddr);
2709         return (b[0] << 24) | (b[1] << 16) | (b[2] << 8) | b[3];
2710 }
2711
2712 static void str2mac(const char *macaddr, unsigned char mac[6])
2713 {
2714         unsigned int m[6];
2715         if (sscanf(macaddr, "%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x",
2716                    &m[0], &m[1], &m[2], &m[3], &m[4], &m[5]) != 6)
2717                 errx(1, "Failed to parse mac address '%s'", macaddr);
2718         mac[0] = m[0];
2719         mac[1] = m[1];
2720         mac[2] = m[2];
2721         mac[3] = m[3];
2722         mac[4] = m[4];
2723         mac[5] = m[5];
2724 }
2725
2726 /*
2727  * This code is "adapted" from libbridge: it attaches the Host end of the
2728  * network device to the bridge device specified by the command line.
2729  *
2730  * This is yet another James Morris contribution (I'm an IP-level guy, so I
2731  * dislike bridging), and I just try not to break it.
2732  */
2733 static void add_to_bridge(int fd, const char *if_name, const char *br_name)
2734 {
2735         int ifidx;
2736         struct ifreq ifr;
2737
2738         if (!*br_name)
2739                 errx(1, "must specify bridge name");
2740
2741         ifidx = if_nametoindex(if_name);
2742         if (!ifidx)
2743                 errx(1, "interface %s does not exist!", if_name);
2744
2745         strncpy(ifr.ifr_name, br_name, IFNAMSIZ);
2746         ifr.ifr_name[IFNAMSIZ-1] = '\0';
2747         ifr.ifr_ifindex = ifidx;
2748         if (ioctl(fd, SIOCBRADDIF, &ifr) < 0)
2749                 err(1, "can't add %s to bridge %s", if_name, br_name);
2750 }
2751
2752 /*
2753  * This sets up the Host end of the network device with an IP address, brings
2754  * it up so packets will flow, the copies the MAC address into the hwaddr
2755  * pointer.
2756  */
2757 static void configure_device(int fd, const char *tapif, u32 ipaddr)
2758 {
2759         struct ifreq ifr;
2760         struct sockaddr_in sin;
2761
2762         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
2763         strcpy(ifr.ifr_name, tapif);
2764
2765         /* Don't read these incantations.  Just cut & paste them like I did! */
2766         sin.sin_family = AF_INET;
2767         sin.sin_addr.s_addr = htonl(ipaddr);
2768         memcpy(&ifr.ifr_addr, &sin, sizeof(sin));
2769         if (ioctl(fd, SIOCSIFADDR, &ifr) != 0)
2770                 err(1, "Setting %s interface address", tapif);
2771         ifr.ifr_flags = IFF_UP;
2772         if (ioctl(fd, SIOCSIFFLAGS, &ifr) != 0)
2773                 err(1, "Bringing interface %s up", tapif);
2774 }
2775
2776 static int get_tun_device(char tapif[IFNAMSIZ])
2777 {
2778         struct ifreq ifr;
2779         int vnet_hdr_sz;
2780         int netfd;
2781
2782         /* Start with this zeroed.  Messy but sure. */
2783         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
2784
2785         /*
2786          * We open the /dev/net/tun device and tell it we want a tap device.  A
2787          * tap device is like a tun device, only somehow different.  To tell
2788          * the truth, I completely blundered my way through this code, but it
2789          * works now!
2790          */
2791         netfd = open_or_die("/dev/net/tun", O_RDWR);
2792         ifr.ifr_flags = IFF_TAP | IFF_NO_PI | IFF_VNET_HDR;
2793         strcpy(ifr.ifr_name, "tap%d");
2794         if (ioctl(netfd, TUNSETIFF, &ifr) != 0)
2795                 err(1, "configuring /dev/net/tun");
2796
2797         if (ioctl(netfd, TUNSETOFFLOAD,
2798                   TUN_F_CSUM|TUN_F_TSO4|TUN_F_TSO6|TUN_F_TSO_ECN) != 0)
2799                 err(1, "Could not set features for tun device");
2800
2801         /*
2802          * We don't need checksums calculated for packets coming in this
2803          * device: trust us!
2804          */
2805         ioctl(netfd, TUNSETNOCSUM, 1);
2806
2807         /*
2808          * In virtio before 1.0 (aka legacy virtio), we added a 16-bit
2809          * field at the end of the network header iff
2810          * VIRTIO_NET_F_MRG_RXBUF was negotiated.  For virtio 1.0,
2811          * that became the norm, but we need to tell the tun device
2812          * about our expanded header (which is called
2813          * virtio_net_hdr_mrg_rxbuf in the legacy system).
2814          */
2815         vnet_hdr_sz = sizeof(struct virtio_net_hdr_mrg_rxbuf);
2816         if (ioctl(netfd, TUNSETVNETHDRSZ, &vnet_hdr_sz) != 0)
2817                 err(1, "Setting tun header size to %u", vnet_hdr_sz);
2818
2819         memcpy(tapif, ifr.ifr_name, IFNAMSIZ);
2820         return netfd;
2821 }
2822
2823 /*L:195
2824  * Our network is a Host<->Guest network.  This can either use bridging or
2825  * routing, but the principle is the same: it uses the "tun" device to inject
2826  * packets into the Host as if they came in from a normal network card.  We
2827  * just shunt packets between the Guest and the tun device.
2828  */
2829 static void setup_tun_net(char *arg)
2830 {
2831         struct device *dev;
2832         struct net_info *net_info = malloc(sizeof(*net_info));
2833         int ipfd;
2834         u32 ip = INADDR_ANY;
2835         bool bridging = false;
2836         char tapif[IFNAMSIZ], *p;
2837         struct virtio_net_config conf;
2838
2839         net_info->tunfd = get_tun_device(tapif);
2840
2841         /* First we create a new network device. */
2842         dev = new_pci_device("net", VIRTIO_ID_NET, 0x02, 0x00);
2843         dev->priv = net_info;
2844
2845         /* Network devices need a recv and a send queue, just like console. */
2846         add_pci_virtqueue(dev, net_input, "rx");
2847         add_pci_virtqueue(dev, net_output, "tx");
2848
2849         /*
2850          * We need a socket to perform the magic network ioctls to bring up the
2851          * tap interface, connect to the bridge etc.  Any socket will do!
2852          */
2853         ipfd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_IP);
2854         if (ipfd < 0)
2855                 err(1, "opening IP socket");
2856
2857         /* If the command line was --tunnet=bridge:<name> do bridging. */
2858         if (!strncmp(BRIDGE_PFX, arg, strlen(BRIDGE_PFX))) {
2859                 arg += strlen(BRIDGE_PFX);
2860                 bridging = true;
2861         }
2862
2863         /* A mac address may follow the bridge name or IP address */
2864         p = strchr(arg, ':');
2865         if (p) {
2866                 str2mac(p+1, conf.mac);
2867                 add_pci_feature(dev, VIRTIO_NET_F_MAC);
2868                 *p = '\0';
2869         }
2870
2871         /* arg is now either an IP address or a bridge name */
2872         if (bridging)
2873                 add_to_bridge(ipfd, tapif, arg);
2874         else
2875                 ip = str2ip(arg);
2876
2877         /* Set up the tun device. */
2878         configure_device(ipfd, tapif, ip);
2879
2880         /* Expect Guest to handle everything except UFO */
2881         add_pci_feature(dev, VIRTIO_NET_F_CSUM);
2882         add_pci_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_CSUM);
2883         add_pci_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO4);
2884         add_pci_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO6);
2885         add_pci_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_ECN);
2886         add_pci_feature(dev, VIRTIO_NET_F_HOST_TSO4);
2887         add_pci_feature(dev, VIRTIO_NET_F_HOST_TSO6);
2888         add_pci_feature(dev, VIRTIO_NET_F_HOST_ECN);
2889         /* We handle indirect ring entries */
2890         add_pci_feature(dev, VIRTIO_RING_F_INDIRECT_DESC);
2891         set_device_config(dev, &conf, sizeof(conf));
2892
2893         /* We don't need the socket any more; setup is done. */
2894         close(ipfd);
2895
2896         if (bridging)
2897                 verbose("device %u: tun %s attached to bridge: %s\n",
2898                         devices.device_num, tapif, arg);
2899         else
2900                 verbose("device %u: tun %s: %s\n",
2901                         devices.device_num, tapif, arg);
2902 }
2903 /*:*/
2904
2905 /* This hangs off device->priv. */
2906 struct vblk_info {
2907         /* The size of the file. */
2908         off64_t len;
2909
2910         /* The file descriptor for the file. */
2911         int fd;
2912
2913 };
2914
2915 /*L:210
2916  * The Disk
2917  *
2918  * The disk only has one virtqueue, so it only has one thread.  It is really
2919  * simple: the Guest asks for a block number and we read or write that position
2920  * in the file.
2921  *
2922  * Before we serviced each virtqueue in a separate thread, that was unacceptably
2923  * slow: the Guest waits until the read is finished before running anything
2924  * else, even if it could have been doing useful work.
2925  *
2926  * We could have used async I/O, except it's reputed to suck so hard that
2927  * characters actually go missing from your code when you try to use it.
2928  */
2929 static void blk_request(struct virtqueue *vq)
2930 {
2931         struct vblk_info *vblk = vq->dev->priv;
2932         unsigned int head, out_num, in_num, wlen;
2933         int ret, i;
2934         u8 *in;
2935         struct virtio_blk_outhdr out;
2936         struct iovec iov[vq->vring.num];
2937         off64_t off;
2938
2939         /*
2940          * Get the next request, where we normally wait.  It triggers the
2941          * interrupt to acknowledge previously serviced requests (if any).
2942          */
2943         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out_num, &in_num);
2944
2945         /* Copy the output header from the front of the iov (adjusts iov) */
2946         iov_consume(iov, out_num, &out, sizeof(out));
2947
2948         /* Find and trim end of iov input array, for our status byte. */
2949         in = NULL;
2950         for (i = out_num + in_num - 1; i >= out_num; i--) {
2951                 if (iov[i].iov_len > 0) {
2952                         in = iov[i].iov_base + iov[i].iov_len - 1;
2953                         iov[i].iov_len--;
2954                         break;
2955                 }
2956         }
2957         if (!in)
2958                 errx(1, "Bad virtblk cmd with no room for status");
2959
2960         /*
2961          * For historical reasons, block operations are expressed in 512 byte
2962          * "sectors".
2963          */
2964         off = out.sector * 512;
2965
2966         if (out.type & VIRTIO_BLK_T_OUT) {
2967                 /*
2968                  * Write
2969                  *
2970                  * Move to the right location in the block file.  This can fail
2971                  * if they try to write past end.
2972                  */
2973                 if (lseek64(vblk->fd, off, SEEK_SET) != off)
2974                         err(1, "Bad seek to sector %llu", out.sector);
2975
2976                 ret = writev(vblk->fd, iov, out_num);
2977                 verbose("WRITE to sector %llu: %i\n", out.sector, ret);
2978
2979                 /*
2980                  * Grr... Now we know how long the descriptor they sent was, we
2981                  * make sure they didn't try to write over the end of the block
2982                  * file (possibly extending it).
2983                  */
2984                 if (ret > 0 && off + ret > vblk->len) {
2985                         /* Trim it back to the correct length */
2986                         ftruncate64(vblk->fd, vblk->len);
2987                         /* Die, bad Guest, die. */
2988                         errx(1, "Write past end %llu+%u", off, ret);
2989                 }
2990
2991                 wlen = sizeof(*in);
2992                 *in = (ret >= 0 ? VIRTIO_BLK_S_OK : VIRTIO_BLK_S_IOERR);
2993         } else if (out.type & VIRTIO_BLK_T_FLUSH) {
2994                 /* Flush */
2995                 ret = fdatasync(vblk->fd);
2996                 verbose("FLUSH fdatasync: %i\n", ret);
2997                 wlen = sizeof(*in);
2998                 *in = (ret >= 0 ? VIRTIO_BLK_S_OK : VIRTIO_BLK_S_IOERR);
2999         } else {
3000                 /*
3001                  * Read
3002                  *
3003                  * Move to the right location in the block file.  This can fail
3004                  * if they try to read past end.
3005                  */
3006                 if (lseek64(vblk->fd, off, SEEK_SET) != off)
3007                         err(1, "Bad seek to sector %llu", out.sector);
3008
3009                 ret = readv(vblk->fd, iov + out_num, in_num);
3010                 if (ret >= 0) {
3011                         wlen = sizeof(*in) + ret;
3012                         *in = VIRTIO_BLK_S_OK;
3013                 } else {
3014                         wlen = sizeof(*in);
3015                         *in = VIRTIO_BLK_S_IOERR;
3016                 }
3017         }
3018
3019         /* Finished that request. */
3020         add_used(vq, head, wlen);
3021 }
3022
3023 /*L:198 This actually sets up a virtual block device. */
3024 static void setup_block_file(const char *filename)
3025 {
3026         struct device *dev;
3027         struct vblk_info *vblk;
3028         struct virtio_blk_config conf;
3029
3030         /* Create the device. */
3031         dev = new_pci_device("block", VIRTIO_ID_BLOCK, 0x01, 0x80);
3032
3033         /* The device has one virtqueue, where the Guest places requests. */
3034         add_pci_virtqueue(dev, blk_request, "request");
3035
3036         /* Allocate the room for our own bookkeeping */
3037         vblk = dev->priv = malloc(sizeof(*vblk));
3038
3039         /* First we open the file and store the length. */
3040         vblk->fd = open_or_die(filename, O_RDWR|O_LARGEFILE);
3041         vblk->len = lseek64(vblk->fd, 0, SEEK_END);
3042
3043         /* Tell Guest how many sectors this device has. */
3044         conf.capacity = cpu_to_le64(vblk->len / 512);
3045
3046         /*
3047          * Tell Guest not to put in too many descriptors at once: two are used
3048          * for the in and out elements.
3049          */
3050         add_pci_feature(dev, VIRTIO_BLK_F_SEG_MAX);
3051         conf.seg_max = cpu_to_le32(VIRTQUEUE_NUM - 2);
3052
3053         set_device_config(dev, &conf, sizeof(struct virtio_blk_config));
3054
3055         verbose("device %u: virtblock %llu sectors\n",
3056                 devices.device_num, le64_to_cpu(conf.capacity));
3057 }
3058
3059 /*L:211
3060  * Our random number generator device reads from /dev/urandom into the Guest's
3061  * input buffers.  The usual case is that the Guest doesn't want random numbers
3062  * and so has no buffers although /dev/urandom is still readable, whereas
3063  * console is the reverse.
3064  *
3065  * The same logic applies, however.
3066  */
3067 struct rng_info {
3068         int rfd;
3069 };
3070
3071 static void rng_input(struct virtqueue *vq)
3072 {
3073         int len;
3074         unsigned int head, in_num, out_num, totlen = 0;
3075         struct rng_info *rng_info = vq->dev->priv;
3076         struct iovec iov[vq->vring.num];
3077
3078         /* First we need a buffer from the Guests's virtqueue. */
3079         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out_num, &in_num);
3080         if (out_num)
3081                 errx(1, "Output buffers in rng?");
3082
3083         /*
3084          * Just like the console write, we loop to cover the whole iovec.
3085          * In this case, short reads actually happen quite a bit.
3086          */
3087         while (!iov_empty(iov, in_num)) {
3088                 len = readv(rng_info->rfd, iov, in_num);
3089                 if (len <= 0)
3090                         err(1, "Read from /dev/urandom gave %i", len);
3091                 iov_consume(iov, in_num, NULL, len);
3092                 totlen += len;
3093         }
3094
3095         /* Tell the Guest about the new input. */
3096         add_used(vq, head, totlen);
3097 }
3098
3099 /*L:199
3100  * This creates a "hardware" random number device for the Guest.
3101  */
3102 static void setup_rng(void)
3103 {
3104         struct device *dev;
3105         struct rng_info *rng_info = malloc(sizeof(*rng_info));
3106
3107         /* Our device's private info simply contains the /dev/urandom fd. */
3108         rng_info->rfd = open_or_die("/dev/urandom", O_RDONLY);
3109
3110         /* Create the new device. */
3111         dev = new_pci_device("rng", VIRTIO_ID_RNG, 0xff, 0);
3112         dev->priv = rng_info;
3113
3114         /* The device has one virtqueue, where the Guest places inbufs. */
3115         add_pci_virtqueue(dev, rng_input, "input");
3116
3117         /* We don't have any configuration space */
3118         no_device_config(dev);
3119
3120         verbose("device %u: rng\n", devices.device_num);
3121 }
3122 /* That's the end of device setup. */
3123
3124 /*L:230 Reboot is pretty easy: clean up and exec() the Launcher afresh. */
3125 static void __attribute__((noreturn)) restart_guest(void)
3126 {
3127         unsigned int i;
3128
3129         /*
3130          * Since we don't track all open fds, we simply close everything beyond
3131          * stderr.
3132          */
3133         for (i = 3; i < FD_SETSIZE; i++)
3134                 close(i);
3135
3136         /* Reset all the devices (kills all threads). */
3137         cleanup_devices();
3138
3139         execv(main_args[0], main_args);
3140         err(1, "Could not exec %s", main_args[0]);
3141 }
3142
3143 /*L:220
3144  * Finally we reach the core of the Launcher which runs the Guest, serves
3145  * its input and output, and finally, lays it to rest.
3146  */
3147 static void __attribute__((noreturn)) run_guest(void)
3148 {
3149         for (;;) {
3150                 struct lguest_pending notify;
3151                 int readval;
3152
3153                 /* We read from the /dev/lguest device to run the Guest. */
3154                 readval = pread(lguest_fd, &notify, sizeof(notify), cpu_id);
3155                 if (readval == sizeof(notify)) {
3156                         if (notify.trap == 13) {
3157                                 verbose("Emulating instruction at %#x\n",
3158                                         getreg(eip));
3159                                 emulate_insn(notify.insn);
3160                         } else if (notify.trap == 14) {
3161                                 verbose("Emulating MMIO at %#x\n",
3162                                         getreg(eip));
3163                                 emulate_mmio(notify.addr, notify.insn);
3164                         } else
3165                                 errx(1, "Unknown trap %i addr %#08x\n",
3166                                      notify.trap, notify.addr);
3167                 /* ENOENT means the Guest died.  Reading tells us why. */
3168                 } else if (errno == ENOENT) {
3169                         char reason[1024] = { 0 };
3170                         pread(lguest_fd, reason, sizeof(reason)-1, cpu_id);
3171                         errx(1, "%s", reason);
3172                 /* ERESTART means that we need to reboot the guest */
3173                 } else if (errno == ERESTART) {
3174                         restart_guest();
3175                 /* Anything else means a bug or incompatible change. */
3176                 } else
3177                         err(1, "Running guest failed");
3178         }
3179 }
3180 /*L:240
3181  * This is the end of the Launcher.  The good news: we are over halfway
3182  * through!  The bad news: the most fiendish part of the code still lies ahead
3183  * of us.
3184  *
3185  * Are you ready?  Take a deep breath and join me in the core of the Host, in
3186  * "make Host".
3187 :*/
3188
3189 static struct option opts[] = {
3190         { "verbose", 0, NULL, 'v' },
3191         { "tunnet", 1, NULL, 't' },
3192         { "block", 1, NULL, 'b' },
3193         { "rng", 0, NULL, 'r' },
3194         { "initrd", 1, NULL, 'i' },
3195         { "username", 1, NULL, 'u' },
3196         { "chroot", 1, NULL, 'c' },
3197         { NULL },
3198 };
3199 static void usage(void)
3200 {
3201         errx(1, "Usage: lguest [--verbose] "
3202              "[--tunnet=(<ipaddr>:<macaddr>|bridge:<bridgename>:<macaddr>)\n"
3203              "|--block=<filename>|--initrd=<filename>]...\n"
3204              "<mem-in-mb> vmlinux [args...]");
3205 }
3206
3207 /*L:105 The main routine is where the real work begins: */
3208 int main(int argc, char *argv[])
3209 {
3210         /* Memory, code startpoint and size of the (optional) initrd. */
3211         unsigned long mem = 0, start, initrd_size = 0;
3212         /* Two temporaries. */
3213         int i, c;
3214         /* The boot information for the Guest. */
3215         struct boot_params *boot;
3216         /* If they specify an initrd file to load. */
3217         const char *initrd_name = NULL;
3218
3219         /* Password structure for initgroups/setres[gu]id */
3220         struct passwd *user_details = NULL;
3221
3222         /* Directory to chroot to */
3223         char *chroot_path = NULL;
3224
3225         /* Save the args: we "reboot" by execing ourselves again. */
3226         main_args = argv;
3227
3228         /*
3229          * First we initialize the device list.  We remember next interrupt
3230          * number to use for devices (1: remember that 0 is used by the timer).
3231          */
3232         devices.next_irq = 1;
3233
3234         /* We're CPU 0.  In fact, that's the only CPU possible right now. */
3235         cpu_id = 0;
3236
3237         /*
3238          * We need to know how much memory so we can set up the device
3239          * descriptor and memory pages for the devices as we parse the command
3240          * line.  So we quickly look through the arguments to find the amount
3241          * of memory now.
3242          */
3243         for (i = 1; i < argc; i++) {
3244                 if (argv[i][0] != '-') {
3245                         mem = atoi(argv[i]) * 1024 * 1024;
3246                         /*
3247                          * We start by mapping anonymous pages over all of
3248                          * guest-physical memory range.  This fills it with 0,
3249                          * and ensures that the Guest won't be killed when it
3250                          * tries to access it.
3251                          */
3252                         guest_base = map_zeroed_pages(mem / getpagesize()
3253                                                       + DEVICE_PAGES);
3254                         guest_limit = mem;
3255                         guest_max = guest_mmio = mem + DEVICE_PAGES*getpagesize();
3256                         break;
3257                 }
3258         }
3259
3260         /* We always have a console device, and it's always device 1. */
3261         setup_console();
3262
3263         /* The options are fairly straight-forward */
3264         while ((c = getopt_long(argc, argv, "v", opts, NULL)) != EOF) {
3265                 switch (c) {
3266                 case 'v':
3267                         verbose = true;
3268                         break;
3269                 case 't':
3270                         setup_tun_net(optarg);
3271                         break;
3272                 case 'b':
3273                         setup_block_file(optarg);
3274                         break;
3275                 case 'r':
3276                         setup_rng();
3277                         break;
3278                 case 'i':
3279                         initrd_name = optarg;
3280                         break;
3281                 case 'u':
3282                         user_details = getpwnam(optarg);
3283                         if (!user_details)
3284                                 err(1, "getpwnam failed, incorrect username?");
3285                         break;
3286                 case 'c':
3287                         chroot_path = optarg;
3288                         break;
3289                 default:
3290                         warnx("Unknown argument %s", argv[optind]);
3291                         usage();
3292                 }
3293         }
3294         /*
3295          * After the other arguments we expect memory and kernel image name,
3296          * followed by command line arguments for the kernel.
3297          */
3298         if (optind + 2 > argc)
3299                 usage();
3300
3301         verbose("Guest base is at %p\n", guest_base);
3302
3303         /* Initialize the (fake) PCI host bridge device. */
3304         init_pci_host_bridge();
3305
3306         /* Now we load the kernel */
3307         start = load_kernel(open_or_die(argv[optind+1], O_RDONLY));
3308
3309         /* Boot information is stashed at physical address 0 */
3310         boot = from_guest_phys(0);
3311
3312         /* Map the initrd image if requested (at top of physical memory) */
3313         if (initrd_name) {
3314                 initrd_size = load_initrd(initrd_name, mem);
3315                 /*
3316                  * These are the location in the Linux boot header where the
3317                  * start and size of the initrd are expected to be found.
3318                  */
3319                 boot->hdr.ramdisk_image = mem - initrd_size;
3320                 boot->hdr.ramdisk_size = initrd_size;
3321                 /* The bootloader type 0xFF means "unknown"; that's OK. */
3322                 boot->hdr.type_of_loader = 0xFF;
3323         }
3324
3325         /*
3326          * The Linux boot header contains an "E820" memory map: ours is a
3327          * simple, single region.
3328          */
3329         boot->e820_entries = 1;
3330         boot->e820_map[0] = ((struct e820entry) { 0, mem, E820_RAM });
3331         /*
3332          * The boot header contains a command line pointer: we put the command
3333          * line after the boot header.
3334          */
3335         boot->hdr.cmd_line_ptr = to_guest_phys(boot + 1);
3336         /* We use a simple helper to copy the arguments separated by spaces. */
3337         concat((char *)(boot + 1), argv+optind+2);
3338
3339         /* Set kernel alignment to 16M (CONFIG_PHYSICAL_ALIGN) */
3340         boot->hdr.kernel_alignment = 0x1000000;
3341
3342         /* Boot protocol version: 2.07 supports the fields for lguest. */
3343         boot->hdr.version = 0x207;
3344
3345         /* The hardware_subarch value of "1" tells the Guest it's an lguest. */
3346         boot->hdr.hardware_subarch = 1;
3347
3348         /* Tell the entry path not to try to reload segment registers. */
3349         boot->hdr.loadflags |= KEEP_SEGMENTS;
3350
3351         /* We tell the kernel to initialize the Guest. */
3352         tell_kernel(start);
3353
3354         /* Ensure that we terminate if a device-servicing child dies. */
3355         signal(SIGCHLD, kill_launcher);
3356
3357         /* If we exit via err(), this kills all the threads, restores tty. */
3358         atexit(cleanup_devices);
3359
3360         /* If requested, chroot to a directory */
3361         if (chroot_path) {
3362                 if (chroot(chroot_path) != 0)
3363                         err(1, "chroot(\"%s\") failed", chroot_path);
3364
3365                 if (chdir("/") != 0)
3366                         err(1, "chdir(\"/\") failed");
3367
3368                 verbose("chroot done\n");
3369         }
3370
3371         /* If requested, drop privileges */
3372         if (user_details) {
3373                 uid_t u;
3374                 gid_t g;
3375
3376                 u = user_details->pw_uid;
3377                 g = user_details->pw_gid;
3378
3379                 if (initgroups(user_details->pw_name, g) != 0)
3380                         err(1, "initgroups failed");
3381
3382                 if (setresgid(g, g, g) != 0)
3383                         err(1, "setresgid failed");
3384
3385                 if (setresuid(u, u, u) != 0)
3386                         err(1, "setresuid failed");
3387
3388                 verbose("Dropping privileges completed\n");
3389         }
3390
3391         /* Finally, run the Guest.  This doesn't return. */
3392         run_guest();
3393 }
3394 /*:*/
3395
3396 /*M:999
3397  * Mastery is done: you now know everything I do.
3398  *
3399  * But surely you have seen code, features and bugs in your wanderings which
3400  * you now yearn to attack?  That is the real game, and I look forward to you
3401  * patching and forking lguest into the Your-Name-Here-visor.
3402  *
3403  * Farewell, and good coding!
3404  * Rusty Russell.
3405  */