lguest: add iomem region, where guest page faults get sent to userspace.
[firefly-linux-kernel-4.4.55.git] / tools / lguest / lguest.c
1 /*P:100
2  * This is the Launcher code, a simple program which lays out the "physical"
3  * memory for the new Guest by mapping the kernel image and the virtual
4  * devices, then opens /dev/lguest to tell the kernel about the Guest and
5  * control it.
6 :*/
7 #define _LARGEFILE64_SOURCE
8 #define _GNU_SOURCE
9 #include <stdio.h>
10 #include <string.h>
11 #include <unistd.h>
12 #include <err.h>
13 #include <stdint.h>
14 #include <stdlib.h>
15 #include <elf.h>
16 #include <sys/mman.h>
17 #include <sys/param.h>
18 #include <sys/types.h>
19 #include <sys/stat.h>
20 #include <sys/wait.h>
21 #include <sys/eventfd.h>
22 #include <fcntl.h>
23 #include <stdbool.h>
24 #include <errno.h>
25 #include <ctype.h>
26 #include <sys/socket.h>
27 #include <sys/ioctl.h>
28 #include <sys/time.h>
29 #include <time.h>
30 #include <netinet/in.h>
31 #include <net/if.h>
32 #include <linux/sockios.h>
33 #include <linux/if_tun.h>
34 #include <sys/uio.h>
35 #include <termios.h>
36 #include <getopt.h>
37 #include <assert.h>
38 #include <sched.h>
39 #include <limits.h>
40 #include <stddef.h>
41 #include <signal.h>
42 #include <pwd.h>
43 #include <grp.h>
44 #include <sys/user.h>
45
46 #ifndef VIRTIO_F_ANY_LAYOUT
47 #define VIRTIO_F_ANY_LAYOUT             27
48 #endif
49
50 /*L:110
51  * We can ignore the 43 include files we need for this program, but I do want
52  * to draw attention to the use of kernel-style types.
53  *
54  * As Linus said, "C is a Spartan language, and so should your naming be."  I
55  * like these abbreviations, so we define them here.  Note that u64 is always
56  * unsigned long long, which works on all Linux systems: this means that we can
57  * use %llu in printf for any u64.
58  */
59 typedef unsigned long long u64;
60 typedef uint32_t u32;
61 typedef uint16_t u16;
62 typedef uint8_t u8;
63 /*:*/
64
65 #include <linux/virtio_config.h>
66 #include <linux/virtio_net.h>
67 #include <linux/virtio_blk.h>
68 #include <linux/virtio_console.h>
69 #include <linux/virtio_rng.h>
70 #include <linux/virtio_ring.h>
71 #include <asm/bootparam.h>
72 #include "../../include/linux/lguest_launcher.h"
73
74 #define BRIDGE_PFX "bridge:"
75 #ifndef SIOCBRADDIF
76 #define SIOCBRADDIF     0x89a2          /* add interface to bridge      */
77 #endif
78 /* We can have up to 256 pages for devices. */
79 #define DEVICE_PAGES 256
80 /* This will occupy 3 pages: it must be a power of 2. */
81 #define VIRTQUEUE_NUM 256
82
83 /*L:120
84  * verbose is both a global flag and a macro.  The C preprocessor allows
85  * this, and although I wouldn't recommend it, it works quite nicely here.
86  */
87 static bool verbose;
88 #define verbose(args...) \
89         do { if (verbose) printf(args); } while(0)
90 /*:*/
91
92 /* The pointer to the start of guest memory. */
93 static void *guest_base;
94 /* The maximum guest physical address allowed, and maximum possible. */
95 static unsigned long guest_limit, guest_max;
96 /* The /dev/lguest file descriptor. */
97 static int lguest_fd;
98
99 /* a per-cpu variable indicating whose vcpu is currently running */
100 static unsigned int __thread cpu_id;
101
102 /* This is our list of devices. */
103 struct device_list {
104         /* Counter to assign interrupt numbers. */
105         unsigned int next_irq;
106
107         /* Counter to print out convenient device numbers. */
108         unsigned int device_num;
109
110         /* The descriptor page for the devices. */
111         u8 *descpage;
112
113         /* A single linked list of devices. */
114         struct device *dev;
115         /* And a pointer to the last device for easy append. */
116         struct device *lastdev;
117 };
118
119 /* The list of Guest devices, based on command line arguments. */
120 static struct device_list devices;
121
122 /* The device structure describes a single device. */
123 struct device {
124         /* The linked-list pointer. */
125         struct device *next;
126
127         /* The device's descriptor, as mapped into the Guest. */
128         struct lguest_device_desc *desc;
129
130         /* We can't trust desc values once Guest has booted: we use these. */
131         unsigned int feature_len;
132         unsigned int num_vq;
133
134         /* The name of this device, for --verbose. */
135         const char *name;
136
137         /* Any queues attached to this device */
138         struct virtqueue *vq;
139
140         /* Is it operational */
141         bool running;
142
143         /* Device-specific data. */
144         void *priv;
145 };
146
147 /* The virtqueue structure describes a queue attached to a device. */
148 struct virtqueue {
149         struct virtqueue *next;
150
151         /* Which device owns me. */
152         struct device *dev;
153
154         /* The configuration for this queue. */
155         struct lguest_vqconfig config;
156
157         /* The actual ring of buffers. */
158         struct vring vring;
159
160         /* Last available index we saw. */
161         u16 last_avail_idx;
162
163         /* How many are used since we sent last irq? */
164         unsigned int pending_used;
165
166         /* Eventfd where Guest notifications arrive. */
167         int eventfd;
168
169         /* Function for the thread which is servicing this virtqueue. */
170         void (*service)(struct virtqueue *vq);
171         pid_t thread;
172 };
173
174 /* Remember the arguments to the program so we can "reboot" */
175 static char **main_args;
176
177 /* The original tty settings to restore on exit. */
178 static struct termios orig_term;
179
180 /*
181  * We have to be careful with barriers: our devices are all run in separate
182  * threads and so we need to make sure that changes visible to the Guest happen
183  * in precise order.
184  */
185 #define wmb() __asm__ __volatile__("" : : : "memory")
186 #define rmb() __asm__ __volatile__("lock; addl $0,0(%%esp)" : : : "memory")
187 #define mb() __asm__ __volatile__("lock; addl $0,0(%%esp)" : : : "memory")
188
189 /* Wrapper for the last available index.  Makes it easier to change. */
190 #define lg_last_avail(vq)       ((vq)->last_avail_idx)
191
192 /*
193  * The virtio configuration space is defined to be little-endian.  x86 is
194  * little-endian too, but it's nice to be explicit so we have these helpers.
195  */
196 #define cpu_to_le16(v16) (v16)
197 #define cpu_to_le32(v32) (v32)
198 #define cpu_to_le64(v64) (v64)
199 #define le16_to_cpu(v16) (v16)
200 #define le32_to_cpu(v32) (v32)
201 #define le64_to_cpu(v64) (v64)
202
203 /* Is this iovec empty? */
204 static bool iov_empty(const struct iovec iov[], unsigned int num_iov)
205 {
206         unsigned int i;
207
208         for (i = 0; i < num_iov; i++)
209                 if (iov[i].iov_len)
210                         return false;
211         return true;
212 }
213
214 /* Take len bytes from the front of this iovec. */
215 static void iov_consume(struct iovec iov[], unsigned num_iov,
216                         void *dest, unsigned len)
217 {
218         unsigned int i;
219
220         for (i = 0; i < num_iov; i++) {
221                 unsigned int used;
222
223                 used = iov[i].iov_len < len ? iov[i].iov_len : len;
224                 if (dest) {
225                         memcpy(dest, iov[i].iov_base, used);
226                         dest += used;
227                 }
228                 iov[i].iov_base += used;
229                 iov[i].iov_len -= used;
230                 len -= used;
231         }
232         if (len != 0)
233                 errx(1, "iovec too short!");
234 }
235
236 /* The device virtqueue descriptors are followed by feature bitmasks. */
237 static u8 *get_feature_bits(struct device *dev)
238 {
239         return (u8 *)(dev->desc + 1)
240                 + dev->num_vq * sizeof(struct lguest_vqconfig);
241 }
242
243 /*L:100
244  * The Launcher code itself takes us out into userspace, that scary place where
245  * pointers run wild and free!  Unfortunately, like most userspace programs,
246  * it's quite boring (which is why everyone likes to hack on the kernel!).
247  * Perhaps if you make up an Lguest Drinking Game at this point, it will get
248  * you through this section.  Or, maybe not.
249  *
250  * The Launcher sets up a big chunk of memory to be the Guest's "physical"
251  * memory and stores it in "guest_base".  In other words, Guest physical ==
252  * Launcher virtual with an offset.
253  *
254  * This can be tough to get your head around, but usually it just means that we
255  * use these trivial conversion functions when the Guest gives us its
256  * "physical" addresses:
257  */
258 static void *from_guest_phys(unsigned long addr)
259 {
260         return guest_base + addr;
261 }
262
263 static unsigned long to_guest_phys(const void *addr)
264 {
265         return (addr - guest_base);
266 }
267
268 /*L:130
269  * Loading the Kernel.
270  *
271  * We start with couple of simple helper routines.  open_or_die() avoids
272  * error-checking code cluttering the callers:
273  */
274 static int open_or_die(const char *name, int flags)
275 {
276         int fd = open(name, flags);
277         if (fd < 0)
278                 err(1, "Failed to open %s", name);
279         return fd;
280 }
281
282 /* map_zeroed_pages() takes a number of pages. */
283 static void *map_zeroed_pages(unsigned int num)
284 {
285         int fd = open_or_die("/dev/zero", O_RDONLY);
286         void *addr;
287
288         /*
289          * We use a private mapping (ie. if we write to the page, it will be
290          * copied). We allocate an extra two pages PROT_NONE to act as guard
291          * pages against read/write attempts that exceed allocated space.
292          */
293         addr = mmap(NULL, getpagesize() * (num+2),
294                     PROT_NONE, MAP_PRIVATE, fd, 0);
295
296         if (addr == MAP_FAILED)
297                 err(1, "Mmapping %u pages of /dev/zero", num);
298
299         if (mprotect(addr + getpagesize(), getpagesize() * num,
300                      PROT_READ|PROT_WRITE) == -1)
301                 err(1, "mprotect rw %u pages failed", num);
302
303         /*
304          * One neat mmap feature is that you can close the fd, and it
305          * stays mapped.
306          */
307         close(fd);
308
309         /* Return address after PROT_NONE page */
310         return addr + getpagesize();
311 }
312
313 /* Get some more pages for a device. */
314 static void *get_pages(unsigned int num)
315 {
316         void *addr = from_guest_phys(guest_limit);
317
318         guest_limit += num * getpagesize();
319         if (guest_limit > guest_max)
320                 errx(1, "Not enough memory for devices");
321         return addr;
322 }
323
324 /*
325  * This routine is used to load the kernel or initrd.  It tries mmap, but if
326  * that fails (Plan 9's kernel file isn't nicely aligned on page boundaries),
327  * it falls back to reading the memory in.
328  */
329 static void map_at(int fd, void *addr, unsigned long offset, unsigned long len)
330 {
331         ssize_t r;
332
333         /*
334          * We map writable even though for some segments are marked read-only.
335          * The kernel really wants to be writable: it patches its own
336          * instructions.
337          *
338          * MAP_PRIVATE means that the page won't be copied until a write is
339          * done to it.  This allows us to share untouched memory between
340          * Guests.
341          */
342         if (mmap(addr, len, PROT_READ|PROT_WRITE,
343                  MAP_FIXED|MAP_PRIVATE, fd, offset) != MAP_FAILED)
344                 return;
345
346         /* pread does a seek and a read in one shot: saves a few lines. */
347         r = pread(fd, addr, len, offset);
348         if (r != len)
349                 err(1, "Reading offset %lu len %lu gave %zi", offset, len, r);
350 }
351
352 /*
353  * This routine takes an open vmlinux image, which is in ELF, and maps it into
354  * the Guest memory.  ELF = Embedded Linking Format, which is the format used
355  * by all modern binaries on Linux including the kernel.
356  *
357  * The ELF headers give *two* addresses: a physical address, and a virtual
358  * address.  We use the physical address; the Guest will map itself to the
359  * virtual address.
360  *
361  * We return the starting address.
362  */
363 static unsigned long map_elf(int elf_fd, const Elf32_Ehdr *ehdr)
364 {
365         Elf32_Phdr phdr[ehdr->e_phnum];
366         unsigned int i;
367
368         /*
369          * Sanity checks on the main ELF header: an x86 executable with a
370          * reasonable number of correctly-sized program headers.
371          */
372         if (ehdr->e_type != ET_EXEC
373             || ehdr->e_machine != EM_386
374             || ehdr->e_phentsize != sizeof(Elf32_Phdr)
375             || ehdr->e_phnum < 1 || ehdr->e_phnum > 65536U/sizeof(Elf32_Phdr))
376                 errx(1, "Malformed elf header");
377
378         /*
379          * An ELF executable contains an ELF header and a number of "program"
380          * headers which indicate which parts ("segments") of the program to
381          * load where.
382          */
383
384         /* We read in all the program headers at once: */
385         if (lseek(elf_fd, ehdr->e_phoff, SEEK_SET) < 0)
386                 err(1, "Seeking to program headers");
387         if (read(elf_fd, phdr, sizeof(phdr)) != sizeof(phdr))
388                 err(1, "Reading program headers");
389
390         /*
391          * Try all the headers: there are usually only three.  A read-only one,
392          * a read-write one, and a "note" section which we don't load.
393          */
394         for (i = 0; i < ehdr->e_phnum; i++) {
395                 /* If this isn't a loadable segment, we ignore it */
396                 if (phdr[i].p_type != PT_LOAD)
397                         continue;
398
399                 verbose("Section %i: size %i addr %p\n",
400                         i, phdr[i].p_memsz, (void *)phdr[i].p_paddr);
401
402                 /* We map this section of the file at its physical address. */
403                 map_at(elf_fd, from_guest_phys(phdr[i].p_paddr),
404                        phdr[i].p_offset, phdr[i].p_filesz);
405         }
406
407         /* The entry point is given in the ELF header. */
408         return ehdr->e_entry;
409 }
410
411 /*L:150
412  * A bzImage, unlike an ELF file, is not meant to be loaded.  You're supposed
413  * to jump into it and it will unpack itself.  We used to have to perform some
414  * hairy magic because the unpacking code scared me.
415  *
416  * Fortunately, Jeremy Fitzhardinge convinced me it wasn't that hard and wrote
417  * a small patch to jump over the tricky bits in the Guest, so now we just read
418  * the funky header so we know where in the file to load, and away we go!
419  */
420 static unsigned long load_bzimage(int fd)
421 {
422         struct boot_params boot;
423         int r;
424         /* Modern bzImages get loaded at 1M. */
425         void *p = from_guest_phys(0x100000);
426
427         /*
428          * Go back to the start of the file and read the header.  It should be
429          * a Linux boot header (see Documentation/x86/boot.txt)
430          */
431         lseek(fd, 0, SEEK_SET);
432         read(fd, &boot, sizeof(boot));
433
434         /* Inside the setup_hdr, we expect the magic "HdrS" */
435         if (memcmp(&boot.hdr.header, "HdrS", 4) != 0)
436                 errx(1, "This doesn't look like a bzImage to me");
437
438         /* Skip over the extra sectors of the header. */
439         lseek(fd, (boot.hdr.setup_sects+1) * 512, SEEK_SET);
440
441         /* Now read everything into memory. in nice big chunks. */
442         while ((r = read(fd, p, 65536)) > 0)
443                 p += r;
444
445         /* Finally, code32_start tells us where to enter the kernel. */
446         return boot.hdr.code32_start;
447 }
448
449 /*L:140
450  * Loading the kernel is easy when it's a "vmlinux", but most kernels
451  * come wrapped up in the self-decompressing "bzImage" format.  With a little
452  * work, we can load those, too.
453  */
454 static unsigned long load_kernel(int fd)
455 {
456         Elf32_Ehdr hdr;
457
458         /* Read in the first few bytes. */
459         if (read(fd, &hdr, sizeof(hdr)) != sizeof(hdr))
460                 err(1, "Reading kernel");
461
462         /* If it's an ELF file, it starts with "\177ELF" */
463         if (memcmp(hdr.e_ident, ELFMAG, SELFMAG) == 0)
464                 return map_elf(fd, &hdr);
465
466         /* Otherwise we assume it's a bzImage, and try to load it. */
467         return load_bzimage(fd);
468 }
469
470 /*
471  * This is a trivial little helper to align pages.  Andi Kleen hated it because
472  * it calls getpagesize() twice: "it's dumb code."
473  *
474  * Kernel guys get really het up about optimization, even when it's not
475  * necessary.  I leave this code as a reaction against that.
476  */
477 static inline unsigned long page_align(unsigned long addr)
478 {
479         /* Add upwards and truncate downwards. */
480         return ((addr + getpagesize()-1) & ~(getpagesize()-1));
481 }
482
483 /*L:180
484  * An "initial ram disk" is a disk image loaded into memory along with the
485  * kernel which the kernel can use to boot from without needing any drivers.
486  * Most distributions now use this as standard: the initrd contains the code to
487  * load the appropriate driver modules for the current machine.
488  *
489  * Importantly, James Morris works for RedHat, and Fedora uses initrds for its
490  * kernels.  He sent me this (and tells me when I break it).
491  */
492 static unsigned long load_initrd(const char *name, unsigned long mem)
493 {
494         int ifd;
495         struct stat st;
496         unsigned long len;
497
498         ifd = open_or_die(name, O_RDONLY);
499         /* fstat() is needed to get the file size. */
500         if (fstat(ifd, &st) < 0)
501                 err(1, "fstat() on initrd '%s'", name);
502
503         /*
504          * We map the initrd at the top of memory, but mmap wants it to be
505          * page-aligned, so we round the size up for that.
506          */
507         len = page_align(st.st_size);
508         map_at(ifd, from_guest_phys(mem - len), 0, st.st_size);
509         /*
510          * Once a file is mapped, you can close the file descriptor.  It's a
511          * little odd, but quite useful.
512          */
513         close(ifd);
514         verbose("mapped initrd %s size=%lu @ %p\n", name, len, (void*)mem-len);
515
516         /* We return the initrd size. */
517         return len;
518 }
519 /*:*/
520
521 /*
522  * Simple routine to roll all the commandline arguments together with spaces
523  * between them.
524  */
525 static void concat(char *dst, char *args[])
526 {
527         unsigned int i, len = 0;
528
529         for (i = 0; args[i]; i++) {
530                 if (i) {
531                         strcat(dst+len, " ");
532                         len++;
533                 }
534                 strcpy(dst+len, args[i]);
535                 len += strlen(args[i]);
536         }
537         /* In case it's empty. */
538         dst[len] = '\0';
539 }
540
541 /*L:185
542  * This is where we actually tell the kernel to initialize the Guest.  We
543  * saw the arguments it expects when we looked at initialize() in lguest_user.c:
544  * the base of Guest "physical" memory, the top physical page to allow and the
545  * entry point for the Guest.
546  */
547 static void tell_kernel(unsigned long start)
548 {
549         unsigned long args[] = { LHREQ_INITIALIZE,
550                                  (unsigned long)guest_base,
551                                  guest_limit / getpagesize(), start,
552                                  guest_limit / getpagesize() };
553         verbose("Guest: %p - %p (%#lx)\n",
554                 guest_base, guest_base + guest_limit, guest_limit);
555         lguest_fd = open_or_die("/dev/lguest", O_RDWR);
556         if (write(lguest_fd, args, sizeof(args)) < 0)
557                 err(1, "Writing to /dev/lguest");
558 }
559 /*:*/
560
561 /*L:200
562  * Device Handling.
563  *
564  * When the Guest gives us a buffer, it sends an array of addresses and sizes.
565  * We need to make sure it's not trying to reach into the Launcher itself, so
566  * we have a convenient routine which checks it and exits with an error message
567  * if something funny is going on:
568  */
569 static void *_check_pointer(unsigned long addr, unsigned int size,
570                             unsigned int line)
571 {
572         /*
573          * Check if the requested address and size exceeds the allocated memory,
574          * or addr + size wraps around.
575          */
576         if ((addr + size) > guest_limit || (addr + size) < addr)
577                 errx(1, "%s:%i: Invalid address %#lx", __FILE__, line, addr);
578         /*
579          * We return a pointer for the caller's convenience, now we know it's
580          * safe to use.
581          */
582         return from_guest_phys(addr);
583 }
584 /* A macro which transparently hands the line number to the real function. */
585 #define check_pointer(addr,size) _check_pointer(addr, size, __LINE__)
586
587 /*
588  * Each buffer in the virtqueues is actually a chain of descriptors.  This
589  * function returns the next descriptor in the chain, or vq->vring.num if we're
590  * at the end.
591  */
592 static unsigned next_desc(struct vring_desc *desc,
593                           unsigned int i, unsigned int max)
594 {
595         unsigned int next;
596
597         /* If this descriptor says it doesn't chain, we're done. */
598         if (!(desc[i].flags & VRING_DESC_F_NEXT))
599                 return max;
600
601         /* Check they're not leading us off end of descriptors. */
602         next = desc[i].next;
603         /* Make sure compiler knows to grab that: we don't want it changing! */
604         wmb();
605
606         if (next >= max)
607                 errx(1, "Desc next is %u", next);
608
609         return next;
610 }
611
612 /*
613  * This actually sends the interrupt for this virtqueue, if we've used a
614  * buffer.
615  */
616 static void trigger_irq(struct virtqueue *vq)
617 {
618         unsigned long buf[] = { LHREQ_IRQ, vq->config.irq };
619
620         /* Don't inform them if nothing used. */
621         if (!vq->pending_used)
622                 return;
623         vq->pending_used = 0;
624
625         /* If they don't want an interrupt, don't send one... */
626         if (vq->vring.avail->flags & VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT) {
627                 return;
628         }
629
630         /* Send the Guest an interrupt tell them we used something up. */
631         if (write(lguest_fd, buf, sizeof(buf)) != 0)
632                 err(1, "Triggering irq %i", vq->config.irq);
633 }
634
635 /*
636  * This looks in the virtqueue for the first available buffer, and converts
637  * it to an iovec for convenient access.  Since descriptors consist of some
638  * number of output then some number of input descriptors, it's actually two
639  * iovecs, but we pack them into one and note how many of each there were.
640  *
641  * This function waits if necessary, and returns the descriptor number found.
642  */
643 static unsigned wait_for_vq_desc(struct virtqueue *vq,
644                                  struct iovec iov[],
645                                  unsigned int *out_num, unsigned int *in_num)
646 {
647         unsigned int i, head, max;
648         struct vring_desc *desc;
649         u16 last_avail = lg_last_avail(vq);
650
651         /* There's nothing available? */
652         while (last_avail == vq->vring.avail->idx) {
653                 u64 event;
654
655                 /*
656                  * Since we're about to sleep, now is a good time to tell the
657                  * Guest about what we've used up to now.
658                  */
659                 trigger_irq(vq);
660
661                 /* OK, now we need to know about added descriptors. */
662                 vq->vring.used->flags &= ~VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
663
664                 /*
665                  * They could have slipped one in as we were doing that: make
666                  * sure it's written, then check again.
667                  */
668                 mb();
669                 if (last_avail != vq->vring.avail->idx) {
670                         vq->vring.used->flags |= VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
671                         break;
672                 }
673
674                 /* Nothing new?  Wait for eventfd to tell us they refilled. */
675                 if (read(vq->eventfd, &event, sizeof(event)) != sizeof(event))
676                         errx(1, "Event read failed?");
677
678                 /* We don't need to be notified again. */
679                 vq->vring.used->flags |= VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
680         }
681
682         /* Check it isn't doing very strange things with descriptor numbers. */
683         if ((u16)(vq->vring.avail->idx - last_avail) > vq->vring.num)
684                 errx(1, "Guest moved used index from %u to %u",
685                      last_avail, vq->vring.avail->idx);
686
687         /* 
688          * Make sure we read the descriptor number *after* we read the ring
689          * update; don't let the cpu or compiler change the order.
690          */
691         rmb();
692
693         /*
694          * Grab the next descriptor number they're advertising, and increment
695          * the index we've seen.
696          */
697         head = vq->vring.avail->ring[last_avail % vq->vring.num];
698         lg_last_avail(vq)++;
699
700         /* If their number is silly, that's a fatal mistake. */
701         if (head >= vq->vring.num)
702                 errx(1, "Guest says index %u is available", head);
703
704         /* When we start there are none of either input nor output. */
705         *out_num = *in_num = 0;
706
707         max = vq->vring.num;
708         desc = vq->vring.desc;
709         i = head;
710
711         /*
712          * We have to read the descriptor after we read the descriptor number,
713          * but there's a data dependency there so the CPU shouldn't reorder
714          * that: no rmb() required.
715          */
716
717         /*
718          * If this is an indirect entry, then this buffer contains a descriptor
719          * table which we handle as if it's any normal descriptor chain.
720          */
721         if (desc[i].flags & VRING_DESC_F_INDIRECT) {
722                 if (desc[i].len % sizeof(struct vring_desc))
723                         errx(1, "Invalid size for indirect buffer table");
724
725                 max = desc[i].len / sizeof(struct vring_desc);
726                 desc = check_pointer(desc[i].addr, desc[i].len);
727                 i = 0;
728         }
729
730         do {
731                 /* Grab the first descriptor, and check it's OK. */
732                 iov[*out_num + *in_num].iov_len = desc[i].len;
733                 iov[*out_num + *in_num].iov_base
734                         = check_pointer(desc[i].addr, desc[i].len);
735                 /* If this is an input descriptor, increment that count. */
736                 if (desc[i].flags & VRING_DESC_F_WRITE)
737                         (*in_num)++;
738                 else {
739                         /*
740                          * If it's an output descriptor, they're all supposed
741                          * to come before any input descriptors.
742                          */
743                         if (*in_num)
744                                 errx(1, "Descriptor has out after in");
745                         (*out_num)++;
746                 }
747
748                 /* If we've got too many, that implies a descriptor loop. */
749                 if (*out_num + *in_num > max)
750                         errx(1, "Looped descriptor");
751         } while ((i = next_desc(desc, i, max)) != max);
752
753         return head;
754 }
755
756 /*
757  * After we've used one of their buffers, we tell the Guest about it.  Sometime
758  * later we'll want to send them an interrupt using trigger_irq(); note that
759  * wait_for_vq_desc() does that for us if it has to wait.
760  */
761 static void add_used(struct virtqueue *vq, unsigned int head, int len)
762 {
763         struct vring_used_elem *used;
764
765         /*
766          * The virtqueue contains a ring of used buffers.  Get a pointer to the
767          * next entry in that used ring.
768          */
769         used = &vq->vring.used->ring[vq->vring.used->idx % vq->vring.num];
770         used->id = head;
771         used->len = len;
772         /* Make sure buffer is written before we update index. */
773         wmb();
774         vq->vring.used->idx++;
775         vq->pending_used++;
776 }
777
778 /* And here's the combo meal deal.  Supersize me! */
779 static void add_used_and_trigger(struct virtqueue *vq, unsigned head, int len)
780 {
781         add_used(vq, head, len);
782         trigger_irq(vq);
783 }
784
785 /*
786  * The Console
787  *
788  * We associate some data with the console for our exit hack.
789  */
790 struct console_abort {
791         /* How many times have they hit ^C? */
792         int count;
793         /* When did they start? */
794         struct timeval start;
795 };
796
797 /* This is the routine which handles console input (ie. stdin). */
798 static void console_input(struct virtqueue *vq)
799 {
800         int len;
801         unsigned int head, in_num, out_num;
802         struct console_abort *abort = vq->dev->priv;
803         struct iovec iov[vq->vring.num];
804
805         /* Make sure there's a descriptor available. */
806         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out_num, &in_num);
807         if (out_num)
808                 errx(1, "Output buffers in console in queue?");
809
810         /* Read into it.  This is where we usually wait. */
811         len = readv(STDIN_FILENO, iov, in_num);
812         if (len <= 0) {
813                 /* Ran out of input? */
814                 warnx("Failed to get console input, ignoring console.");
815                 /*
816                  * For simplicity, dying threads kill the whole Launcher.  So
817                  * just nap here.
818                  */
819                 for (;;)
820                         pause();
821         }
822
823         /* Tell the Guest we used a buffer. */
824         add_used_and_trigger(vq, head, len);
825
826         /*
827          * Three ^C within one second?  Exit.
828          *
829          * This is such a hack, but works surprisingly well.  Each ^C has to
830          * be in a buffer by itself, so they can't be too fast.  But we check
831          * that we get three within about a second, so they can't be too
832          * slow.
833          */
834         if (len != 1 || ((char *)iov[0].iov_base)[0] != 3) {
835                 abort->count = 0;
836                 return;
837         }
838
839         abort->count++;
840         if (abort->count == 1)
841                 gettimeofday(&abort->start, NULL);
842         else if (abort->count == 3) {
843                 struct timeval now;
844                 gettimeofday(&now, NULL);
845                 /* Kill all Launcher processes with SIGINT, like normal ^C */
846                 if (now.tv_sec <= abort->start.tv_sec+1)
847                         kill(0, SIGINT);
848                 abort->count = 0;
849         }
850 }
851
852 /* This is the routine which handles console output (ie. stdout). */
853 static void console_output(struct virtqueue *vq)
854 {
855         unsigned int head, out, in;
856         struct iovec iov[vq->vring.num];
857
858         /* We usually wait in here, for the Guest to give us something. */
859         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out, &in);
860         if (in)
861                 errx(1, "Input buffers in console output queue?");
862
863         /* writev can return a partial write, so we loop here. */
864         while (!iov_empty(iov, out)) {
865                 int len = writev(STDOUT_FILENO, iov, out);
866                 if (len <= 0) {
867                         warn("Write to stdout gave %i (%d)", len, errno);
868                         break;
869                 }
870                 iov_consume(iov, out, NULL, len);
871         }
872
873         /*
874          * We're finished with that buffer: if we're going to sleep,
875          * wait_for_vq_desc() will prod the Guest with an interrupt.
876          */
877         add_used(vq, head, 0);
878 }
879
880 /*
881  * The Network
882  *
883  * Handling output for network is also simple: we get all the output buffers
884  * and write them to /dev/net/tun.
885  */
886 struct net_info {
887         int tunfd;
888 };
889
890 static void net_output(struct virtqueue *vq)
891 {
892         struct net_info *net_info = vq->dev->priv;
893         unsigned int head, out, in;
894         struct iovec iov[vq->vring.num];
895
896         /* We usually wait in here for the Guest to give us a packet. */
897         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out, &in);
898         if (in)
899                 errx(1, "Input buffers in net output queue?");
900         /*
901          * Send the whole thing through to /dev/net/tun.  It expects the exact
902          * same format: what a coincidence!
903          */
904         if (writev(net_info->tunfd, iov, out) < 0)
905                 warnx("Write to tun failed (%d)?", errno);
906
907         /*
908          * Done with that one; wait_for_vq_desc() will send the interrupt if
909          * all packets are processed.
910          */
911         add_used(vq, head, 0);
912 }
913
914 /*
915  * Handling network input is a bit trickier, because I've tried to optimize it.
916  *
917  * First we have a helper routine which tells is if from this file descriptor
918  * (ie. the /dev/net/tun device) will block:
919  */
920 static bool will_block(int fd)
921 {
922         fd_set fdset;
923         struct timeval zero = { 0, 0 };
924         FD_ZERO(&fdset);
925         FD_SET(fd, &fdset);
926         return select(fd+1, &fdset, NULL, NULL, &zero) != 1;
927 }
928
929 /*
930  * This handles packets coming in from the tun device to our Guest.  Like all
931  * service routines, it gets called again as soon as it returns, so you don't
932  * see a while(1) loop here.
933  */
934 static void net_input(struct virtqueue *vq)
935 {
936         int len;
937         unsigned int head, out, in;
938         struct iovec iov[vq->vring.num];
939         struct net_info *net_info = vq->dev->priv;
940
941         /*
942          * Get a descriptor to write an incoming packet into.  This will also
943          * send an interrupt if they're out of descriptors.
944          */
945         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out, &in);
946         if (out)
947                 errx(1, "Output buffers in net input queue?");
948
949         /*
950          * If it looks like we'll block reading from the tun device, send them
951          * an interrupt.
952          */
953         if (vq->pending_used && will_block(net_info->tunfd))
954                 trigger_irq(vq);
955
956         /*
957          * Read in the packet.  This is where we normally wait (when there's no
958          * incoming network traffic).
959          */
960         len = readv(net_info->tunfd, iov, in);
961         if (len <= 0)
962                 warn("Failed to read from tun (%d).", errno);
963
964         /*
965          * Mark that packet buffer as used, but don't interrupt here.  We want
966          * to wait until we've done as much work as we can.
967          */
968         add_used(vq, head, len);
969 }
970 /*:*/
971
972 /* This is the helper to create threads: run the service routine in a loop. */
973 static int do_thread(void *_vq)
974 {
975         struct virtqueue *vq = _vq;
976
977         for (;;)
978                 vq->service(vq);
979         return 0;
980 }
981
982 /*
983  * When a child dies, we kill our entire process group with SIGTERM.  This
984  * also has the side effect that the shell restores the console for us!
985  */
986 static void kill_launcher(int signal)
987 {
988         kill(0, SIGTERM);
989 }
990
991 static void reset_device(struct device *dev)
992 {
993         struct virtqueue *vq;
994
995         verbose("Resetting device %s\n", dev->name);
996
997         /* Clear any features they've acked. */
998         memset(get_feature_bits(dev) + dev->feature_len, 0, dev->feature_len);
999
1000         /* We're going to be explicitly killing threads, so ignore them. */
1001         signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
1002
1003         /* Zero out the virtqueues, get rid of their threads */
1004         for (vq = dev->vq; vq; vq = vq->next) {
1005                 if (vq->thread != (pid_t)-1) {
1006                         kill(vq->thread, SIGTERM);
1007                         waitpid(vq->thread, NULL, 0);
1008                         vq->thread = (pid_t)-1;
1009                 }
1010                 memset(vq->vring.desc, 0,
1011                        vring_size(vq->config.num, LGUEST_VRING_ALIGN));
1012                 lg_last_avail(vq) = 0;
1013         }
1014         dev->running = false;
1015
1016         /* Now we care if threads die. */
1017         signal(SIGCHLD, (void *)kill_launcher);
1018 }
1019
1020 /*L:216
1021  * This actually creates the thread which services the virtqueue for a device.
1022  */
1023 static void create_thread(struct virtqueue *vq)
1024 {
1025         /*
1026          * Create stack for thread.  Since the stack grows upwards, we point
1027          * the stack pointer to the end of this region.
1028          */
1029         char *stack = malloc(32768);
1030         unsigned long args[] = { LHREQ_EVENTFD,
1031                                  vq->config.pfn*getpagesize(), 0 };
1032
1033         /* Create a zero-initialized eventfd. */
1034         vq->eventfd = eventfd(0, 0);
1035         if (vq->eventfd < 0)
1036                 err(1, "Creating eventfd");
1037         args[2] = vq->eventfd;
1038
1039         /*
1040          * Attach an eventfd to this virtqueue: it will go off when the Guest
1041          * does an LHCALL_NOTIFY for this vq.
1042          */
1043         if (write(lguest_fd, &args, sizeof(args)) != 0)
1044                 err(1, "Attaching eventfd");
1045
1046         /*
1047          * CLONE_VM: because it has to access the Guest memory, and SIGCHLD so
1048          * we get a signal if it dies.
1049          */
1050         vq->thread = clone(do_thread, stack + 32768, CLONE_VM | SIGCHLD, vq);
1051         if (vq->thread == (pid_t)-1)
1052                 err(1, "Creating clone");
1053
1054         /* We close our local copy now the child has it. */
1055         close(vq->eventfd);
1056 }
1057
1058 static void start_device(struct device *dev)
1059 {
1060         unsigned int i;
1061         struct virtqueue *vq;
1062
1063         verbose("Device %s OK: offered", dev->name);
1064         for (i = 0; i < dev->feature_len; i++)
1065                 verbose(" %02x", get_feature_bits(dev)[i]);
1066         verbose(", accepted");
1067         for (i = 0; i < dev->feature_len; i++)
1068                 verbose(" %02x", get_feature_bits(dev)
1069                         [dev->feature_len+i]);
1070
1071         for (vq = dev->vq; vq; vq = vq->next) {
1072                 if (vq->service)
1073                         create_thread(vq);
1074         }
1075         dev->running = true;
1076 }
1077
1078 static void cleanup_devices(void)
1079 {
1080         struct device *dev;
1081
1082         for (dev = devices.dev; dev; dev = dev->next)
1083                 reset_device(dev);
1084
1085         /* If we saved off the original terminal settings, restore them now. */
1086         if (orig_term.c_lflag & (ISIG|ICANON|ECHO))
1087                 tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &orig_term);
1088 }
1089
1090 /* When the Guest tells us they updated the status field, we handle it. */
1091 static void update_device_status(struct device *dev)
1092 {
1093         /* A zero status is a reset, otherwise it's a set of flags. */
1094         if (dev->desc->status == 0)
1095                 reset_device(dev);
1096         else if (dev->desc->status & VIRTIO_CONFIG_S_FAILED) {
1097                 warnx("Device %s configuration FAILED", dev->name);
1098                 if (dev->running)
1099                         reset_device(dev);
1100         } else {
1101                 if (dev->running)
1102                         err(1, "Device %s features finalized twice", dev->name);
1103                 start_device(dev);
1104         }
1105 }
1106
1107 /*L:215
1108  * This is the generic routine we call when the Guest uses LHCALL_NOTIFY.  In
1109  * particular, it's used to notify us of device status changes during boot.
1110  */
1111 static void handle_output(unsigned long addr)
1112 {
1113         struct device *i;
1114
1115         /* Check each device. */
1116         for (i = devices.dev; i; i = i->next) {
1117                 struct virtqueue *vq;
1118
1119                 /*
1120                  * Notifications to device descriptors mean they updated the
1121                  * device status.
1122                  */
1123                 if (from_guest_phys(addr) == i->desc) {
1124                         update_device_status(i);
1125                         return;
1126                 }
1127
1128                 /* Devices should not be used before features are finalized. */
1129                 for (vq = i->vq; vq; vq = vq->next) {
1130                         if (addr != vq->config.pfn*getpagesize())
1131                                 continue;
1132                         errx(1, "Notification on %s before setup!", i->name);
1133                 }
1134         }
1135
1136         /*
1137          * Early console write is done using notify on a nul-terminated string
1138          * in Guest memory.  It's also great for hacking debugging messages
1139          * into a Guest.
1140          */
1141         if (addr >= guest_limit)
1142                 errx(1, "Bad NOTIFY %#lx", addr);
1143
1144         write(STDOUT_FILENO, from_guest_phys(addr),
1145               strnlen(from_guest_phys(addr), guest_limit - addr));
1146 }
1147
1148 /*L:216
1149  * This is where we emulate a handful of Guest instructions.  It's ugly
1150  * and we used to do it in the kernel but it grew over time.
1151  */
1152
1153 /*
1154  * We use the ptrace syscall's pt_regs struct to talk about registers
1155  * to lguest: these macros convert the names to the offsets.
1156  */
1157 #define getreg(name) getreg_off(offsetof(struct user_regs_struct, name))
1158 #define setreg(name, val) \
1159         setreg_off(offsetof(struct user_regs_struct, name), (val))
1160
1161 static u32 getreg_off(size_t offset)
1162 {
1163         u32 r;
1164         unsigned long args[] = { LHREQ_GETREG, offset };
1165
1166         if (pwrite(lguest_fd, args, sizeof(args), cpu_id) < 0)
1167                 err(1, "Getting register %u", offset);
1168         if (pread(lguest_fd, &r, sizeof(r), cpu_id) != sizeof(r))
1169                 err(1, "Reading register %u", offset);
1170
1171         return r;
1172 }
1173
1174 static void setreg_off(size_t offset, u32 val)
1175 {
1176         unsigned long args[] = { LHREQ_SETREG, offset, val };
1177
1178         if (pwrite(lguest_fd, args, sizeof(args), cpu_id) < 0)
1179                 err(1, "Setting register %u", offset);
1180 }
1181
1182 static void emulate_insn(const u8 insn[])
1183 {
1184         unsigned long args[] = { LHREQ_TRAP, 13 };
1185         unsigned int insnlen = 0, in = 0, small_operand = 0, byte_access;
1186         unsigned int eax, port, mask;
1187         /*
1188          * We always return all-ones on IO port reads, which traditionally
1189          * means "there's nothing there".
1190          */
1191         u32 val = 0xFFFFFFFF;
1192
1193         /*
1194          * This must be the Guest kernel trying to do something, not userspace!
1195          * The bottom two bits of the CS segment register are the privilege
1196          * level.
1197          */
1198         if ((getreg(xcs) & 3) != 0x1)
1199                 goto no_emulate;
1200
1201         /* Decoding x86 instructions is icky. */
1202
1203         /*
1204          * Around 2.6.33, the kernel started using an emulation for the
1205          * cmpxchg8b instruction in early boot on many configurations.  This
1206          * code isn't paravirtualized, and it tries to disable interrupts.
1207          * Ignore it, which will Mostly Work.
1208          */
1209         if (insn[insnlen] == 0xfa) {
1210                 /* "cli", or Clear Interrupt Enable instruction.  Skip it. */
1211                 insnlen = 1;
1212                 goto skip_insn;
1213         }
1214
1215         /*
1216          * 0x66 is an "operand prefix".  It means a 16, not 32 bit in/out.
1217          */
1218         if (insn[insnlen] == 0x66) {
1219                 small_operand = 1;
1220                 /* The instruction is 1 byte so far, read the next byte. */
1221                 insnlen = 1;
1222         }
1223
1224         /* If the lower bit isn't set, it's a single byte access */
1225         byte_access = !(insn[insnlen] & 1);
1226
1227         /*
1228          * Now we can ignore the lower bit and decode the 4 opcodes
1229          * we need to emulate.
1230          */
1231         switch (insn[insnlen] & 0xFE) {
1232         case 0xE4: /* in     <next byte>,%al */
1233                 port = insn[insnlen+1];
1234                 insnlen += 2;
1235                 in = 1;
1236                 break;
1237         case 0xEC: /* in     (%dx),%al */
1238                 port = getreg(edx) & 0xFFFF;
1239                 insnlen += 1;
1240                 in = 1;
1241                 break;
1242         case 0xE6: /* out    %al,<next byte> */
1243                 port = insn[insnlen+1];
1244                 insnlen += 2;
1245                 break;
1246         case 0xEE: /* out    %al,(%dx) */
1247                 port = getreg(edx) & 0xFFFF;
1248                 insnlen += 1;
1249                 break;
1250         default:
1251                 /* OK, we don't know what this is, can't emulate. */
1252                 goto no_emulate;
1253         }
1254
1255         /* Set a mask of the 1, 2 or 4 bytes, depending on size of IO */
1256         if (byte_access)
1257                 mask = 0xFF;
1258         else if (small_operand)
1259                 mask = 0xFFFF;
1260         else
1261                 mask = 0xFFFFFFFF;
1262
1263         /* This is the PS/2 keyboard status; 1 means ready for output */
1264         if (port == 0x64)
1265                 val = 1;
1266
1267         /*
1268          * If it was an "IN" instruction, they expect the result to be read
1269          * into %eax, so we change %eax.
1270          */
1271         eax = getreg(eax);
1272
1273         if (in) {
1274                 /* Clear the bits we're about to read */
1275                 eax &= ~mask;
1276                 /* Copy bits in from val. */
1277                 eax |= val & mask;
1278                 /* Now update the register. */
1279                 setreg(eax, eax);
1280         }
1281
1282         verbose("IO %s of %x to %u: %#08x\n",
1283                 in ? "IN" : "OUT", mask, port, eax);
1284 skip_insn:
1285         /* Finally, we've "done" the instruction, so move past it. */
1286         setreg(eip, getreg(eip) + insnlen);
1287         return;
1288
1289 no_emulate:
1290         /* Inject trap into Guest. */
1291         if (write(lguest_fd, args, sizeof(args)) < 0)
1292                 err(1, "Reinjecting trap 13 for fault at %#x", getreg(eip));
1293 }
1294
1295
1296 /*L:190
1297  * Device Setup
1298  *
1299  * All devices need a descriptor so the Guest knows it exists, and a "struct
1300  * device" so the Launcher can keep track of it.  We have common helper
1301  * routines to allocate and manage them.
1302  */
1303
1304 /*
1305  * The layout of the device page is a "struct lguest_device_desc" followed by a
1306  * number of virtqueue descriptors, then two sets of feature bits, then an
1307  * array of configuration bytes.  This routine returns the configuration
1308  * pointer.
1309  */
1310 static u8 *device_config(const struct device *dev)
1311 {
1312         return (void *)(dev->desc + 1)
1313                 + dev->num_vq * sizeof(struct lguest_vqconfig)
1314                 + dev->feature_len * 2;
1315 }
1316
1317 /*
1318  * This routine allocates a new "struct lguest_device_desc" from descriptor
1319  * table page just above the Guest's normal memory.  It returns a pointer to
1320  * that descriptor.
1321  */
1322 static struct lguest_device_desc *new_dev_desc(u16 type)
1323 {
1324         struct lguest_device_desc d = { .type = type };
1325         void *p;
1326
1327         /* Figure out where the next device config is, based on the last one. */
1328         if (devices.lastdev)
1329                 p = device_config(devices.lastdev)
1330                         + devices.lastdev->desc->config_len;
1331         else
1332                 p = devices.descpage;
1333
1334         /* We only have one page for all the descriptors. */
1335         if (p + sizeof(d) > (void *)devices.descpage + getpagesize())
1336                 errx(1, "Too many devices");
1337
1338         /* p might not be aligned, so we memcpy in. */
1339         return memcpy(p, &d, sizeof(d));
1340 }
1341
1342 /*
1343  * Each device descriptor is followed by the description of its virtqueues.  We
1344  * specify how many descriptors the virtqueue is to have.
1345  */
1346 static void add_virtqueue(struct device *dev, unsigned int num_descs,
1347                           void (*service)(struct virtqueue *))
1348 {
1349         unsigned int pages;
1350         struct virtqueue **i, *vq = malloc(sizeof(*vq));
1351         void *p;
1352
1353         /* First we need some memory for this virtqueue. */
1354         pages = (vring_size(num_descs, LGUEST_VRING_ALIGN) + getpagesize() - 1)
1355                 / getpagesize();
1356         p = get_pages(pages);
1357
1358         /* Initialize the virtqueue */
1359         vq->next = NULL;
1360         vq->last_avail_idx = 0;
1361         vq->dev = dev;
1362
1363         /*
1364          * This is the routine the service thread will run, and its Process ID
1365          * once it's running.
1366          */
1367         vq->service = service;
1368         vq->thread = (pid_t)-1;
1369
1370         /* Initialize the configuration. */
1371         vq->config.num = num_descs;
1372         vq->config.irq = devices.next_irq++;
1373         vq->config.pfn = to_guest_phys(p) / getpagesize();
1374
1375         /* Initialize the vring. */
1376         vring_init(&vq->vring, num_descs, p, LGUEST_VRING_ALIGN);
1377
1378         /*
1379          * Append virtqueue to this device's descriptor.  We use
1380          * device_config() to get the end of the device's current virtqueues;
1381          * we check that we haven't added any config or feature information
1382          * yet, otherwise we'd be overwriting them.
1383          */
1384         assert(dev->desc->config_len == 0 && dev->desc->feature_len == 0);
1385         memcpy(device_config(dev), &vq->config, sizeof(vq->config));
1386         dev->num_vq++;
1387         dev->desc->num_vq++;
1388
1389         verbose("Virtqueue page %#lx\n", to_guest_phys(p));
1390
1391         /*
1392          * Add to tail of list, so dev->vq is first vq, dev->vq->next is
1393          * second.
1394          */
1395         for (i = &dev->vq; *i; i = &(*i)->next);
1396         *i = vq;
1397 }
1398
1399 /*
1400  * The first half of the feature bitmask is for us to advertise features.  The
1401  * second half is for the Guest to accept features.
1402  */
1403 static void add_feature(struct device *dev, unsigned bit)
1404 {
1405         u8 *features = get_feature_bits(dev);
1406
1407         /* We can't extend the feature bits once we've added config bytes */
1408         if (dev->desc->feature_len <= bit / CHAR_BIT) {
1409                 assert(dev->desc->config_len == 0);
1410                 dev->feature_len = dev->desc->feature_len = (bit/CHAR_BIT) + 1;
1411         }
1412
1413         features[bit / CHAR_BIT] |= (1 << (bit % CHAR_BIT));
1414 }
1415
1416 /*
1417  * This routine sets the configuration fields for an existing device's
1418  * descriptor.  It only works for the last device, but that's OK because that's
1419  * how we use it.
1420  */
1421 static void set_config(struct device *dev, unsigned len, const void *conf)
1422 {
1423         /* Check we haven't overflowed our single page. */
1424         if (device_config(dev) + len > devices.descpage + getpagesize())
1425                 errx(1, "Too many devices");
1426
1427         /* Copy in the config information, and store the length. */
1428         memcpy(device_config(dev), conf, len);
1429         dev->desc->config_len = len;
1430
1431         /* Size must fit in config_len field (8 bits)! */
1432         assert(dev->desc->config_len == len);
1433 }
1434
1435 /*
1436  * This routine does all the creation and setup of a new device, including
1437  * calling new_dev_desc() to allocate the descriptor and device memory.  We
1438  * don't actually start the service threads until later.
1439  *
1440  * See what I mean about userspace being boring?
1441  */
1442 static struct device *new_device(const char *name, u16 type)
1443 {
1444         struct device *dev = malloc(sizeof(*dev));
1445
1446         /* Now we populate the fields one at a time. */
1447         dev->desc = new_dev_desc(type);
1448         dev->name = name;
1449         dev->vq = NULL;
1450         dev->feature_len = 0;
1451         dev->num_vq = 0;
1452         dev->running = false;
1453         dev->next = NULL;
1454
1455         /*
1456          * Append to device list.  Prepending to a single-linked list is
1457          * easier, but the user expects the devices to be arranged on the bus
1458          * in command-line order.  The first network device on the command line
1459          * is eth0, the first block device /dev/vda, etc.
1460          */
1461         if (devices.lastdev)
1462                 devices.lastdev->next = dev;
1463         else
1464                 devices.dev = dev;
1465         devices.lastdev = dev;
1466
1467         return dev;
1468 }
1469
1470 /*
1471  * Our first setup routine is the console.  It's a fairly simple device, but
1472  * UNIX tty handling makes it uglier than it could be.
1473  */
1474 static void setup_console(void)
1475 {
1476         struct device *dev;
1477
1478         /* If we can save the initial standard input settings... */
1479         if (tcgetattr(STDIN_FILENO, &orig_term) == 0) {
1480                 struct termios term = orig_term;
1481                 /*
1482                  * Then we turn off echo, line buffering and ^C etc: We want a
1483                  * raw input stream to the Guest.
1484                  */
1485                 term.c_lflag &= ~(ISIG|ICANON|ECHO);
1486                 tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &term);
1487         }
1488
1489         dev = new_device("console", VIRTIO_ID_CONSOLE);
1490
1491         /* We store the console state in dev->priv, and initialize it. */
1492         dev->priv = malloc(sizeof(struct console_abort));
1493         ((struct console_abort *)dev->priv)->count = 0;
1494
1495         /*
1496          * The console needs two virtqueues: the input then the output.  When
1497          * they put something the input queue, we make sure we're listening to
1498          * stdin.  When they put something in the output queue, we write it to
1499          * stdout.
1500          */
1501         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, console_input);
1502         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, console_output);
1503
1504         verbose("device %u: console\n", ++devices.device_num);
1505 }
1506 /*:*/
1507
1508 /*M:010
1509  * Inter-guest networking is an interesting area.  Simplest is to have a
1510  * --sharenet=<name> option which opens or creates a named pipe.  This can be
1511  * used to send packets to another guest in a 1:1 manner.
1512  *
1513  * More sophisticated is to use one of the tools developed for project like UML
1514  * to do networking.
1515  *
1516  * Faster is to do virtio bonding in kernel.  Doing this 1:1 would be
1517  * completely generic ("here's my vring, attach to your vring") and would work
1518  * for any traffic.  Of course, namespace and permissions issues need to be
1519  * dealt with.  A more sophisticated "multi-channel" virtio_net.c could hide
1520  * multiple inter-guest channels behind one interface, although it would
1521  * require some manner of hotplugging new virtio channels.
1522  *
1523  * Finally, we could use a virtio network switch in the kernel, ie. vhost.
1524 :*/
1525
1526 static u32 str2ip(const char *ipaddr)
1527 {
1528         unsigned int b[4];
1529
1530         if (sscanf(ipaddr, "%u.%u.%u.%u", &b[0], &b[1], &b[2], &b[3]) != 4)
1531                 errx(1, "Failed to parse IP address '%s'", ipaddr);
1532         return (b[0] << 24) | (b[1] << 16) | (b[2] << 8) | b[3];
1533 }
1534
1535 static void str2mac(const char *macaddr, unsigned char mac[6])
1536 {
1537         unsigned int m[6];
1538         if (sscanf(macaddr, "%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x",
1539                    &m[0], &m[1], &m[2], &m[3], &m[4], &m[5]) != 6)
1540                 errx(1, "Failed to parse mac address '%s'", macaddr);
1541         mac[0] = m[0];
1542         mac[1] = m[1];
1543         mac[2] = m[2];
1544         mac[3] = m[3];
1545         mac[4] = m[4];
1546         mac[5] = m[5];
1547 }
1548
1549 /*
1550  * This code is "adapted" from libbridge: it attaches the Host end of the
1551  * network device to the bridge device specified by the command line.
1552  *
1553  * This is yet another James Morris contribution (I'm an IP-level guy, so I
1554  * dislike bridging), and I just try not to break it.
1555  */
1556 static void add_to_bridge(int fd, const char *if_name, const char *br_name)
1557 {
1558         int ifidx;
1559         struct ifreq ifr;
1560
1561         if (!*br_name)
1562                 errx(1, "must specify bridge name");
1563
1564         ifidx = if_nametoindex(if_name);
1565         if (!ifidx)
1566                 errx(1, "interface %s does not exist!", if_name);
1567
1568         strncpy(ifr.ifr_name, br_name, IFNAMSIZ);
1569         ifr.ifr_name[IFNAMSIZ-1] = '\0';
1570         ifr.ifr_ifindex = ifidx;
1571         if (ioctl(fd, SIOCBRADDIF, &ifr) < 0)
1572                 err(1, "can't add %s to bridge %s", if_name, br_name);
1573 }
1574
1575 /*
1576  * This sets up the Host end of the network device with an IP address, brings
1577  * it up so packets will flow, the copies the MAC address into the hwaddr
1578  * pointer.
1579  */
1580 static void configure_device(int fd, const char *tapif, u32 ipaddr)
1581 {
1582         struct ifreq ifr;
1583         struct sockaddr_in sin;
1584
1585         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
1586         strcpy(ifr.ifr_name, tapif);
1587
1588         /* Don't read these incantations.  Just cut & paste them like I did! */
1589         sin.sin_family = AF_INET;
1590         sin.sin_addr.s_addr = htonl(ipaddr);
1591         memcpy(&ifr.ifr_addr, &sin, sizeof(sin));
1592         if (ioctl(fd, SIOCSIFADDR, &ifr) != 0)
1593                 err(1, "Setting %s interface address", tapif);
1594         ifr.ifr_flags = IFF_UP;
1595         if (ioctl(fd, SIOCSIFFLAGS, &ifr) != 0)
1596                 err(1, "Bringing interface %s up", tapif);
1597 }
1598
1599 static int get_tun_device(char tapif[IFNAMSIZ])
1600 {
1601         struct ifreq ifr;
1602         int netfd;
1603
1604         /* Start with this zeroed.  Messy but sure. */
1605         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
1606
1607         /*
1608          * We open the /dev/net/tun device and tell it we want a tap device.  A
1609          * tap device is like a tun device, only somehow different.  To tell
1610          * the truth, I completely blundered my way through this code, but it
1611          * works now!
1612          */
1613         netfd = open_or_die("/dev/net/tun", O_RDWR);
1614         ifr.ifr_flags = IFF_TAP | IFF_NO_PI | IFF_VNET_HDR;
1615         strcpy(ifr.ifr_name, "tap%d");
1616         if (ioctl(netfd, TUNSETIFF, &ifr) != 0)
1617                 err(1, "configuring /dev/net/tun");
1618
1619         if (ioctl(netfd, TUNSETOFFLOAD,
1620                   TUN_F_CSUM|TUN_F_TSO4|TUN_F_TSO6|TUN_F_TSO_ECN) != 0)
1621                 err(1, "Could not set features for tun device");
1622
1623         /*
1624          * We don't need checksums calculated for packets coming in this
1625          * device: trust us!
1626          */
1627         ioctl(netfd, TUNSETNOCSUM, 1);
1628
1629         memcpy(tapif, ifr.ifr_name, IFNAMSIZ);
1630         return netfd;
1631 }
1632
1633 /*L:195
1634  * Our network is a Host<->Guest network.  This can either use bridging or
1635  * routing, but the principle is the same: it uses the "tun" device to inject
1636  * packets into the Host as if they came in from a normal network card.  We
1637  * just shunt packets between the Guest and the tun device.
1638  */
1639 static void setup_tun_net(char *arg)
1640 {
1641         struct device *dev;
1642         struct net_info *net_info = malloc(sizeof(*net_info));
1643         int ipfd;
1644         u32 ip = INADDR_ANY;
1645         bool bridging = false;
1646         char tapif[IFNAMSIZ], *p;
1647         struct virtio_net_config conf;
1648
1649         net_info->tunfd = get_tun_device(tapif);
1650
1651         /* First we create a new network device. */
1652         dev = new_device("net", VIRTIO_ID_NET);
1653         dev->priv = net_info;
1654
1655         /* Network devices need a recv and a send queue, just like console. */
1656         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, net_input);
1657         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, net_output);
1658
1659         /*
1660          * We need a socket to perform the magic network ioctls to bring up the
1661          * tap interface, connect to the bridge etc.  Any socket will do!
1662          */
1663         ipfd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_IP);
1664         if (ipfd < 0)
1665                 err(1, "opening IP socket");
1666
1667         /* If the command line was --tunnet=bridge:<name> do bridging. */
1668         if (!strncmp(BRIDGE_PFX, arg, strlen(BRIDGE_PFX))) {
1669                 arg += strlen(BRIDGE_PFX);
1670                 bridging = true;
1671         }
1672
1673         /* A mac address may follow the bridge name or IP address */
1674         p = strchr(arg, ':');
1675         if (p) {
1676                 str2mac(p+1, conf.mac);
1677                 add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_MAC);
1678                 *p = '\0';
1679         }
1680
1681         /* arg is now either an IP address or a bridge name */
1682         if (bridging)
1683                 add_to_bridge(ipfd, tapif, arg);
1684         else
1685                 ip = str2ip(arg);
1686
1687         /* Set up the tun device. */
1688         configure_device(ipfd, tapif, ip);
1689
1690         /* Expect Guest to handle everything except UFO */
1691         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_CSUM);
1692         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_CSUM);
1693         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO4);
1694         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO6);
1695         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_ECN);
1696         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_HOST_TSO4);
1697         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_HOST_TSO6);
1698         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_HOST_ECN);
1699         /* We handle indirect ring entries */
1700         add_feature(dev, VIRTIO_RING_F_INDIRECT_DESC);
1701         /* We're compliant with the damn spec. */
1702         add_feature(dev, VIRTIO_F_ANY_LAYOUT);
1703         set_config(dev, sizeof(conf), &conf);
1704
1705         /* We don't need the socket any more; setup is done. */
1706         close(ipfd);
1707
1708         devices.device_num++;
1709
1710         if (bridging)
1711                 verbose("device %u: tun %s attached to bridge: %s\n",
1712                         devices.device_num, tapif, arg);
1713         else
1714                 verbose("device %u: tun %s: %s\n",
1715                         devices.device_num, tapif, arg);
1716 }
1717 /*:*/
1718
1719 /* This hangs off device->priv. */
1720 struct vblk_info {
1721         /* The size of the file. */
1722         off64_t len;
1723
1724         /* The file descriptor for the file. */
1725         int fd;
1726
1727 };
1728
1729 /*L:210
1730  * The Disk
1731  *
1732  * The disk only has one virtqueue, so it only has one thread.  It is really
1733  * simple: the Guest asks for a block number and we read or write that position
1734  * in the file.
1735  *
1736  * Before we serviced each virtqueue in a separate thread, that was unacceptably
1737  * slow: the Guest waits until the read is finished before running anything
1738  * else, even if it could have been doing useful work.
1739  *
1740  * We could have used async I/O, except it's reputed to suck so hard that
1741  * characters actually go missing from your code when you try to use it.
1742  */
1743 static void blk_request(struct virtqueue *vq)
1744 {
1745         struct vblk_info *vblk = vq->dev->priv;
1746         unsigned int head, out_num, in_num, wlen;
1747         int ret, i;
1748         u8 *in;
1749         struct virtio_blk_outhdr out;
1750         struct iovec iov[vq->vring.num];
1751         off64_t off;
1752
1753         /*
1754          * Get the next request, where we normally wait.  It triggers the
1755          * interrupt to acknowledge previously serviced requests (if any).
1756          */
1757         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out_num, &in_num);
1758
1759         /* Copy the output header from the front of the iov (adjusts iov) */
1760         iov_consume(iov, out_num, &out, sizeof(out));
1761
1762         /* Find and trim end of iov input array, for our status byte. */
1763         in = NULL;
1764         for (i = out_num + in_num - 1; i >= out_num; i--) {
1765                 if (iov[i].iov_len > 0) {
1766                         in = iov[i].iov_base + iov[i].iov_len - 1;
1767                         iov[i].iov_len--;
1768                         break;
1769                 }
1770         }
1771         if (!in)
1772                 errx(1, "Bad virtblk cmd with no room for status");
1773
1774         /*
1775          * For historical reasons, block operations are expressed in 512 byte
1776          * "sectors".
1777          */
1778         off = out.sector * 512;
1779
1780         /*
1781          * In general the virtio block driver is allowed to try SCSI commands.
1782          * It'd be nice if we supported eject, for example, but we don't.
1783          */
1784         if (out.type & VIRTIO_BLK_T_SCSI_CMD) {
1785                 fprintf(stderr, "Scsi commands unsupported\n");
1786                 *in = VIRTIO_BLK_S_UNSUPP;
1787                 wlen = sizeof(*in);
1788         } else if (out.type & VIRTIO_BLK_T_OUT) {
1789                 /*
1790                  * Write
1791                  *
1792                  * Move to the right location in the block file.  This can fail
1793                  * if they try to write past end.
1794                  */
1795                 if (lseek64(vblk->fd, off, SEEK_SET) != off)
1796                         err(1, "Bad seek to sector %llu", out.sector);
1797
1798                 ret = writev(vblk->fd, iov, out_num);
1799                 verbose("WRITE to sector %llu: %i\n", out.sector, ret);
1800
1801                 /*
1802                  * Grr... Now we know how long the descriptor they sent was, we
1803                  * make sure they didn't try to write over the end of the block
1804                  * file (possibly extending it).
1805                  */
1806                 if (ret > 0 && off + ret > vblk->len) {
1807                         /* Trim it back to the correct length */
1808                         ftruncate64(vblk->fd, vblk->len);
1809                         /* Die, bad Guest, die. */
1810                         errx(1, "Write past end %llu+%u", off, ret);
1811                 }
1812
1813                 wlen = sizeof(*in);
1814                 *in = (ret >= 0 ? VIRTIO_BLK_S_OK : VIRTIO_BLK_S_IOERR);
1815         } else if (out.type & VIRTIO_BLK_T_FLUSH) {
1816                 /* Flush */
1817                 ret = fdatasync(vblk->fd);
1818                 verbose("FLUSH fdatasync: %i\n", ret);
1819                 wlen = sizeof(*in);
1820                 *in = (ret >= 0 ? VIRTIO_BLK_S_OK : VIRTIO_BLK_S_IOERR);
1821         } else {
1822                 /*
1823                  * Read
1824                  *
1825                  * Move to the right location in the block file.  This can fail
1826                  * if they try to read past end.
1827                  */
1828                 if (lseek64(vblk->fd, off, SEEK_SET) != off)
1829                         err(1, "Bad seek to sector %llu", out.sector);
1830
1831                 ret = readv(vblk->fd, iov + out_num, in_num);
1832                 if (ret >= 0) {
1833                         wlen = sizeof(*in) + ret;
1834                         *in = VIRTIO_BLK_S_OK;
1835                 } else {
1836                         wlen = sizeof(*in);
1837                         *in = VIRTIO_BLK_S_IOERR;
1838                 }
1839         }
1840
1841         /* Finished that request. */
1842         add_used(vq, head, wlen);
1843 }
1844
1845 /*L:198 This actually sets up a virtual block device. */
1846 static void setup_block_file(const char *filename)
1847 {
1848         struct device *dev;
1849         struct vblk_info *vblk;
1850         struct virtio_blk_config conf;
1851
1852         /* Creat the device. */
1853         dev = new_device("block", VIRTIO_ID_BLOCK);
1854
1855         /* The device has one virtqueue, where the Guest places requests. */
1856         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, blk_request);
1857
1858         /* Allocate the room for our own bookkeeping */
1859         vblk = dev->priv = malloc(sizeof(*vblk));
1860
1861         /* First we open the file and store the length. */
1862         vblk->fd = open_or_die(filename, O_RDWR|O_LARGEFILE);
1863         vblk->len = lseek64(vblk->fd, 0, SEEK_END);
1864
1865         /* We support FLUSH. */
1866         add_feature(dev, VIRTIO_BLK_F_FLUSH);
1867
1868         /* Tell Guest how many sectors this device has. */
1869         conf.capacity = cpu_to_le64(vblk->len / 512);
1870
1871         /*
1872          * Tell Guest not to put in too many descriptors at once: two are used
1873          * for the in and out elements.
1874          */
1875         add_feature(dev, VIRTIO_BLK_F_SEG_MAX);
1876         conf.seg_max = cpu_to_le32(VIRTQUEUE_NUM - 2);
1877
1878         /* Don't try to put whole struct: we have 8 bit limit. */
1879         set_config(dev, offsetof(struct virtio_blk_config, geometry), &conf);
1880
1881         verbose("device %u: virtblock %llu sectors\n",
1882                 ++devices.device_num, le64_to_cpu(conf.capacity));
1883 }
1884
1885 /*L:211
1886  * Our random number generator device reads from /dev/urandom into the Guest's
1887  * input buffers.  The usual case is that the Guest doesn't want random numbers
1888  * and so has no buffers although /dev/urandom is still readable, whereas
1889  * console is the reverse.
1890  *
1891  * The same logic applies, however.
1892  */
1893 struct rng_info {
1894         int rfd;
1895 };
1896
1897 static void rng_input(struct virtqueue *vq)
1898 {
1899         int len;
1900         unsigned int head, in_num, out_num, totlen = 0;
1901         struct rng_info *rng_info = vq->dev->priv;
1902         struct iovec iov[vq->vring.num];
1903
1904         /* First we need a buffer from the Guests's virtqueue. */
1905         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out_num, &in_num);
1906         if (out_num)
1907                 errx(1, "Output buffers in rng?");
1908
1909         /*
1910          * Just like the console write, we loop to cover the whole iovec.
1911          * In this case, short reads actually happen quite a bit.
1912          */
1913         while (!iov_empty(iov, in_num)) {
1914                 len = readv(rng_info->rfd, iov, in_num);
1915                 if (len <= 0)
1916                         err(1, "Read from /dev/urandom gave %i", len);
1917                 iov_consume(iov, in_num, NULL, len);
1918                 totlen += len;
1919         }
1920
1921         /* Tell the Guest about the new input. */
1922         add_used(vq, head, totlen);
1923 }
1924
1925 /*L:199
1926  * This creates a "hardware" random number device for the Guest.
1927  */
1928 static void setup_rng(void)
1929 {
1930         struct device *dev;
1931         struct rng_info *rng_info = malloc(sizeof(*rng_info));
1932
1933         /* Our device's private info simply contains the /dev/urandom fd. */
1934         rng_info->rfd = open_or_die("/dev/urandom", O_RDONLY);
1935
1936         /* Create the new device. */
1937         dev = new_device("rng", VIRTIO_ID_RNG);
1938         dev->priv = rng_info;
1939
1940         /* The device has one virtqueue, where the Guest places inbufs. */
1941         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, rng_input);
1942
1943         verbose("device %u: rng\n", devices.device_num++);
1944 }
1945 /* That's the end of device setup. */
1946
1947 /*L:230 Reboot is pretty easy: clean up and exec() the Launcher afresh. */
1948 static void __attribute__((noreturn)) restart_guest(void)
1949 {
1950         unsigned int i;
1951
1952         /*
1953          * Since we don't track all open fds, we simply close everything beyond
1954          * stderr.
1955          */
1956         for (i = 3; i < FD_SETSIZE; i++)
1957                 close(i);
1958
1959         /* Reset all the devices (kills all threads). */
1960         cleanup_devices();
1961
1962         execv(main_args[0], main_args);
1963         err(1, "Could not exec %s", main_args[0]);
1964 }
1965
1966 /*L:220
1967  * Finally we reach the core of the Launcher which runs the Guest, serves
1968  * its input and output, and finally, lays it to rest.
1969  */
1970 static void __attribute__((noreturn)) run_guest(void)
1971 {
1972         for (;;) {
1973                 struct lguest_pending notify;
1974                 int readval;
1975
1976                 /* We read from the /dev/lguest device to run the Guest. */
1977                 readval = pread(lguest_fd, &notify, sizeof(notify), cpu_id);
1978
1979                 /* One unsigned long means the Guest did HCALL_NOTIFY */
1980                 if (readval == sizeof(notify)) {
1981                         if (notify.trap == 0x1F) {
1982                                 verbose("Notify on address %#08x\n",
1983                                         notify.addr);
1984                                 handle_output(notify.addr);
1985                         } else if (notify.trap == 13) {
1986                                 verbose("Emulating instruction at %#x\n",
1987                                         getreg(eip));
1988                                 emulate_insn(notify.insn);
1989                         } else
1990                                 errx(1, "Unknown trap %i addr %#08x\n",
1991                                      notify.trap, notify.addr);
1992                 /* ENOENT means the Guest died.  Reading tells us why. */
1993                 } else if (errno == ENOENT) {
1994                         char reason[1024] = { 0 };
1995                         pread(lguest_fd, reason, sizeof(reason)-1, cpu_id);
1996                         errx(1, "%s", reason);
1997                 /* ERESTART means that we need to reboot the guest */
1998                 } else if (errno == ERESTART) {
1999                         restart_guest();
2000                 /* Anything else means a bug or incompatible change. */
2001                 } else
2002                         err(1, "Running guest failed");
2003         }
2004 }
2005 /*L:240
2006  * This is the end of the Launcher.  The good news: we are over halfway
2007  * through!  The bad news: the most fiendish part of the code still lies ahead
2008  * of us.
2009  *
2010  * Are you ready?  Take a deep breath and join me in the core of the Host, in
2011  * "make Host".
2012 :*/
2013
2014 static struct option opts[] = {
2015         { "verbose", 0, NULL, 'v' },
2016         { "tunnet", 1, NULL, 't' },
2017         { "block", 1, NULL, 'b' },
2018         { "rng", 0, NULL, 'r' },
2019         { "initrd", 1, NULL, 'i' },
2020         { "username", 1, NULL, 'u' },
2021         { "chroot", 1, NULL, 'c' },
2022         { NULL },
2023 };
2024 static void usage(void)
2025 {
2026         errx(1, "Usage: lguest [--verbose] "
2027              "[--tunnet=(<ipaddr>:<macaddr>|bridge:<bridgename>:<macaddr>)\n"
2028              "|--block=<filename>|--initrd=<filename>]...\n"
2029              "<mem-in-mb> vmlinux [args...]");
2030 }
2031
2032 /*L:105 The main routine is where the real work begins: */
2033 int main(int argc, char *argv[])
2034 {
2035         /* Memory, code startpoint and size of the (optional) initrd. */
2036         unsigned long mem = 0, start, initrd_size = 0;
2037         /* Two temporaries. */
2038         int i, c;
2039         /* The boot information for the Guest. */
2040         struct boot_params *boot;
2041         /* If they specify an initrd file to load. */
2042         const char *initrd_name = NULL;
2043
2044         /* Password structure for initgroups/setres[gu]id */
2045         struct passwd *user_details = NULL;
2046
2047         /* Directory to chroot to */
2048         char *chroot_path = NULL;
2049
2050         /* Save the args: we "reboot" by execing ourselves again. */
2051         main_args = argv;
2052
2053         /*
2054          * First we initialize the device list.  We keep a pointer to the last
2055          * device, and the next interrupt number to use for devices (1:
2056          * remember that 0 is used by the timer).
2057          */
2058         devices.lastdev = NULL;
2059         devices.next_irq = 1;
2060
2061         /* We're CPU 0.  In fact, that's the only CPU possible right now. */
2062         cpu_id = 0;
2063
2064         /*
2065          * We need to know how much memory so we can set up the device
2066          * descriptor and memory pages for the devices as we parse the command
2067          * line.  So we quickly look through the arguments to find the amount
2068          * of memory now.
2069          */
2070         for (i = 1; i < argc; i++) {
2071                 if (argv[i][0] != '-') {
2072                         mem = atoi(argv[i]) * 1024 * 1024;
2073                         /*
2074                          * We start by mapping anonymous pages over all of
2075                          * guest-physical memory range.  This fills it with 0,
2076                          * and ensures that the Guest won't be killed when it
2077                          * tries to access it.
2078                          */
2079                         guest_base = map_zeroed_pages(mem / getpagesize()
2080                                                       + DEVICE_PAGES);
2081                         guest_limit = mem;
2082                         guest_max = mem + DEVICE_PAGES*getpagesize();
2083                         devices.descpage = get_pages(1);
2084                         break;
2085                 }
2086         }
2087
2088         /* The options are fairly straight-forward */
2089         while ((c = getopt_long(argc, argv, "v", opts, NULL)) != EOF) {
2090                 switch (c) {
2091                 case 'v':
2092                         verbose = true;
2093                         break;
2094                 case 't':
2095                         setup_tun_net(optarg);
2096                         break;
2097                 case 'b':
2098                         setup_block_file(optarg);
2099                         break;
2100                 case 'r':
2101                         setup_rng();
2102                         break;
2103                 case 'i':
2104                         initrd_name = optarg;
2105                         break;
2106                 case 'u':
2107                         user_details = getpwnam(optarg);
2108                         if (!user_details)
2109                                 err(1, "getpwnam failed, incorrect username?");
2110                         break;
2111                 case 'c':
2112                         chroot_path = optarg;
2113                         break;
2114                 default:
2115                         warnx("Unknown argument %s", argv[optind]);
2116                         usage();
2117                 }
2118         }
2119         /*
2120          * After the other arguments we expect memory and kernel image name,
2121          * followed by command line arguments for the kernel.
2122          */
2123         if (optind + 2 > argc)
2124                 usage();
2125
2126         verbose("Guest base is at %p\n", guest_base);
2127
2128         /* We always have a console device */
2129         setup_console();
2130
2131         /* Now we load the kernel */
2132         start = load_kernel(open_or_die(argv[optind+1], O_RDONLY));
2133
2134         /* Boot information is stashed at physical address 0 */
2135         boot = from_guest_phys(0);
2136
2137         /* Map the initrd image if requested (at top of physical memory) */
2138         if (initrd_name) {
2139                 initrd_size = load_initrd(initrd_name, mem);
2140                 /*
2141                  * These are the location in the Linux boot header where the
2142                  * start and size of the initrd are expected to be found.
2143                  */
2144                 boot->hdr.ramdisk_image = mem - initrd_size;
2145                 boot->hdr.ramdisk_size = initrd_size;
2146                 /* The bootloader type 0xFF means "unknown"; that's OK. */
2147                 boot->hdr.type_of_loader = 0xFF;
2148         }
2149
2150         /*
2151          * The Linux boot header contains an "E820" memory map: ours is a
2152          * simple, single region.
2153          */
2154         boot->e820_entries = 1;
2155         boot->e820_map[0] = ((struct e820entry) { 0, mem, E820_RAM });
2156         /*
2157          * The boot header contains a command line pointer: we put the command
2158          * line after the boot header.
2159          */
2160         boot->hdr.cmd_line_ptr = to_guest_phys(boot + 1);
2161         /* We use a simple helper to copy the arguments separated by spaces. */
2162         concat((char *)(boot + 1), argv+optind+2);
2163
2164         /* Set kernel alignment to 16M (CONFIG_PHYSICAL_ALIGN) */
2165         boot->hdr.kernel_alignment = 0x1000000;
2166
2167         /* Boot protocol version: 2.07 supports the fields for lguest. */
2168         boot->hdr.version = 0x207;
2169
2170         /* The hardware_subarch value of "1" tells the Guest it's an lguest. */
2171         boot->hdr.hardware_subarch = 1;
2172
2173         /* Tell the entry path not to try to reload segment registers. */
2174         boot->hdr.loadflags |= KEEP_SEGMENTS;
2175
2176         /* We tell the kernel to initialize the Guest. */
2177         tell_kernel(start);
2178
2179         /* Ensure that we terminate if a device-servicing child dies. */
2180         signal(SIGCHLD, kill_launcher);
2181
2182         /* If we exit via err(), this kills all the threads, restores tty. */
2183         atexit(cleanup_devices);
2184
2185         /* If requested, chroot to a directory */
2186         if (chroot_path) {
2187                 if (chroot(chroot_path) != 0)
2188                         err(1, "chroot(\"%s\") failed", chroot_path);
2189
2190                 if (chdir("/") != 0)
2191                         err(1, "chdir(\"/\") failed");
2192
2193                 verbose("chroot done\n");
2194         }
2195
2196         /* If requested, drop privileges */
2197         if (user_details) {
2198                 uid_t u;
2199                 gid_t g;
2200
2201                 u = user_details->pw_uid;
2202                 g = user_details->pw_gid;
2203
2204                 if (initgroups(user_details->pw_name, g) != 0)
2205                         err(1, "initgroups failed");
2206
2207                 if (setresgid(g, g, g) != 0)
2208                         err(1, "setresgid failed");
2209
2210                 if (setresuid(u, u, u) != 0)
2211                         err(1, "setresuid failed");
2212
2213                 verbose("Dropping privileges completed\n");
2214         }
2215
2216         /* Finally, run the Guest.  This doesn't return. */
2217         run_guest();
2218 }
2219 /*:*/
2220
2221 /*M:999
2222  * Mastery is done: you now know everything I do.
2223  *
2224  * But surely you have seen code, features and bugs in your wanderings which
2225  * you now yearn to attack?  That is the real game, and I look forward to you
2226  * patching and forking lguest into the Your-Name-Here-visor.
2227  *
2228  * Farewell, and good coding!
2229  * Rusty Russell.
2230  */