lguest: send trap 13 through 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         verbose("Guest: %p - %p (%#lx)\n",
553                 guest_base, guest_base + guest_limit, guest_limit);
554         lguest_fd = open_or_die("/dev/lguest", O_RDWR);
555         if (write(lguest_fd, args, sizeof(args)) < 0)
556                 err(1, "Writing to /dev/lguest");
557 }
558 /*:*/
559
560 /*L:200
561  * Device Handling.
562  *
563  * When the Guest gives us a buffer, it sends an array of addresses and sizes.
564  * We need to make sure it's not trying to reach into the Launcher itself, so
565  * we have a convenient routine which checks it and exits with an error message
566  * if something funny is going on:
567  */
568 static void *_check_pointer(unsigned long addr, unsigned int size,
569                             unsigned int line)
570 {
571         /*
572          * Check if the requested address and size exceeds the allocated memory,
573          * or addr + size wraps around.
574          */
575         if ((addr + size) > guest_limit || (addr + size) < addr)
576                 errx(1, "%s:%i: Invalid address %#lx", __FILE__, line, addr);
577         /*
578          * We return a pointer for the caller's convenience, now we know it's
579          * safe to use.
580          */
581         return from_guest_phys(addr);
582 }
583 /* A macro which transparently hands the line number to the real function. */
584 #define check_pointer(addr,size) _check_pointer(addr, size, __LINE__)
585
586 /*
587  * Each buffer in the virtqueues is actually a chain of descriptors.  This
588  * function returns the next descriptor in the chain, or vq->vring.num if we're
589  * at the end.
590  */
591 static unsigned next_desc(struct vring_desc *desc,
592                           unsigned int i, unsigned int max)
593 {
594         unsigned int next;
595
596         /* If this descriptor says it doesn't chain, we're done. */
597         if (!(desc[i].flags & VRING_DESC_F_NEXT))
598                 return max;
599
600         /* Check they're not leading us off end of descriptors. */
601         next = desc[i].next;
602         /* Make sure compiler knows to grab that: we don't want it changing! */
603         wmb();
604
605         if (next >= max)
606                 errx(1, "Desc next is %u", next);
607
608         return next;
609 }
610
611 /*
612  * This actually sends the interrupt for this virtqueue, if we've used a
613  * buffer.
614  */
615 static void trigger_irq(struct virtqueue *vq)
616 {
617         unsigned long buf[] = { LHREQ_IRQ, vq->config.irq };
618
619         /* Don't inform them if nothing used. */
620         if (!vq->pending_used)
621                 return;
622         vq->pending_used = 0;
623
624         /* If they don't want an interrupt, don't send one... */
625         if (vq->vring.avail->flags & VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT) {
626                 return;
627         }
628
629         /* Send the Guest an interrupt tell them we used something up. */
630         if (write(lguest_fd, buf, sizeof(buf)) != 0)
631                 err(1, "Triggering irq %i", vq->config.irq);
632 }
633
634 /*
635  * This looks in the virtqueue for the first available buffer, and converts
636  * it to an iovec for convenient access.  Since descriptors consist of some
637  * number of output then some number of input descriptors, it's actually two
638  * iovecs, but we pack them into one and note how many of each there were.
639  *
640  * This function waits if necessary, and returns the descriptor number found.
641  */
642 static unsigned wait_for_vq_desc(struct virtqueue *vq,
643                                  struct iovec iov[],
644                                  unsigned int *out_num, unsigned int *in_num)
645 {
646         unsigned int i, head, max;
647         struct vring_desc *desc;
648         u16 last_avail = lg_last_avail(vq);
649
650         /* There's nothing available? */
651         while (last_avail == vq->vring.avail->idx) {
652                 u64 event;
653
654                 /*
655                  * Since we're about to sleep, now is a good time to tell the
656                  * Guest about what we've used up to now.
657                  */
658                 trigger_irq(vq);
659
660                 /* OK, now we need to know about added descriptors. */
661                 vq->vring.used->flags &= ~VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
662
663                 /*
664                  * They could have slipped one in as we were doing that: make
665                  * sure it's written, then check again.
666                  */
667                 mb();
668                 if (last_avail != vq->vring.avail->idx) {
669                         vq->vring.used->flags |= VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
670                         break;
671                 }
672
673                 /* Nothing new?  Wait for eventfd to tell us they refilled. */
674                 if (read(vq->eventfd, &event, sizeof(event)) != sizeof(event))
675                         errx(1, "Event read failed?");
676
677                 /* We don't need to be notified again. */
678                 vq->vring.used->flags |= VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
679         }
680
681         /* Check it isn't doing very strange things with descriptor numbers. */
682         if ((u16)(vq->vring.avail->idx - last_avail) > vq->vring.num)
683                 errx(1, "Guest moved used index from %u to %u",
684                      last_avail, vq->vring.avail->idx);
685
686         /* 
687          * Make sure we read the descriptor number *after* we read the ring
688          * update; don't let the cpu or compiler change the order.
689          */
690         rmb();
691
692         /*
693          * Grab the next descriptor number they're advertising, and increment
694          * the index we've seen.
695          */
696         head = vq->vring.avail->ring[last_avail % vq->vring.num];
697         lg_last_avail(vq)++;
698
699         /* If their number is silly, that's a fatal mistake. */
700         if (head >= vq->vring.num)
701                 errx(1, "Guest says index %u is available", head);
702
703         /* When we start there are none of either input nor output. */
704         *out_num = *in_num = 0;
705
706         max = vq->vring.num;
707         desc = vq->vring.desc;
708         i = head;
709
710         /*
711          * We have to read the descriptor after we read the descriptor number,
712          * but there's a data dependency there so the CPU shouldn't reorder
713          * that: no rmb() required.
714          */
715
716         /*
717          * If this is an indirect entry, then this buffer contains a descriptor
718          * table which we handle as if it's any normal descriptor chain.
719          */
720         if (desc[i].flags & VRING_DESC_F_INDIRECT) {
721                 if (desc[i].len % sizeof(struct vring_desc))
722                         errx(1, "Invalid size for indirect buffer table");
723
724                 max = desc[i].len / sizeof(struct vring_desc);
725                 desc = check_pointer(desc[i].addr, desc[i].len);
726                 i = 0;
727         }
728
729         do {
730                 /* Grab the first descriptor, and check it's OK. */
731                 iov[*out_num + *in_num].iov_len = desc[i].len;
732                 iov[*out_num + *in_num].iov_base
733                         = check_pointer(desc[i].addr, desc[i].len);
734                 /* If this is an input descriptor, increment that count. */
735                 if (desc[i].flags & VRING_DESC_F_WRITE)
736                         (*in_num)++;
737                 else {
738                         /*
739                          * If it's an output descriptor, they're all supposed
740                          * to come before any input descriptors.
741                          */
742                         if (*in_num)
743                                 errx(1, "Descriptor has out after in");
744                         (*out_num)++;
745                 }
746
747                 /* If we've got too many, that implies a descriptor loop. */
748                 if (*out_num + *in_num > max)
749                         errx(1, "Looped descriptor");
750         } while ((i = next_desc(desc, i, max)) != max);
751
752         return head;
753 }
754
755 /*
756  * After we've used one of their buffers, we tell the Guest about it.  Sometime
757  * later we'll want to send them an interrupt using trigger_irq(); note that
758  * wait_for_vq_desc() does that for us if it has to wait.
759  */
760 static void add_used(struct virtqueue *vq, unsigned int head, int len)
761 {
762         struct vring_used_elem *used;
763
764         /*
765          * The virtqueue contains a ring of used buffers.  Get a pointer to the
766          * next entry in that used ring.
767          */
768         used = &vq->vring.used->ring[vq->vring.used->idx % vq->vring.num];
769         used->id = head;
770         used->len = len;
771         /* Make sure buffer is written before we update index. */
772         wmb();
773         vq->vring.used->idx++;
774         vq->pending_used++;
775 }
776
777 /* And here's the combo meal deal.  Supersize me! */
778 static void add_used_and_trigger(struct virtqueue *vq, unsigned head, int len)
779 {
780         add_used(vq, head, len);
781         trigger_irq(vq);
782 }
783
784 /*
785  * The Console
786  *
787  * We associate some data with the console for our exit hack.
788  */
789 struct console_abort {
790         /* How many times have they hit ^C? */
791         int count;
792         /* When did they start? */
793         struct timeval start;
794 };
795
796 /* This is the routine which handles console input (ie. stdin). */
797 static void console_input(struct virtqueue *vq)
798 {
799         int len;
800         unsigned int head, in_num, out_num;
801         struct console_abort *abort = vq->dev->priv;
802         struct iovec iov[vq->vring.num];
803
804         /* Make sure there's a descriptor available. */
805         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out_num, &in_num);
806         if (out_num)
807                 errx(1, "Output buffers in console in queue?");
808
809         /* Read into it.  This is where we usually wait. */
810         len = readv(STDIN_FILENO, iov, in_num);
811         if (len <= 0) {
812                 /* Ran out of input? */
813                 warnx("Failed to get console input, ignoring console.");
814                 /*
815                  * For simplicity, dying threads kill the whole Launcher.  So
816                  * just nap here.
817                  */
818                 for (;;)
819                         pause();
820         }
821
822         /* Tell the Guest we used a buffer. */
823         add_used_and_trigger(vq, head, len);
824
825         /*
826          * Three ^C within one second?  Exit.
827          *
828          * This is such a hack, but works surprisingly well.  Each ^C has to
829          * be in a buffer by itself, so they can't be too fast.  But we check
830          * that we get three within about a second, so they can't be too
831          * slow.
832          */
833         if (len != 1 || ((char *)iov[0].iov_base)[0] != 3) {
834                 abort->count = 0;
835                 return;
836         }
837
838         abort->count++;
839         if (abort->count == 1)
840                 gettimeofday(&abort->start, NULL);
841         else if (abort->count == 3) {
842                 struct timeval now;
843                 gettimeofday(&now, NULL);
844                 /* Kill all Launcher processes with SIGINT, like normal ^C */
845                 if (now.tv_sec <= abort->start.tv_sec+1)
846                         kill(0, SIGINT);
847                 abort->count = 0;
848         }
849 }
850
851 /* This is the routine which handles console output (ie. stdout). */
852 static void console_output(struct virtqueue *vq)
853 {
854         unsigned int head, out, in;
855         struct iovec iov[vq->vring.num];
856
857         /* We usually wait in here, for the Guest to give us something. */
858         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out, &in);
859         if (in)
860                 errx(1, "Input buffers in console output queue?");
861
862         /* writev can return a partial write, so we loop here. */
863         while (!iov_empty(iov, out)) {
864                 int len = writev(STDOUT_FILENO, iov, out);
865                 if (len <= 0) {
866                         warn("Write to stdout gave %i (%d)", len, errno);
867                         break;
868                 }
869                 iov_consume(iov, out, NULL, len);
870         }
871
872         /*
873          * We're finished with that buffer: if we're going to sleep,
874          * wait_for_vq_desc() will prod the Guest with an interrupt.
875          */
876         add_used(vq, head, 0);
877 }
878
879 /*
880  * The Network
881  *
882  * Handling output for network is also simple: we get all the output buffers
883  * and write them to /dev/net/tun.
884  */
885 struct net_info {
886         int tunfd;
887 };
888
889 static void net_output(struct virtqueue *vq)
890 {
891         struct net_info *net_info = vq->dev->priv;
892         unsigned int head, out, in;
893         struct iovec iov[vq->vring.num];
894
895         /* We usually wait in here for the Guest to give us a packet. */
896         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out, &in);
897         if (in)
898                 errx(1, "Input buffers in net output queue?");
899         /*
900          * Send the whole thing through to /dev/net/tun.  It expects the exact
901          * same format: what a coincidence!
902          */
903         if (writev(net_info->tunfd, iov, out) < 0)
904                 warnx("Write to tun failed (%d)?", errno);
905
906         /*
907          * Done with that one; wait_for_vq_desc() will send the interrupt if
908          * all packets are processed.
909          */
910         add_used(vq, head, 0);
911 }
912
913 /*
914  * Handling network input is a bit trickier, because I've tried to optimize it.
915  *
916  * First we have a helper routine which tells is if from this file descriptor
917  * (ie. the /dev/net/tun device) will block:
918  */
919 static bool will_block(int fd)
920 {
921         fd_set fdset;
922         struct timeval zero = { 0, 0 };
923         FD_ZERO(&fdset);
924         FD_SET(fd, &fdset);
925         return select(fd+1, &fdset, NULL, NULL, &zero) != 1;
926 }
927
928 /*
929  * This handles packets coming in from the tun device to our Guest.  Like all
930  * service routines, it gets called again as soon as it returns, so you don't
931  * see a while(1) loop here.
932  */
933 static void net_input(struct virtqueue *vq)
934 {
935         int len;
936         unsigned int head, out, in;
937         struct iovec iov[vq->vring.num];
938         struct net_info *net_info = vq->dev->priv;
939
940         /*
941          * Get a descriptor to write an incoming packet into.  This will also
942          * send an interrupt if they're out of descriptors.
943          */
944         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out, &in);
945         if (out)
946                 errx(1, "Output buffers in net input queue?");
947
948         /*
949          * If it looks like we'll block reading from the tun device, send them
950          * an interrupt.
951          */
952         if (vq->pending_used && will_block(net_info->tunfd))
953                 trigger_irq(vq);
954
955         /*
956          * Read in the packet.  This is where we normally wait (when there's no
957          * incoming network traffic).
958          */
959         len = readv(net_info->tunfd, iov, in);
960         if (len <= 0)
961                 warn("Failed to read from tun (%d).", errno);
962
963         /*
964          * Mark that packet buffer as used, but don't interrupt here.  We want
965          * to wait until we've done as much work as we can.
966          */
967         add_used(vq, head, len);
968 }
969 /*:*/
970
971 /* This is the helper to create threads: run the service routine in a loop. */
972 static int do_thread(void *_vq)
973 {
974         struct virtqueue *vq = _vq;
975
976         for (;;)
977                 vq->service(vq);
978         return 0;
979 }
980
981 /*
982  * When a child dies, we kill our entire process group with SIGTERM.  This
983  * also has the side effect that the shell restores the console for us!
984  */
985 static void kill_launcher(int signal)
986 {
987         kill(0, SIGTERM);
988 }
989
990 static void reset_device(struct device *dev)
991 {
992         struct virtqueue *vq;
993
994         verbose("Resetting device %s\n", dev->name);
995
996         /* Clear any features they've acked. */
997         memset(get_feature_bits(dev) + dev->feature_len, 0, dev->feature_len);
998
999         /* We're going to be explicitly killing threads, so ignore them. */
1000         signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
1001
1002         /* Zero out the virtqueues, get rid of their threads */
1003         for (vq = dev->vq; vq; vq = vq->next) {
1004                 if (vq->thread != (pid_t)-1) {
1005                         kill(vq->thread, SIGTERM);
1006                         waitpid(vq->thread, NULL, 0);
1007                         vq->thread = (pid_t)-1;
1008                 }
1009                 memset(vq->vring.desc, 0,
1010                        vring_size(vq->config.num, LGUEST_VRING_ALIGN));
1011                 lg_last_avail(vq) = 0;
1012         }
1013         dev->running = false;
1014
1015         /* Now we care if threads die. */
1016         signal(SIGCHLD, (void *)kill_launcher);
1017 }
1018
1019 /*L:216
1020  * This actually creates the thread which services the virtqueue for a device.
1021  */
1022 static void create_thread(struct virtqueue *vq)
1023 {
1024         /*
1025          * Create stack for thread.  Since the stack grows upwards, we point
1026          * the stack pointer to the end of this region.
1027          */
1028         char *stack = malloc(32768);
1029         unsigned long args[] = { LHREQ_EVENTFD,
1030                                  vq->config.pfn*getpagesize(), 0 };
1031
1032         /* Create a zero-initialized eventfd. */
1033         vq->eventfd = eventfd(0, 0);
1034         if (vq->eventfd < 0)
1035                 err(1, "Creating eventfd");
1036         args[2] = vq->eventfd;
1037
1038         /*
1039          * Attach an eventfd to this virtqueue: it will go off when the Guest
1040          * does an LHCALL_NOTIFY for this vq.
1041          */
1042         if (write(lguest_fd, &args, sizeof(args)) != 0)
1043                 err(1, "Attaching eventfd");
1044
1045         /*
1046          * CLONE_VM: because it has to access the Guest memory, and SIGCHLD so
1047          * we get a signal if it dies.
1048          */
1049         vq->thread = clone(do_thread, stack + 32768, CLONE_VM | SIGCHLD, vq);
1050         if (vq->thread == (pid_t)-1)
1051                 err(1, "Creating clone");
1052
1053         /* We close our local copy now the child has it. */
1054         close(vq->eventfd);
1055 }
1056
1057 static void start_device(struct device *dev)
1058 {
1059         unsigned int i;
1060         struct virtqueue *vq;
1061
1062         verbose("Device %s OK: offered", dev->name);
1063         for (i = 0; i < dev->feature_len; i++)
1064                 verbose(" %02x", get_feature_bits(dev)[i]);
1065         verbose(", accepted");
1066         for (i = 0; i < dev->feature_len; i++)
1067                 verbose(" %02x", get_feature_bits(dev)
1068                         [dev->feature_len+i]);
1069
1070         for (vq = dev->vq; vq; vq = vq->next) {
1071                 if (vq->service)
1072                         create_thread(vq);
1073         }
1074         dev->running = true;
1075 }
1076
1077 static void cleanup_devices(void)
1078 {
1079         struct device *dev;
1080
1081         for (dev = devices.dev; dev; dev = dev->next)
1082                 reset_device(dev);
1083
1084         /* If we saved off the original terminal settings, restore them now. */
1085         if (orig_term.c_lflag & (ISIG|ICANON|ECHO))
1086                 tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &orig_term);
1087 }
1088
1089 /* When the Guest tells us they updated the status field, we handle it. */
1090 static void update_device_status(struct device *dev)
1091 {
1092         /* A zero status is a reset, otherwise it's a set of flags. */
1093         if (dev->desc->status == 0)
1094                 reset_device(dev);
1095         else if (dev->desc->status & VIRTIO_CONFIG_S_FAILED) {
1096                 warnx("Device %s configuration FAILED", dev->name);
1097                 if (dev->running)
1098                         reset_device(dev);
1099         } else {
1100                 if (dev->running)
1101                         err(1, "Device %s features finalized twice", dev->name);
1102                 start_device(dev);
1103         }
1104 }
1105
1106 /*L:215
1107  * This is the generic routine we call when the Guest uses LHCALL_NOTIFY.  In
1108  * particular, it's used to notify us of device status changes during boot.
1109  */
1110 static void handle_output(unsigned long addr)
1111 {
1112         struct device *i;
1113
1114         /* Check each device. */
1115         for (i = devices.dev; i; i = i->next) {
1116                 struct virtqueue *vq;
1117
1118                 /*
1119                  * Notifications to device descriptors mean they updated the
1120                  * device status.
1121                  */
1122                 if (from_guest_phys(addr) == i->desc) {
1123                         update_device_status(i);
1124                         return;
1125                 }
1126
1127                 /* Devices should not be used before features are finalized. */
1128                 for (vq = i->vq; vq; vq = vq->next) {
1129                         if (addr != vq->config.pfn*getpagesize())
1130                                 continue;
1131                         errx(1, "Notification on %s before setup!", i->name);
1132                 }
1133         }
1134
1135         /*
1136          * Early console write is done using notify on a nul-terminated string
1137          * in Guest memory.  It's also great for hacking debugging messages
1138          * into a Guest.
1139          */
1140         if (addr >= guest_limit)
1141                 errx(1, "Bad NOTIFY %#lx", addr);
1142
1143         write(STDOUT_FILENO, from_guest_phys(addr),
1144               strnlen(from_guest_phys(addr), guest_limit - addr));
1145 }
1146
1147 /*L:216
1148  * This is where we emulate a handful of Guest instructions.  It's ugly
1149  * and we used to do it in the kernel but it grew over time.
1150  */
1151
1152 /*
1153  * We use the ptrace syscall's pt_regs struct to talk about registers
1154  * to lguest: these macros convert the names to the offsets.
1155  */
1156 #define getreg(name) getreg_off(offsetof(struct user_regs_struct, name))
1157 #define setreg(name, val) \
1158         setreg_off(offsetof(struct user_regs_struct, name), (val))
1159
1160 static u32 getreg_off(size_t offset)
1161 {
1162         u32 r;
1163         unsigned long args[] = { LHREQ_GETREG, offset };
1164
1165         if (pwrite(lguest_fd, args, sizeof(args), cpu_id) < 0)
1166                 err(1, "Getting register %u", offset);
1167         if (pread(lguest_fd, &r, sizeof(r), cpu_id) != sizeof(r))
1168                 err(1, "Reading register %u", offset);
1169
1170         return r;
1171 }
1172
1173 static void setreg_off(size_t offset, u32 val)
1174 {
1175         unsigned long args[] = { LHREQ_SETREG, offset, val };
1176
1177         if (pwrite(lguest_fd, args, sizeof(args), cpu_id) < 0)
1178                 err(1, "Setting register %u", offset);
1179 }
1180
1181 static void emulate_insn(const u8 insn[])
1182 {
1183         unsigned long args[] = { LHREQ_TRAP, 13 };
1184         unsigned int insnlen = 0, in = 0, small_operand = 0, byte_access;
1185         unsigned int eax, port, mask;
1186         /*
1187          * We always return all-ones on IO port reads, which traditionally
1188          * means "there's nothing there".
1189          */
1190         u32 val = 0xFFFFFFFF;
1191
1192         /*
1193          * This must be the Guest kernel trying to do something, not userspace!
1194          * The bottom two bits of the CS segment register are the privilege
1195          * level.
1196          */
1197         if ((getreg(xcs) & 3) != 0x1)
1198                 goto no_emulate;
1199
1200         /* Decoding x86 instructions is icky. */
1201
1202         /*
1203          * Around 2.6.33, the kernel started using an emulation for the
1204          * cmpxchg8b instruction in early boot on many configurations.  This
1205          * code isn't paravirtualized, and it tries to disable interrupts.
1206          * Ignore it, which will Mostly Work.
1207          */
1208         if (insn[insnlen] == 0xfa) {
1209                 /* "cli", or Clear Interrupt Enable instruction.  Skip it. */
1210                 insnlen = 1;
1211                 goto skip_insn;
1212         }
1213
1214         /*
1215          * 0x66 is an "operand prefix".  It means a 16, not 32 bit in/out.
1216          */
1217         if (insn[insnlen] == 0x66) {
1218                 small_operand = 1;
1219                 /* The instruction is 1 byte so far, read the next byte. */
1220                 insnlen = 1;
1221         }
1222
1223         /* If the lower bit isn't set, it's a single byte access */
1224         byte_access = !(insn[insnlen] & 1);
1225
1226         /*
1227          * Now we can ignore the lower bit and decode the 4 opcodes
1228          * we need to emulate.
1229          */
1230         switch (insn[insnlen] & 0xFE) {
1231         case 0xE4: /* in     <next byte>,%al */
1232                 port = insn[insnlen+1];
1233                 insnlen += 2;
1234                 in = 1;
1235                 break;
1236         case 0xEC: /* in     (%dx),%al */
1237                 port = getreg(edx) & 0xFFFF;
1238                 insnlen += 1;
1239                 in = 1;
1240                 break;
1241         case 0xE6: /* out    %al,<next byte> */
1242                 port = insn[insnlen+1];
1243                 insnlen += 2;
1244                 break;
1245         case 0xEE: /* out    %al,(%dx) */
1246                 port = getreg(edx) & 0xFFFF;
1247                 insnlen += 1;
1248                 break;
1249         default:
1250                 /* OK, we don't know what this is, can't emulate. */
1251                 goto no_emulate;
1252         }
1253
1254         /* Set a mask of the 1, 2 or 4 bytes, depending on size of IO */
1255         if (byte_access)
1256                 mask = 0xFF;
1257         else if (small_operand)
1258                 mask = 0xFFFF;
1259         else
1260                 mask = 0xFFFFFFFF;
1261
1262         /*
1263          * If it was an "IN" instruction, they expect the result to be read
1264          * into %eax, so we change %eax.
1265          */
1266         eax = getreg(eax);
1267
1268         if (in) {
1269                 /* Clear the bits we're about to read */
1270                 eax &= ~mask;
1271                 /* Copy bits in from val. */
1272                 eax |= val & mask;
1273                 /* Now update the register. */
1274                 setreg(eax, eax);
1275         }
1276
1277         verbose("IO %s of %x to %u: %#08x\n",
1278                 in ? "IN" : "OUT", mask, port, eax);
1279 skip_insn:
1280         /* Finally, we've "done" the instruction, so move past it. */
1281         setreg(eip, getreg(eip) + insnlen);
1282         return;
1283
1284 no_emulate:
1285         /* Inject trap into Guest. */
1286         if (write(lguest_fd, args, sizeof(args)) < 0)
1287                 err(1, "Reinjecting trap 13 for fault at %#x", getreg(eip));
1288 }
1289
1290
1291 /*L:190
1292  * Device Setup
1293  *
1294  * All devices need a descriptor so the Guest knows it exists, and a "struct
1295  * device" so the Launcher can keep track of it.  We have common helper
1296  * routines to allocate and manage them.
1297  */
1298
1299 /*
1300  * The layout of the device page is a "struct lguest_device_desc" followed by a
1301  * number of virtqueue descriptors, then two sets of feature bits, then an
1302  * array of configuration bytes.  This routine returns the configuration
1303  * pointer.
1304  */
1305 static u8 *device_config(const struct device *dev)
1306 {
1307         return (void *)(dev->desc + 1)
1308                 + dev->num_vq * sizeof(struct lguest_vqconfig)
1309                 + dev->feature_len * 2;
1310 }
1311
1312 /*
1313  * This routine allocates a new "struct lguest_device_desc" from descriptor
1314  * table page just above the Guest's normal memory.  It returns a pointer to
1315  * that descriptor.
1316  */
1317 static struct lguest_device_desc *new_dev_desc(u16 type)
1318 {
1319         struct lguest_device_desc d = { .type = type };
1320         void *p;
1321
1322         /* Figure out where the next device config is, based on the last one. */
1323         if (devices.lastdev)
1324                 p = device_config(devices.lastdev)
1325                         + devices.lastdev->desc->config_len;
1326         else
1327                 p = devices.descpage;
1328
1329         /* We only have one page for all the descriptors. */
1330         if (p + sizeof(d) > (void *)devices.descpage + getpagesize())
1331                 errx(1, "Too many devices");
1332
1333         /* p might not be aligned, so we memcpy in. */
1334         return memcpy(p, &d, sizeof(d));
1335 }
1336
1337 /*
1338  * Each device descriptor is followed by the description of its virtqueues.  We
1339  * specify how many descriptors the virtqueue is to have.
1340  */
1341 static void add_virtqueue(struct device *dev, unsigned int num_descs,
1342                           void (*service)(struct virtqueue *))
1343 {
1344         unsigned int pages;
1345         struct virtqueue **i, *vq = malloc(sizeof(*vq));
1346         void *p;
1347
1348         /* First we need some memory for this virtqueue. */
1349         pages = (vring_size(num_descs, LGUEST_VRING_ALIGN) + getpagesize() - 1)
1350                 / getpagesize();
1351         p = get_pages(pages);
1352
1353         /* Initialize the virtqueue */
1354         vq->next = NULL;
1355         vq->last_avail_idx = 0;
1356         vq->dev = dev;
1357
1358         /*
1359          * This is the routine the service thread will run, and its Process ID
1360          * once it's running.
1361          */
1362         vq->service = service;
1363         vq->thread = (pid_t)-1;
1364
1365         /* Initialize the configuration. */
1366         vq->config.num = num_descs;
1367         vq->config.irq = devices.next_irq++;
1368         vq->config.pfn = to_guest_phys(p) / getpagesize();
1369
1370         /* Initialize the vring. */
1371         vring_init(&vq->vring, num_descs, p, LGUEST_VRING_ALIGN);
1372
1373         /*
1374          * Append virtqueue to this device's descriptor.  We use
1375          * device_config() to get the end of the device's current virtqueues;
1376          * we check that we haven't added any config or feature information
1377          * yet, otherwise we'd be overwriting them.
1378          */
1379         assert(dev->desc->config_len == 0 && dev->desc->feature_len == 0);
1380         memcpy(device_config(dev), &vq->config, sizeof(vq->config));
1381         dev->num_vq++;
1382         dev->desc->num_vq++;
1383
1384         verbose("Virtqueue page %#lx\n", to_guest_phys(p));
1385
1386         /*
1387          * Add to tail of list, so dev->vq is first vq, dev->vq->next is
1388          * second.
1389          */
1390         for (i = &dev->vq; *i; i = &(*i)->next);
1391         *i = vq;
1392 }
1393
1394 /*
1395  * The first half of the feature bitmask is for us to advertise features.  The
1396  * second half is for the Guest to accept features.
1397  */
1398 static void add_feature(struct device *dev, unsigned bit)
1399 {
1400         u8 *features = get_feature_bits(dev);
1401
1402         /* We can't extend the feature bits once we've added config bytes */
1403         if (dev->desc->feature_len <= bit / CHAR_BIT) {
1404                 assert(dev->desc->config_len == 0);
1405                 dev->feature_len = dev->desc->feature_len = (bit/CHAR_BIT) + 1;
1406         }
1407
1408         features[bit / CHAR_BIT] |= (1 << (bit % CHAR_BIT));
1409 }
1410
1411 /*
1412  * This routine sets the configuration fields for an existing device's
1413  * descriptor.  It only works for the last device, but that's OK because that's
1414  * how we use it.
1415  */
1416 static void set_config(struct device *dev, unsigned len, const void *conf)
1417 {
1418         /* Check we haven't overflowed our single page. */
1419         if (device_config(dev) + len > devices.descpage + getpagesize())
1420                 errx(1, "Too many devices");
1421
1422         /* Copy in the config information, and store the length. */
1423         memcpy(device_config(dev), conf, len);
1424         dev->desc->config_len = len;
1425
1426         /* Size must fit in config_len field (8 bits)! */
1427         assert(dev->desc->config_len == len);
1428 }
1429
1430 /*
1431  * This routine does all the creation and setup of a new device, including
1432  * calling new_dev_desc() to allocate the descriptor and device memory.  We
1433  * don't actually start the service threads until later.
1434  *
1435  * See what I mean about userspace being boring?
1436  */
1437 static struct device *new_device(const char *name, u16 type)
1438 {
1439         struct device *dev = malloc(sizeof(*dev));
1440
1441         /* Now we populate the fields one at a time. */
1442         dev->desc = new_dev_desc(type);
1443         dev->name = name;
1444         dev->vq = NULL;
1445         dev->feature_len = 0;
1446         dev->num_vq = 0;
1447         dev->running = false;
1448         dev->next = NULL;
1449
1450         /*
1451          * Append to device list.  Prepending to a single-linked list is
1452          * easier, but the user expects the devices to be arranged on the bus
1453          * in command-line order.  The first network device on the command line
1454          * is eth0, the first block device /dev/vda, etc.
1455          */
1456         if (devices.lastdev)
1457                 devices.lastdev->next = dev;
1458         else
1459                 devices.dev = dev;
1460         devices.lastdev = dev;
1461
1462         return dev;
1463 }
1464
1465 /*
1466  * Our first setup routine is the console.  It's a fairly simple device, but
1467  * UNIX tty handling makes it uglier than it could be.
1468  */
1469 static void setup_console(void)
1470 {
1471         struct device *dev;
1472
1473         /* If we can save the initial standard input settings... */
1474         if (tcgetattr(STDIN_FILENO, &orig_term) == 0) {
1475                 struct termios term = orig_term;
1476                 /*
1477                  * Then we turn off echo, line buffering and ^C etc: We want a
1478                  * raw input stream to the Guest.
1479                  */
1480                 term.c_lflag &= ~(ISIG|ICANON|ECHO);
1481                 tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &term);
1482         }
1483
1484         dev = new_device("console", VIRTIO_ID_CONSOLE);
1485
1486         /* We store the console state in dev->priv, and initialize it. */
1487         dev->priv = malloc(sizeof(struct console_abort));
1488         ((struct console_abort *)dev->priv)->count = 0;
1489
1490         /*
1491          * The console needs two virtqueues: the input then the output.  When
1492          * they put something the input queue, we make sure we're listening to
1493          * stdin.  When they put something in the output queue, we write it to
1494          * stdout.
1495          */
1496         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, console_input);
1497         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, console_output);
1498
1499         verbose("device %u: console\n", ++devices.device_num);
1500 }
1501 /*:*/
1502
1503 /*M:010
1504  * Inter-guest networking is an interesting area.  Simplest is to have a
1505  * --sharenet=<name> option which opens or creates a named pipe.  This can be
1506  * used to send packets to another guest in a 1:1 manner.
1507  *
1508  * More sophisticated is to use one of the tools developed for project like UML
1509  * to do networking.
1510  *
1511  * Faster is to do virtio bonding in kernel.  Doing this 1:1 would be
1512  * completely generic ("here's my vring, attach to your vring") and would work
1513  * for any traffic.  Of course, namespace and permissions issues need to be
1514  * dealt with.  A more sophisticated "multi-channel" virtio_net.c could hide
1515  * multiple inter-guest channels behind one interface, although it would
1516  * require some manner of hotplugging new virtio channels.
1517  *
1518  * Finally, we could use a virtio network switch in the kernel, ie. vhost.
1519 :*/
1520
1521 static u32 str2ip(const char *ipaddr)
1522 {
1523         unsigned int b[4];
1524
1525         if (sscanf(ipaddr, "%u.%u.%u.%u", &b[0], &b[1], &b[2], &b[3]) != 4)
1526                 errx(1, "Failed to parse IP address '%s'", ipaddr);
1527         return (b[0] << 24) | (b[1] << 16) | (b[2] << 8) | b[3];
1528 }
1529
1530 static void str2mac(const char *macaddr, unsigned char mac[6])
1531 {
1532         unsigned int m[6];
1533         if (sscanf(macaddr, "%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x",
1534                    &m[0], &m[1], &m[2], &m[3], &m[4], &m[5]) != 6)
1535                 errx(1, "Failed to parse mac address '%s'", macaddr);
1536         mac[0] = m[0];
1537         mac[1] = m[1];
1538         mac[2] = m[2];
1539         mac[3] = m[3];
1540         mac[4] = m[4];
1541         mac[5] = m[5];
1542 }
1543
1544 /*
1545  * This code is "adapted" from libbridge: it attaches the Host end of the
1546  * network device to the bridge device specified by the command line.
1547  *
1548  * This is yet another James Morris contribution (I'm an IP-level guy, so I
1549  * dislike bridging), and I just try not to break it.
1550  */
1551 static void add_to_bridge(int fd, const char *if_name, const char *br_name)
1552 {
1553         int ifidx;
1554         struct ifreq ifr;
1555
1556         if (!*br_name)
1557                 errx(1, "must specify bridge name");
1558
1559         ifidx = if_nametoindex(if_name);
1560         if (!ifidx)
1561                 errx(1, "interface %s does not exist!", if_name);
1562
1563         strncpy(ifr.ifr_name, br_name, IFNAMSIZ);
1564         ifr.ifr_name[IFNAMSIZ-1] = '\0';
1565         ifr.ifr_ifindex = ifidx;
1566         if (ioctl(fd, SIOCBRADDIF, &ifr) < 0)
1567                 err(1, "can't add %s to bridge %s", if_name, br_name);
1568 }
1569
1570 /*
1571  * This sets up the Host end of the network device with an IP address, brings
1572  * it up so packets will flow, the copies the MAC address into the hwaddr
1573  * pointer.
1574  */
1575 static void configure_device(int fd, const char *tapif, u32 ipaddr)
1576 {
1577         struct ifreq ifr;
1578         struct sockaddr_in sin;
1579
1580         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
1581         strcpy(ifr.ifr_name, tapif);
1582
1583         /* Don't read these incantations.  Just cut & paste them like I did! */
1584         sin.sin_family = AF_INET;
1585         sin.sin_addr.s_addr = htonl(ipaddr);
1586         memcpy(&ifr.ifr_addr, &sin, sizeof(sin));
1587         if (ioctl(fd, SIOCSIFADDR, &ifr) != 0)
1588                 err(1, "Setting %s interface address", tapif);
1589         ifr.ifr_flags = IFF_UP;
1590         if (ioctl(fd, SIOCSIFFLAGS, &ifr) != 0)
1591                 err(1, "Bringing interface %s up", tapif);
1592 }
1593
1594 static int get_tun_device(char tapif[IFNAMSIZ])
1595 {
1596         struct ifreq ifr;
1597         int netfd;
1598
1599         /* Start with this zeroed.  Messy but sure. */
1600         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
1601
1602         /*
1603          * We open the /dev/net/tun device and tell it we want a tap device.  A
1604          * tap device is like a tun device, only somehow different.  To tell
1605          * the truth, I completely blundered my way through this code, but it
1606          * works now!
1607          */
1608         netfd = open_or_die("/dev/net/tun", O_RDWR);
1609         ifr.ifr_flags = IFF_TAP | IFF_NO_PI | IFF_VNET_HDR;
1610         strcpy(ifr.ifr_name, "tap%d");
1611         if (ioctl(netfd, TUNSETIFF, &ifr) != 0)
1612                 err(1, "configuring /dev/net/tun");
1613
1614         if (ioctl(netfd, TUNSETOFFLOAD,
1615                   TUN_F_CSUM|TUN_F_TSO4|TUN_F_TSO6|TUN_F_TSO_ECN) != 0)
1616                 err(1, "Could not set features for tun device");
1617
1618         /*
1619          * We don't need checksums calculated for packets coming in this
1620          * device: trust us!
1621          */
1622         ioctl(netfd, TUNSETNOCSUM, 1);
1623
1624         memcpy(tapif, ifr.ifr_name, IFNAMSIZ);
1625         return netfd;
1626 }
1627
1628 /*L:195
1629  * Our network is a Host<->Guest network.  This can either use bridging or
1630  * routing, but the principle is the same: it uses the "tun" device to inject
1631  * packets into the Host as if they came in from a normal network card.  We
1632  * just shunt packets between the Guest and the tun device.
1633  */
1634 static void setup_tun_net(char *arg)
1635 {
1636         struct device *dev;
1637         struct net_info *net_info = malloc(sizeof(*net_info));
1638         int ipfd;
1639         u32 ip = INADDR_ANY;
1640         bool bridging = false;
1641         char tapif[IFNAMSIZ], *p;
1642         struct virtio_net_config conf;
1643
1644         net_info->tunfd = get_tun_device(tapif);
1645
1646         /* First we create a new network device. */
1647         dev = new_device("net", VIRTIO_ID_NET);
1648         dev->priv = net_info;
1649
1650         /* Network devices need a recv and a send queue, just like console. */
1651         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, net_input);
1652         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, net_output);
1653
1654         /*
1655          * We need a socket to perform the magic network ioctls to bring up the
1656          * tap interface, connect to the bridge etc.  Any socket will do!
1657          */
1658         ipfd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_IP);
1659         if (ipfd < 0)
1660                 err(1, "opening IP socket");
1661
1662         /* If the command line was --tunnet=bridge:<name> do bridging. */
1663         if (!strncmp(BRIDGE_PFX, arg, strlen(BRIDGE_PFX))) {
1664                 arg += strlen(BRIDGE_PFX);
1665                 bridging = true;
1666         }
1667
1668         /* A mac address may follow the bridge name or IP address */
1669         p = strchr(arg, ':');
1670         if (p) {
1671                 str2mac(p+1, conf.mac);
1672                 add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_MAC);
1673                 *p = '\0';
1674         }
1675
1676         /* arg is now either an IP address or a bridge name */
1677         if (bridging)
1678                 add_to_bridge(ipfd, tapif, arg);
1679         else
1680                 ip = str2ip(arg);
1681
1682         /* Set up the tun device. */
1683         configure_device(ipfd, tapif, ip);
1684
1685         /* Expect Guest to handle everything except UFO */
1686         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_CSUM);
1687         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_CSUM);
1688         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO4);
1689         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO6);
1690         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_ECN);
1691         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_HOST_TSO4);
1692         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_HOST_TSO6);
1693         add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_HOST_ECN);
1694         /* We handle indirect ring entries */
1695         add_feature(dev, VIRTIO_RING_F_INDIRECT_DESC);
1696         /* We're compliant with the damn spec. */
1697         add_feature(dev, VIRTIO_F_ANY_LAYOUT);
1698         set_config(dev, sizeof(conf), &conf);
1699
1700         /* We don't need the socket any more; setup is done. */
1701         close(ipfd);
1702
1703         devices.device_num++;
1704
1705         if (bridging)
1706                 verbose("device %u: tun %s attached to bridge: %s\n",
1707                         devices.device_num, tapif, arg);
1708         else
1709                 verbose("device %u: tun %s: %s\n",
1710                         devices.device_num, tapif, arg);
1711 }
1712 /*:*/
1713
1714 /* This hangs off device->priv. */
1715 struct vblk_info {
1716         /* The size of the file. */
1717         off64_t len;
1718
1719         /* The file descriptor for the file. */
1720         int fd;
1721
1722 };
1723
1724 /*L:210
1725  * The Disk
1726  *
1727  * The disk only has one virtqueue, so it only has one thread.  It is really
1728  * simple: the Guest asks for a block number and we read or write that position
1729  * in the file.
1730  *
1731  * Before we serviced each virtqueue in a separate thread, that was unacceptably
1732  * slow: the Guest waits until the read is finished before running anything
1733  * else, even if it could have been doing useful work.
1734  *
1735  * We could have used async I/O, except it's reputed to suck so hard that
1736  * characters actually go missing from your code when you try to use it.
1737  */
1738 static void blk_request(struct virtqueue *vq)
1739 {
1740         struct vblk_info *vblk = vq->dev->priv;
1741         unsigned int head, out_num, in_num, wlen;
1742         int ret, i;
1743         u8 *in;
1744         struct virtio_blk_outhdr out;
1745         struct iovec iov[vq->vring.num];
1746         off64_t off;
1747
1748         /*
1749          * Get the next request, where we normally wait.  It triggers the
1750          * interrupt to acknowledge previously serviced requests (if any).
1751          */
1752         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out_num, &in_num);
1753
1754         /* Copy the output header from the front of the iov (adjusts iov) */
1755         iov_consume(iov, out_num, &out, sizeof(out));
1756
1757         /* Find and trim end of iov input array, for our status byte. */
1758         in = NULL;
1759         for (i = out_num + in_num - 1; i >= out_num; i--) {
1760                 if (iov[i].iov_len > 0) {
1761                         in = iov[i].iov_base + iov[i].iov_len - 1;
1762                         iov[i].iov_len--;
1763                         break;
1764                 }
1765         }
1766         if (!in)
1767                 errx(1, "Bad virtblk cmd with no room for status");
1768
1769         /*
1770          * For historical reasons, block operations are expressed in 512 byte
1771          * "sectors".
1772          */
1773         off = out.sector * 512;
1774
1775         /*
1776          * In general the virtio block driver is allowed to try SCSI commands.
1777          * It'd be nice if we supported eject, for example, but we don't.
1778          */
1779         if (out.type & VIRTIO_BLK_T_SCSI_CMD) {
1780                 fprintf(stderr, "Scsi commands unsupported\n");
1781                 *in = VIRTIO_BLK_S_UNSUPP;
1782                 wlen = sizeof(*in);
1783         } else if (out.type & VIRTIO_BLK_T_OUT) {
1784                 /*
1785                  * Write
1786                  *
1787                  * Move to the right location in the block file.  This can fail
1788                  * if they try to write past end.
1789                  */
1790                 if (lseek64(vblk->fd, off, SEEK_SET) != off)
1791                         err(1, "Bad seek to sector %llu", out.sector);
1792
1793                 ret = writev(vblk->fd, iov, out_num);
1794                 verbose("WRITE to sector %llu: %i\n", out.sector, ret);
1795
1796                 /*
1797                  * Grr... Now we know how long the descriptor they sent was, we
1798                  * make sure they didn't try to write over the end of the block
1799                  * file (possibly extending it).
1800                  */
1801                 if (ret > 0 && off + ret > vblk->len) {
1802                         /* Trim it back to the correct length */
1803                         ftruncate64(vblk->fd, vblk->len);
1804                         /* Die, bad Guest, die. */
1805                         errx(1, "Write past end %llu+%u", off, ret);
1806                 }
1807
1808                 wlen = sizeof(*in);
1809                 *in = (ret >= 0 ? VIRTIO_BLK_S_OK : VIRTIO_BLK_S_IOERR);
1810         } else if (out.type & VIRTIO_BLK_T_FLUSH) {
1811                 /* Flush */
1812                 ret = fdatasync(vblk->fd);
1813                 verbose("FLUSH fdatasync: %i\n", ret);
1814                 wlen = sizeof(*in);
1815                 *in = (ret >= 0 ? VIRTIO_BLK_S_OK : VIRTIO_BLK_S_IOERR);
1816         } else {
1817                 /*
1818                  * Read
1819                  *
1820                  * Move to the right location in the block file.  This can fail
1821                  * if they try to read past end.
1822                  */
1823                 if (lseek64(vblk->fd, off, SEEK_SET) != off)
1824                         err(1, "Bad seek to sector %llu", out.sector);
1825
1826                 ret = readv(vblk->fd, iov + out_num, in_num);
1827                 if (ret >= 0) {
1828                         wlen = sizeof(*in) + ret;
1829                         *in = VIRTIO_BLK_S_OK;
1830                 } else {
1831                         wlen = sizeof(*in);
1832                         *in = VIRTIO_BLK_S_IOERR;
1833                 }
1834         }
1835
1836         /* Finished that request. */
1837         add_used(vq, head, wlen);
1838 }
1839
1840 /*L:198 This actually sets up a virtual block device. */
1841 static void setup_block_file(const char *filename)
1842 {
1843         struct device *dev;
1844         struct vblk_info *vblk;
1845         struct virtio_blk_config conf;
1846
1847         /* Creat the device. */
1848         dev = new_device("block", VIRTIO_ID_BLOCK);
1849
1850         /* The device has one virtqueue, where the Guest places requests. */
1851         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, blk_request);
1852
1853         /* Allocate the room for our own bookkeeping */
1854         vblk = dev->priv = malloc(sizeof(*vblk));
1855
1856         /* First we open the file and store the length. */
1857         vblk->fd = open_or_die(filename, O_RDWR|O_LARGEFILE);
1858         vblk->len = lseek64(vblk->fd, 0, SEEK_END);
1859
1860         /* We support FLUSH. */
1861         add_feature(dev, VIRTIO_BLK_F_FLUSH);
1862
1863         /* Tell Guest how many sectors this device has. */
1864         conf.capacity = cpu_to_le64(vblk->len / 512);
1865
1866         /*
1867          * Tell Guest not to put in too many descriptors at once: two are used
1868          * for the in and out elements.
1869          */
1870         add_feature(dev, VIRTIO_BLK_F_SEG_MAX);
1871         conf.seg_max = cpu_to_le32(VIRTQUEUE_NUM - 2);
1872
1873         /* Don't try to put whole struct: we have 8 bit limit. */
1874         set_config(dev, offsetof(struct virtio_blk_config, geometry), &conf);
1875
1876         verbose("device %u: virtblock %llu sectors\n",
1877                 ++devices.device_num, le64_to_cpu(conf.capacity));
1878 }
1879
1880 /*L:211
1881  * Our random number generator device reads from /dev/urandom into the Guest's
1882  * input buffers.  The usual case is that the Guest doesn't want random numbers
1883  * and so has no buffers although /dev/urandom is still readable, whereas
1884  * console is the reverse.
1885  *
1886  * The same logic applies, however.
1887  */
1888 struct rng_info {
1889         int rfd;
1890 };
1891
1892 static void rng_input(struct virtqueue *vq)
1893 {
1894         int len;
1895         unsigned int head, in_num, out_num, totlen = 0;
1896         struct rng_info *rng_info = vq->dev->priv;
1897         struct iovec iov[vq->vring.num];
1898
1899         /* First we need a buffer from the Guests's virtqueue. */
1900         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out_num, &in_num);
1901         if (out_num)
1902                 errx(1, "Output buffers in rng?");
1903
1904         /*
1905          * Just like the console write, we loop to cover the whole iovec.
1906          * In this case, short reads actually happen quite a bit.
1907          */
1908         while (!iov_empty(iov, in_num)) {
1909                 len = readv(rng_info->rfd, iov, in_num);
1910                 if (len <= 0)
1911                         err(1, "Read from /dev/urandom gave %i", len);
1912                 iov_consume(iov, in_num, NULL, len);
1913                 totlen += len;
1914         }
1915
1916         /* Tell the Guest about the new input. */
1917         add_used(vq, head, totlen);
1918 }
1919
1920 /*L:199
1921  * This creates a "hardware" random number device for the Guest.
1922  */
1923 static void setup_rng(void)
1924 {
1925         struct device *dev;
1926         struct rng_info *rng_info = malloc(sizeof(*rng_info));
1927
1928         /* Our device's private info simply contains the /dev/urandom fd. */
1929         rng_info->rfd = open_or_die("/dev/urandom", O_RDONLY);
1930
1931         /* Create the new device. */
1932         dev = new_device("rng", VIRTIO_ID_RNG);
1933         dev->priv = rng_info;
1934
1935         /* The device has one virtqueue, where the Guest places inbufs. */
1936         add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, rng_input);
1937
1938         verbose("device %u: rng\n", devices.device_num++);
1939 }
1940 /* That's the end of device setup. */
1941
1942 /*L:230 Reboot is pretty easy: clean up and exec() the Launcher afresh. */
1943 static void __attribute__((noreturn)) restart_guest(void)
1944 {
1945         unsigned int i;
1946
1947         /*
1948          * Since we don't track all open fds, we simply close everything beyond
1949          * stderr.
1950          */
1951         for (i = 3; i < FD_SETSIZE; i++)
1952                 close(i);
1953
1954         /* Reset all the devices (kills all threads). */
1955         cleanup_devices();
1956
1957         execv(main_args[0], main_args);
1958         err(1, "Could not exec %s", main_args[0]);
1959 }
1960
1961 /*L:220
1962  * Finally we reach the core of the Launcher which runs the Guest, serves
1963  * its input and output, and finally, lays it to rest.
1964  */
1965 static void __attribute__((noreturn)) run_guest(void)
1966 {
1967         for (;;) {
1968                 struct lguest_pending notify;
1969                 int readval;
1970
1971                 /* We read from the /dev/lguest device to run the Guest. */
1972                 readval = pread(lguest_fd, &notify, sizeof(notify), cpu_id);
1973
1974                 /* One unsigned long means the Guest did HCALL_NOTIFY */
1975                 if (readval == sizeof(notify)) {
1976                         if (notify.trap == 0x1F) {
1977                                 verbose("Notify on address %#08x\n",
1978                                         notify.addr);
1979                                 handle_output(notify.addr);
1980                         } else if (notify.trap == 13) {
1981                                 verbose("Emulating instruction at %#x\n",
1982                                         getreg(eip));
1983                                 emulate_insn(notify.insn);
1984                         } else
1985                                 errx(1, "Unknown trap %i addr %#08x\n",
1986                                      notify.trap, notify.addr);
1987                 /* ENOENT means the Guest died.  Reading tells us why. */
1988                 } else if (errno == ENOENT) {
1989                         char reason[1024] = { 0 };
1990                         pread(lguest_fd, reason, sizeof(reason)-1, cpu_id);
1991                         errx(1, "%s", reason);
1992                 /* ERESTART means that we need to reboot the guest */
1993                 } else if (errno == ERESTART) {
1994                         restart_guest();
1995                 /* Anything else means a bug or incompatible change. */
1996                 } else
1997                         err(1, "Running guest failed");
1998         }
1999 }
2000 /*L:240
2001  * This is the end of the Launcher.  The good news: we are over halfway
2002  * through!  The bad news: the most fiendish part of the code still lies ahead
2003  * of us.
2004  *
2005  * Are you ready?  Take a deep breath and join me in the core of the Host, in
2006  * "make Host".
2007 :*/
2008
2009 static struct option opts[] = {
2010         { "verbose", 0, NULL, 'v' },
2011         { "tunnet", 1, NULL, 't' },
2012         { "block", 1, NULL, 'b' },
2013         { "rng", 0, NULL, 'r' },
2014         { "initrd", 1, NULL, 'i' },
2015         { "username", 1, NULL, 'u' },
2016         { "chroot", 1, NULL, 'c' },
2017         { NULL },
2018 };
2019 static void usage(void)
2020 {
2021         errx(1, "Usage: lguest [--verbose] "
2022              "[--tunnet=(<ipaddr>:<macaddr>|bridge:<bridgename>:<macaddr>)\n"
2023              "|--block=<filename>|--initrd=<filename>]...\n"
2024              "<mem-in-mb> vmlinux [args...]");
2025 }
2026
2027 /*L:105 The main routine is where the real work begins: */
2028 int main(int argc, char *argv[])
2029 {
2030         /* Memory, code startpoint and size of the (optional) initrd. */
2031         unsigned long mem = 0, start, initrd_size = 0;
2032         /* Two temporaries. */
2033         int i, c;
2034         /* The boot information for the Guest. */
2035         struct boot_params *boot;
2036         /* If they specify an initrd file to load. */
2037         const char *initrd_name = NULL;
2038
2039         /* Password structure for initgroups/setres[gu]id */
2040         struct passwd *user_details = NULL;
2041
2042         /* Directory to chroot to */
2043         char *chroot_path = NULL;
2044
2045         /* Save the args: we "reboot" by execing ourselves again. */
2046         main_args = argv;
2047
2048         /*
2049          * First we initialize the device list.  We keep a pointer to the last
2050          * device, and the next interrupt number to use for devices (1:
2051          * remember that 0 is used by the timer).
2052          */
2053         devices.lastdev = NULL;
2054         devices.next_irq = 1;
2055
2056         /* We're CPU 0.  In fact, that's the only CPU possible right now. */
2057         cpu_id = 0;
2058
2059         /*
2060          * We need to know how much memory so we can set up the device
2061          * descriptor and memory pages for the devices as we parse the command
2062          * line.  So we quickly look through the arguments to find the amount
2063          * of memory now.
2064          */
2065         for (i = 1; i < argc; i++) {
2066                 if (argv[i][0] != '-') {
2067                         mem = atoi(argv[i]) * 1024 * 1024;
2068                         /*
2069                          * We start by mapping anonymous pages over all of
2070                          * guest-physical memory range.  This fills it with 0,
2071                          * and ensures that the Guest won't be killed when it
2072                          * tries to access it.
2073                          */
2074                         guest_base = map_zeroed_pages(mem / getpagesize()
2075                                                       + DEVICE_PAGES);
2076                         guest_limit = mem;
2077                         guest_max = mem + DEVICE_PAGES*getpagesize();
2078                         devices.descpage = get_pages(1);
2079                         break;
2080                 }
2081         }
2082
2083         /* The options are fairly straight-forward */
2084         while ((c = getopt_long(argc, argv, "v", opts, NULL)) != EOF) {
2085                 switch (c) {
2086                 case 'v':
2087                         verbose = true;
2088                         break;
2089                 case 't':
2090                         setup_tun_net(optarg);
2091                         break;
2092                 case 'b':
2093                         setup_block_file(optarg);
2094                         break;
2095                 case 'r':
2096                         setup_rng();
2097                         break;
2098                 case 'i':
2099                         initrd_name = optarg;
2100                         break;
2101                 case 'u':
2102                         user_details = getpwnam(optarg);
2103                         if (!user_details)
2104                                 err(1, "getpwnam failed, incorrect username?");
2105                         break;
2106                 case 'c':
2107                         chroot_path = optarg;
2108                         break;
2109                 default:
2110                         warnx("Unknown argument %s", argv[optind]);
2111                         usage();
2112                 }
2113         }
2114         /*
2115          * After the other arguments we expect memory and kernel image name,
2116          * followed by command line arguments for the kernel.
2117          */
2118         if (optind + 2 > argc)
2119                 usage();
2120
2121         verbose("Guest base is at %p\n", guest_base);
2122
2123         /* We always have a console device */
2124         setup_console();
2125
2126         /* Now we load the kernel */
2127         start = load_kernel(open_or_die(argv[optind+1], O_RDONLY));
2128
2129         /* Boot information is stashed at physical address 0 */
2130         boot = from_guest_phys(0);
2131
2132         /* Map the initrd image if requested (at top of physical memory) */
2133         if (initrd_name) {
2134                 initrd_size = load_initrd(initrd_name, mem);
2135                 /*
2136                  * These are the location in the Linux boot header where the
2137                  * start and size of the initrd are expected to be found.
2138                  */
2139                 boot->hdr.ramdisk_image = mem - initrd_size;
2140                 boot->hdr.ramdisk_size = initrd_size;
2141                 /* The bootloader type 0xFF means "unknown"; that's OK. */
2142                 boot->hdr.type_of_loader = 0xFF;
2143         }
2144
2145         /*
2146          * The Linux boot header contains an "E820" memory map: ours is a
2147          * simple, single region.
2148          */
2149         boot->e820_entries = 1;
2150         boot->e820_map[0] = ((struct e820entry) { 0, mem, E820_RAM });
2151         /*
2152          * The boot header contains a command line pointer: we put the command
2153          * line after the boot header.
2154          */
2155         boot->hdr.cmd_line_ptr = to_guest_phys(boot + 1);
2156         /* We use a simple helper to copy the arguments separated by spaces. */
2157         concat((char *)(boot + 1), argv+optind+2);
2158
2159         /* Set kernel alignment to 16M (CONFIG_PHYSICAL_ALIGN) */
2160         boot->hdr.kernel_alignment = 0x1000000;
2161
2162         /* Boot protocol version: 2.07 supports the fields for lguest. */
2163         boot->hdr.version = 0x207;
2164
2165         /* The hardware_subarch value of "1" tells the Guest it's an lguest. */
2166         boot->hdr.hardware_subarch = 1;
2167
2168         /* Tell the entry path not to try to reload segment registers. */
2169         boot->hdr.loadflags |= KEEP_SEGMENTS;
2170
2171         /* We tell the kernel to initialize the Guest. */
2172         tell_kernel(start);
2173
2174         /* Ensure that we terminate if a device-servicing child dies. */
2175         signal(SIGCHLD, kill_launcher);
2176
2177         /* If we exit via err(), this kills all the threads, restores tty. */
2178         atexit(cleanup_devices);
2179
2180         /* If requested, chroot to a directory */
2181         if (chroot_path) {
2182                 if (chroot(chroot_path) != 0)
2183                         err(1, "chroot(\"%s\") failed", chroot_path);
2184
2185                 if (chdir("/") != 0)
2186                         err(1, "chdir(\"/\") failed");
2187
2188                 verbose("chroot done\n");
2189         }
2190
2191         /* If requested, drop privileges */
2192         if (user_details) {
2193                 uid_t u;
2194                 gid_t g;
2195
2196                 u = user_details->pw_uid;
2197                 g = user_details->pw_gid;
2198
2199                 if (initgroups(user_details->pw_name, g) != 0)
2200                         err(1, "initgroups failed");
2201
2202                 if (setresgid(g, g, g) != 0)
2203                         err(1, "setresgid failed");
2204
2205                 if (setresuid(u, u, u) != 0)
2206                         err(1, "setresuid failed");
2207
2208                 verbose("Dropping privileges completed\n");
2209         }
2210
2211         /* Finally, run the Guest.  This doesn't return. */
2212         run_guest();
2213 }
2214 /*:*/
2215
2216 /*M:999
2217  * Mastery is done: you now know everything I do.
2218  *
2219  * But surely you have seen code, features and bugs in your wanderings which
2220  * you now yearn to attack?  That is the real game, and I look forward to you
2221  * patching and forking lguest into the Your-Name-Here-visor.
2222  *
2223  * Farewell, and good coding!
2224  * Rusty Russell.
2225  */