lguest: support emerg_wr in console device in example launcher.
[firefly-linux-kernel-4.4.55.git] / tools / lguest / lguest.c
1 /*P:100
2  * This is the Launcher code, a simple program which lays out the "physical"
3  * memory for the new Guest by mapping the kernel image and the virtual
4  * devices, then opens /dev/lguest to tell the kernel about the Guest and
5  * control it.
6 :*/
7 #define _LARGEFILE64_SOURCE
8 #define _GNU_SOURCE
9 #include <stdio.h>
10 #include <string.h>
11 #include <unistd.h>
12 #include <err.h>
13 #include <stdint.h>
14 #include <stdlib.h>
15 #include <elf.h>
16 #include <sys/mman.h>
17 #include <sys/param.h>
18 #include <sys/types.h>
19 #include <sys/stat.h>
20 #include <sys/wait.h>
21 #include <sys/eventfd.h>
22 #include <fcntl.h>
23 #include <stdbool.h>
24 #include <errno.h>
25 #include <ctype.h>
26 #include <sys/socket.h>
27 #include <sys/ioctl.h>
28 #include <sys/time.h>
29 #include <time.h>
30 #include <netinet/in.h>
31 #include <net/if.h>
32 #include <linux/sockios.h>
33 #include <linux/if_tun.h>
34 #include <sys/uio.h>
35 #include <termios.h>
36 #include <getopt.h>
37 #include <assert.h>
38 #include <sched.h>
39 #include <limits.h>
40 #include <stddef.h>
41 #include <signal.h>
42 #include <pwd.h>
43 #include <grp.h>
44 #include <sys/user.h>
45 #include <linux/pci_regs.h>
46
47 #ifndef VIRTIO_F_ANY_LAYOUT
48 #define VIRTIO_F_ANY_LAYOUT             27
49 #endif
50
51 /*L:110
52  * We can ignore the 43 include files we need for this program, but I do want
53  * to draw attention to the use of kernel-style types.
54  *
55  * As Linus said, "C is a Spartan language, and so should your naming be."  I
56  * like these abbreviations, so we define them here.  Note that u64 is always
57  * unsigned long long, which works on all Linux systems: this means that we can
58  * use %llu in printf for any u64.
59  */
60 typedef unsigned long long u64;
61 typedef uint32_t u32;
62 typedef uint16_t u16;
63 typedef uint8_t u8;
64 /*:*/
65
66 #define VIRTIO_CONFIG_NO_LEGACY
67 #define VIRTIO_PCI_NO_LEGACY
68 #define VIRTIO_BLK_NO_LEGACY
69
70 /* Use in-kernel ones, which defines VIRTIO_F_VERSION_1 */
71 #include "../../include/uapi/linux/virtio_config.h"
72 #include "../../include/uapi/linux/virtio_net.h"
73 #include "../../include/uapi/linux/virtio_blk.h"
74 #include "../../include/uapi/linux/virtio_console.h"
75 #include "../../include/uapi/linux/virtio_rng.h"
76 #include <linux/virtio_ring.h>
77 #include "../../include/uapi/linux/virtio_pci.h"
78 #include <asm/bootparam.h>
79 #include "../../include/linux/lguest_launcher.h"
80
81 #define BRIDGE_PFX "bridge:"
82 #ifndef SIOCBRADDIF
83 #define SIOCBRADDIF     0x89a2          /* add interface to bridge      */
84 #endif
85 /* We can have up to 256 pages for devices. */
86 #define DEVICE_PAGES 256
87 /* This will occupy 3 pages: it must be a power of 2. */
88 #define VIRTQUEUE_NUM 256
89
90 /*L:120
91  * verbose is both a global flag and a macro.  The C preprocessor allows
92  * this, and although I wouldn't recommend it, it works quite nicely here.
93  */
94 static bool verbose;
95 #define verbose(args...) \
96         do { if (verbose) printf(args); } while(0)
97 /*:*/
98
99 /* The pointer to the start of guest memory. */
100 static void *guest_base;
101 /* The maximum guest physical address allowed, and maximum possible. */
102 static unsigned long guest_limit, guest_max, guest_mmio;
103 /* The /dev/lguest file descriptor. */
104 static int lguest_fd;
105
106 /* a per-cpu variable indicating whose vcpu is currently running */
107 static unsigned int __thread cpu_id;
108
109 /* 5 bit device number in the PCI_CONFIG_ADDR => 32 only */
110 #define MAX_PCI_DEVICES 32
111
112 /* This is our list of devices. */
113 struct device_list {
114         /* Counter to assign interrupt numbers. */
115         unsigned int next_irq;
116
117         /* Counter to print out convenient device numbers. */
118         unsigned int device_num;
119
120         /* PCI devices. */
121         struct device *pci[MAX_PCI_DEVICES];
122 };
123
124 /* The list of Guest devices, based on command line arguments. */
125 static struct device_list devices;
126
127 struct virtio_pci_cfg_cap {
128         struct virtio_pci_cap cap;
129         u32 window; /* Data for BAR access. */
130 };
131
132 struct virtio_pci_mmio {
133         struct virtio_pci_common_cfg cfg;
134         u16 notify;
135         u8 isr;
136         u8 padding;
137         /* Device-specific configuration follows this. */
138 };
139
140 /* This is the layout (little-endian) of the PCI config space. */
141 struct pci_config {
142         u16 vendor_id, device_id;
143         u16 command, status;
144         u8 revid, prog_if, subclass, class;
145         u8 cacheline_size, lat_timer, header_type, bist;
146         u32 bar[6];
147         u32 cardbus_cis_ptr;
148         u16 subsystem_vendor_id, subsystem_device_id;
149         u32 expansion_rom_addr;
150         u8 capabilities, reserved1[3];
151         u32 reserved2;
152         u8 irq_line, irq_pin, min_grant, max_latency;
153
154         /* Now, this is the linked capability list. */
155         struct virtio_pci_cap common;
156         struct virtio_pci_notify_cap notify;
157         struct virtio_pci_cap isr;
158         struct virtio_pci_cap device;
159         /* FIXME: Implement this! */
160         struct virtio_pci_cfg_cap cfg_access;
161 };
162
163 /* The device structure describes a single device. */
164 struct device {
165         /* The name of this device, for --verbose. */
166         const char *name;
167
168         /* Any queues attached to this device */
169         struct virtqueue *vq;
170
171         /* Is it operational */
172         bool running;
173
174         /* PCI configuration */
175         union {
176                 struct pci_config config;
177                 u32 config_words[sizeof(struct pci_config) / sizeof(u32)];
178         };
179
180         /* Features we offer, and those accepted. */
181         u64 features, features_accepted;
182
183         /* Device-specific config hangs off the end of this. */
184         struct virtio_pci_mmio *mmio;
185
186         /* PCI MMIO resources (all in BAR0) */
187         size_t mmio_size;
188         u32 mmio_addr;
189
190         /* Device-specific data. */
191         void *priv;
192 };
193
194 /* The virtqueue structure describes a queue attached to a device. */
195 struct virtqueue {
196         struct virtqueue *next;
197
198         /* Which device owns me. */
199         struct device *dev;
200
201         /* The actual ring of buffers. */
202         struct vring vring;
203
204         /* The information about this virtqueue (we only use queue_size on) */
205         struct virtio_pci_common_cfg pci_config;
206
207         /* Last available index we saw. */
208         u16 last_avail_idx;
209
210         /* How many are used since we sent last irq? */
211         unsigned int pending_used;
212
213         /* Eventfd where Guest notifications arrive. */
214         int eventfd;
215
216         /* Function for the thread which is servicing this virtqueue. */
217         void (*service)(struct virtqueue *vq);
218         pid_t thread;
219 };
220
221 /* Remember the arguments to the program so we can "reboot" */
222 static char **main_args;
223
224 /* The original tty settings to restore on exit. */
225 static struct termios orig_term;
226
227 /*
228  * We have to be careful with barriers: our devices are all run in separate
229  * threads and so we need to make sure that changes visible to the Guest happen
230  * in precise order.
231  */
232 #define wmb() __asm__ __volatile__("" : : : "memory")
233 #define rmb() __asm__ __volatile__("lock; addl $0,0(%%esp)" : : : "memory")
234 #define mb() __asm__ __volatile__("lock; addl $0,0(%%esp)" : : : "memory")
235
236 /* Wrapper for the last available index.  Makes it easier to change. */
237 #define lg_last_avail(vq)       ((vq)->last_avail_idx)
238
239 /*
240  * The virtio configuration space is defined to be little-endian.  x86 is
241  * little-endian too, but it's nice to be explicit so we have these helpers.
242  */
243 #define cpu_to_le16(v16) (v16)
244 #define cpu_to_le32(v32) (v32)
245 #define cpu_to_le64(v64) (v64)
246 #define le16_to_cpu(v16) (v16)
247 #define le32_to_cpu(v32) (v32)
248 #define le64_to_cpu(v64) (v64)
249
250 /* Is this iovec empty? */
251 static bool iov_empty(const struct iovec iov[], unsigned int num_iov)
252 {
253         unsigned int i;
254
255         for (i = 0; i < num_iov; i++)
256                 if (iov[i].iov_len)
257                         return false;
258         return true;
259 }
260
261 /* Take len bytes from the front of this iovec. */
262 static void iov_consume(struct iovec iov[], unsigned num_iov,
263                         void *dest, unsigned len)
264 {
265         unsigned int i;
266
267         for (i = 0; i < num_iov; i++) {
268                 unsigned int used;
269
270                 used = iov[i].iov_len < len ? iov[i].iov_len : len;
271                 if (dest) {
272                         memcpy(dest, iov[i].iov_base, used);
273                         dest += used;
274                 }
275                 iov[i].iov_base += used;
276                 iov[i].iov_len -= used;
277                 len -= used;
278         }
279         if (len != 0)
280                 errx(1, "iovec too short!");
281 }
282
283 /*L:100
284  * The Launcher code itself takes us out into userspace, that scary place where
285  * pointers run wild and free!  Unfortunately, like most userspace programs,
286  * it's quite boring (which is why everyone likes to hack on the kernel!).
287  * Perhaps if you make up an Lguest Drinking Game at this point, it will get
288  * you through this section.  Or, maybe not.
289  *
290  * The Launcher sets up a big chunk of memory to be the Guest's "physical"
291  * memory and stores it in "guest_base".  In other words, Guest physical ==
292  * Launcher virtual with an offset.
293  *
294  * This can be tough to get your head around, but usually it just means that we
295  * use these trivial conversion functions when the Guest gives us its
296  * "physical" addresses:
297  */
298 static void *from_guest_phys(unsigned long addr)
299 {
300         return guest_base + addr;
301 }
302
303 static unsigned long to_guest_phys(const void *addr)
304 {
305         return (addr - guest_base);
306 }
307
308 /*L:130
309  * Loading the Kernel.
310  *
311  * We start with couple of simple helper routines.  open_or_die() avoids
312  * error-checking code cluttering the callers:
313  */
314 static int open_or_die(const char *name, int flags)
315 {
316         int fd = open(name, flags);
317         if (fd < 0)
318                 err(1, "Failed to open %s", name);
319         return fd;
320 }
321
322 /* map_zeroed_pages() takes a number of pages. */
323 static void *map_zeroed_pages(unsigned int num)
324 {
325         int fd = open_or_die("/dev/zero", O_RDONLY);
326         void *addr;
327
328         /*
329          * We use a private mapping (ie. if we write to the page, it will be
330          * copied). We allocate an extra two pages PROT_NONE to act as guard
331          * pages against read/write attempts that exceed allocated space.
332          */
333         addr = mmap(NULL, getpagesize() * (num+2),
334                     PROT_NONE, MAP_PRIVATE, fd, 0);
335
336         if (addr == MAP_FAILED)
337                 err(1, "Mmapping %u pages of /dev/zero", num);
338
339         if (mprotect(addr + getpagesize(), getpagesize() * num,
340                      PROT_READ|PROT_WRITE) == -1)
341                 err(1, "mprotect rw %u pages failed", num);
342
343         /*
344          * One neat mmap feature is that you can close the fd, and it
345          * stays mapped.
346          */
347         close(fd);
348
349         /* Return address after PROT_NONE page */
350         return addr + getpagesize();
351 }
352
353 /* Get some bytes which won't be mapped into the guest. */
354 static unsigned long get_mmio_region(size_t size)
355 {
356         unsigned long addr = guest_mmio;
357         size_t i;
358
359         if (!size)
360                 return addr;
361
362         /* Size has to be a power of 2 (and multiple of 16) */
363         for (i = 1; i < size; i <<= 1);
364
365         guest_mmio += i;
366
367         return addr;
368 }
369
370 /*
371  * This routine is used to load the kernel or initrd.  It tries mmap, but if
372  * that fails (Plan 9's kernel file isn't nicely aligned on page boundaries),
373  * it falls back to reading the memory in.
374  */
375 static void map_at(int fd, void *addr, unsigned long offset, unsigned long len)
376 {
377         ssize_t r;
378
379         /*
380          * We map writable even though for some segments are marked read-only.
381          * The kernel really wants to be writable: it patches its own
382          * instructions.
383          *
384          * MAP_PRIVATE means that the page won't be copied until a write is
385          * done to it.  This allows us to share untouched memory between
386          * Guests.
387          */
388         if (mmap(addr, len, PROT_READ|PROT_WRITE,
389                  MAP_FIXED|MAP_PRIVATE, fd, offset) != MAP_FAILED)
390                 return;
391
392         /* pread does a seek and a read in one shot: saves a few lines. */
393         r = pread(fd, addr, len, offset);
394         if (r != len)
395                 err(1, "Reading offset %lu len %lu gave %zi", offset, len, r);
396 }
397
398 /*
399  * This routine takes an open vmlinux image, which is in ELF, and maps it into
400  * the Guest memory.  ELF = Embedded Linking Format, which is the format used
401  * by all modern binaries on Linux including the kernel.
402  *
403  * The ELF headers give *two* addresses: a physical address, and a virtual
404  * address.  We use the physical address; the Guest will map itself to the
405  * virtual address.
406  *
407  * We return the starting address.
408  */
409 static unsigned long map_elf(int elf_fd, const Elf32_Ehdr *ehdr)
410 {
411         Elf32_Phdr phdr[ehdr->e_phnum];
412         unsigned int i;
413
414         /*
415          * Sanity checks on the main ELF header: an x86 executable with a
416          * reasonable number of correctly-sized program headers.
417          */
418         if (ehdr->e_type != ET_EXEC
419             || ehdr->e_machine != EM_386
420             || ehdr->e_phentsize != sizeof(Elf32_Phdr)
421             || ehdr->e_phnum < 1 || ehdr->e_phnum > 65536U/sizeof(Elf32_Phdr))
422                 errx(1, "Malformed elf header");
423
424         /*
425          * An ELF executable contains an ELF header and a number of "program"
426          * headers which indicate which parts ("segments") of the program to
427          * load where.
428          */
429
430         /* We read in all the program headers at once: */
431         if (lseek(elf_fd, ehdr->e_phoff, SEEK_SET) < 0)
432                 err(1, "Seeking to program headers");
433         if (read(elf_fd, phdr, sizeof(phdr)) != sizeof(phdr))
434                 err(1, "Reading program headers");
435
436         /*
437          * Try all the headers: there are usually only three.  A read-only one,
438          * a read-write one, and a "note" section which we don't load.
439          */
440         for (i = 0; i < ehdr->e_phnum; i++) {
441                 /* If this isn't a loadable segment, we ignore it */
442                 if (phdr[i].p_type != PT_LOAD)
443                         continue;
444
445                 verbose("Section %i: size %i addr %p\n",
446                         i, phdr[i].p_memsz, (void *)phdr[i].p_paddr);
447
448                 /* We map this section of the file at its physical address. */
449                 map_at(elf_fd, from_guest_phys(phdr[i].p_paddr),
450                        phdr[i].p_offset, phdr[i].p_filesz);
451         }
452
453         /* The entry point is given in the ELF header. */
454         return ehdr->e_entry;
455 }
456
457 /*L:150
458  * A bzImage, unlike an ELF file, is not meant to be loaded.  You're supposed
459  * to jump into it and it will unpack itself.  We used to have to perform some
460  * hairy magic because the unpacking code scared me.
461  *
462  * Fortunately, Jeremy Fitzhardinge convinced me it wasn't that hard and wrote
463  * a small patch to jump over the tricky bits in the Guest, so now we just read
464  * the funky header so we know where in the file to load, and away we go!
465  */
466 static unsigned long load_bzimage(int fd)
467 {
468         struct boot_params boot;
469         int r;
470         /* Modern bzImages get loaded at 1M. */
471         void *p = from_guest_phys(0x100000);
472
473         /*
474          * Go back to the start of the file and read the header.  It should be
475          * a Linux boot header (see Documentation/x86/boot.txt)
476          */
477         lseek(fd, 0, SEEK_SET);
478         read(fd, &boot, sizeof(boot));
479
480         /* Inside the setup_hdr, we expect the magic "HdrS" */
481         if (memcmp(&boot.hdr.header, "HdrS", 4) != 0)
482                 errx(1, "This doesn't look like a bzImage to me");
483
484         /* Skip over the extra sectors of the header. */
485         lseek(fd, (boot.hdr.setup_sects+1) * 512, SEEK_SET);
486
487         /* Now read everything into memory. in nice big chunks. */
488         while ((r = read(fd, p, 65536)) > 0)
489                 p += r;
490
491         /* Finally, code32_start tells us where to enter the kernel. */
492         return boot.hdr.code32_start;
493 }
494
495 /*L:140
496  * Loading the kernel is easy when it's a "vmlinux", but most kernels
497  * come wrapped up in the self-decompressing "bzImage" format.  With a little
498  * work, we can load those, too.
499  */
500 static unsigned long load_kernel(int fd)
501 {
502         Elf32_Ehdr hdr;
503
504         /* Read in the first few bytes. */
505         if (read(fd, &hdr, sizeof(hdr)) != sizeof(hdr))
506                 err(1, "Reading kernel");
507
508         /* If it's an ELF file, it starts with "\177ELF" */
509         if (memcmp(hdr.e_ident, ELFMAG, SELFMAG) == 0)
510                 return map_elf(fd, &hdr);
511
512         /* Otherwise we assume it's a bzImage, and try to load it. */
513         return load_bzimage(fd);
514 }
515
516 /*
517  * This is a trivial little helper to align pages.  Andi Kleen hated it because
518  * it calls getpagesize() twice: "it's dumb code."
519  *
520  * Kernel guys get really het up about optimization, even when it's not
521  * necessary.  I leave this code as a reaction against that.
522  */
523 static inline unsigned long page_align(unsigned long addr)
524 {
525         /* Add upwards and truncate downwards. */
526         return ((addr + getpagesize()-1) & ~(getpagesize()-1));
527 }
528
529 /*L:180
530  * An "initial ram disk" is a disk image loaded into memory along with the
531  * kernel which the kernel can use to boot from without needing any drivers.
532  * Most distributions now use this as standard: the initrd contains the code to
533  * load the appropriate driver modules for the current machine.
534  *
535  * Importantly, James Morris works for RedHat, and Fedora uses initrds for its
536  * kernels.  He sent me this (and tells me when I break it).
537  */
538 static unsigned long load_initrd(const char *name, unsigned long mem)
539 {
540         int ifd;
541         struct stat st;
542         unsigned long len;
543
544         ifd = open_or_die(name, O_RDONLY);
545         /* fstat() is needed to get the file size. */
546         if (fstat(ifd, &st) < 0)
547                 err(1, "fstat() on initrd '%s'", name);
548
549         /*
550          * We map the initrd at the top of memory, but mmap wants it to be
551          * page-aligned, so we round the size up for that.
552          */
553         len = page_align(st.st_size);
554         map_at(ifd, from_guest_phys(mem - len), 0, st.st_size);
555         /*
556          * Once a file is mapped, you can close the file descriptor.  It's a
557          * little odd, but quite useful.
558          */
559         close(ifd);
560         verbose("mapped initrd %s size=%lu @ %p\n", name, len, (void*)mem-len);
561
562         /* We return the initrd size. */
563         return len;
564 }
565 /*:*/
566
567 /*
568  * Simple routine to roll all the commandline arguments together with spaces
569  * between them.
570  */
571 static void concat(char *dst, char *args[])
572 {
573         unsigned int i, len = 0;
574
575         for (i = 0; args[i]; i++) {
576                 if (i) {
577                         strcat(dst+len, " ");
578                         len++;
579                 }
580                 strcpy(dst+len, args[i]);
581                 len += strlen(args[i]);
582         }
583         /* In case it's empty. */
584         dst[len] = '\0';
585 }
586
587 /*L:185
588  * This is where we actually tell the kernel to initialize the Guest.  We
589  * saw the arguments it expects when we looked at initialize() in lguest_user.c:
590  * the base of Guest "physical" memory, the top physical page to allow and the
591  * entry point for the Guest.
592  */
593 static void tell_kernel(unsigned long start)
594 {
595         unsigned long args[] = { LHREQ_INITIALIZE,
596                                  (unsigned long)guest_base,
597                                  guest_limit / getpagesize(), start,
598                                  (guest_mmio+getpagesize()-1) / getpagesize() };
599         verbose("Guest: %p - %p (%#lx, MMIO %#lx)\n",
600                 guest_base, guest_base + guest_limit,
601                 guest_limit, guest_mmio);
602         lguest_fd = open_or_die("/dev/lguest", O_RDWR);
603         if (write(lguest_fd, args, sizeof(args)) < 0)
604                 err(1, "Writing to /dev/lguest");
605 }
606 /*:*/
607
608 /*L:200
609  * Device Handling.
610  *
611  * When the Guest gives us a buffer, it sends an array of addresses and sizes.
612  * We need to make sure it's not trying to reach into the Launcher itself, so
613  * we have a convenient routine which checks it and exits with an error message
614  * if something funny is going on:
615  */
616 static void *_check_pointer(unsigned long addr, unsigned int size,
617                             unsigned int line)
618 {
619         /*
620          * Check if the requested address and size exceeds the allocated memory,
621          * or addr + size wraps around.
622          */
623         if ((addr + size) > guest_limit || (addr + size) < addr)
624                 errx(1, "%s:%i: Invalid address %#lx", __FILE__, line, addr);
625         /*
626          * We return a pointer for the caller's convenience, now we know it's
627          * safe to use.
628          */
629         return from_guest_phys(addr);
630 }
631 /* A macro which transparently hands the line number to the real function. */
632 #define check_pointer(addr,size) _check_pointer(addr, size, __LINE__)
633
634 /*
635  * Each buffer in the virtqueues is actually a chain of descriptors.  This
636  * function returns the next descriptor in the chain, or vq->vring.num if we're
637  * at the end.
638  */
639 static unsigned next_desc(struct vring_desc *desc,
640                           unsigned int i, unsigned int max)
641 {
642         unsigned int next;
643
644         /* If this descriptor says it doesn't chain, we're done. */
645         if (!(desc[i].flags & VRING_DESC_F_NEXT))
646                 return max;
647
648         /* Check they're not leading us off end of descriptors. */
649         next = desc[i].next;
650         /* Make sure compiler knows to grab that: we don't want it changing! */
651         wmb();
652
653         if (next >= max)
654                 errx(1, "Desc next is %u", next);
655
656         return next;
657 }
658
659 /*
660  * This actually sends the interrupt for this virtqueue, if we've used a
661  * buffer.
662  */
663 static void trigger_irq(struct virtqueue *vq)
664 {
665         unsigned long buf[] = { LHREQ_IRQ, vq->dev->config.irq_line };
666
667         /* Don't inform them if nothing used. */
668         if (!vq->pending_used)
669                 return;
670         vq->pending_used = 0;
671
672         /* If they don't want an interrupt, don't send one... */
673         if (vq->vring.avail->flags & VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT) {
674                 return;
675         }
676
677         /* Set isr to 1 (queue interrupt pending) */
678         vq->dev->mmio->isr = 0x1;
679
680         /* Send the Guest an interrupt tell them we used something up. */
681         if (write(lguest_fd, buf, sizeof(buf)) != 0)
682                 err(1, "Triggering irq %i", vq->dev->config.irq_line);
683 }
684
685 /*
686  * This looks in the virtqueue for the first available buffer, and converts
687  * it to an iovec for convenient access.  Since descriptors consist of some
688  * number of output then some number of input descriptors, it's actually two
689  * iovecs, but we pack them into one and note how many of each there were.
690  *
691  * This function waits if necessary, and returns the descriptor number found.
692  */
693 static unsigned wait_for_vq_desc(struct virtqueue *vq,
694                                  struct iovec iov[],
695                                  unsigned int *out_num, unsigned int *in_num)
696 {
697         unsigned int i, head, max;
698         struct vring_desc *desc;
699         u16 last_avail = lg_last_avail(vq);
700
701         /* There's nothing available? */
702         while (last_avail == vq->vring.avail->idx) {
703                 u64 event;
704
705                 /*
706                  * Since we're about to sleep, now is a good time to tell the
707                  * Guest about what we've used up to now.
708                  */
709                 trigger_irq(vq);
710
711                 /* OK, now we need to know about added descriptors. */
712                 vq->vring.used->flags &= ~VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
713
714                 /*
715                  * They could have slipped one in as we were doing that: make
716                  * sure it's written, then check again.
717                  */
718                 mb();
719                 if (last_avail != vq->vring.avail->idx) {
720                         vq->vring.used->flags |= VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
721                         break;
722                 }
723
724                 /* Nothing new?  Wait for eventfd to tell us they refilled. */
725                 if (read(vq->eventfd, &event, sizeof(event)) != sizeof(event))
726                         errx(1, "Event read failed?");
727
728                 /* We don't need to be notified again. */
729                 vq->vring.used->flags |= VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
730         }
731
732         /* Check it isn't doing very strange things with descriptor numbers. */
733         if ((u16)(vq->vring.avail->idx - last_avail) > vq->vring.num)
734                 errx(1, "Guest moved used index from %u to %u",
735                      last_avail, vq->vring.avail->idx);
736
737         /* 
738          * Make sure we read the descriptor number *after* we read the ring
739          * update; don't let the cpu or compiler change the order.
740          */
741         rmb();
742
743         /*
744          * Grab the next descriptor number they're advertising, and increment
745          * the index we've seen.
746          */
747         head = vq->vring.avail->ring[last_avail % vq->vring.num];
748         lg_last_avail(vq)++;
749
750         /* If their number is silly, that's a fatal mistake. */
751         if (head >= vq->vring.num)
752                 errx(1, "Guest says index %u is available", head);
753
754         /* When we start there are none of either input nor output. */
755         *out_num = *in_num = 0;
756
757         max = vq->vring.num;
758         desc = vq->vring.desc;
759         i = head;
760
761         /*
762          * We have to read the descriptor after we read the descriptor number,
763          * but there's a data dependency there so the CPU shouldn't reorder
764          * that: no rmb() required.
765          */
766
767         /*
768          * If this is an indirect entry, then this buffer contains a descriptor
769          * table which we handle as if it's any normal descriptor chain.
770          */
771         if (desc[i].flags & VRING_DESC_F_INDIRECT) {
772                 if (desc[i].len % sizeof(struct vring_desc))
773                         errx(1, "Invalid size for indirect buffer table");
774
775                 max = desc[i].len / sizeof(struct vring_desc);
776                 desc = check_pointer(desc[i].addr, desc[i].len);
777                 i = 0;
778         }
779
780         do {
781                 /* Grab the first descriptor, and check it's OK. */
782                 iov[*out_num + *in_num].iov_len = desc[i].len;
783                 iov[*out_num + *in_num].iov_base
784                         = check_pointer(desc[i].addr, desc[i].len);
785                 /* If this is an input descriptor, increment that count. */
786                 if (desc[i].flags & VRING_DESC_F_WRITE)
787                         (*in_num)++;
788                 else {
789                         /*
790                          * If it's an output descriptor, they're all supposed
791                          * to come before any input descriptors.
792                          */
793                         if (*in_num)
794                                 errx(1, "Descriptor has out after in");
795                         (*out_num)++;
796                 }
797
798                 /* If we've got too many, that implies a descriptor loop. */
799                 if (*out_num + *in_num > max)
800                         errx(1, "Looped descriptor");
801         } while ((i = next_desc(desc, i, max)) != max);
802
803         return head;
804 }
805
806 /*
807  * After we've used one of their buffers, we tell the Guest about it.  Sometime
808  * later we'll want to send them an interrupt using trigger_irq(); note that
809  * wait_for_vq_desc() does that for us if it has to wait.
810  */
811 static void add_used(struct virtqueue *vq, unsigned int head, int len)
812 {
813         struct vring_used_elem *used;
814
815         /*
816          * The virtqueue contains a ring of used buffers.  Get a pointer to the
817          * next entry in that used ring.
818          */
819         used = &vq->vring.used->ring[vq->vring.used->idx % vq->vring.num];
820         used->id = head;
821         used->len = len;
822         /* Make sure buffer is written before we update index. */
823         wmb();
824         vq->vring.used->idx++;
825         vq->pending_used++;
826 }
827
828 /* And here's the combo meal deal.  Supersize me! */
829 static void add_used_and_trigger(struct virtqueue *vq, unsigned head, int len)
830 {
831         add_used(vq, head, len);
832         trigger_irq(vq);
833 }
834
835 /*
836  * The Console
837  *
838  * We associate some data with the console for our exit hack.
839  */
840 struct console_abort {
841         /* How many times have they hit ^C? */
842         int count;
843         /* When did they start? */
844         struct timeval start;
845 };
846
847 /* This is the routine which handles console input (ie. stdin). */
848 static void console_input(struct virtqueue *vq)
849 {
850         int len;
851         unsigned int head, in_num, out_num;
852         struct console_abort *abort = vq->dev->priv;
853         struct iovec iov[vq->vring.num];
854
855         /* Make sure there's a descriptor available. */
856         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out_num, &in_num);
857         if (out_num)
858                 errx(1, "Output buffers in console in queue?");
859
860         /* Read into it.  This is where we usually wait. */
861         len = readv(STDIN_FILENO, iov, in_num);
862         if (len <= 0) {
863                 /* Ran out of input? */
864                 warnx("Failed to get console input, ignoring console.");
865                 /*
866                  * For simplicity, dying threads kill the whole Launcher.  So
867                  * just nap here.
868                  */
869                 for (;;)
870                         pause();
871         }
872
873         /* Tell the Guest we used a buffer. */
874         add_used_and_trigger(vq, head, len);
875
876         /*
877          * Three ^C within one second?  Exit.
878          *
879          * This is such a hack, but works surprisingly well.  Each ^C has to
880          * be in a buffer by itself, so they can't be too fast.  But we check
881          * that we get three within about a second, so they can't be too
882          * slow.
883          */
884         if (len != 1 || ((char *)iov[0].iov_base)[0] != 3) {
885                 abort->count = 0;
886                 return;
887         }
888
889         abort->count++;
890         if (abort->count == 1)
891                 gettimeofday(&abort->start, NULL);
892         else if (abort->count == 3) {
893                 struct timeval now;
894                 gettimeofday(&now, NULL);
895                 /* Kill all Launcher processes with SIGINT, like normal ^C */
896                 if (now.tv_sec <= abort->start.tv_sec+1)
897                         kill(0, SIGINT);
898                 abort->count = 0;
899         }
900 }
901
902 /* This is the routine which handles console output (ie. stdout). */
903 static void console_output(struct virtqueue *vq)
904 {
905         unsigned int head, out, in;
906         struct iovec iov[vq->vring.num];
907
908         /* We usually wait in here, for the Guest to give us something. */
909         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out, &in);
910         if (in)
911                 errx(1, "Input buffers in console output queue?");
912
913         /* writev can return a partial write, so we loop here. */
914         while (!iov_empty(iov, out)) {
915                 int len = writev(STDOUT_FILENO, iov, out);
916                 if (len <= 0) {
917                         warn("Write to stdout gave %i (%d)", len, errno);
918                         break;
919                 }
920                 iov_consume(iov, out, NULL, len);
921         }
922
923         /*
924          * We're finished with that buffer: if we're going to sleep,
925          * wait_for_vq_desc() will prod the Guest with an interrupt.
926          */
927         add_used(vq, head, 0);
928 }
929
930 /*
931  * The Network
932  *
933  * Handling output for network is also simple: we get all the output buffers
934  * and write them to /dev/net/tun.
935  */
936 struct net_info {
937         int tunfd;
938 };
939
940 static void net_output(struct virtqueue *vq)
941 {
942         struct net_info *net_info = vq->dev->priv;
943         unsigned int head, out, in;
944         struct iovec iov[vq->vring.num];
945
946         /* We usually wait in here for the Guest to give us a packet. */
947         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out, &in);
948         if (in)
949                 errx(1, "Input buffers in net output queue?");
950         /*
951          * Send the whole thing through to /dev/net/tun.  It expects the exact
952          * same format: what a coincidence!
953          */
954         if (writev(net_info->tunfd, iov, out) < 0)
955                 warnx("Write to tun failed (%d)?", errno);
956
957         /*
958          * Done with that one; wait_for_vq_desc() will send the interrupt if
959          * all packets are processed.
960          */
961         add_used(vq, head, 0);
962 }
963
964 /*
965  * Handling network input is a bit trickier, because I've tried to optimize it.
966  *
967  * First we have a helper routine which tells is if from this file descriptor
968  * (ie. the /dev/net/tun device) will block:
969  */
970 static bool will_block(int fd)
971 {
972         fd_set fdset;
973         struct timeval zero = { 0, 0 };
974         FD_ZERO(&fdset);
975         FD_SET(fd, &fdset);
976         return select(fd+1, &fdset, NULL, NULL, &zero) != 1;
977 }
978
979 /*
980  * This handles packets coming in from the tun device to our Guest.  Like all
981  * service routines, it gets called again as soon as it returns, so you don't
982  * see a while(1) loop here.
983  */
984 static void net_input(struct virtqueue *vq)
985 {
986         int len;
987         unsigned int head, out, in;
988         struct iovec iov[vq->vring.num];
989         struct net_info *net_info = vq->dev->priv;
990
991         /*
992          * Get a descriptor to write an incoming packet into.  This will also
993          * send an interrupt if they're out of descriptors.
994          */
995         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out, &in);
996         if (out)
997                 errx(1, "Output buffers in net input queue?");
998
999         /*
1000          * If it looks like we'll block reading from the tun device, send them
1001          * an interrupt.
1002          */
1003         if (vq->pending_used && will_block(net_info->tunfd))
1004                 trigger_irq(vq);
1005
1006         /*
1007          * Read in the packet.  This is where we normally wait (when there's no
1008          * incoming network traffic).
1009          */
1010         len = readv(net_info->tunfd, iov, in);
1011         if (len <= 0)
1012                 warn("Failed to read from tun (%d).", errno);
1013
1014         /*
1015          * Mark that packet buffer as used, but don't interrupt here.  We want
1016          * to wait until we've done as much work as we can.
1017          */
1018         add_used(vq, head, len);
1019 }
1020 /*:*/
1021
1022 /* This is the helper to create threads: run the service routine in a loop. */
1023 static int do_thread(void *_vq)
1024 {
1025         struct virtqueue *vq = _vq;
1026
1027         for (;;)
1028                 vq->service(vq);
1029         return 0;
1030 }
1031
1032 /*
1033  * When a child dies, we kill our entire process group with SIGTERM.  This
1034  * also has the side effect that the shell restores the console for us!
1035  */
1036 static void kill_launcher(int signal)
1037 {
1038         kill(0, SIGTERM);
1039 }
1040
1041 static void reset_device(struct device *dev)
1042 {
1043         struct virtqueue *vq;
1044
1045         verbose("Resetting device %s\n", dev->name);
1046
1047         /* Clear any features they've acked. */
1048         dev->features_accepted = 0;
1049
1050         /* We're going to be explicitly killing threads, so ignore them. */
1051         signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
1052
1053         /* Get rid of the virtqueue threads */
1054         for (vq = dev->vq; vq; vq = vq->next) {
1055                 if (vq->thread != (pid_t)-1) {
1056                         kill(vq->thread, SIGTERM);
1057                         waitpid(vq->thread, NULL, 0);
1058                         vq->thread = (pid_t)-1;
1059                 }
1060         }
1061         dev->running = false;
1062
1063         /* Now we care if threads die. */
1064         signal(SIGCHLD, (void *)kill_launcher);
1065 }
1066
1067 static void cleanup_devices(void)
1068 {
1069         unsigned int i;
1070
1071         for (i = 1; i < MAX_PCI_DEVICES; i++) {
1072                 struct device *d = devices.pci[i];
1073                 if (!d)
1074                         continue;
1075                 reset_device(d);
1076         }
1077
1078         /* If we saved off the original terminal settings, restore them now. */
1079         if (orig_term.c_lflag & (ISIG|ICANON|ECHO))
1080                 tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &orig_term);
1081 }
1082
1083 /*L:215
1084  * This is the generic routine we call when the Guest uses LHCALL_NOTIFY.
1085  */
1086 static void handle_output(unsigned long addr)
1087 {
1088         /*
1089          * Early console write is done using notify on a nul-terminated string
1090          * in Guest memory.  It's also great for hacking debugging messages
1091          * into a Guest.
1092          */
1093         if (addr >= guest_limit)
1094                 errx(1, "Bad NOTIFY %#lx", addr);
1095
1096         write(STDOUT_FILENO, from_guest_phys(addr),
1097               strnlen(from_guest_phys(addr), guest_limit - addr));
1098 }
1099
1100 /*L:217
1101  * We do PCI.  This is mainly done to let us test the kernel virtio PCI
1102  * code.
1103  */
1104
1105 /* Linux expects a PCI host bridge: ours is a dummy, and first on the bus. */
1106 static struct device pci_host_bridge;
1107
1108 static void init_pci_host_bridge(void)
1109 {
1110         pci_host_bridge.name = "PCI Host Bridge";
1111         pci_host_bridge.config.class = 0x06; /* bridge */
1112         pci_host_bridge.config.subclass = 0; /* host bridge */
1113         devices.pci[0] = &pci_host_bridge;
1114 }
1115
1116 /* The IO ports used to read the PCI config space. */
1117 #define PCI_CONFIG_ADDR 0xCF8
1118 #define PCI_CONFIG_DATA 0xCFC
1119
1120 /*
1121  * Not really portable, but does help readability: this is what the Guest
1122  * writes to the PCI_CONFIG_ADDR IO port.
1123  */
1124 union pci_config_addr {
1125         struct {
1126                 unsigned mbz: 2;
1127                 unsigned offset: 6;
1128                 unsigned funcnum: 3;
1129                 unsigned devnum: 5;
1130                 unsigned busnum: 8;
1131                 unsigned reserved: 7;
1132                 unsigned enabled : 1;
1133         } bits;
1134         u32 val;
1135 };
1136
1137 /*
1138  * We cache what they wrote to the address port, so we know what they're
1139  * talking about when they access the data port.
1140  */
1141 static union pci_config_addr pci_config_addr;
1142
1143 static struct device *find_pci_device(unsigned int index)
1144 {
1145         return devices.pci[index];
1146 }
1147
1148 /* PCI can do 1, 2 and 4 byte reads; we handle that here. */
1149 static void ioread(u16 off, u32 v, u32 mask, u32 *val)
1150 {
1151         assert(off < 4);
1152         assert(mask == 0xFF || mask == 0xFFFF || mask == 0xFFFFFFFF);
1153         *val = (v >> (off * 8)) & mask;
1154 }
1155
1156 /* PCI can do 1, 2 and 4 byte writes; we handle that here. */
1157 static void iowrite(u16 off, u32 v, u32 mask, u32 *dst)
1158 {
1159         assert(off < 4);
1160         assert(mask == 0xFF || mask == 0xFFFF || mask == 0xFFFFFFFF);
1161         *dst &= ~(mask << (off * 8));
1162         *dst |= (v & mask) << (off * 8);
1163 }
1164
1165 /*
1166  * Where PCI_CONFIG_DATA accesses depends on the previous write to
1167  * PCI_CONFIG_ADDR.
1168  */
1169 static struct device *dev_and_reg(u32 *reg)
1170 {
1171         if (!pci_config_addr.bits.enabled)
1172                 return NULL;
1173
1174         if (pci_config_addr.bits.funcnum != 0)
1175                 return NULL;
1176
1177         if (pci_config_addr.bits.busnum != 0)
1178                 return NULL;
1179
1180         if (pci_config_addr.bits.offset * 4 >= sizeof(struct pci_config))
1181                 return NULL;
1182
1183         *reg = pci_config_addr.bits.offset;
1184         return find_pci_device(pci_config_addr.bits.devnum);
1185 }
1186
1187 /* Is this accessing the PCI config address port?. */
1188 static bool is_pci_addr_port(u16 port)
1189 {
1190         return port >= PCI_CONFIG_ADDR && port < PCI_CONFIG_ADDR + 4;
1191 }
1192
1193 static bool pci_addr_iowrite(u16 port, u32 mask, u32 val)
1194 {
1195         iowrite(port - PCI_CONFIG_ADDR, val, mask,
1196                 &pci_config_addr.val);
1197         verbose("PCI%s: %#x/%x: bus %u dev %u func %u reg %u\n",
1198                 pci_config_addr.bits.enabled ? "" : " DISABLED",
1199                 val, mask,
1200                 pci_config_addr.bits.busnum,
1201                 pci_config_addr.bits.devnum,
1202                 pci_config_addr.bits.funcnum,
1203                 pci_config_addr.bits.offset);
1204         return true;
1205 }
1206
1207 static void pci_addr_ioread(u16 port, u32 mask, u32 *val)
1208 {
1209         ioread(port - PCI_CONFIG_ADDR, pci_config_addr.val, mask, val);
1210 }
1211
1212 /* Is this accessing the PCI config data port?. */
1213 static bool is_pci_data_port(u16 port)
1214 {
1215         return port >= PCI_CONFIG_DATA && port < PCI_CONFIG_DATA + 4;
1216 }
1217
1218 static bool pci_data_iowrite(u16 port, u32 mask, u32 val)
1219 {
1220         u32 reg, portoff;
1221         struct device *d = dev_and_reg(&reg);
1222
1223         /* Complain if they don't belong to a device. */
1224         if (!d)
1225                 return false;
1226
1227         /* They can do 1 byte writes, etc. */
1228         portoff = port - PCI_CONFIG_DATA;
1229
1230         /*
1231          * PCI uses a weird way to determine the BAR size: the OS
1232          * writes all 1's, and sees which ones stick.
1233          */
1234         if (&d->config_words[reg] == &d->config.bar[0]) {
1235                 int i;
1236
1237                 iowrite(portoff, val, mask, &d->config.bar[0]);
1238                 for (i = 0; (1 << i) < d->mmio_size; i++)
1239                         d->config.bar[0] &= ~(1 << i);
1240                 return true;
1241         } else if ((&d->config_words[reg] > &d->config.bar[0]
1242                     && &d->config_words[reg] <= &d->config.bar[6])
1243                    || &d->config_words[reg] == &d->config.expansion_rom_addr) {
1244                 /* Allow writing to any other BAR, or expansion ROM */
1245                 iowrite(portoff, val, mask, &d->config_words[reg]);
1246                 return true;
1247                 /* We let them overide latency timer and cacheline size */
1248         } else if (&d->config_words[reg] == (void *)&d->config.cacheline_size) {
1249                 /* Only let them change the first two fields. */
1250                 if (mask == 0xFFFFFFFF)
1251                         mask = 0xFFFF;
1252                 iowrite(portoff, val, mask, &d->config_words[reg]);
1253                 return true;
1254         } else if (&d->config_words[reg] == (void *)&d->config.command
1255                    && mask == 0xFFFF) {
1256                 /* Ignore command writes. */
1257                 return true;
1258         }
1259
1260         /* Complain about other writes. */
1261         return false;
1262 }
1263
1264 static void pci_data_ioread(u16 port, u32 mask, u32 *val)
1265 {
1266         u32 reg;
1267         struct device *d = dev_and_reg(&reg);
1268
1269         if (!d)
1270                 return;
1271         ioread(port - PCI_CONFIG_DATA, d->config_words[reg], mask, val);
1272 }
1273
1274 /*L:216
1275  * This is where we emulate a handful of Guest instructions.  It's ugly
1276  * and we used to do it in the kernel but it grew over time.
1277  */
1278
1279 /*
1280  * We use the ptrace syscall's pt_regs struct to talk about registers
1281  * to lguest: these macros convert the names to the offsets.
1282  */
1283 #define getreg(name) getreg_off(offsetof(struct user_regs_struct, name))
1284 #define setreg(name, val) \
1285         setreg_off(offsetof(struct user_regs_struct, name), (val))
1286
1287 static u32 getreg_off(size_t offset)
1288 {
1289         u32 r;
1290         unsigned long args[] = { LHREQ_GETREG, offset };
1291
1292         if (pwrite(lguest_fd, args, sizeof(args), cpu_id) < 0)
1293                 err(1, "Getting register %u", offset);
1294         if (pread(lguest_fd, &r, sizeof(r), cpu_id) != sizeof(r))
1295                 err(1, "Reading register %u", offset);
1296
1297         return r;
1298 }
1299
1300 static void setreg_off(size_t offset, u32 val)
1301 {
1302         unsigned long args[] = { LHREQ_SETREG, offset, val };
1303
1304         if (pwrite(lguest_fd, args, sizeof(args), cpu_id) < 0)
1305                 err(1, "Setting register %u", offset);
1306 }
1307
1308 /* Get register by instruction encoding */
1309 static u32 getreg_num(unsigned regnum, u32 mask)
1310 {
1311         /* 8 bit ops use regnums 4-7 for high parts of word */
1312         if (mask == 0xFF && (regnum & 0x4))
1313                 return getreg_num(regnum & 0x3, 0xFFFF) >> 8;
1314
1315         switch (regnum) {
1316         case 0: return getreg(eax) & mask;
1317         case 1: return getreg(ecx) & mask;
1318         case 2: return getreg(edx) & mask;
1319         case 3: return getreg(ebx) & mask;
1320         case 4: return getreg(esp) & mask;
1321         case 5: return getreg(ebp) & mask;
1322         case 6: return getreg(esi) & mask;
1323         case 7: return getreg(edi) & mask;
1324         }
1325         abort();
1326 }
1327
1328 /* Set register by instruction encoding */
1329 static void setreg_num(unsigned regnum, u32 val, u32 mask)
1330 {
1331         /* Don't try to set bits out of range */
1332         assert(~(val & ~mask));
1333
1334         /* 8 bit ops use regnums 4-7 for high parts of word */
1335         if (mask == 0xFF && (regnum & 0x4)) {
1336                 /* Construct the 16 bits we want. */
1337                 val = (val << 8) | getreg_num(regnum & 0x3, 0xFF);
1338                 setreg_num(regnum & 0x3, val, 0xFFFF);
1339                 return;
1340         }
1341
1342         switch (regnum) {
1343         case 0: setreg(eax, val | (getreg(eax) & ~mask)); return;
1344         case 1: setreg(ecx, val | (getreg(ecx) & ~mask)); return;
1345         case 2: setreg(edx, val | (getreg(edx) & ~mask)); return;
1346         case 3: setreg(ebx, val | (getreg(ebx) & ~mask)); return;
1347         case 4: setreg(esp, val | (getreg(esp) & ~mask)); return;
1348         case 5: setreg(ebp, val | (getreg(ebp) & ~mask)); return;
1349         case 6: setreg(esi, val | (getreg(esi) & ~mask)); return;
1350         case 7: setreg(edi, val | (getreg(edi) & ~mask)); return;
1351         }
1352         abort();
1353 }
1354
1355 /* Get bytes of displacement appended to instruction, from r/m encoding */
1356 static u32 insn_displacement_len(u8 mod_reg_rm)
1357 {
1358         /* Switch on the mod bits */
1359         switch (mod_reg_rm >> 6) {
1360         case 0:
1361                 /* If mod == 0, and r/m == 101, 16-bit displacement follows */
1362                 if ((mod_reg_rm & 0x7) == 0x5)
1363                         return 2;
1364                 /* Normally, mod == 0 means no literal displacement */
1365                 return 0;
1366         case 1:
1367                 /* One byte displacement */
1368                 return 1;
1369         case 2:
1370                 /* Four byte displacement */
1371                 return 4;
1372         case 3:
1373                 /* Register mode */
1374                 return 0;
1375         }
1376         abort();
1377 }
1378
1379 static void emulate_insn(const u8 insn[])
1380 {
1381         unsigned long args[] = { LHREQ_TRAP, 13 };
1382         unsigned int insnlen = 0, in = 0, small_operand = 0, byte_access;
1383         unsigned int eax, port, mask;
1384         /*
1385          * Default is to return all-ones on IO port reads, which traditionally
1386          * means "there's nothing there".
1387          */
1388         u32 val = 0xFFFFFFFF;
1389
1390         /*
1391          * This must be the Guest kernel trying to do something, not userspace!
1392          * The bottom two bits of the CS segment register are the privilege
1393          * level.
1394          */
1395         if ((getreg(xcs) & 3) != 0x1)
1396                 goto no_emulate;
1397
1398         /* Decoding x86 instructions is icky. */
1399
1400         /*
1401          * Around 2.6.33, the kernel started using an emulation for the
1402          * cmpxchg8b instruction in early boot on many configurations.  This
1403          * code isn't paravirtualized, and it tries to disable interrupts.
1404          * Ignore it, which will Mostly Work.
1405          */
1406         if (insn[insnlen] == 0xfa) {
1407                 /* "cli", or Clear Interrupt Enable instruction.  Skip it. */
1408                 insnlen = 1;
1409                 goto skip_insn;
1410         }
1411
1412         /*
1413          * 0x66 is an "operand prefix".  It means a 16, not 32 bit in/out.
1414          */
1415         if (insn[insnlen] == 0x66) {
1416                 small_operand = 1;
1417                 /* The instruction is 1 byte so far, read the next byte. */
1418                 insnlen = 1;
1419         }
1420
1421         /* If the lower bit isn't set, it's a single byte access */
1422         byte_access = !(insn[insnlen] & 1);
1423
1424         /*
1425          * Now we can ignore the lower bit and decode the 4 opcodes
1426          * we need to emulate.
1427          */
1428         switch (insn[insnlen] & 0xFE) {
1429         case 0xE4: /* in     <next byte>,%al */
1430                 port = insn[insnlen+1];
1431                 insnlen += 2;
1432                 in = 1;
1433                 break;
1434         case 0xEC: /* in     (%dx),%al */
1435                 port = getreg(edx) & 0xFFFF;
1436                 insnlen += 1;
1437                 in = 1;
1438                 break;
1439         case 0xE6: /* out    %al,<next byte> */
1440                 port = insn[insnlen+1];
1441                 insnlen += 2;
1442                 break;
1443         case 0xEE: /* out    %al,(%dx) */
1444                 port = getreg(edx) & 0xFFFF;
1445                 insnlen += 1;
1446                 break;
1447         default:
1448                 /* OK, we don't know what this is, can't emulate. */
1449                 goto no_emulate;
1450         }
1451
1452         /* Set a mask of the 1, 2 or 4 bytes, depending on size of IO */
1453         if (byte_access)
1454                 mask = 0xFF;
1455         else if (small_operand)
1456                 mask = 0xFFFF;
1457         else
1458                 mask = 0xFFFFFFFF;
1459
1460         /*
1461          * If it was an "IN" instruction, they expect the result to be read
1462          * into %eax, so we change %eax.
1463          */
1464         eax = getreg(eax);
1465
1466         if (in) {
1467                 /* This is the PS/2 keyboard status; 1 means ready for output */
1468                 if (port == 0x64)
1469                         val = 1;
1470                 else if (is_pci_addr_port(port))
1471                         pci_addr_ioread(port, mask, &val);
1472                 else if (is_pci_data_port(port))
1473                         pci_data_ioread(port, mask, &val);
1474
1475                 /* Clear the bits we're about to read */
1476                 eax &= ~mask;
1477                 /* Copy bits in from val. */
1478                 eax |= val & mask;
1479                 /* Now update the register. */
1480                 setreg(eax, eax);
1481         } else {
1482                 if (is_pci_addr_port(port)) {
1483                         if (!pci_addr_iowrite(port, mask, eax))
1484                                 goto bad_io;
1485                 } else if (is_pci_data_port(port)) {
1486                         if (!pci_data_iowrite(port, mask, eax))
1487                                 goto bad_io;
1488                 }
1489                 /* There are many other ports, eg. CMOS clock, serial
1490                  * and parallel ports, so we ignore them all. */
1491         }
1492
1493         verbose("IO %s of %x to %u: %#08x\n",
1494                 in ? "IN" : "OUT", mask, port, eax);
1495 skip_insn:
1496         /* Finally, we've "done" the instruction, so move past it. */
1497         setreg(eip, getreg(eip) + insnlen);
1498         return;
1499
1500 bad_io:
1501         warnx("Attempt to %s port %u (%#x mask)",
1502               in ? "read from" : "write to", port, mask);
1503
1504 no_emulate:
1505         /* Inject trap into Guest. */
1506         if (write(lguest_fd, args, sizeof(args)) < 0)
1507                 err(1, "Reinjecting trap 13 for fault at %#x", getreg(eip));
1508 }
1509
1510 static struct device *find_mmio_region(unsigned long paddr, u32 *off)
1511 {
1512         unsigned int i;
1513
1514         for (i = 1; i < MAX_PCI_DEVICES; i++) {
1515                 struct device *d = devices.pci[i];
1516
1517                 if (!d)
1518                         continue;
1519                 if (paddr < d->mmio_addr)
1520                         continue;
1521                 if (paddr >= d->mmio_addr + d->mmio_size)
1522                         continue;
1523                 *off = paddr - d->mmio_addr;
1524                 return d;
1525         }
1526         return NULL;
1527 }
1528
1529 /* FIXME: Use vq array. */
1530 static struct virtqueue *vq_by_num(struct device *d, u32 num)
1531 {
1532         struct virtqueue *vq = d->vq;
1533
1534         while (num-- && vq)
1535                 vq = vq->next;
1536
1537         return vq;
1538 }
1539
1540 static void save_vq_config(const struct virtio_pci_common_cfg *cfg,
1541                            struct virtqueue *vq)
1542 {
1543         vq->pci_config = *cfg;
1544 }
1545
1546 static void restore_vq_config(struct virtio_pci_common_cfg *cfg,
1547                               struct virtqueue *vq)
1548 {
1549         /* Only restore the per-vq part */
1550         size_t off = offsetof(struct virtio_pci_common_cfg, queue_size);
1551
1552         memcpy((void *)cfg + off, (void *)&vq->pci_config + off,
1553                sizeof(*cfg) - off);
1554 }
1555
1556 /*
1557  * When they enable the virtqueue, we check that their setup is valid.
1558  */
1559 static void enable_virtqueue(struct device *d, struct virtqueue *vq)
1560 {
1561         /*
1562          * Create stack for thread.  Since the stack grows upwards, we point
1563          * the stack pointer to the end of this region.
1564          */
1565         char *stack = malloc(32768);
1566
1567         /* Because lguest is 32 bit, all the descriptor high bits must be 0 */
1568         if (vq->pci_config.queue_desc_hi
1569             || vq->pci_config.queue_avail_hi
1570             || vq->pci_config.queue_used_hi)
1571                 errx(1, "%s: invalid 64-bit queue address", d->name);
1572
1573         /* Initialize the virtqueue and check they're all in range. */
1574         vq->vring.num = vq->pci_config.queue_size;
1575         vq->vring.desc = check_pointer(vq->pci_config.queue_desc_lo,
1576                                        sizeof(*vq->vring.desc) * vq->vring.num);
1577         vq->vring.avail = check_pointer(vq->pci_config.queue_avail_lo,
1578                                         sizeof(*vq->vring.avail)
1579                                         + (sizeof(vq->vring.avail->ring[0])
1580                                            * vq->vring.num));
1581         vq->vring.used = check_pointer(vq->pci_config.queue_used_lo,
1582                                        sizeof(*vq->vring.used)
1583                                        + (sizeof(vq->vring.used->ring[0])
1584                                           * vq->vring.num));
1585
1586
1587         /* Create a zero-initialized eventfd. */
1588         vq->eventfd = eventfd(0, 0);
1589         if (vq->eventfd < 0)
1590                 err(1, "Creating eventfd");
1591
1592         /*
1593          * CLONE_VM: because it has to access the Guest memory, and SIGCHLD so
1594          * we get a signal if it dies.
1595          */
1596         vq->thread = clone(do_thread, stack + 32768, CLONE_VM | SIGCHLD, vq);
1597         if (vq->thread == (pid_t)-1)
1598                 err(1, "Creating clone");
1599 }
1600
1601 static void emulate_mmio_write(struct device *d, u32 off, u32 val, u32 mask)
1602 {
1603         struct virtqueue *vq;
1604
1605         switch (off) {
1606         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.device_feature_select):
1607                 if (val == 0)
1608                         d->mmio->cfg.device_feature = d->features;
1609                 else if (val == 1)
1610                         d->mmio->cfg.device_feature = (d->features >> 32);
1611                 else
1612                         d->mmio->cfg.device_feature = 0;
1613                 goto write_through32;
1614         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.guest_feature_select):
1615                 if (val > 1)
1616                         errx(1, "%s: Unexpected driver select %u",
1617                              d->name, val);
1618                 goto write_through32;
1619         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.guest_feature):
1620                 if (d->mmio->cfg.guest_feature_select == 0) {
1621                         d->features_accepted &= ~((u64)0xFFFFFFFF);
1622                         d->features_accepted |= val;
1623                 } else {
1624                         assert(d->mmio->cfg.guest_feature_select == 1);
1625                         d->features_accepted &= ((u64)0xFFFFFFFF << 32);
1626                         d->features_accepted |= ((u64)val) << 32;
1627                 }
1628                 if (d->features_accepted & ~d->features)
1629                         errx(1, "%s: over-accepted features %#llx of %#llx",
1630                              d->name, d->features_accepted, d->features);
1631                 goto write_through32;
1632         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.device_status):
1633                 verbose("%s: device status -> %#x\n", d->name, val);
1634                 if (val == 0)
1635                         reset_device(d);
1636                 goto write_through8;
1637         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_select):
1638                 vq = vq_by_num(d, val);
1639                 /* Out of range?  Return size 0 */
1640                 if (!vq) {
1641                         d->mmio->cfg.queue_size = 0;
1642                         goto write_through16;
1643                 }
1644                 /* Save registers for old vq, if it was a valid vq */
1645                 if (d->mmio->cfg.queue_size)
1646                         save_vq_config(&d->mmio->cfg,
1647                                        vq_by_num(d, d->mmio->cfg.queue_select));
1648                 /* Restore the registers for the queue they asked for */
1649                 restore_vq_config(&d->mmio->cfg, vq);
1650                 goto write_through16;
1651         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_size):
1652                 if (val & (val-1))
1653                         errx(1, "%s: invalid queue size %u\n", d->name, val);
1654                 if (d->mmio->cfg.queue_enable)
1655                         errx(1, "%s: changing queue size on live device",
1656                              d->name);
1657                 goto write_through16;
1658         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_msix_vector):
1659                 errx(1, "%s: attempt to set MSIX vector to %u",
1660                      d->name, val);
1661         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_enable):
1662                 if (val != 1)
1663                         errx(1, "%s: setting queue_enable to %u", d->name, val);
1664                 d->mmio->cfg.queue_enable = val;
1665                 save_vq_config(&d->mmio->cfg,
1666                                vq_by_num(d, d->mmio->cfg.queue_select));
1667                 enable_virtqueue(d, vq_by_num(d, d->mmio->cfg.queue_select));
1668                 goto write_through16;
1669         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_notify_off):
1670                 errx(1, "%s: attempt to write to queue_notify_off", d->name);
1671         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_desc_lo):
1672         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_desc_hi):
1673         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_avail_lo):
1674         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_avail_hi):
1675         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_used_lo):
1676         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_used_hi):
1677                 if (d->mmio->cfg.queue_enable)
1678                         errx(1, "%s: changing queue on live device",
1679                              d->name);
1680                 goto write_through32;
1681         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, notify):
1682                 vq = vq_by_num(d, val);
1683                 if (!vq)
1684                         errx(1, "Invalid vq notification on %u", val);
1685                 /* Notify the process handling this vq by adding 1 to eventfd */
1686                 write(vq->eventfd, "\1\0\0\0\0\0\0\0", 8);
1687                 goto write_through16;
1688         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, isr):
1689                 errx(1, "%s: Unexpected write to isr", d->name);
1690         /* Weird corner case: write to emerg_wr of console */
1691         case sizeof(struct virtio_pci_mmio)
1692                 + offsetof(struct virtio_console_config, emerg_wr):
1693                 if (strcmp(d->name, "console") == 0) {
1694                         char c = val;
1695                         write(STDOUT_FILENO, &c, 1);
1696                         goto write_through32;
1697                 }
1698                 /* Fall through... */
1699         default:
1700                 errx(1, "%s: Unexpected write to offset %u", d->name, off);
1701         }
1702
1703 write_through32:
1704         if (mask != 0xFFFFFFFF) {
1705                 errx(1, "%s: non-32-bit write to offset %u (%#x)",
1706                      d->name, off, getreg(eip));
1707                 return;
1708         }
1709         memcpy((char *)d->mmio + off, &val, 4);
1710         return;
1711
1712 write_through16:
1713         if (mask != 0xFFFF)
1714                 errx(1, "%s: non-16-bit (%#x) write to offset %u (%#x)",
1715                      d->name, mask, off, getreg(eip));
1716         memcpy((char *)d->mmio + off, &val, 2);
1717         return;
1718
1719 write_through8:
1720         if (mask != 0xFF)
1721                 errx(1, "%s: non-8-bit write to offset %u (%#x)",
1722                      d->name, off, getreg(eip));
1723         memcpy((char *)d->mmio + off, &val, 1);
1724         return;
1725 }
1726
1727 static u32 emulate_mmio_read(struct device *d, u32 off, u32 mask)
1728 {
1729         u8 isr;
1730         u32 val = 0;
1731
1732         switch (off) {
1733         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.device_feature_select):
1734         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.device_feature):
1735         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.guest_feature_select):
1736         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.guest_feature):
1737                 goto read_through32;
1738         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.msix_config):
1739                 errx(1, "%s: read of msix_config", d->name);
1740         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.num_queues):
1741                 goto read_through16;
1742         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.device_status):
1743         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.config_generation):
1744                 goto read_through8;
1745         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, notify):
1746                 goto read_through16;
1747         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, isr):
1748                 if (mask != 0xFF)
1749                         errx(1, "%s: non-8-bit read from offset %u (%#x)",
1750                              d->name, off, getreg(eip));
1751                 /* Read resets the isr */
1752                 isr = d->mmio->isr;
1753                 d->mmio->isr = 0;
1754                 return isr;
1755         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, padding):
1756                 errx(1, "%s: read from padding (%#x)",
1757                      d->name, getreg(eip));
1758         default:
1759                 /* Read from device config space, beware unaligned overflow */
1760                 if (off > d->mmio_size - 4)
1761                         errx(1, "%s: read past end (%#x)",
1762                              d->name, getreg(eip));
1763                 if (mask == 0xFFFFFFFF)
1764                         goto read_through32;
1765                 else if (mask == 0xFFFF)
1766                         goto read_through16;
1767                 else
1768                         goto read_through8;
1769         }
1770
1771 read_through32:
1772         if (mask != 0xFFFFFFFF)
1773                 errx(1, "%s: non-32-bit read to offset %u (%#x)",
1774                      d->name, off, getreg(eip));
1775         memcpy(&val, (char *)d->mmio + off, 4);
1776         return val;
1777
1778 read_through16:
1779         if (mask != 0xFFFF)
1780                 errx(1, "%s: non-16-bit read to offset %u (%#x)",
1781                      d->name, off, getreg(eip));
1782         memcpy(&val, (char *)d->mmio + off, 2);
1783         return val;
1784
1785 read_through8:
1786         if (mask != 0xFF)
1787                 errx(1, "%s: non-8-bit read to offset %u (%#x)",
1788                      d->name, off, getreg(eip));
1789         memcpy(&val, (char *)d->mmio + off, 1);
1790         return val;
1791 }
1792
1793 static void emulate_mmio(unsigned long paddr, const u8 *insn)
1794 {
1795         u32 val, off, mask = 0xFFFFFFFF, insnlen = 0;
1796         struct device *d = find_mmio_region(paddr, &off);
1797         unsigned long args[] = { LHREQ_TRAP, 14 };
1798
1799         if (!d) {
1800                 warnx("MMIO touching %#08lx (not a device)", paddr);
1801                 goto reinject;
1802         }
1803
1804         /* Prefix makes it a 16 bit op */
1805         if (insn[0] == 0x66) {
1806                 mask = 0xFFFF;
1807                 insnlen++;
1808         }
1809
1810         /* iowrite */
1811         if (insn[insnlen] == 0x89) {
1812                 /* Next byte is r/m byte: bits 3-5 are register. */
1813                 val = getreg_num((insn[insnlen+1] >> 3) & 0x7, mask);
1814                 emulate_mmio_write(d, off, val, mask);
1815                 insnlen += 2 + insn_displacement_len(insn[insnlen+1]);
1816         } else if (insn[insnlen] == 0x8b) { /* ioread */
1817                 /* Next byte is r/m byte: bits 3-5 are register. */
1818                 val = emulate_mmio_read(d, off, mask);
1819                 setreg_num((insn[insnlen+1] >> 3) & 0x7, val, mask);
1820                 insnlen += 2 + insn_displacement_len(insn[insnlen+1]);
1821         } else if (insn[0] == 0x88) { /* 8-bit iowrite */
1822                 mask = 0xff;
1823                 /* Next byte is r/m byte: bits 3-5 are register. */
1824                 val = getreg_num((insn[1] >> 3) & 0x7, mask);
1825                 emulate_mmio_write(d, off, val, mask);
1826                 insnlen = 2 + insn_displacement_len(insn[1]);
1827         } else if (insn[0] == 0x8a) { /* 8-bit ioread */
1828                 mask = 0xff;
1829                 val = emulate_mmio_read(d, off, mask);
1830                 setreg_num((insn[1] >> 3) & 0x7, val, mask);
1831                 insnlen = 2 + insn_displacement_len(insn[1]);
1832         } else {
1833                 warnx("Unknown MMIO instruction touching %#08lx:"
1834                      " %02x %02x %02x %02x at %u",
1835                      paddr, insn[0], insn[1], insn[2], insn[3], getreg(eip));
1836         reinject:
1837                 /* Inject trap into Guest. */
1838                 if (write(lguest_fd, args, sizeof(args)) < 0)
1839                         err(1, "Reinjecting trap 14 for fault at %#x",
1840                             getreg(eip));
1841                 return;
1842         }
1843
1844         /* Finally, we've "done" the instruction, so move past it. */
1845         setreg(eip, getreg(eip) + insnlen);
1846 }
1847
1848 /*L:190
1849  * Device Setup
1850  *
1851  * All devices need a descriptor so the Guest knows it exists, and a "struct
1852  * device" so the Launcher can keep track of it.  We have common helper
1853  * routines to allocate and manage them.
1854  */
1855 static void add_pci_virtqueue(struct device *dev,
1856                               void (*service)(struct virtqueue *))
1857 {
1858         struct virtqueue **i, *vq = malloc(sizeof(*vq));
1859
1860         /* Initialize the virtqueue */
1861         vq->next = NULL;
1862         vq->last_avail_idx = 0;
1863         vq->dev = dev;
1864
1865         /*
1866          * This is the routine the service thread will run, and its Process ID
1867          * once it's running.
1868          */
1869         vq->service = service;
1870         vq->thread = (pid_t)-1;
1871
1872         /* Initialize the configuration. */
1873         vq->pci_config.queue_size = VIRTQUEUE_NUM;
1874         vq->pci_config.queue_enable = 0;
1875         vq->pci_config.queue_notify_off = 0;
1876
1877         /* Add one to the number of queues */
1878         vq->dev->mmio->cfg.num_queues++;
1879
1880         /*
1881          * Add to tail of list, so dev->vq is first vq, dev->vq->next is
1882          * second.
1883          */
1884         for (i = &dev->vq; *i; i = &(*i)->next);
1885         *i = vq;
1886 }
1887
1888 /* The Guest accesses the feature bits via the PCI common config MMIO region */
1889 static void add_pci_feature(struct device *dev, unsigned bit)
1890 {
1891         dev->features |= (1ULL << bit);
1892 }
1893
1894 /* For devices with no config. */
1895 static void no_device_config(struct device *dev)
1896 {
1897         dev->mmio_addr = get_mmio_region(dev->mmio_size);
1898
1899         dev->config.bar[0] = dev->mmio_addr;
1900         /* Bottom 4 bits must be zero */
1901         assert(~(dev->config.bar[0] & 0xF));
1902 }
1903
1904 /* This puts the device config into BAR0 */
1905 static void set_device_config(struct device *dev, const void *conf, size_t len)
1906 {
1907         /* Set up BAR 0 */
1908         dev->mmio_size += len;
1909         dev->mmio = realloc(dev->mmio, dev->mmio_size);
1910         memcpy(dev->mmio + 1, conf, len);
1911
1912         /* Hook up device cfg */
1913         dev->config.cfg_access.cap.cap_next
1914                 = offsetof(struct pci_config, device);
1915
1916         /* Fix up device cfg field length. */
1917         dev->config.device.length = len;
1918
1919         /* The rest is the same as the no-config case */
1920         no_device_config(dev);
1921 }
1922
1923 static void init_cap(struct virtio_pci_cap *cap, size_t caplen, int type,
1924                      size_t bar_offset, size_t bar_bytes, u8 next)
1925 {
1926         cap->cap_vndr = PCI_CAP_ID_VNDR;
1927         cap->cap_next = next;
1928         cap->cap_len = caplen;
1929         cap->cfg_type = type;
1930         cap->bar = 0;
1931         memset(cap->padding, 0, sizeof(cap->padding));
1932         cap->offset = bar_offset;
1933         cap->length = bar_bytes;
1934 }
1935
1936 /*
1937  * This sets up the pci_config structure, as defined in the virtio 1.0
1938  * standard (and PCI standard).
1939  */
1940 static void init_pci_config(struct pci_config *pci, u16 type,
1941                             u8 class, u8 subclass)
1942 {
1943         size_t bar_offset, bar_len;
1944
1945         /* Save typing: most thing are happy being zero. */
1946         memset(pci, 0, sizeof(*pci));
1947
1948         /* 4.1.2.1: Devices MUST have the PCI Vendor ID 0x1AF4 */
1949         pci->vendor_id = 0x1AF4;
1950         /* 4.1.2.1: ... PCI Device ID calculated by adding 0x1040 ... */
1951         pci->device_id = 0x1040 + type;
1952
1953         /*
1954          * PCI have specific codes for different types of devices.
1955          * Linux doesn't care, but it's a good clue for people looking
1956          * at the device.
1957          */
1958         pci->class = class;
1959         pci->subclass = subclass;
1960
1961         /*
1962          * 4.1.2.1 Non-transitional devices SHOULD have a PCI Revision
1963          * ID of 1 or higher
1964          */
1965         pci->revid = 1;
1966
1967         /*
1968          * 4.1.2.1 Non-transitional devices SHOULD have a PCI
1969          * Subsystem Device ID of 0x40 or higher.
1970          */
1971         pci->subsystem_device_id = 0x40;
1972
1973         /* We use our dummy interrupt controller, and irq_line is the irq */
1974         pci->irq_line = devices.next_irq++;
1975         pci->irq_pin = 0;
1976
1977         /* Support for extended capabilities. */
1978         pci->status = (1 << 4);
1979
1980         /* Link them in. */
1981         pci->capabilities = offsetof(struct pci_config, common);
1982
1983         bar_offset = offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg);
1984         bar_len = sizeof(((struct virtio_pci_mmio *)0)->cfg);
1985         init_cap(&pci->common, sizeof(pci->common), VIRTIO_PCI_CAP_COMMON_CFG,
1986                  bar_offset, bar_len,
1987                  offsetof(struct pci_config, notify));
1988
1989         bar_offset += bar_len;
1990         bar_len = sizeof(((struct virtio_pci_mmio *)0)->notify);
1991         /* FIXME: Use a non-zero notify_off, for per-queue notification? */
1992         init_cap(&pci->notify.cap, sizeof(pci->notify),
1993                  VIRTIO_PCI_CAP_NOTIFY_CFG,
1994                  bar_offset, bar_len,
1995                  offsetof(struct pci_config, isr));
1996
1997         bar_offset += bar_len;
1998         bar_len = sizeof(((struct virtio_pci_mmio *)0)->isr);
1999         init_cap(&pci->isr, sizeof(pci->isr),
2000                  VIRTIO_PCI_CAP_ISR_CFG,
2001                  bar_offset, bar_len,
2002                  offsetof(struct pci_config, cfg_access));
2003
2004         /* This doesn't have any presence in the BAR */
2005         init_cap(&pci->cfg_access.cap, sizeof(pci->cfg_access),
2006                  VIRTIO_PCI_CAP_PCI_CFG,
2007                  0, 0, 0);
2008
2009         bar_offset += bar_len + sizeof(((struct virtio_pci_mmio *)0)->padding);
2010         assert(bar_offset == sizeof(struct virtio_pci_mmio));
2011
2012         /*
2013          * This gets sewn in and length set in set_device_config().
2014          * Some devices don't have a device configuration interface, so
2015          * we never expose this if we don't call set_device_config().
2016          */
2017         init_cap(&pci->device, sizeof(pci->device), VIRTIO_PCI_CAP_DEVICE_CFG,
2018                  bar_offset, 0, 0);
2019 }
2020
2021 /*
2022  * This routine does all the creation and setup of a new device, but we don't
2023  * actually place the MMIO region until we know the size (if any) of the
2024  * device-specific config.  And we don't actually start the service threads
2025  * until later.
2026  *
2027  * See what I mean about userspace being boring?
2028  */
2029 static struct device *new_pci_device(const char *name, u16 type,
2030                                      u8 class, u8 subclass)
2031 {
2032         struct device *dev = malloc(sizeof(*dev));
2033
2034         /* Now we populate the fields one at a time. */
2035         dev->name = name;
2036         dev->vq = NULL;
2037         dev->running = false;
2038         dev->mmio_size = sizeof(struct virtio_pci_mmio);
2039         dev->mmio = calloc(1, dev->mmio_size);
2040         dev->features = (u64)1 << VIRTIO_F_VERSION_1;
2041         dev->features_accepted = 0;
2042
2043         if (devices.device_num + 1 >= MAX_PCI_DEVICES)
2044                 errx(1, "Can only handle 31 PCI devices");
2045
2046         init_pci_config(&dev->config, type, class, subclass);
2047         assert(!devices.pci[devices.device_num+1]);
2048         devices.pci[++devices.device_num] = dev;
2049
2050         return dev;
2051 }
2052
2053 /*
2054  * Our first setup routine is the console.  It's a fairly simple device, but
2055  * UNIX tty handling makes it uglier than it could be.
2056  */
2057 static void setup_console(void)
2058 {
2059         struct device *dev;
2060         struct virtio_console_config conf;
2061
2062         /* If we can save the initial standard input settings... */
2063         if (tcgetattr(STDIN_FILENO, &orig_term) == 0) {
2064                 struct termios term = orig_term;
2065                 /*
2066                  * Then we turn off echo, line buffering and ^C etc: We want a
2067                  * raw input stream to the Guest.
2068                  */
2069                 term.c_lflag &= ~(ISIG|ICANON|ECHO);
2070                 tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &term);
2071         }
2072
2073         dev = new_pci_device("console", VIRTIO_ID_CONSOLE, 0x07, 0x00);
2074
2075         /* We store the console state in dev->priv, and initialize it. */
2076         dev->priv = malloc(sizeof(struct console_abort));
2077         ((struct console_abort *)dev->priv)->count = 0;
2078
2079         /*
2080          * The console needs two virtqueues: the input then the output.  When
2081          * they put something the input queue, we make sure we're listening to
2082          * stdin.  When they put something in the output queue, we write it to
2083          * stdout.
2084          */
2085         add_pci_virtqueue(dev, console_input);
2086         add_pci_virtqueue(dev, console_output);
2087
2088         /* We need a configuration area for the emerg_wr early writes. */
2089         add_pci_feature(dev, VIRTIO_CONSOLE_F_EMERG_WRITE);
2090         set_device_config(dev, &conf, sizeof(conf));
2091
2092         verbose("device %u: console\n", devices.device_num);
2093 }
2094 /*:*/
2095
2096 /*M:010
2097  * Inter-guest networking is an interesting area.  Simplest is to have a
2098  * --sharenet=<name> option which opens or creates a named pipe.  This can be
2099  * used to send packets to another guest in a 1:1 manner.
2100  *
2101  * More sophisticated is to use one of the tools developed for project like UML
2102  * to do networking.
2103  *
2104  * Faster is to do virtio bonding in kernel.  Doing this 1:1 would be
2105  * completely generic ("here's my vring, attach to your vring") and would work
2106  * for any traffic.  Of course, namespace and permissions issues need to be
2107  * dealt with.  A more sophisticated "multi-channel" virtio_net.c could hide
2108  * multiple inter-guest channels behind one interface, although it would
2109  * require some manner of hotplugging new virtio channels.
2110  *
2111  * Finally, we could use a virtio network switch in the kernel, ie. vhost.
2112 :*/
2113
2114 static u32 str2ip(const char *ipaddr)
2115 {
2116         unsigned int b[4];
2117
2118         if (sscanf(ipaddr, "%u.%u.%u.%u", &b[0], &b[1], &b[2], &b[3]) != 4)
2119                 errx(1, "Failed to parse IP address '%s'", ipaddr);
2120         return (b[0] << 24) | (b[1] << 16) | (b[2] << 8) | b[3];
2121 }
2122
2123 static void str2mac(const char *macaddr, unsigned char mac[6])
2124 {
2125         unsigned int m[6];
2126         if (sscanf(macaddr, "%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x",
2127                    &m[0], &m[1], &m[2], &m[3], &m[4], &m[5]) != 6)
2128                 errx(1, "Failed to parse mac address '%s'", macaddr);
2129         mac[0] = m[0];
2130         mac[1] = m[1];
2131         mac[2] = m[2];
2132         mac[3] = m[3];
2133         mac[4] = m[4];
2134         mac[5] = m[5];
2135 }
2136
2137 /*
2138  * This code is "adapted" from libbridge: it attaches the Host end of the
2139  * network device to the bridge device specified by the command line.
2140  *
2141  * This is yet another James Morris contribution (I'm an IP-level guy, so I
2142  * dislike bridging), and I just try not to break it.
2143  */
2144 static void add_to_bridge(int fd, const char *if_name, const char *br_name)
2145 {
2146         int ifidx;
2147         struct ifreq ifr;
2148
2149         if (!*br_name)
2150                 errx(1, "must specify bridge name");
2151
2152         ifidx = if_nametoindex(if_name);
2153         if (!ifidx)
2154                 errx(1, "interface %s does not exist!", if_name);
2155
2156         strncpy(ifr.ifr_name, br_name, IFNAMSIZ);
2157         ifr.ifr_name[IFNAMSIZ-1] = '\0';
2158         ifr.ifr_ifindex = ifidx;
2159         if (ioctl(fd, SIOCBRADDIF, &ifr) < 0)
2160                 err(1, "can't add %s to bridge %s", if_name, br_name);
2161 }
2162
2163 /*
2164  * This sets up the Host end of the network device with an IP address, brings
2165  * it up so packets will flow, the copies the MAC address into the hwaddr
2166  * pointer.
2167  */
2168 static void configure_device(int fd, const char *tapif, u32 ipaddr)
2169 {
2170         struct ifreq ifr;
2171         struct sockaddr_in sin;
2172
2173         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
2174         strcpy(ifr.ifr_name, tapif);
2175
2176         /* Don't read these incantations.  Just cut & paste them like I did! */
2177         sin.sin_family = AF_INET;
2178         sin.sin_addr.s_addr = htonl(ipaddr);
2179         memcpy(&ifr.ifr_addr, &sin, sizeof(sin));
2180         if (ioctl(fd, SIOCSIFADDR, &ifr) != 0)
2181                 err(1, "Setting %s interface address", tapif);
2182         ifr.ifr_flags = IFF_UP;
2183         if (ioctl(fd, SIOCSIFFLAGS, &ifr) != 0)
2184                 err(1, "Bringing interface %s up", tapif);
2185 }
2186
2187 static int get_tun_device(char tapif[IFNAMSIZ])
2188 {
2189         struct ifreq ifr;
2190         int vnet_hdr_sz;
2191         int netfd;
2192
2193         /* Start with this zeroed.  Messy but sure. */
2194         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
2195
2196         /*
2197          * We open the /dev/net/tun device and tell it we want a tap device.  A
2198          * tap device is like a tun device, only somehow different.  To tell
2199          * the truth, I completely blundered my way through this code, but it
2200          * works now!
2201          */
2202         netfd = open_or_die("/dev/net/tun", O_RDWR);
2203         ifr.ifr_flags = IFF_TAP | IFF_NO_PI | IFF_VNET_HDR;
2204         strcpy(ifr.ifr_name, "tap%d");
2205         if (ioctl(netfd, TUNSETIFF, &ifr) != 0)
2206                 err(1, "configuring /dev/net/tun");
2207
2208         if (ioctl(netfd, TUNSETOFFLOAD,
2209                   TUN_F_CSUM|TUN_F_TSO4|TUN_F_TSO6|TUN_F_TSO_ECN) != 0)
2210                 err(1, "Could not set features for tun device");
2211
2212         /*
2213          * We don't need checksums calculated for packets coming in this
2214          * device: trust us!
2215          */
2216         ioctl(netfd, TUNSETNOCSUM, 1);
2217
2218         /*
2219          * In virtio before 1.0 (aka legacy virtio), we added a 16-bit
2220          * field at the end of the network header iff
2221          * VIRTIO_NET_F_MRG_RXBUF was negotiated.  For virtio 1.0,
2222          * that became the norm, but we need to tell the tun device
2223          * about our expanded header (which is called
2224          * virtio_net_hdr_mrg_rxbuf in the legacy system).
2225          */
2226         vnet_hdr_sz = sizeof(struct virtio_net_hdr_mrg_rxbuf);
2227         if (ioctl(netfd, TUNSETVNETHDRSZ, &vnet_hdr_sz) != 0)
2228                 err(1, "Setting tun header size to %u", vnet_hdr_sz);
2229
2230         memcpy(tapif, ifr.ifr_name, IFNAMSIZ);
2231         return netfd;
2232 }
2233
2234 /*L:195
2235  * Our network is a Host<->Guest network.  This can either use bridging or
2236  * routing, but the principle is the same: it uses the "tun" device to inject
2237  * packets into the Host as if they came in from a normal network card.  We
2238  * just shunt packets between the Guest and the tun device.
2239  */
2240 static void setup_tun_net(char *arg)
2241 {
2242         struct device *dev;
2243         struct net_info *net_info = malloc(sizeof(*net_info));
2244         int ipfd;
2245         u32 ip = INADDR_ANY;
2246         bool bridging = false;
2247         char tapif[IFNAMSIZ], *p;
2248         struct virtio_net_config conf;
2249
2250         net_info->tunfd = get_tun_device(tapif);
2251
2252         /* First we create a new network device. */
2253         dev = new_pci_device("net", VIRTIO_ID_NET, 0x02, 0x00);
2254         dev->priv = net_info;
2255
2256         /* Network devices need a recv and a send queue, just like console. */
2257         add_pci_virtqueue(dev, net_input);
2258         add_pci_virtqueue(dev, net_output);
2259
2260         /*
2261          * We need a socket to perform the magic network ioctls to bring up the
2262          * tap interface, connect to the bridge etc.  Any socket will do!
2263          */
2264         ipfd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_IP);
2265         if (ipfd < 0)
2266                 err(1, "opening IP socket");
2267
2268         /* If the command line was --tunnet=bridge:<name> do bridging. */
2269         if (!strncmp(BRIDGE_PFX, arg, strlen(BRIDGE_PFX))) {
2270                 arg += strlen(BRIDGE_PFX);
2271                 bridging = true;
2272         }
2273
2274         /* A mac address may follow the bridge name or IP address */
2275         p = strchr(arg, ':');
2276         if (p) {
2277                 str2mac(p+1, conf.mac);
2278                 add_pci_feature(dev, VIRTIO_NET_F_MAC);
2279                 *p = '\0';
2280         }
2281
2282         /* arg is now either an IP address or a bridge name */
2283         if (bridging)
2284                 add_to_bridge(ipfd, tapif, arg);
2285         else
2286                 ip = str2ip(arg);
2287
2288         /* Set up the tun device. */
2289         configure_device(ipfd, tapif, ip);
2290
2291         /* Expect Guest to handle everything except UFO */
2292         add_pci_feature(dev, VIRTIO_NET_F_CSUM);
2293         add_pci_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_CSUM);
2294         add_pci_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO4);
2295         add_pci_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO6);
2296         add_pci_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_ECN);
2297         add_pci_feature(dev, VIRTIO_NET_F_HOST_TSO4);
2298         add_pci_feature(dev, VIRTIO_NET_F_HOST_TSO6);
2299         add_pci_feature(dev, VIRTIO_NET_F_HOST_ECN);
2300         /* We handle indirect ring entries */
2301         add_pci_feature(dev, VIRTIO_RING_F_INDIRECT_DESC);
2302         set_device_config(dev, &conf, sizeof(conf));
2303
2304         /* We don't need the socket any more; setup is done. */
2305         close(ipfd);
2306
2307         if (bridging)
2308                 verbose("device %u: tun %s attached to bridge: %s\n",
2309                         devices.device_num, tapif, arg);
2310         else
2311                 verbose("device %u: tun %s: %s\n",
2312                         devices.device_num, tapif, arg);
2313 }
2314 /*:*/
2315
2316 /* This hangs off device->priv. */
2317 struct vblk_info {
2318         /* The size of the file. */
2319         off64_t len;
2320
2321         /* The file descriptor for the file. */
2322         int fd;
2323
2324 };
2325
2326 /*L:210
2327  * The Disk
2328  *
2329  * The disk only has one virtqueue, so it only has one thread.  It is really
2330  * simple: the Guest asks for a block number and we read or write that position
2331  * in the file.
2332  *
2333  * Before we serviced each virtqueue in a separate thread, that was unacceptably
2334  * slow: the Guest waits until the read is finished before running anything
2335  * else, even if it could have been doing useful work.
2336  *
2337  * We could have used async I/O, except it's reputed to suck so hard that
2338  * characters actually go missing from your code when you try to use it.
2339  */
2340 static void blk_request(struct virtqueue *vq)
2341 {
2342         struct vblk_info *vblk = vq->dev->priv;
2343         unsigned int head, out_num, in_num, wlen;
2344         int ret, i;
2345         u8 *in;
2346         struct virtio_blk_outhdr out;
2347         struct iovec iov[vq->vring.num];
2348         off64_t off;
2349
2350         /*
2351          * Get the next request, where we normally wait.  It triggers the
2352          * interrupt to acknowledge previously serviced requests (if any).
2353          */
2354         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out_num, &in_num);
2355
2356         /* Copy the output header from the front of the iov (adjusts iov) */
2357         iov_consume(iov, out_num, &out, sizeof(out));
2358
2359         /* Find and trim end of iov input array, for our status byte. */
2360         in = NULL;
2361         for (i = out_num + in_num - 1; i >= out_num; i--) {
2362                 if (iov[i].iov_len > 0) {
2363                         in = iov[i].iov_base + iov[i].iov_len - 1;
2364                         iov[i].iov_len--;
2365                         break;
2366                 }
2367         }
2368         if (!in)
2369                 errx(1, "Bad virtblk cmd with no room for status");
2370
2371         /*
2372          * For historical reasons, block operations are expressed in 512 byte
2373          * "sectors".
2374          */
2375         off = out.sector * 512;
2376
2377         if (out.type & VIRTIO_BLK_T_OUT) {
2378                 /*
2379                  * Write
2380                  *
2381                  * Move to the right location in the block file.  This can fail
2382                  * if they try to write past end.
2383                  */
2384                 if (lseek64(vblk->fd, off, SEEK_SET) != off)
2385                         err(1, "Bad seek to sector %llu", out.sector);
2386
2387                 ret = writev(vblk->fd, iov, out_num);
2388                 verbose("WRITE to sector %llu: %i\n", out.sector, ret);
2389
2390                 /*
2391                  * Grr... Now we know how long the descriptor they sent was, we
2392                  * make sure they didn't try to write over the end of the block
2393                  * file (possibly extending it).
2394                  */
2395                 if (ret > 0 && off + ret > vblk->len) {
2396                         /* Trim it back to the correct length */
2397                         ftruncate64(vblk->fd, vblk->len);
2398                         /* Die, bad Guest, die. */
2399                         errx(1, "Write past end %llu+%u", off, ret);
2400                 }
2401
2402                 wlen = sizeof(*in);
2403                 *in = (ret >= 0 ? VIRTIO_BLK_S_OK : VIRTIO_BLK_S_IOERR);
2404         } else if (out.type & VIRTIO_BLK_T_FLUSH) {
2405                 /* Flush */
2406                 ret = fdatasync(vblk->fd);
2407                 verbose("FLUSH fdatasync: %i\n", ret);
2408                 wlen = sizeof(*in);
2409                 *in = (ret >= 0 ? VIRTIO_BLK_S_OK : VIRTIO_BLK_S_IOERR);
2410         } else {
2411                 /*
2412                  * Read
2413                  *
2414                  * Move to the right location in the block file.  This can fail
2415                  * if they try to read past end.
2416                  */
2417                 if (lseek64(vblk->fd, off, SEEK_SET) != off)
2418                         err(1, "Bad seek to sector %llu", out.sector);
2419
2420                 ret = readv(vblk->fd, iov + out_num, in_num);
2421                 if (ret >= 0) {
2422                         wlen = sizeof(*in) + ret;
2423                         *in = VIRTIO_BLK_S_OK;
2424                 } else {
2425                         wlen = sizeof(*in);
2426                         *in = VIRTIO_BLK_S_IOERR;
2427                 }
2428         }
2429
2430         /* Finished that request. */
2431         add_used(vq, head, wlen);
2432 }
2433
2434 /*L:198 This actually sets up a virtual block device. */
2435 static void setup_block_file(const char *filename)
2436 {
2437         struct device *dev;
2438         struct vblk_info *vblk;
2439         struct virtio_blk_config conf;
2440
2441         /* Create the device. */
2442         dev = new_pci_device("block", VIRTIO_ID_BLOCK, 0x01, 0x80);
2443
2444         /* The device has one virtqueue, where the Guest places requests. */
2445         add_pci_virtqueue(dev, blk_request);
2446
2447         /* Allocate the room for our own bookkeeping */
2448         vblk = dev->priv = malloc(sizeof(*vblk));
2449
2450         /* First we open the file and store the length. */
2451         vblk->fd = open_or_die(filename, O_RDWR|O_LARGEFILE);
2452         vblk->len = lseek64(vblk->fd, 0, SEEK_END);
2453
2454         /* Tell Guest how many sectors this device has. */
2455         conf.capacity = cpu_to_le64(vblk->len / 512);
2456
2457         /*
2458          * Tell Guest not to put in too many descriptors at once: two are used
2459          * for the in and out elements.
2460          */
2461         add_pci_feature(dev, VIRTIO_BLK_F_SEG_MAX);
2462         conf.seg_max = cpu_to_le32(VIRTQUEUE_NUM - 2);
2463
2464         set_device_config(dev, &conf, sizeof(struct virtio_blk_config));
2465
2466         verbose("device %u: virtblock %llu sectors\n",
2467                 devices.device_num, le64_to_cpu(conf.capacity));
2468 }
2469
2470 /*L:211
2471  * Our random number generator device reads from /dev/urandom into the Guest's
2472  * input buffers.  The usual case is that the Guest doesn't want random numbers
2473  * and so has no buffers although /dev/urandom is still readable, whereas
2474  * console is the reverse.
2475  *
2476  * The same logic applies, however.
2477  */
2478 struct rng_info {
2479         int rfd;
2480 };
2481
2482 static void rng_input(struct virtqueue *vq)
2483 {
2484         int len;
2485         unsigned int head, in_num, out_num, totlen = 0;
2486         struct rng_info *rng_info = vq->dev->priv;
2487         struct iovec iov[vq->vring.num];
2488
2489         /* First we need a buffer from the Guests's virtqueue. */
2490         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out_num, &in_num);
2491         if (out_num)
2492                 errx(1, "Output buffers in rng?");
2493
2494         /*
2495          * Just like the console write, we loop to cover the whole iovec.
2496          * In this case, short reads actually happen quite a bit.
2497          */
2498         while (!iov_empty(iov, in_num)) {
2499                 len = readv(rng_info->rfd, iov, in_num);
2500                 if (len <= 0)
2501                         err(1, "Read from /dev/urandom gave %i", len);
2502                 iov_consume(iov, in_num, NULL, len);
2503                 totlen += len;
2504         }
2505
2506         /* Tell the Guest about the new input. */
2507         add_used(vq, head, totlen);
2508 }
2509
2510 /*L:199
2511  * This creates a "hardware" random number device for the Guest.
2512  */
2513 static void setup_rng(void)
2514 {
2515         struct device *dev;
2516         struct rng_info *rng_info = malloc(sizeof(*rng_info));
2517
2518         /* Our device's private info simply contains the /dev/urandom fd. */
2519         rng_info->rfd = open_or_die("/dev/urandom", O_RDONLY);
2520
2521         /* Create the new device. */
2522         dev = new_pci_device("rng", VIRTIO_ID_RNG, 0xff, 0);
2523         dev->priv = rng_info;
2524
2525         /* The device has one virtqueue, where the Guest places inbufs. */
2526         add_pci_virtqueue(dev, rng_input);
2527
2528         /* We don't have any configuration space */
2529         no_device_config(dev);
2530
2531         verbose("device %u: rng\n", devices.device_num);
2532 }
2533 /* That's the end of device setup. */
2534
2535 /*L:230 Reboot is pretty easy: clean up and exec() the Launcher afresh. */
2536 static void __attribute__((noreturn)) restart_guest(void)
2537 {
2538         unsigned int i;
2539
2540         /*
2541          * Since we don't track all open fds, we simply close everything beyond
2542          * stderr.
2543          */
2544         for (i = 3; i < FD_SETSIZE; i++)
2545                 close(i);
2546
2547         /* Reset all the devices (kills all threads). */
2548         cleanup_devices();
2549
2550         execv(main_args[0], main_args);
2551         err(1, "Could not exec %s", main_args[0]);
2552 }
2553
2554 /*L:220
2555  * Finally we reach the core of the Launcher which runs the Guest, serves
2556  * its input and output, and finally, lays it to rest.
2557  */
2558 static void __attribute__((noreturn)) run_guest(void)
2559 {
2560         for (;;) {
2561                 struct lguest_pending notify;
2562                 int readval;
2563
2564                 /* We read from the /dev/lguest device to run the Guest. */
2565                 readval = pread(lguest_fd, &notify, sizeof(notify), cpu_id);
2566
2567                 /* One unsigned long means the Guest did HCALL_NOTIFY */
2568                 if (readval == sizeof(notify)) {
2569                         if (notify.trap == 0x1F) {
2570                                 verbose("Notify on address %#08x\n",
2571                                         notify.addr);
2572                                 handle_output(notify.addr);
2573                         } else if (notify.trap == 13) {
2574                                 verbose("Emulating instruction at %#x\n",
2575                                         getreg(eip));
2576                                 emulate_insn(notify.insn);
2577                         } else if (notify.trap == 14) {
2578                                 verbose("Emulating MMIO at %#x\n",
2579                                         getreg(eip));
2580                                 emulate_mmio(notify.addr, notify.insn);
2581                         } else
2582                                 errx(1, "Unknown trap %i addr %#08x\n",
2583                                      notify.trap, notify.addr);
2584                 /* ENOENT means the Guest died.  Reading tells us why. */
2585                 } else if (errno == ENOENT) {
2586                         char reason[1024] = { 0 };
2587                         pread(lguest_fd, reason, sizeof(reason)-1, cpu_id);
2588                         errx(1, "%s", reason);
2589                 /* ERESTART means that we need to reboot the guest */
2590                 } else if (errno == ERESTART) {
2591                         restart_guest();
2592                 /* Anything else means a bug or incompatible change. */
2593                 } else
2594                         err(1, "Running guest failed");
2595         }
2596 }
2597 /*L:240
2598  * This is the end of the Launcher.  The good news: we are over halfway
2599  * through!  The bad news: the most fiendish part of the code still lies ahead
2600  * of us.
2601  *
2602  * Are you ready?  Take a deep breath and join me in the core of the Host, in
2603  * "make Host".
2604 :*/
2605
2606 static struct option opts[] = {
2607         { "verbose", 0, NULL, 'v' },
2608         { "tunnet", 1, NULL, 't' },
2609         { "block", 1, NULL, 'b' },
2610         { "rng", 0, NULL, 'r' },
2611         { "initrd", 1, NULL, 'i' },
2612         { "username", 1, NULL, 'u' },
2613         { "chroot", 1, NULL, 'c' },
2614         { NULL },
2615 };
2616 static void usage(void)
2617 {
2618         errx(1, "Usage: lguest [--verbose] "
2619              "[--tunnet=(<ipaddr>:<macaddr>|bridge:<bridgename>:<macaddr>)\n"
2620              "|--block=<filename>|--initrd=<filename>]...\n"
2621              "<mem-in-mb> vmlinux [args...]");
2622 }
2623
2624 /*L:105 The main routine is where the real work begins: */
2625 int main(int argc, char *argv[])
2626 {
2627         /* Memory, code startpoint and size of the (optional) initrd. */
2628         unsigned long mem = 0, start, initrd_size = 0;
2629         /* Two temporaries. */
2630         int i, c;
2631         /* The boot information for the Guest. */
2632         struct boot_params *boot;
2633         /* If they specify an initrd file to load. */
2634         const char *initrd_name = NULL;
2635
2636         /* Password structure for initgroups/setres[gu]id */
2637         struct passwd *user_details = NULL;
2638
2639         /* Directory to chroot to */
2640         char *chroot_path = NULL;
2641
2642         /* Save the args: we "reboot" by execing ourselves again. */
2643         main_args = argv;
2644
2645         /*
2646          * First we initialize the device list.  We remember next interrupt
2647          * number to use for devices (1: remember that 0 is used by the timer).
2648          */
2649         devices.next_irq = 1;
2650
2651         /* We're CPU 0.  In fact, that's the only CPU possible right now. */
2652         cpu_id = 0;
2653
2654         /*
2655          * We need to know how much memory so we can set up the device
2656          * descriptor and memory pages for the devices as we parse the command
2657          * line.  So we quickly look through the arguments to find the amount
2658          * of memory now.
2659          */
2660         for (i = 1; i < argc; i++) {
2661                 if (argv[i][0] != '-') {
2662                         mem = atoi(argv[i]) * 1024 * 1024;
2663                         /*
2664                          * We start by mapping anonymous pages over all of
2665                          * guest-physical memory range.  This fills it with 0,
2666                          * and ensures that the Guest won't be killed when it
2667                          * tries to access it.
2668                          */
2669                         guest_base = map_zeroed_pages(mem / getpagesize()
2670                                                       + DEVICE_PAGES);
2671                         guest_limit = mem;
2672                         guest_max = guest_mmio = mem + DEVICE_PAGES*getpagesize();
2673                         break;
2674                 }
2675         }
2676
2677         /* The options are fairly straight-forward */
2678         while ((c = getopt_long(argc, argv, "v", opts, NULL)) != EOF) {
2679                 switch (c) {
2680                 case 'v':
2681                         verbose = true;
2682                         break;
2683                 case 't':
2684                         setup_tun_net(optarg);
2685                         break;
2686                 case 'b':
2687                         setup_block_file(optarg);
2688                         break;
2689                 case 'r':
2690                         setup_rng();
2691                         break;
2692                 case 'i':
2693                         initrd_name = optarg;
2694                         break;
2695                 case 'u':
2696                         user_details = getpwnam(optarg);
2697                         if (!user_details)
2698                                 err(1, "getpwnam failed, incorrect username?");
2699                         break;
2700                 case 'c':
2701                         chroot_path = optarg;
2702                         break;
2703                 default:
2704                         warnx("Unknown argument %s", argv[optind]);
2705                         usage();
2706                 }
2707         }
2708         /*
2709          * After the other arguments we expect memory and kernel image name,
2710          * followed by command line arguments for the kernel.
2711          */
2712         if (optind + 2 > argc)
2713                 usage();
2714
2715         verbose("Guest base is at %p\n", guest_base);
2716
2717         /* We always have a console device */
2718         setup_console();
2719
2720         /* Initialize the (fake) PCI host bridge device. */
2721         init_pci_host_bridge();
2722
2723         /* Now we load the kernel */
2724         start = load_kernel(open_or_die(argv[optind+1], O_RDONLY));
2725
2726         /* Boot information is stashed at physical address 0 */
2727         boot = from_guest_phys(0);
2728
2729         /* Map the initrd image if requested (at top of physical memory) */
2730         if (initrd_name) {
2731                 initrd_size = load_initrd(initrd_name, mem);
2732                 /*
2733                  * These are the location in the Linux boot header where the
2734                  * start and size of the initrd are expected to be found.
2735                  */
2736                 boot->hdr.ramdisk_image = mem - initrd_size;
2737                 boot->hdr.ramdisk_size = initrd_size;
2738                 /* The bootloader type 0xFF means "unknown"; that's OK. */
2739                 boot->hdr.type_of_loader = 0xFF;
2740         }
2741
2742         /*
2743          * The Linux boot header contains an "E820" memory map: ours is a
2744          * simple, single region.
2745          */
2746         boot->e820_entries = 1;
2747         boot->e820_map[0] = ((struct e820entry) { 0, mem, E820_RAM });
2748         /*
2749          * The boot header contains a command line pointer: we put the command
2750          * line after the boot header.
2751          */
2752         boot->hdr.cmd_line_ptr = to_guest_phys(boot + 1);
2753         /* We use a simple helper to copy the arguments separated by spaces. */
2754         concat((char *)(boot + 1), argv+optind+2);
2755
2756         /* Set kernel alignment to 16M (CONFIG_PHYSICAL_ALIGN) */
2757         boot->hdr.kernel_alignment = 0x1000000;
2758
2759         /* Boot protocol version: 2.07 supports the fields for lguest. */
2760         boot->hdr.version = 0x207;
2761
2762         /* The hardware_subarch value of "1" tells the Guest it's an lguest. */
2763         boot->hdr.hardware_subarch = 1;
2764
2765         /* Tell the entry path not to try to reload segment registers. */
2766         boot->hdr.loadflags |= KEEP_SEGMENTS;
2767
2768         /* We tell the kernel to initialize the Guest. */
2769         tell_kernel(start);
2770
2771         /* Ensure that we terminate if a device-servicing child dies. */
2772         signal(SIGCHLD, kill_launcher);
2773
2774         /* If we exit via err(), this kills all the threads, restores tty. */
2775         atexit(cleanup_devices);
2776
2777         /* If requested, chroot to a directory */
2778         if (chroot_path) {
2779                 if (chroot(chroot_path) != 0)
2780                         err(1, "chroot(\"%s\") failed", chroot_path);
2781
2782                 if (chdir("/") != 0)
2783                         err(1, "chdir(\"/\") failed");
2784
2785                 verbose("chroot done\n");
2786         }
2787
2788         /* If requested, drop privileges */
2789         if (user_details) {
2790                 uid_t u;
2791                 gid_t g;
2792
2793                 u = user_details->pw_uid;
2794                 g = user_details->pw_gid;
2795
2796                 if (initgroups(user_details->pw_name, g) != 0)
2797                         err(1, "initgroups failed");
2798
2799                 if (setresgid(g, g, g) != 0)
2800                         err(1, "setresgid failed");
2801
2802                 if (setresuid(u, u, u) != 0)
2803                         err(1, "setresuid failed");
2804
2805                 verbose("Dropping privileges completed\n");
2806         }
2807
2808         /* Finally, run the Guest.  This doesn't return. */
2809         run_guest();
2810 }
2811 /*:*/
2812
2813 /*M:999
2814  * Mastery is done: you now know everything I do.
2815  *
2816  * But surely you have seen code, features and bugs in your wanderings which
2817  * you now yearn to attack?  That is the real game, and I look forward to you
2818  * patching and forking lguest into the Your-Name-Here-visor.
2819  *
2820  * Farewell, and good coding!
2821  * Rusty Russell.
2822  */