Add the rt linux 4.1.3-rt3 as base
[kvmfornfv.git] / kernel / 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 #define VIRTIO_NET_NO_LEGACY
70
71 /* Use in-kernel ones, which defines VIRTIO_F_VERSION_1 */
72 #include "../../include/uapi/linux/virtio_config.h"
73 #include "../../include/uapi/linux/virtio_net.h"
74 #include "../../include/uapi/linux/virtio_blk.h"
75 #include "../../include/uapi/linux/virtio_console.h"
76 #include "../../include/uapi/linux/virtio_rng.h"
77 #include <linux/virtio_ring.h>
78 #include "../../include/uapi/linux/virtio_pci.h"
79 #include <asm/bootparam.h>
80 #include "../../include/linux/lguest_launcher.h"
81
82 #define BRIDGE_PFX "bridge:"
83 #ifndef SIOCBRADDIF
84 #define SIOCBRADDIF     0x89a2          /* add interface to bridge      */
85 #endif
86 /* We can have up to 256 pages for devices. */
87 #define DEVICE_PAGES 256
88 /* This will occupy 3 pages: it must be a power of 2. */
89 #define VIRTQUEUE_NUM 256
90
91 /*L:120
92  * verbose is both a global flag and a macro.  The C preprocessor allows
93  * this, and although I wouldn't recommend it, it works quite nicely here.
94  */
95 static bool verbose;
96 #define verbose(args...) \
97         do { if (verbose) printf(args); } while(0)
98 /*:*/
99
100 /* The pointer to the start of guest memory. */
101 static void *guest_base;
102 /* The maximum guest physical address allowed, and maximum possible. */
103 static unsigned long guest_limit, guest_max, guest_mmio;
104 /* The /dev/lguest file descriptor. */
105 static int lguest_fd;
106
107 /* a per-cpu variable indicating whose vcpu is currently running */
108 static unsigned int __thread cpu_id;
109
110 /* 5 bit device number in the PCI_CONFIG_ADDR => 32 only */
111 #define MAX_PCI_DEVICES 32
112
113 /* This is our list of devices. */
114 struct device_list {
115         /* Counter to assign interrupt numbers. */
116         unsigned int next_irq;
117
118         /* Counter to print out convenient device numbers. */
119         unsigned int device_num;
120
121         /* PCI devices. */
122         struct device *pci[MAX_PCI_DEVICES];
123 };
124
125 /* The list of Guest devices, based on command line arguments. */
126 static struct device_list devices;
127
128 struct virtio_pci_cfg_cap {
129         struct virtio_pci_cap cap;
130         u32 pci_cfg_data; /* Data for BAR access. */
131 };
132
133 struct virtio_pci_mmio {
134         struct virtio_pci_common_cfg cfg;
135         u16 notify;
136         u8 isr;
137         u8 padding;
138         /* Device-specific configuration follows this. */
139 };
140
141 /* This is the layout (little-endian) of the PCI config space. */
142 struct pci_config {
143         u16 vendor_id, device_id;
144         u16 command, status;
145         u8 revid, prog_if, subclass, class;
146         u8 cacheline_size, lat_timer, header_type, bist;
147         u32 bar[6];
148         u32 cardbus_cis_ptr;
149         u16 subsystem_vendor_id, subsystem_device_id;
150         u32 expansion_rom_addr;
151         u8 capabilities, reserved1[3];
152         u32 reserved2;
153         u8 irq_line, irq_pin, min_grant, max_latency;
154
155         /* Now, this is the linked capability list. */
156         struct virtio_pci_cap common;
157         struct virtio_pci_notify_cap notify;
158         struct virtio_pci_cap isr;
159         struct virtio_pci_cap device;
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         /* Has it written FEATURES_OK but not re-checked it? */
175         bool wrote_features_ok;
176
177         /* PCI configuration */
178         union {
179                 struct pci_config config;
180                 u32 config_words[sizeof(struct pci_config) / sizeof(u32)];
181         };
182
183         /* Features we offer, and those accepted. */
184         u64 features, features_accepted;
185
186         /* Device-specific config hangs off the end of this. */
187         struct virtio_pci_mmio *mmio;
188
189         /* PCI MMIO resources (all in BAR0) */
190         size_t mmio_size;
191         u32 mmio_addr;
192
193         /* Device-specific data. */
194         void *priv;
195 };
196
197 /* The virtqueue structure describes a queue attached to a device. */
198 struct virtqueue {
199         struct virtqueue *next;
200
201         /* Which device owns me. */
202         struct device *dev;
203
204         /* Name for printing errors. */
205         const char *name;
206
207         /* The actual ring of buffers. */
208         struct vring vring;
209
210         /* The information about this virtqueue (we only use queue_size on) */
211         struct virtio_pci_common_cfg pci_config;
212
213         /* Last available index we saw. */
214         u16 last_avail_idx;
215
216         /* How many are used since we sent last irq? */
217         unsigned int pending_used;
218
219         /* Eventfd where Guest notifications arrive. */
220         int eventfd;
221
222         /* Function for the thread which is servicing this virtqueue. */
223         void (*service)(struct virtqueue *vq);
224         pid_t thread;
225 };
226
227 /* Remember the arguments to the program so we can "reboot" */
228 static char **main_args;
229
230 /* The original tty settings to restore on exit. */
231 static struct termios orig_term;
232
233 /*
234  * We have to be careful with barriers: our devices are all run in separate
235  * threads and so we need to make sure that changes visible to the Guest happen
236  * in precise order.
237  */
238 #define wmb() __asm__ __volatile__("" : : : "memory")
239 #define rmb() __asm__ __volatile__("lock; addl $0,0(%%esp)" : : : "memory")
240 #define mb() __asm__ __volatile__("lock; addl $0,0(%%esp)" : : : "memory")
241
242 /* Wrapper for the last available index.  Makes it easier to change. */
243 #define lg_last_avail(vq)       ((vq)->last_avail_idx)
244
245 /*
246  * The virtio configuration space is defined to be little-endian.  x86 is
247  * little-endian too, but it's nice to be explicit so we have these helpers.
248  */
249 #define cpu_to_le16(v16) (v16)
250 #define cpu_to_le32(v32) (v32)
251 #define cpu_to_le64(v64) (v64)
252 #define le16_to_cpu(v16) (v16)
253 #define le32_to_cpu(v32) (v32)
254 #define le64_to_cpu(v64) (v64)
255
256 /*
257  * A real device would ignore weird/non-compliant driver behaviour.  We
258  * stop and flag it, to help debugging Linux problems.
259  */
260 #define bad_driver(d, fmt, ...) \
261         errx(1, "%s: bad driver: " fmt, (d)->name, ## __VA_ARGS__)
262 #define bad_driver_vq(vq, fmt, ...)                            \
263         errx(1, "%s vq %s: bad driver: " fmt, (vq)->dev->name, \
264              vq->name, ## __VA_ARGS__)
265
266 /* Is this iovec empty? */
267 static bool iov_empty(const struct iovec iov[], unsigned int num_iov)
268 {
269         unsigned int i;
270
271         for (i = 0; i < num_iov; i++)
272                 if (iov[i].iov_len)
273                         return false;
274         return true;
275 }
276
277 /* Take len bytes from the front of this iovec. */
278 static void iov_consume(struct device *d,
279                         struct iovec iov[], unsigned num_iov,
280                         void *dest, unsigned len)
281 {
282         unsigned int i;
283
284         for (i = 0; i < num_iov; i++) {
285                 unsigned int used;
286
287                 used = iov[i].iov_len < len ? iov[i].iov_len : len;
288                 if (dest) {
289                         memcpy(dest, iov[i].iov_base, used);
290                         dest += used;
291                 }
292                 iov[i].iov_base += used;
293                 iov[i].iov_len -= used;
294                 len -= used;
295         }
296         if (len != 0)
297                 bad_driver(d, "iovec too short!");
298 }
299
300 /*L:100
301  * The Launcher code itself takes us out into userspace, that scary place where
302  * pointers run wild and free!  Unfortunately, like most userspace programs,
303  * it's quite boring (which is why everyone likes to hack on the kernel!).
304  * Perhaps if you make up an Lguest Drinking Game at this point, it will get
305  * you through this section.  Or, maybe not.
306  *
307  * The Launcher sets up a big chunk of memory to be the Guest's "physical"
308  * memory and stores it in "guest_base".  In other words, Guest physical ==
309  * Launcher virtual with an offset.
310  *
311  * This can be tough to get your head around, but usually it just means that we
312  * use these trivial conversion functions when the Guest gives us its
313  * "physical" addresses:
314  */
315 static void *from_guest_phys(unsigned long addr)
316 {
317         return guest_base + addr;
318 }
319
320 static unsigned long to_guest_phys(const void *addr)
321 {
322         return (addr - guest_base);
323 }
324
325 /*L:130
326  * Loading the Kernel.
327  *
328  * We start with couple of simple helper routines.  open_or_die() avoids
329  * error-checking code cluttering the callers:
330  */
331 static int open_or_die(const char *name, int flags)
332 {
333         int fd = open(name, flags);
334         if (fd < 0)
335                 err(1, "Failed to open %s", name);
336         return fd;
337 }
338
339 /* map_zeroed_pages() takes a number of pages. */
340 static void *map_zeroed_pages(unsigned int num)
341 {
342         int fd = open_or_die("/dev/zero", O_RDONLY);
343         void *addr;
344
345         /*
346          * We use a private mapping (ie. if we write to the page, it will be
347          * copied). We allocate an extra two pages PROT_NONE to act as guard
348          * pages against read/write attempts that exceed allocated space.
349          */
350         addr = mmap(NULL, getpagesize() * (num+2),
351                     PROT_NONE, MAP_PRIVATE, fd, 0);
352
353         if (addr == MAP_FAILED)
354                 err(1, "Mmapping %u pages of /dev/zero", num);
355
356         if (mprotect(addr + getpagesize(), getpagesize() * num,
357                      PROT_READ|PROT_WRITE) == -1)
358                 err(1, "mprotect rw %u pages failed", num);
359
360         /*
361          * One neat mmap feature is that you can close the fd, and it
362          * stays mapped.
363          */
364         close(fd);
365
366         /* Return address after PROT_NONE page */
367         return addr + getpagesize();
368 }
369
370 /* Get some bytes which won't be mapped into the guest. */
371 static unsigned long get_mmio_region(size_t size)
372 {
373         unsigned long addr = guest_mmio;
374         size_t i;
375
376         if (!size)
377                 return addr;
378
379         /* Size has to be a power of 2 (and multiple of 16) */
380         for (i = 1; i < size; i <<= 1);
381
382         guest_mmio += i;
383
384         return addr;
385 }
386
387 /*
388  * This routine is used to load the kernel or initrd.  It tries mmap, but if
389  * that fails (Plan 9's kernel file isn't nicely aligned on page boundaries),
390  * it falls back to reading the memory in.
391  */
392 static void map_at(int fd, void *addr, unsigned long offset, unsigned long len)
393 {
394         ssize_t r;
395
396         /*
397          * We map writable even though for some segments are marked read-only.
398          * The kernel really wants to be writable: it patches its own
399          * instructions.
400          *
401          * MAP_PRIVATE means that the page won't be copied until a write is
402          * done to it.  This allows us to share untouched memory between
403          * Guests.
404          */
405         if (mmap(addr, len, PROT_READ|PROT_WRITE,
406                  MAP_FIXED|MAP_PRIVATE, fd, offset) != MAP_FAILED)
407                 return;
408
409         /* pread does a seek and a read in one shot: saves a few lines. */
410         r = pread(fd, addr, len, offset);
411         if (r != len)
412                 err(1, "Reading offset %lu len %lu gave %zi", offset, len, r);
413 }
414
415 /*
416  * This routine takes an open vmlinux image, which is in ELF, and maps it into
417  * the Guest memory.  ELF = Embedded Linking Format, which is the format used
418  * by all modern binaries on Linux including the kernel.
419  *
420  * The ELF headers give *two* addresses: a physical address, and a virtual
421  * address.  We use the physical address; the Guest will map itself to the
422  * virtual address.
423  *
424  * We return the starting address.
425  */
426 static unsigned long map_elf(int elf_fd, const Elf32_Ehdr *ehdr)
427 {
428         Elf32_Phdr phdr[ehdr->e_phnum];
429         unsigned int i;
430
431         /*
432          * Sanity checks on the main ELF header: an x86 executable with a
433          * reasonable number of correctly-sized program headers.
434          */
435         if (ehdr->e_type != ET_EXEC
436             || ehdr->e_machine != EM_386
437             || ehdr->e_phentsize != sizeof(Elf32_Phdr)
438             || ehdr->e_phnum < 1 || ehdr->e_phnum > 65536U/sizeof(Elf32_Phdr))
439                 errx(1, "Malformed elf header");
440
441         /*
442          * An ELF executable contains an ELF header and a number of "program"
443          * headers which indicate which parts ("segments") of the program to
444          * load where.
445          */
446
447         /* We read in all the program headers at once: */
448         if (lseek(elf_fd, ehdr->e_phoff, SEEK_SET) < 0)
449                 err(1, "Seeking to program headers");
450         if (read(elf_fd, phdr, sizeof(phdr)) != sizeof(phdr))
451                 err(1, "Reading program headers");
452
453         /*
454          * Try all the headers: there are usually only three.  A read-only one,
455          * a read-write one, and a "note" section which we don't load.
456          */
457         for (i = 0; i < ehdr->e_phnum; i++) {
458                 /* If this isn't a loadable segment, we ignore it */
459                 if (phdr[i].p_type != PT_LOAD)
460                         continue;
461
462                 verbose("Section %i: size %i addr %p\n",
463                         i, phdr[i].p_memsz, (void *)phdr[i].p_paddr);
464
465                 /* We map this section of the file at its physical address. */
466                 map_at(elf_fd, from_guest_phys(phdr[i].p_paddr),
467                        phdr[i].p_offset, phdr[i].p_filesz);
468         }
469
470         /* The entry point is given in the ELF header. */
471         return ehdr->e_entry;
472 }
473
474 /*L:150
475  * A bzImage, unlike an ELF file, is not meant to be loaded.  You're supposed
476  * to jump into it and it will unpack itself.  We used to have to perform some
477  * hairy magic because the unpacking code scared me.
478  *
479  * Fortunately, Jeremy Fitzhardinge convinced me it wasn't that hard and wrote
480  * a small patch to jump over the tricky bits in the Guest, so now we just read
481  * the funky header so we know where in the file to load, and away we go!
482  */
483 static unsigned long load_bzimage(int fd)
484 {
485         struct boot_params boot;
486         int r;
487         /* Modern bzImages get loaded at 1M. */
488         void *p = from_guest_phys(0x100000);
489
490         /*
491          * Go back to the start of the file and read the header.  It should be
492          * a Linux boot header (see Documentation/x86/boot.txt)
493          */
494         lseek(fd, 0, SEEK_SET);
495         read(fd, &boot, sizeof(boot));
496
497         /* Inside the setup_hdr, we expect the magic "HdrS" */
498         if (memcmp(&boot.hdr.header, "HdrS", 4) != 0)
499                 errx(1, "This doesn't look like a bzImage to me");
500
501         /* Skip over the extra sectors of the header. */
502         lseek(fd, (boot.hdr.setup_sects+1) * 512, SEEK_SET);
503
504         /* Now read everything into memory. in nice big chunks. */
505         while ((r = read(fd, p, 65536)) > 0)
506                 p += r;
507
508         /* Finally, code32_start tells us where to enter the kernel. */
509         return boot.hdr.code32_start;
510 }
511
512 /*L:140
513  * Loading the kernel is easy when it's a "vmlinux", but most kernels
514  * come wrapped up in the self-decompressing "bzImage" format.  With a little
515  * work, we can load those, too.
516  */
517 static unsigned long load_kernel(int fd)
518 {
519         Elf32_Ehdr hdr;
520
521         /* Read in the first few bytes. */
522         if (read(fd, &hdr, sizeof(hdr)) != sizeof(hdr))
523                 err(1, "Reading kernel");
524
525         /* If it's an ELF file, it starts with "\177ELF" */
526         if (memcmp(hdr.e_ident, ELFMAG, SELFMAG) == 0)
527                 return map_elf(fd, &hdr);
528
529         /* Otherwise we assume it's a bzImage, and try to load it. */
530         return load_bzimage(fd);
531 }
532
533 /*
534  * This is a trivial little helper to align pages.  Andi Kleen hated it because
535  * it calls getpagesize() twice: "it's dumb code."
536  *
537  * Kernel guys get really het up about optimization, even when it's not
538  * necessary.  I leave this code as a reaction against that.
539  */
540 static inline unsigned long page_align(unsigned long addr)
541 {
542         /* Add upwards and truncate downwards. */
543         return ((addr + getpagesize()-1) & ~(getpagesize()-1));
544 }
545
546 /*L:180
547  * An "initial ram disk" is a disk image loaded into memory along with the
548  * kernel which the kernel can use to boot from without needing any drivers.
549  * Most distributions now use this as standard: the initrd contains the code to
550  * load the appropriate driver modules for the current machine.
551  *
552  * Importantly, James Morris works for RedHat, and Fedora uses initrds for its
553  * kernels.  He sent me this (and tells me when I break it).
554  */
555 static unsigned long load_initrd(const char *name, unsigned long mem)
556 {
557         int ifd;
558         struct stat st;
559         unsigned long len;
560
561         ifd = open_or_die(name, O_RDONLY);
562         /* fstat() is needed to get the file size. */
563         if (fstat(ifd, &st) < 0)
564                 err(1, "fstat() on initrd '%s'", name);
565
566         /*
567          * We map the initrd at the top of memory, but mmap wants it to be
568          * page-aligned, so we round the size up for that.
569          */
570         len = page_align(st.st_size);
571         map_at(ifd, from_guest_phys(mem - len), 0, st.st_size);
572         /*
573          * Once a file is mapped, you can close the file descriptor.  It's a
574          * little odd, but quite useful.
575          */
576         close(ifd);
577         verbose("mapped initrd %s size=%lu @ %p\n", name, len, (void*)mem-len);
578
579         /* We return the initrd size. */
580         return len;
581 }
582 /*:*/
583
584 /*
585  * Simple routine to roll all the commandline arguments together with spaces
586  * between them.
587  */
588 static void concat(char *dst, char *args[])
589 {
590         unsigned int i, len = 0;
591
592         for (i = 0; args[i]; i++) {
593                 if (i) {
594                         strcat(dst+len, " ");
595                         len++;
596                 }
597                 strcpy(dst+len, args[i]);
598                 len += strlen(args[i]);
599         }
600         /* In case it's empty. */
601         dst[len] = '\0';
602 }
603
604 /*L:185
605  * This is where we actually tell the kernel to initialize the Guest.  We
606  * saw the arguments it expects when we looked at initialize() in lguest_user.c:
607  * the base of Guest "physical" memory, the top physical page to allow and the
608  * entry point for the Guest.
609  */
610 static void tell_kernel(unsigned long start)
611 {
612         unsigned long args[] = { LHREQ_INITIALIZE,
613                                  (unsigned long)guest_base,
614                                  guest_limit / getpagesize(), start,
615                                  (guest_mmio+getpagesize()-1) / getpagesize() };
616         verbose("Guest: %p - %p (%#lx, MMIO %#lx)\n",
617                 guest_base, guest_base + guest_limit,
618                 guest_limit, guest_mmio);
619         lguest_fd = open_or_die("/dev/lguest", O_RDWR);
620         if (write(lguest_fd, args, sizeof(args)) < 0)
621                 err(1, "Writing to /dev/lguest");
622 }
623 /*:*/
624
625 /*L:200
626  * Device Handling.
627  *
628  * When the Guest gives us a buffer, it sends an array of addresses and sizes.
629  * We need to make sure it's not trying to reach into the Launcher itself, so
630  * we have a convenient routine which checks it and exits with an error message
631  * if something funny is going on:
632  */
633 static void *_check_pointer(struct device *d,
634                             unsigned long addr, unsigned int size,
635                             unsigned int line)
636 {
637         /*
638          * Check if the requested address and size exceeds the allocated memory,
639          * or addr + size wraps around.
640          */
641         if ((addr + size) > guest_limit || (addr + size) < addr)
642                 bad_driver(d, "%s:%i: Invalid address %#lx",
643                            __FILE__, line, addr);
644         /*
645          * We return a pointer for the caller's convenience, now we know it's
646          * safe to use.
647          */
648         return from_guest_phys(addr);
649 }
650 /* A macro which transparently hands the line number to the real function. */
651 #define check_pointer(d,addr,size) _check_pointer(d, addr, size, __LINE__)
652
653 /*
654  * Each buffer in the virtqueues is actually a chain of descriptors.  This
655  * function returns the next descriptor in the chain, or vq->vring.num if we're
656  * at the end.
657  */
658 static unsigned next_desc(struct device *d, struct vring_desc *desc,
659                           unsigned int i, unsigned int max)
660 {
661         unsigned int next;
662
663         /* If this descriptor says it doesn't chain, we're done. */
664         if (!(desc[i].flags & VRING_DESC_F_NEXT))
665                 return max;
666
667         /* Check they're not leading us off end of descriptors. */
668         next = desc[i].next;
669         /* Make sure compiler knows to grab that: we don't want it changing! */
670         wmb();
671
672         if (next >= max)
673                 bad_driver(d, "Desc next is %u", next);
674
675         return next;
676 }
677
678 /*
679  * This actually sends the interrupt for this virtqueue, if we've used a
680  * buffer.
681  */
682 static void trigger_irq(struct virtqueue *vq)
683 {
684         unsigned long buf[] = { LHREQ_IRQ, vq->dev->config.irq_line };
685
686         /* Don't inform them if nothing used. */
687         if (!vq->pending_used)
688                 return;
689         vq->pending_used = 0;
690
691         /*
692          * 2.4.7.1:
693          *
694          *  If the VIRTIO_F_EVENT_IDX feature bit is not negotiated:
695          *    The driver MUST set flags to 0 or 1. 
696          */
697         if (vq->vring.avail->flags > 1)
698                 bad_driver_vq(vq, "avail->flags = %u\n", vq->vring.avail->flags);
699
700         /*
701          * 2.4.7.2:
702          *
703          *  If the VIRTIO_F_EVENT_IDX feature bit is not negotiated:
704          *
705          *     - The device MUST ignore the used_event value.
706          *     - After the device writes a descriptor index into the used ring:
707          *         - If flags is 1, the device SHOULD NOT send an interrupt.
708          *         - If flags is 0, the device MUST send an interrupt.
709          */
710         if (vq->vring.avail->flags & VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT) {
711                 return;
712         }
713
714         /*
715          * 4.1.4.5.1:
716          *
717          *  If MSI-X capability is disabled, the device MUST set the Queue
718          *  Interrupt bit in ISR status before sending a virtqueue notification
719          *  to the driver.
720          */
721         vq->dev->mmio->isr = 0x1;
722
723         /* Send the Guest an interrupt tell them we used something up. */
724         if (write(lguest_fd, buf, sizeof(buf)) != 0)
725                 err(1, "Triggering irq %i", vq->dev->config.irq_line);
726 }
727
728 /*
729  * This looks in the virtqueue for the first available buffer, and converts
730  * it to an iovec for convenient access.  Since descriptors consist of some
731  * number of output then some number of input descriptors, it's actually two
732  * iovecs, but we pack them into one and note how many of each there were.
733  *
734  * This function waits if necessary, and returns the descriptor number found.
735  */
736 static unsigned wait_for_vq_desc(struct virtqueue *vq,
737                                  struct iovec iov[],
738                                  unsigned int *out_num, unsigned int *in_num)
739 {
740         unsigned int i, head, max;
741         struct vring_desc *desc;
742         u16 last_avail = lg_last_avail(vq);
743
744         /*
745          * 2.4.7.1:
746          *
747          *   The driver MUST handle spurious interrupts from the device.
748          *
749          * That's why this is a while loop.
750          */
751
752         /* There's nothing available? */
753         while (last_avail == vq->vring.avail->idx) {
754                 u64 event;
755
756                 /*
757                  * Since we're about to sleep, now is a good time to tell the
758                  * Guest about what we've used up to now.
759                  */
760                 trigger_irq(vq);
761
762                 /* OK, now we need to know about added descriptors. */
763                 vq->vring.used->flags &= ~VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
764
765                 /*
766                  * They could have slipped one in as we were doing that: make
767                  * sure it's written, then check again.
768                  */
769                 mb();
770                 if (last_avail != vq->vring.avail->idx) {
771                         vq->vring.used->flags |= VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
772                         break;
773                 }
774
775                 /* Nothing new?  Wait for eventfd to tell us they refilled. */
776                 if (read(vq->eventfd, &event, sizeof(event)) != sizeof(event))
777                         errx(1, "Event read failed?");
778
779                 /* We don't need to be notified again. */
780                 vq->vring.used->flags |= VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
781         }
782
783         /* Check it isn't doing very strange things with descriptor numbers. */
784         if ((u16)(vq->vring.avail->idx - last_avail) > vq->vring.num)
785                 bad_driver_vq(vq, "Guest moved used index from %u to %u",
786                               last_avail, vq->vring.avail->idx);
787
788         /* 
789          * Make sure we read the descriptor number *after* we read the ring
790          * update; don't let the cpu or compiler change the order.
791          */
792         rmb();
793
794         /*
795          * Grab the next descriptor number they're advertising, and increment
796          * the index we've seen.
797          */
798         head = vq->vring.avail->ring[last_avail % vq->vring.num];
799         lg_last_avail(vq)++;
800
801         /* If their number is silly, that's a fatal mistake. */
802         if (head >= vq->vring.num)
803                 bad_driver_vq(vq, "Guest says index %u is available", head);
804
805         /* When we start there are none of either input nor output. */
806         *out_num = *in_num = 0;
807
808         max = vq->vring.num;
809         desc = vq->vring.desc;
810         i = head;
811
812         /*
813          * We have to read the descriptor after we read the descriptor number,
814          * but there's a data dependency there so the CPU shouldn't reorder
815          * that: no rmb() required.
816          */
817
818         do {
819                 /*
820                  * If this is an indirect entry, then this buffer contains a
821                  * descriptor table which we handle as if it's any normal
822                  * descriptor chain.
823                  */
824                 if (desc[i].flags & VRING_DESC_F_INDIRECT) {
825                         /* 2.4.5.3.1:
826                          *
827                          *  The driver MUST NOT set the VIRTQ_DESC_F_INDIRECT
828                          *  flag unless the VIRTIO_F_INDIRECT_DESC feature was
829                          *  negotiated.
830                          */
831                         if (!(vq->dev->features_accepted &
832                               (1<<VIRTIO_RING_F_INDIRECT_DESC)))
833                                 bad_driver_vq(vq, "vq indirect not negotiated");
834
835                         /*
836                          * 2.4.5.3.1:
837                          *
838                          *   The driver MUST NOT set the VIRTQ_DESC_F_INDIRECT
839                          *   flag within an indirect descriptor (ie. only one
840                          *   table per descriptor).
841                          */
842                         if (desc != vq->vring.desc)
843                                 bad_driver_vq(vq, "Indirect within indirect");
844
845                         /*
846                          * Proposed update VIRTIO-134 spells this out:
847                          *
848                          *   A driver MUST NOT set both VIRTQ_DESC_F_INDIRECT
849                          *   and VIRTQ_DESC_F_NEXT in flags.
850                          */
851                         if (desc[i].flags & VRING_DESC_F_NEXT)
852                                 bad_driver_vq(vq, "indirect and next together");
853
854                         if (desc[i].len % sizeof(struct vring_desc))
855                                 bad_driver_vq(vq,
856                                               "Invalid size for indirect table");
857                         /*
858                          * 2.4.5.3.2:
859                          *
860                          *  The device MUST ignore the write-only flag
861                          *  (flags&VIRTQ_DESC_F_WRITE) in the descriptor that
862                          *  refers to an indirect table.
863                          *
864                          * We ignore it here: :)
865                          */
866
867                         max = desc[i].len / sizeof(struct vring_desc);
868                         desc = check_pointer(vq->dev, desc[i].addr, desc[i].len);
869                         i = 0;
870
871                         /* 2.4.5.3.1:
872                          *
873                          *  A driver MUST NOT create a descriptor chain longer
874                          *  than the Queue Size of the device.
875                          */
876                         if (max > vq->pci_config.queue_size)
877                                 bad_driver_vq(vq,
878                                               "indirect has too many entries");
879                 }
880
881                 /* Grab the first descriptor, and check it's OK. */
882                 iov[*out_num + *in_num].iov_len = desc[i].len;
883                 iov[*out_num + *in_num].iov_base
884                         = check_pointer(vq->dev, desc[i].addr, desc[i].len);
885                 /* If this is an input descriptor, increment that count. */
886                 if (desc[i].flags & VRING_DESC_F_WRITE)
887                         (*in_num)++;
888                 else {
889                         /*
890                          * If it's an output descriptor, they're all supposed
891                          * to come before any input descriptors.
892                          */
893                         if (*in_num)
894                                 bad_driver_vq(vq,
895                                               "Descriptor has out after in");
896                         (*out_num)++;
897                 }
898
899                 /* If we've got too many, that implies a descriptor loop. */
900                 if (*out_num + *in_num > max)
901                         bad_driver_vq(vq, "Looped descriptor");
902         } while ((i = next_desc(vq->dev, desc, i, max)) != max);
903
904         return head;
905 }
906
907 /*
908  * After we've used one of their buffers, we tell the Guest about it.  Sometime
909  * later we'll want to send them an interrupt using trigger_irq(); note that
910  * wait_for_vq_desc() does that for us if it has to wait.
911  */
912 static void add_used(struct virtqueue *vq, unsigned int head, int len)
913 {
914         struct vring_used_elem *used;
915
916         /*
917          * The virtqueue contains a ring of used buffers.  Get a pointer to the
918          * next entry in that used ring.
919          */
920         used = &vq->vring.used->ring[vq->vring.used->idx % vq->vring.num];
921         used->id = head;
922         used->len = len;
923         /* Make sure buffer is written before we update index. */
924         wmb();
925         vq->vring.used->idx++;
926         vq->pending_used++;
927 }
928
929 /* And here's the combo meal deal.  Supersize me! */
930 static void add_used_and_trigger(struct virtqueue *vq, unsigned head, int len)
931 {
932         add_used(vq, head, len);
933         trigger_irq(vq);
934 }
935
936 /*
937  * The Console
938  *
939  * We associate some data with the console for our exit hack.
940  */
941 struct console_abort {
942         /* How many times have they hit ^C? */
943         int count;
944         /* When did they start? */
945         struct timeval start;
946 };
947
948 /* This is the routine which handles console input (ie. stdin). */
949 static void console_input(struct virtqueue *vq)
950 {
951         int len;
952         unsigned int head, in_num, out_num;
953         struct console_abort *abort = vq->dev->priv;
954         struct iovec iov[vq->vring.num];
955
956         /* Make sure there's a descriptor available. */
957         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out_num, &in_num);
958         if (out_num)
959                 bad_driver_vq(vq, "Output buffers in console in queue?");
960
961         /* Read into it.  This is where we usually wait. */
962         len = readv(STDIN_FILENO, iov, in_num);
963         if (len <= 0) {
964                 /* Ran out of input? */
965                 warnx("Failed to get console input, ignoring console.");
966                 /*
967                  * For simplicity, dying threads kill the whole Launcher.  So
968                  * just nap here.
969                  */
970                 for (;;)
971                         pause();
972         }
973
974         /* Tell the Guest we used a buffer. */
975         add_used_and_trigger(vq, head, len);
976
977         /*
978          * Three ^C within one second?  Exit.
979          *
980          * This is such a hack, but works surprisingly well.  Each ^C has to
981          * be in a buffer by itself, so they can't be too fast.  But we check
982          * that we get three within about a second, so they can't be too
983          * slow.
984          */
985         if (len != 1 || ((char *)iov[0].iov_base)[0] != 3) {
986                 abort->count = 0;
987                 return;
988         }
989
990         abort->count++;
991         if (abort->count == 1)
992                 gettimeofday(&abort->start, NULL);
993         else if (abort->count == 3) {
994                 struct timeval now;
995                 gettimeofday(&now, NULL);
996                 /* Kill all Launcher processes with SIGINT, like normal ^C */
997                 if (now.tv_sec <= abort->start.tv_sec+1)
998                         kill(0, SIGINT);
999                 abort->count = 0;
1000         }
1001 }
1002
1003 /* This is the routine which handles console output (ie. stdout). */
1004 static void console_output(struct virtqueue *vq)
1005 {
1006         unsigned int head, out, in;
1007         struct iovec iov[vq->vring.num];
1008
1009         /* We usually wait in here, for the Guest to give us something. */
1010         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out, &in);
1011         if (in)
1012                 bad_driver_vq(vq, "Input buffers in console output queue?");
1013
1014         /* writev can return a partial write, so we loop here. */
1015         while (!iov_empty(iov, out)) {
1016                 int len = writev(STDOUT_FILENO, iov, out);
1017                 if (len <= 0) {
1018                         warn("Write to stdout gave %i (%d)", len, errno);
1019                         break;
1020                 }
1021                 iov_consume(vq->dev, iov, out, NULL, len);
1022         }
1023
1024         /*
1025          * We're finished with that buffer: if we're going to sleep,
1026          * wait_for_vq_desc() will prod the Guest with an interrupt.
1027          */
1028         add_used(vq, head, 0);
1029 }
1030
1031 /*
1032  * The Network
1033  *
1034  * Handling output for network is also simple: we get all the output buffers
1035  * and write them to /dev/net/tun.
1036  */
1037 struct net_info {
1038         int tunfd;
1039 };
1040
1041 static void net_output(struct virtqueue *vq)
1042 {
1043         struct net_info *net_info = vq->dev->priv;
1044         unsigned int head, out, in;
1045         struct iovec iov[vq->vring.num];
1046
1047         /* We usually wait in here for the Guest to give us a packet. */
1048         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out, &in);
1049         if (in)
1050                 bad_driver_vq(vq, "Input buffers in net output queue?");
1051         /*
1052          * Send the whole thing through to /dev/net/tun.  It expects the exact
1053          * same format: what a coincidence!
1054          */
1055         if (writev(net_info->tunfd, iov, out) < 0)
1056                 warnx("Write to tun failed (%d)?", errno);
1057
1058         /*
1059          * Done with that one; wait_for_vq_desc() will send the interrupt if
1060          * all packets are processed.
1061          */
1062         add_used(vq, head, 0);
1063 }
1064
1065 /*
1066  * Handling network input is a bit trickier, because I've tried to optimize it.
1067  *
1068  * First we have a helper routine which tells is if from this file descriptor
1069  * (ie. the /dev/net/tun device) will block:
1070  */
1071 static bool will_block(int fd)
1072 {
1073         fd_set fdset;
1074         struct timeval zero = { 0, 0 };
1075         FD_ZERO(&fdset);
1076         FD_SET(fd, &fdset);
1077         return select(fd+1, &fdset, NULL, NULL, &zero) != 1;
1078 }
1079
1080 /*
1081  * This handles packets coming in from the tun device to our Guest.  Like all
1082  * service routines, it gets called again as soon as it returns, so you don't
1083  * see a while(1) loop here.
1084  */
1085 static void net_input(struct virtqueue *vq)
1086 {
1087         int len;
1088         unsigned int head, out, in;
1089         struct iovec iov[vq->vring.num];
1090         struct net_info *net_info = vq->dev->priv;
1091
1092         /*
1093          * Get a descriptor to write an incoming packet into.  This will also
1094          * send an interrupt if they're out of descriptors.
1095          */
1096         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out, &in);
1097         if (out)
1098                 bad_driver_vq(vq, "Output buffers in net input queue?");
1099
1100         /*
1101          * If it looks like we'll block reading from the tun device, send them
1102          * an interrupt.
1103          */
1104         if (vq->pending_used && will_block(net_info->tunfd))
1105                 trigger_irq(vq);
1106
1107         /*
1108          * Read in the packet.  This is where we normally wait (when there's no
1109          * incoming network traffic).
1110          */
1111         len = readv(net_info->tunfd, iov, in);
1112         if (len <= 0)
1113                 warn("Failed to read from tun (%d).", errno);
1114
1115         /*
1116          * Mark that packet buffer as used, but don't interrupt here.  We want
1117          * to wait until we've done as much work as we can.
1118          */
1119         add_used(vq, head, len);
1120 }
1121 /*:*/
1122
1123 /* This is the helper to create threads: run the service routine in a loop. */
1124 static int do_thread(void *_vq)
1125 {
1126         struct virtqueue *vq = _vq;
1127
1128         for (;;)
1129                 vq->service(vq);
1130         return 0;
1131 }
1132
1133 /*
1134  * When a child dies, we kill our entire process group with SIGTERM.  This
1135  * also has the side effect that the shell restores the console for us!
1136  */
1137 static void kill_launcher(int signal)
1138 {
1139         kill(0, SIGTERM);
1140 }
1141
1142 static void reset_vq_pci_config(struct virtqueue *vq)
1143 {
1144         vq->pci_config.queue_size = VIRTQUEUE_NUM;
1145         vq->pci_config.queue_enable = 0;
1146 }
1147
1148 static void reset_device(struct device *dev)
1149 {
1150         struct virtqueue *vq;
1151
1152         verbose("Resetting device %s\n", dev->name);
1153
1154         /* Clear any features they've acked. */
1155         dev->features_accepted = 0;
1156
1157         /* We're going to be explicitly killing threads, so ignore them. */
1158         signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
1159
1160         /*
1161          * 4.1.4.3.1:
1162          *
1163          *   The device MUST present a 0 in queue_enable on reset. 
1164          *
1165          * This means we set it here, and reset the saved ones in every vq.
1166          */
1167         dev->mmio->cfg.queue_enable = 0;
1168
1169         /* Get rid of the virtqueue threads */
1170         for (vq = dev->vq; vq; vq = vq->next) {
1171                 vq->last_avail_idx = 0;
1172                 reset_vq_pci_config(vq);
1173                 if (vq->thread != (pid_t)-1) {
1174                         kill(vq->thread, SIGTERM);
1175                         waitpid(vq->thread, NULL, 0);
1176                         vq->thread = (pid_t)-1;
1177                 }
1178         }
1179         dev->running = false;
1180         dev->wrote_features_ok = false;
1181
1182         /* Now we care if threads die. */
1183         signal(SIGCHLD, (void *)kill_launcher);
1184 }
1185
1186 static void cleanup_devices(void)
1187 {
1188         unsigned int i;
1189
1190         for (i = 1; i < MAX_PCI_DEVICES; i++) {
1191                 struct device *d = devices.pci[i];
1192                 if (!d)
1193                         continue;
1194                 reset_device(d);
1195         }
1196
1197         /* If we saved off the original terminal settings, restore them now. */
1198         if (orig_term.c_lflag & (ISIG|ICANON|ECHO))
1199                 tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &orig_term);
1200 }
1201
1202 /*L:217
1203  * We do PCI.  This is mainly done to let us test the kernel virtio PCI
1204  * code.
1205  */
1206
1207 /* Linux expects a PCI host bridge: ours is a dummy, and first on the bus. */
1208 static struct device pci_host_bridge;
1209
1210 static void init_pci_host_bridge(void)
1211 {
1212         pci_host_bridge.name = "PCI Host Bridge";
1213         pci_host_bridge.config.class = 0x06; /* bridge */
1214         pci_host_bridge.config.subclass = 0; /* host bridge */
1215         devices.pci[0] = &pci_host_bridge;
1216 }
1217
1218 /* The IO ports used to read the PCI config space. */
1219 #define PCI_CONFIG_ADDR 0xCF8
1220 #define PCI_CONFIG_DATA 0xCFC
1221
1222 /*
1223  * Not really portable, but does help readability: this is what the Guest
1224  * writes to the PCI_CONFIG_ADDR IO port.
1225  */
1226 union pci_config_addr {
1227         struct {
1228                 unsigned mbz: 2;
1229                 unsigned offset: 6;
1230                 unsigned funcnum: 3;
1231                 unsigned devnum: 5;
1232                 unsigned busnum: 8;
1233                 unsigned reserved: 7;
1234                 unsigned enabled : 1;
1235         } bits;
1236         u32 val;
1237 };
1238
1239 /*
1240  * We cache what they wrote to the address port, so we know what they're
1241  * talking about when they access the data port.
1242  */
1243 static union pci_config_addr pci_config_addr;
1244
1245 static struct device *find_pci_device(unsigned int index)
1246 {
1247         return devices.pci[index];
1248 }
1249
1250 /* PCI can do 1, 2 and 4 byte reads; we handle that here. */
1251 static void ioread(u16 off, u32 v, u32 mask, u32 *val)
1252 {
1253         assert(off < 4);
1254         assert(mask == 0xFF || mask == 0xFFFF || mask == 0xFFFFFFFF);
1255         *val = (v >> (off * 8)) & mask;
1256 }
1257
1258 /* PCI can do 1, 2 and 4 byte writes; we handle that here. */
1259 static void iowrite(u16 off, u32 v, u32 mask, u32 *dst)
1260 {
1261         assert(off < 4);
1262         assert(mask == 0xFF || mask == 0xFFFF || mask == 0xFFFFFFFF);
1263         *dst &= ~(mask << (off * 8));
1264         *dst |= (v & mask) << (off * 8);
1265 }
1266
1267 /*
1268  * Where PCI_CONFIG_DATA accesses depends on the previous write to
1269  * PCI_CONFIG_ADDR.
1270  */
1271 static struct device *dev_and_reg(u32 *reg)
1272 {
1273         if (!pci_config_addr.bits.enabled)
1274                 return NULL;
1275
1276         if (pci_config_addr.bits.funcnum != 0)
1277                 return NULL;
1278
1279         if (pci_config_addr.bits.busnum != 0)
1280                 return NULL;
1281
1282         if (pci_config_addr.bits.offset * 4 >= sizeof(struct pci_config))
1283                 return NULL;
1284
1285         *reg = pci_config_addr.bits.offset;
1286         return find_pci_device(pci_config_addr.bits.devnum);
1287 }
1288
1289 /*
1290  * We can get invalid combinations of values while they're writing, so we
1291  * only fault if they try to write with some invalid bar/offset/length.
1292  */
1293 static bool valid_bar_access(struct device *d,
1294                              struct virtio_pci_cfg_cap *cfg_access)
1295 {
1296         /* We only have 1 bar (BAR0) */
1297         if (cfg_access->cap.bar != 0)
1298                 return false;
1299
1300         /* Check it's within BAR0. */
1301         if (cfg_access->cap.offset >= d->mmio_size
1302             || cfg_access->cap.offset + cfg_access->cap.length > d->mmio_size)
1303                 return false;
1304
1305         /* Check length is 1, 2 or 4. */
1306         if (cfg_access->cap.length != 1
1307             && cfg_access->cap.length != 2
1308             && cfg_access->cap.length != 4)
1309                 return false;
1310
1311         /*
1312          * 4.1.4.7.2:
1313          *
1314          *  The driver MUST NOT write a cap.offset which is not a multiple of
1315          *  cap.length (ie. all accesses MUST be aligned).
1316          */
1317         if (cfg_access->cap.offset % cfg_access->cap.length != 0)
1318                 return false;
1319
1320         /* Return pointer into word in BAR0. */
1321         return true;
1322 }
1323
1324 /* Is this accessing the PCI config address port?. */
1325 static bool is_pci_addr_port(u16 port)
1326 {
1327         return port >= PCI_CONFIG_ADDR && port < PCI_CONFIG_ADDR + 4;
1328 }
1329
1330 static bool pci_addr_iowrite(u16 port, u32 mask, u32 val)
1331 {
1332         iowrite(port - PCI_CONFIG_ADDR, val, mask,
1333                 &pci_config_addr.val);
1334         verbose("PCI%s: %#x/%x: bus %u dev %u func %u reg %u\n",
1335                 pci_config_addr.bits.enabled ? "" : " DISABLED",
1336                 val, mask,
1337                 pci_config_addr.bits.busnum,
1338                 pci_config_addr.bits.devnum,
1339                 pci_config_addr.bits.funcnum,
1340                 pci_config_addr.bits.offset);
1341         return true;
1342 }
1343
1344 static void pci_addr_ioread(u16 port, u32 mask, u32 *val)
1345 {
1346         ioread(port - PCI_CONFIG_ADDR, pci_config_addr.val, mask, val);
1347 }
1348
1349 /* Is this accessing the PCI config data port?. */
1350 static bool is_pci_data_port(u16 port)
1351 {
1352         return port >= PCI_CONFIG_DATA && port < PCI_CONFIG_DATA + 4;
1353 }
1354
1355 static void emulate_mmio_write(struct device *d, u32 off, u32 val, u32 mask);
1356
1357 static bool pci_data_iowrite(u16 port, u32 mask, u32 val)
1358 {
1359         u32 reg, portoff;
1360         struct device *d = dev_and_reg(&reg);
1361
1362         /* Complain if they don't belong to a device. */
1363         if (!d)
1364                 return false;
1365
1366         /* They can do 1 byte writes, etc. */
1367         portoff = port - PCI_CONFIG_DATA;
1368
1369         /*
1370          * PCI uses a weird way to determine the BAR size: the OS
1371          * writes all 1's, and sees which ones stick.
1372          */
1373         if (&d->config_words[reg] == &d->config.bar[0]) {
1374                 int i;
1375
1376                 iowrite(portoff, val, mask, &d->config.bar[0]);
1377                 for (i = 0; (1 << i) < d->mmio_size; i++)
1378                         d->config.bar[0] &= ~(1 << i);
1379                 return true;
1380         } else if ((&d->config_words[reg] > &d->config.bar[0]
1381                     && &d->config_words[reg] <= &d->config.bar[6])
1382                    || &d->config_words[reg] == &d->config.expansion_rom_addr) {
1383                 /* Allow writing to any other BAR, or expansion ROM */
1384                 iowrite(portoff, val, mask, &d->config_words[reg]);
1385                 return true;
1386                 /* We let them overide latency timer and cacheline size */
1387         } else if (&d->config_words[reg] == (void *)&d->config.cacheline_size) {
1388                 /* Only let them change the first two fields. */
1389                 if (mask == 0xFFFFFFFF)
1390                         mask = 0xFFFF;
1391                 iowrite(portoff, val, mask, &d->config_words[reg]);
1392                 return true;
1393         } else if (&d->config_words[reg] == (void *)&d->config.command
1394                    && mask == 0xFFFF) {
1395                 /* Ignore command writes. */
1396                 return true;
1397         } else if (&d->config_words[reg]
1398                    == (void *)&d->config.cfg_access.cap.bar
1399                    || &d->config_words[reg]
1400                    == &d->config.cfg_access.cap.length
1401                    || &d->config_words[reg]
1402                    == &d->config.cfg_access.cap.offset) {
1403
1404                 /*
1405                  * The VIRTIO_PCI_CAP_PCI_CFG capability
1406                  * provides a backdoor to access the MMIO
1407                  * regions without mapping them.  Weird, but
1408                  * useful.
1409                  */
1410                 iowrite(portoff, val, mask, &d->config_words[reg]);
1411                 return true;
1412         } else if (&d->config_words[reg] == &d->config.cfg_access.pci_cfg_data) {
1413                 u32 write_mask;
1414
1415                 /*
1416                  * 4.1.4.7.1:
1417                  *
1418                  *  Upon detecting driver write access to pci_cfg_data, the
1419                  *  device MUST execute a write access at offset cap.offset at
1420                  *  BAR selected by cap.bar using the first cap.length bytes
1421                  *  from pci_cfg_data.
1422                  */
1423
1424                 /* Must be bar 0 */
1425                 if (!valid_bar_access(d, &d->config.cfg_access))
1426                         return false;
1427
1428                 iowrite(portoff, val, mask, &d->config.cfg_access.pci_cfg_data);
1429
1430                 /*
1431                  * Now emulate a write.  The mask we use is set by
1432                  * len, *not* this write!
1433                  */
1434                 write_mask = (1ULL<<(8*d->config.cfg_access.cap.length)) - 1;
1435                 verbose("Window writing %#x/%#x to bar %u, offset %u len %u\n",
1436                         d->config.cfg_access.pci_cfg_data, write_mask,
1437                         d->config.cfg_access.cap.bar,
1438                         d->config.cfg_access.cap.offset,
1439                         d->config.cfg_access.cap.length);
1440
1441                 emulate_mmio_write(d, d->config.cfg_access.cap.offset,
1442                                    d->config.cfg_access.pci_cfg_data,
1443                                    write_mask);
1444                 return true;
1445         }
1446
1447         /*
1448          * 4.1.4.1:
1449          *
1450          *  The driver MUST NOT write into any field of the capability
1451          *  structure, with the exception of those with cap_type
1452          *  VIRTIO_PCI_CAP_PCI_CFG...
1453          */
1454         return false;
1455 }
1456
1457 static u32 emulate_mmio_read(struct device *d, u32 off, u32 mask);
1458
1459 static void pci_data_ioread(u16 port, u32 mask, u32 *val)
1460 {
1461         u32 reg;
1462         struct device *d = dev_and_reg(&reg);
1463
1464         if (!d)
1465                 return;
1466
1467         /* Read through the PCI MMIO access window is special */
1468         if (&d->config_words[reg] == &d->config.cfg_access.pci_cfg_data) {
1469                 u32 read_mask;
1470
1471                 /*
1472                  * 4.1.4.7.1:
1473                  *
1474                  *  Upon detecting driver read access to pci_cfg_data, the
1475                  *  device MUST execute a read access of length cap.length at
1476                  *  offset cap.offset at BAR selected by cap.bar and store the
1477                  *  first cap.length bytes in pci_cfg_data.
1478                  */
1479                 /* Must be bar 0 */
1480                 if (!valid_bar_access(d, &d->config.cfg_access))
1481                         bad_driver(d,
1482                              "Invalid cfg_access to bar%u, offset %u len %u",
1483                              d->config.cfg_access.cap.bar,
1484                              d->config.cfg_access.cap.offset,
1485                              d->config.cfg_access.cap.length);
1486
1487                 /*
1488                  * Read into the window.  The mask we use is set by
1489                  * len, *not* this read!
1490                  */
1491                 read_mask = (1ULL<<(8*d->config.cfg_access.cap.length))-1;
1492                 d->config.cfg_access.pci_cfg_data
1493                         = emulate_mmio_read(d,
1494                                             d->config.cfg_access.cap.offset,
1495                                             read_mask);
1496                 verbose("Window read %#x/%#x from bar %u, offset %u len %u\n",
1497                         d->config.cfg_access.pci_cfg_data, read_mask,
1498                         d->config.cfg_access.cap.bar,
1499                         d->config.cfg_access.cap.offset,
1500                         d->config.cfg_access.cap.length);
1501         }
1502         ioread(port - PCI_CONFIG_DATA, d->config_words[reg], mask, val);
1503 }
1504
1505 /*L:216
1506  * This is where we emulate a handful of Guest instructions.  It's ugly
1507  * and we used to do it in the kernel but it grew over time.
1508  */
1509
1510 /*
1511  * We use the ptrace syscall's pt_regs struct to talk about registers
1512  * to lguest: these macros convert the names to the offsets.
1513  */
1514 #define getreg(name) getreg_off(offsetof(struct user_regs_struct, name))
1515 #define setreg(name, val) \
1516         setreg_off(offsetof(struct user_regs_struct, name), (val))
1517
1518 static u32 getreg_off(size_t offset)
1519 {
1520         u32 r;
1521         unsigned long args[] = { LHREQ_GETREG, offset };
1522
1523         if (pwrite(lguest_fd, args, sizeof(args), cpu_id) < 0)
1524                 err(1, "Getting register %u", offset);
1525         if (pread(lguest_fd, &r, sizeof(r), cpu_id) != sizeof(r))
1526                 err(1, "Reading register %u", offset);
1527
1528         return r;
1529 }
1530
1531 static void setreg_off(size_t offset, u32 val)
1532 {
1533         unsigned long args[] = { LHREQ_SETREG, offset, val };
1534
1535         if (pwrite(lguest_fd, args, sizeof(args), cpu_id) < 0)
1536                 err(1, "Setting register %u", offset);
1537 }
1538
1539 /* Get register by instruction encoding */
1540 static u32 getreg_num(unsigned regnum, u32 mask)
1541 {
1542         /* 8 bit ops use regnums 4-7 for high parts of word */
1543         if (mask == 0xFF && (regnum & 0x4))
1544                 return getreg_num(regnum & 0x3, 0xFFFF) >> 8;
1545
1546         switch (regnum) {
1547         case 0: return getreg(eax) & mask;
1548         case 1: return getreg(ecx) & mask;
1549         case 2: return getreg(edx) & mask;
1550         case 3: return getreg(ebx) & mask;
1551         case 4: return getreg(esp) & mask;
1552         case 5: return getreg(ebp) & mask;
1553         case 6: return getreg(esi) & mask;
1554         case 7: return getreg(edi) & mask;
1555         }
1556         abort();
1557 }
1558
1559 /* Set register by instruction encoding */
1560 static void setreg_num(unsigned regnum, u32 val, u32 mask)
1561 {
1562         /* Don't try to set bits out of range */
1563         assert(~(val & ~mask));
1564
1565         /* 8 bit ops use regnums 4-7 for high parts of word */
1566         if (mask == 0xFF && (regnum & 0x4)) {
1567                 /* Construct the 16 bits we want. */
1568                 val = (val << 8) | getreg_num(regnum & 0x3, 0xFF);
1569                 setreg_num(regnum & 0x3, val, 0xFFFF);
1570                 return;
1571         }
1572
1573         switch (regnum) {
1574         case 0: setreg(eax, val | (getreg(eax) & ~mask)); return;
1575         case 1: setreg(ecx, val | (getreg(ecx) & ~mask)); return;
1576         case 2: setreg(edx, val | (getreg(edx) & ~mask)); return;
1577         case 3: setreg(ebx, val | (getreg(ebx) & ~mask)); return;
1578         case 4: setreg(esp, val | (getreg(esp) & ~mask)); return;
1579         case 5: setreg(ebp, val | (getreg(ebp) & ~mask)); return;
1580         case 6: setreg(esi, val | (getreg(esi) & ~mask)); return;
1581         case 7: setreg(edi, val | (getreg(edi) & ~mask)); return;
1582         }
1583         abort();
1584 }
1585
1586 /* Get bytes of displacement appended to instruction, from r/m encoding */
1587 static u32 insn_displacement_len(u8 mod_reg_rm)
1588 {
1589         /* Switch on the mod bits */
1590         switch (mod_reg_rm >> 6) {
1591         case 0:
1592                 /* If mod == 0, and r/m == 101, 16-bit displacement follows */
1593                 if ((mod_reg_rm & 0x7) == 0x5)
1594                         return 2;
1595                 /* Normally, mod == 0 means no literal displacement */
1596                 return 0;
1597         case 1:
1598                 /* One byte displacement */
1599                 return 1;
1600         case 2:
1601                 /* Four byte displacement */
1602                 return 4;
1603         case 3:
1604                 /* Register mode */
1605                 return 0;
1606         }
1607         abort();
1608 }
1609
1610 static void emulate_insn(const u8 insn[])
1611 {
1612         unsigned long args[] = { LHREQ_TRAP, 13 };
1613         unsigned int insnlen = 0, in = 0, small_operand = 0, byte_access;
1614         unsigned int eax, port, mask;
1615         /*
1616          * Default is to return all-ones on IO port reads, which traditionally
1617          * means "there's nothing there".
1618          */
1619         u32 val = 0xFFFFFFFF;
1620
1621         /*
1622          * This must be the Guest kernel trying to do something, not userspace!
1623          * The bottom two bits of the CS segment register are the privilege
1624          * level.
1625          */
1626         if ((getreg(xcs) & 3) != 0x1)
1627                 goto no_emulate;
1628
1629         /* Decoding x86 instructions is icky. */
1630
1631         /*
1632          * Around 2.6.33, the kernel started using an emulation for the
1633          * cmpxchg8b instruction in early boot on many configurations.  This
1634          * code isn't paravirtualized, and it tries to disable interrupts.
1635          * Ignore it, which will Mostly Work.
1636          */
1637         if (insn[insnlen] == 0xfa) {
1638                 /* "cli", or Clear Interrupt Enable instruction.  Skip it. */
1639                 insnlen = 1;
1640                 goto skip_insn;
1641         }
1642
1643         /*
1644          * 0x66 is an "operand prefix".  It means a 16, not 32 bit in/out.
1645          */
1646         if (insn[insnlen] == 0x66) {
1647                 small_operand = 1;
1648                 /* The instruction is 1 byte so far, read the next byte. */
1649                 insnlen = 1;
1650         }
1651
1652         /* If the lower bit isn't set, it's a single byte access */
1653         byte_access = !(insn[insnlen] & 1);
1654
1655         /*
1656          * Now we can ignore the lower bit and decode the 4 opcodes
1657          * we need to emulate.
1658          */
1659         switch (insn[insnlen] & 0xFE) {
1660         case 0xE4: /* in     <next byte>,%al */
1661                 port = insn[insnlen+1];
1662                 insnlen += 2;
1663                 in = 1;
1664                 break;
1665         case 0xEC: /* in     (%dx),%al */
1666                 port = getreg(edx) & 0xFFFF;
1667                 insnlen += 1;
1668                 in = 1;
1669                 break;
1670         case 0xE6: /* out    %al,<next byte> */
1671                 port = insn[insnlen+1];
1672                 insnlen += 2;
1673                 break;
1674         case 0xEE: /* out    %al,(%dx) */
1675                 port = getreg(edx) & 0xFFFF;
1676                 insnlen += 1;
1677                 break;
1678         default:
1679                 /* OK, we don't know what this is, can't emulate. */
1680                 goto no_emulate;
1681         }
1682
1683         /* Set a mask of the 1, 2 or 4 bytes, depending on size of IO */
1684         if (byte_access)
1685                 mask = 0xFF;
1686         else if (small_operand)
1687                 mask = 0xFFFF;
1688         else
1689                 mask = 0xFFFFFFFF;
1690
1691         /*
1692          * If it was an "IN" instruction, they expect the result to be read
1693          * into %eax, so we change %eax.
1694          */
1695         eax = getreg(eax);
1696
1697         if (in) {
1698                 /* This is the PS/2 keyboard status; 1 means ready for output */
1699                 if (port == 0x64)
1700                         val = 1;
1701                 else if (is_pci_addr_port(port))
1702                         pci_addr_ioread(port, mask, &val);
1703                 else if (is_pci_data_port(port))
1704                         pci_data_ioread(port, mask, &val);
1705
1706                 /* Clear the bits we're about to read */
1707                 eax &= ~mask;
1708                 /* Copy bits in from val. */
1709                 eax |= val & mask;
1710                 /* Now update the register. */
1711                 setreg(eax, eax);
1712         } else {
1713                 if (is_pci_addr_port(port)) {
1714                         if (!pci_addr_iowrite(port, mask, eax))
1715                                 goto bad_io;
1716                 } else if (is_pci_data_port(port)) {
1717                         if (!pci_data_iowrite(port, mask, eax))
1718                                 goto bad_io;
1719                 }
1720                 /* There are many other ports, eg. CMOS clock, serial
1721                  * and parallel ports, so we ignore them all. */
1722         }
1723
1724         verbose("IO %s of %x to %u: %#08x\n",
1725                 in ? "IN" : "OUT", mask, port, eax);
1726 skip_insn:
1727         /* Finally, we've "done" the instruction, so move past it. */
1728         setreg(eip, getreg(eip) + insnlen);
1729         return;
1730
1731 bad_io:
1732         warnx("Attempt to %s port %u (%#x mask)",
1733               in ? "read from" : "write to", port, mask);
1734
1735 no_emulate:
1736         /* Inject trap into Guest. */
1737         if (write(lguest_fd, args, sizeof(args)) < 0)
1738                 err(1, "Reinjecting trap 13 for fault at %#x", getreg(eip));
1739 }
1740
1741 static struct device *find_mmio_region(unsigned long paddr, u32 *off)
1742 {
1743         unsigned int i;
1744
1745         for (i = 1; i < MAX_PCI_DEVICES; i++) {
1746                 struct device *d = devices.pci[i];
1747
1748                 if (!d)
1749                         continue;
1750                 if (paddr < d->mmio_addr)
1751                         continue;
1752                 if (paddr >= d->mmio_addr + d->mmio_size)
1753                         continue;
1754                 *off = paddr - d->mmio_addr;
1755                 return d;
1756         }
1757         return NULL;
1758 }
1759
1760 /* FIXME: Use vq array. */
1761 static struct virtqueue *vq_by_num(struct device *d, u32 num)
1762 {
1763         struct virtqueue *vq = d->vq;
1764
1765         while (num-- && vq)
1766                 vq = vq->next;
1767
1768         return vq;
1769 }
1770
1771 static void save_vq_config(const struct virtio_pci_common_cfg *cfg,
1772                            struct virtqueue *vq)
1773 {
1774         vq->pci_config = *cfg;
1775 }
1776
1777 static void restore_vq_config(struct virtio_pci_common_cfg *cfg,
1778                               struct virtqueue *vq)
1779 {
1780         /* Only restore the per-vq part */
1781         size_t off = offsetof(struct virtio_pci_common_cfg, queue_size);
1782
1783         memcpy((void *)cfg + off, (void *)&vq->pci_config + off,
1784                sizeof(*cfg) - off);
1785 }
1786
1787 /*
1788  * 4.1.4.3.2:
1789  *
1790  *  The driver MUST configure the other virtqueue fields before
1791  *  enabling the virtqueue with queue_enable.
1792  *
1793  * When they enable the virtqueue, we check that their setup is valid.
1794  */
1795 static void check_virtqueue(struct device *d, struct virtqueue *vq)
1796 {
1797         /* Because lguest is 32 bit, all the descriptor high bits must be 0 */
1798         if (vq->pci_config.queue_desc_hi
1799             || vq->pci_config.queue_avail_hi
1800             || vq->pci_config.queue_used_hi)
1801                 bad_driver_vq(vq, "invalid 64-bit queue address");
1802
1803         /*
1804          * 2.4.1:
1805          *
1806          *  The driver MUST ensure that the physical address of the first byte
1807          *  of each virtqueue part is a multiple of the specified alignment
1808          *  value in the above table.
1809          */
1810         if (vq->pci_config.queue_desc_lo % 16
1811             || vq->pci_config.queue_avail_lo % 2
1812             || vq->pci_config.queue_used_lo % 4)
1813                 bad_driver_vq(vq, "invalid alignment in queue addresses");
1814
1815         /* Initialize the virtqueue and check they're all in range. */
1816         vq->vring.num = vq->pci_config.queue_size;
1817         vq->vring.desc = check_pointer(vq->dev,
1818                                        vq->pci_config.queue_desc_lo,
1819                                        sizeof(*vq->vring.desc) * vq->vring.num);
1820         vq->vring.avail = check_pointer(vq->dev,
1821                                         vq->pci_config.queue_avail_lo,
1822                                         sizeof(*vq->vring.avail)
1823                                         + (sizeof(vq->vring.avail->ring[0])
1824                                            * vq->vring.num));
1825         vq->vring.used = check_pointer(vq->dev,
1826                                        vq->pci_config.queue_used_lo,
1827                                        sizeof(*vq->vring.used)
1828                                        + (sizeof(vq->vring.used->ring[0])
1829                                           * vq->vring.num));
1830
1831         /*
1832          * 2.4.9.1:
1833          *
1834          *   The driver MUST initialize flags in the used ring to 0
1835          *   when allocating the used ring.
1836          */
1837         if (vq->vring.used->flags != 0)
1838                 bad_driver_vq(vq, "invalid initial used.flags %#x",
1839                               vq->vring.used->flags);
1840 }
1841
1842 static void start_virtqueue(struct virtqueue *vq)
1843 {
1844         /*
1845          * Create stack for thread.  Since the stack grows upwards, we point
1846          * the stack pointer to the end of this region.
1847          */
1848         char *stack = malloc(32768);
1849
1850         /* Create a zero-initialized eventfd. */
1851         vq->eventfd = eventfd(0, 0);
1852         if (vq->eventfd < 0)
1853                 err(1, "Creating eventfd");
1854
1855         /*
1856          * CLONE_VM: because it has to access the Guest memory, and SIGCHLD so
1857          * we get a signal if it dies.
1858          */
1859         vq->thread = clone(do_thread, stack + 32768, CLONE_VM | SIGCHLD, vq);
1860         if (vq->thread == (pid_t)-1)
1861                 err(1, "Creating clone");
1862 }
1863
1864 static void start_virtqueues(struct device *d)
1865 {
1866         struct virtqueue *vq;
1867
1868         for (vq = d->vq; vq; vq = vq->next) {
1869                 if (vq->pci_config.queue_enable)
1870                         start_virtqueue(vq);
1871         }
1872 }
1873
1874 static void emulate_mmio_write(struct device *d, u32 off, u32 val, u32 mask)
1875 {
1876         struct virtqueue *vq;
1877
1878         switch (off) {
1879         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.device_feature_select):
1880                 /*
1881                  * 4.1.4.3.1:
1882                  *
1883                  * The device MUST present the feature bits it is offering in
1884                  * device_feature, starting at bit device_feature_select ∗ 32
1885                  * for any device_feature_select written by the driver
1886                  */
1887                 if (val == 0)
1888                         d->mmio->cfg.device_feature = d->features;
1889                 else if (val == 1)
1890                         d->mmio->cfg.device_feature = (d->features >> 32);
1891                 else
1892                         d->mmio->cfg.device_feature = 0;
1893                 goto feature_write_through32;
1894         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.guest_feature_select):
1895                 if (val > 1)
1896                         bad_driver(d, "Unexpected driver select %u", val);
1897                 goto feature_write_through32;
1898         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.guest_feature):
1899                 if (d->mmio->cfg.guest_feature_select == 0) {
1900                         d->features_accepted &= ~((u64)0xFFFFFFFF);
1901                         d->features_accepted |= val;
1902                 } else {
1903                         assert(d->mmio->cfg.guest_feature_select == 1);
1904                         d->features_accepted &= 0xFFFFFFFF;
1905                         d->features_accepted |= ((u64)val) << 32;
1906                 }
1907                 /*
1908                  * 2.2.1:
1909                  *
1910                  *   The driver MUST NOT accept a feature which the device did
1911                  *   not offer
1912                  */
1913                 if (d->features_accepted & ~d->features)
1914                         bad_driver(d, "over-accepted features %#llx of %#llx",
1915                                    d->features_accepted, d->features);
1916                 goto feature_write_through32;
1917         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.device_status): {
1918                 u8 prev;
1919
1920                 verbose("%s: device status -> %#x\n", d->name, val);
1921                 /*
1922                  * 4.1.4.3.1:
1923                  * 
1924                  *  The device MUST reset when 0 is written to device_status,
1925                  *  and present a 0 in device_status once that is done.
1926                  */
1927                 if (val == 0) {
1928                         reset_device(d);
1929                         goto write_through8;
1930                 }
1931
1932                 /* 2.1.1: The driver MUST NOT clear a device status bit. */
1933                 if (d->mmio->cfg.device_status & ~val)
1934                         bad_driver(d, "unset of device status bit %#x -> %#x",
1935                                    d->mmio->cfg.device_status, val);
1936
1937                 /*
1938                  * 2.1.2:
1939                  *
1940                  *  The device MUST NOT consume buffers or notify the driver
1941                  *  before DRIVER_OK.
1942                  */
1943                 if (val & VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER_OK
1944                     && !(d->mmio->cfg.device_status & VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER_OK))
1945                         start_virtqueues(d);
1946
1947                 /*
1948                  * 3.1.1:
1949                  *
1950                  *   The driver MUST follow this sequence to initialize a device:
1951                  *   - Reset the device.
1952                  *   - Set the ACKNOWLEDGE status bit: the guest OS has
1953                  *     notice the device.
1954                  *   - Set the DRIVER status bit: the guest OS knows how
1955                  *     to drive the device.
1956                  *   - Read device feature bits, and write the subset
1957                  *     of feature bits understood by the OS and driver
1958                  *     to the device. During this step the driver MAY
1959                  *     read (but MUST NOT write) the device-specific
1960                  *     configuration fields to check that it can
1961                  *     support the device before accepting it.
1962                  *   - Set the FEATURES_OK status bit.  The driver
1963                  *     MUST not accept new feature bits after this
1964                  *     step.
1965                  *   - Re-read device status to ensure the FEATURES_OK
1966                  *     bit is still set: otherwise, the device does
1967                  *     not support our subset of features and the
1968                  *     device is unusable.
1969                  *   - Perform device-specific setup, including
1970                  *     discovery of virtqueues for the device,
1971                  *     optional per-bus setup, reading and possibly
1972                  *     writing the device’s virtio configuration
1973                  *     space, and population of virtqueues.
1974                  *   - Set the DRIVER_OK status bit. At this point the
1975                  *     device is “live”.
1976                  */
1977                 prev = 0;
1978                 switch (val & ~d->mmio->cfg.device_status) {
1979                 case VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER_OK:
1980                         prev |= VIRTIO_CONFIG_S_FEATURES_OK; /* fall thru */
1981                 case VIRTIO_CONFIG_S_FEATURES_OK:
1982                         prev |= VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER; /* fall thru */
1983                 case VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER:
1984                         prev |= VIRTIO_CONFIG_S_ACKNOWLEDGE; /* fall thru */
1985                 case VIRTIO_CONFIG_S_ACKNOWLEDGE:
1986                         break;
1987                 default:
1988                         bad_driver(d, "unknown device status bit %#x -> %#x",
1989                                    d->mmio->cfg.device_status, val);
1990                 }
1991                 if (d->mmio->cfg.device_status != prev)
1992                         bad_driver(d, "unexpected status transition %#x -> %#x",
1993                                    d->mmio->cfg.device_status, val);
1994
1995                 /* If they just wrote FEATURES_OK, we make sure they read */
1996                 switch (val & ~d->mmio->cfg.device_status) {
1997                 case VIRTIO_CONFIG_S_FEATURES_OK:
1998                         d->wrote_features_ok = true;
1999                         break;
2000                 case VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER_OK:
2001                         if (d->wrote_features_ok)
2002                                 bad_driver(d, "did not re-read FEATURES_OK");
2003                         break;
2004                 }
2005                 goto write_through8;
2006         }
2007         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_select):
2008                 vq = vq_by_num(d, val);
2009                 /*
2010                  * 4.1.4.3.1:
2011                  *
2012                  *  The device MUST present a 0 in queue_size if the virtqueue
2013                  *  corresponding to the current queue_select is unavailable.
2014                  */
2015                 if (!vq) {
2016                         d->mmio->cfg.queue_size = 0;
2017                         goto write_through16;
2018                 }
2019                 /* Save registers for old vq, if it was a valid vq */
2020                 if (d->mmio->cfg.queue_size)
2021                         save_vq_config(&d->mmio->cfg,
2022                                        vq_by_num(d, d->mmio->cfg.queue_select));
2023                 /* Restore the registers for the queue they asked for */
2024                 restore_vq_config(&d->mmio->cfg, vq);
2025                 goto write_through16;
2026         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_size):
2027                 /*
2028                  * 4.1.4.3.2:
2029                  *
2030                  *  The driver MUST NOT write a value which is not a power of 2
2031                  *  to queue_size.
2032                  */
2033                 if (val & (val-1))
2034                         bad_driver(d, "invalid queue size %u", val);
2035                 if (d->mmio->cfg.queue_enable)
2036                         bad_driver(d, "changing queue size on live device");
2037                 goto write_through16;
2038         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_msix_vector):
2039                 bad_driver(d, "attempt to set MSIX vector to %u", val);
2040         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_enable): {
2041                 struct virtqueue *vq = vq_by_num(d, d->mmio->cfg.queue_select);
2042
2043                 /*
2044                  * 4.1.4.3.2:
2045                  *
2046                  *  The driver MUST NOT write a 0 to queue_enable.
2047                  */
2048                 if (val != 1)
2049                         bad_driver(d, "setting queue_enable to %u", val);
2050
2051                 /*
2052                  * 3.1.1:
2053                  *
2054                  *  7. Perform device-specific setup, including discovery of
2055                  *     virtqueues for the device, optional per-bus setup,
2056                  *     reading and possibly writing the device’s virtio
2057                  *     configuration space, and population of virtqueues.
2058                  *  8. Set the DRIVER_OK status bit.
2059                  *
2060                  * All our devices require all virtqueues to be enabled, so
2061                  * they should have done that before setting DRIVER_OK.
2062                  */
2063                 if (d->mmio->cfg.device_status & VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER_OK)
2064                         bad_driver(d, "enabling vq after DRIVER_OK");
2065
2066                 d->mmio->cfg.queue_enable = val;
2067                 save_vq_config(&d->mmio->cfg, vq);
2068                 check_virtqueue(d, vq);
2069                 goto write_through16;
2070         }
2071         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_notify_off):
2072                 bad_driver(d, "attempt to write to queue_notify_off");
2073         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_desc_lo):
2074         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_desc_hi):
2075         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_avail_lo):
2076         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_avail_hi):
2077         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_used_lo):
2078         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.queue_used_hi):
2079                 /*
2080                  * 4.1.4.3.2:
2081                  *
2082                  *  The driver MUST configure the other virtqueue fields before
2083                  *  enabling the virtqueue with queue_enable.
2084                  */
2085                 if (d->mmio->cfg.queue_enable)
2086                         bad_driver(d, "changing queue on live device");
2087
2088                 /*
2089                  * 3.1.1:
2090                  *
2091                  *  The driver MUST follow this sequence to initialize a device:
2092                  *...
2093                  *  5. Set the FEATURES_OK status bit. The driver MUST not
2094                  *  accept new feature bits after this step.
2095                  */
2096                 if (!(d->mmio->cfg.device_status & VIRTIO_CONFIG_S_FEATURES_OK))
2097                         bad_driver(d, "setting up vq before FEATURES_OK");
2098
2099                 /*
2100                  *  6. Re-read device status to ensure the FEATURES_OK bit is
2101                  *     still set...
2102                  */
2103                 if (d->wrote_features_ok)
2104                         bad_driver(d, "didn't re-read FEATURES_OK before setup");
2105
2106                 goto write_through32;
2107         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, notify):
2108                 vq = vq_by_num(d, val);
2109                 if (!vq)
2110                         bad_driver(d, "Invalid vq notification on %u", val);
2111                 /* Notify the process handling this vq by adding 1 to eventfd */
2112                 write(vq->eventfd, "\1\0\0\0\0\0\0\0", 8);
2113                 goto write_through16;
2114         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, isr):
2115                 bad_driver(d, "Unexpected write to isr");
2116         /* Weird corner case: write to emerg_wr of console */
2117         case sizeof(struct virtio_pci_mmio)
2118                 + offsetof(struct virtio_console_config, emerg_wr):
2119                 if (strcmp(d->name, "console") == 0) {
2120                         char c = val;
2121                         write(STDOUT_FILENO, &c, 1);
2122                         goto write_through32;
2123                 }
2124                 /* Fall through... */
2125         default:
2126                 /*
2127                  * 4.1.4.3.2:
2128                  *
2129                  *   The driver MUST NOT write to device_feature, num_queues,
2130                  *   config_generation or queue_notify_off.
2131                  */
2132                 bad_driver(d, "Unexpected write to offset %u", off);
2133         }
2134
2135 feature_write_through32:
2136         /*
2137          * 3.1.1:
2138          *
2139          *   The driver MUST follow this sequence to initialize a device:
2140          *...
2141          *   - Set the DRIVER status bit: the guest OS knows how
2142          *     to drive the device.
2143          *   - Read device feature bits, and write the subset
2144          *     of feature bits understood by the OS and driver
2145          *     to the device.
2146          *...
2147          *   - Set the FEATURES_OK status bit. The driver MUST not
2148          *     accept new feature bits after this step.
2149          */
2150         if (!(d->mmio->cfg.device_status & VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER))
2151                 bad_driver(d, "feature write before VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER");
2152         if (d->mmio->cfg.device_status & VIRTIO_CONFIG_S_FEATURES_OK)
2153                 bad_driver(d, "feature write after VIRTIO_CONFIG_S_FEATURES_OK");
2154
2155         /*
2156          * 4.1.3.1:
2157          *
2158          *  The driver MUST access each field using the “natural” access
2159          *  method, i.e. 32-bit accesses for 32-bit fields, 16-bit accesses for
2160          *  16-bit fields and 8-bit accesses for 8-bit fields.
2161          */
2162 write_through32:
2163         if (mask != 0xFFFFFFFF) {
2164                 bad_driver(d, "non-32-bit write to offset %u (%#x)",
2165                            off, getreg(eip));
2166                 return;
2167         }
2168         memcpy((char *)d->mmio + off, &val, 4);
2169         return;
2170
2171 write_through16:
2172         if (mask != 0xFFFF)
2173                 bad_driver(d, "non-16-bit write to offset %u (%#x)",
2174                            off, getreg(eip));
2175         memcpy((char *)d->mmio + off, &val, 2);
2176         return;
2177
2178 write_through8:
2179         if (mask != 0xFF)
2180                 bad_driver(d, "non-8-bit write to offset %u (%#x)",
2181                            off, getreg(eip));
2182         memcpy((char *)d->mmio + off, &val, 1);
2183         return;
2184 }
2185
2186 static u32 emulate_mmio_read(struct device *d, u32 off, u32 mask)
2187 {
2188         u8 isr;
2189         u32 val = 0;
2190
2191         switch (off) {
2192         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.device_feature_select):
2193         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.device_feature):
2194         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.guest_feature_select):
2195         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.guest_feature):
2196                 /*
2197                  * 3.1.1:
2198                  *
2199                  *   The driver MUST follow this sequence to initialize a device:
2200                  *...
2201                  *   - Set the DRIVER status bit: the guest OS knows how
2202                  *     to drive the device.
2203                  *   - Read device feature bits, and write the subset
2204                  *     of feature bits understood by the OS and driver
2205                  *     to the device.
2206                  */
2207                 if (!(d->mmio->cfg.device_status & VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER))
2208                         bad_driver(d,
2209                                    "feature read before VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER");
2210                 goto read_through32;
2211         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.msix_config):
2212                 bad_driver(d, "read of msix_config");
2213         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.num_queues):
2214                 goto read_through16;
2215         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.device_status):
2216                 /* As they did read, any write of FEATURES_OK is now fine. */
2217                 d->wrote_features_ok = false;
2218                 goto read_through8;
2219         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg.config_generation):
2220                 /*
2221                  * 4.1.4.3.1:
2222                  *
2223                  *  The device MUST present a changed config_generation after
2224                  *  the driver has read a device-specific configuration value
2225                  *  which has changed since any part of the device-specific
2226                  *  configuration was last read.
2227                  *
2228                  * This is simple: none of our devices change config, so this
2229                  * is always 0.
2230                  */
2231                 goto read_through8;
2232         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, notify):
2233                 /*
2234                  * 3.1.1:
2235                  *
2236                  *   The driver MUST NOT notify the device before setting
2237                  *   DRIVER_OK.
2238                  */
2239                 if (!(d->mmio->cfg.device_status & VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER_OK))
2240                         bad_driver(d, "notify before VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER_OK");
2241                 goto read_through16;
2242         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, isr):
2243                 if (mask != 0xFF)
2244                         bad_driver(d, "non-8-bit read from offset %u (%#x)",
2245                                    off, getreg(eip));
2246                 isr = d->mmio->isr;
2247                 /*
2248                  * 4.1.4.5.1:
2249                  *
2250                  *  The device MUST reset ISR status to 0 on driver read. 
2251                  */
2252                 d->mmio->isr = 0;
2253                 return isr;
2254         case offsetof(struct virtio_pci_mmio, padding):
2255                 bad_driver(d, "read from padding (%#x)", getreg(eip));
2256         default:
2257                 /* Read from device config space, beware unaligned overflow */
2258                 if (off > d->mmio_size - 4)
2259                         bad_driver(d, "read past end (%#x)", getreg(eip));
2260
2261                 /*
2262                  * 3.1.1:
2263                  *  The driver MUST follow this sequence to initialize a device:
2264                  *...
2265                  *  3. Set the DRIVER status bit: the guest OS knows how to
2266                  *  drive the device.
2267                  *  4. Read device feature bits, and write the subset of
2268                  *  feature bits understood by the OS and driver to the
2269                  *  device. During this step the driver MAY read (but MUST NOT
2270                  *  write) the device-specific configuration fields to check
2271                  *  that it can support the device before accepting it.
2272                  */
2273                 if (!(d->mmio->cfg.device_status & VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER))
2274                         bad_driver(d,
2275                                    "config read before VIRTIO_CONFIG_S_DRIVER");
2276
2277                 if (mask == 0xFFFFFFFF)
2278                         goto read_through32;
2279                 else if (mask == 0xFFFF)
2280                         goto read_through16;
2281                 else
2282                         goto read_through8;
2283         }
2284
2285         /*
2286          * 4.1.3.1:
2287          *
2288          *  The driver MUST access each field using the “natural” access
2289          *  method, i.e. 32-bit accesses for 32-bit fields, 16-bit accesses for
2290          *  16-bit fields and 8-bit accesses for 8-bit fields.
2291          */
2292 read_through32:
2293         if (mask != 0xFFFFFFFF)
2294                 bad_driver(d, "non-32-bit read to offset %u (%#x)",
2295                            off, getreg(eip));
2296         memcpy(&val, (char *)d->mmio + off, 4);
2297         return val;
2298
2299 read_through16:
2300         if (mask != 0xFFFF)
2301                 bad_driver(d, "non-16-bit read to offset %u (%#x)",
2302                            off, getreg(eip));
2303         memcpy(&val, (char *)d->mmio + off, 2);
2304         return val;
2305
2306 read_through8:
2307         if (mask != 0xFF)
2308                 bad_driver(d, "non-8-bit read to offset %u (%#x)",
2309                            off, getreg(eip));
2310         memcpy(&val, (char *)d->mmio + off, 1);
2311         return val;
2312 }
2313
2314 static void emulate_mmio(unsigned long paddr, const u8 *insn)
2315 {
2316         u32 val, off, mask = 0xFFFFFFFF, insnlen = 0;
2317         struct device *d = find_mmio_region(paddr, &off);
2318         unsigned long args[] = { LHREQ_TRAP, 14 };
2319
2320         if (!d) {
2321                 warnx("MMIO touching %#08lx (not a device)", paddr);
2322                 goto reinject;
2323         }
2324
2325         /* Prefix makes it a 16 bit op */
2326         if (insn[0] == 0x66) {
2327                 mask = 0xFFFF;
2328                 insnlen++;
2329         }
2330
2331         /* iowrite */
2332         if (insn[insnlen] == 0x89) {
2333                 /* Next byte is r/m byte: bits 3-5 are register. */
2334                 val = getreg_num((insn[insnlen+1] >> 3) & 0x7, mask);
2335                 emulate_mmio_write(d, off, val, mask);
2336                 insnlen += 2 + insn_displacement_len(insn[insnlen+1]);
2337         } else if (insn[insnlen] == 0x8b) { /* ioread */
2338                 /* Next byte is r/m byte: bits 3-5 are register. */
2339                 val = emulate_mmio_read(d, off, mask);
2340                 setreg_num((insn[insnlen+1] >> 3) & 0x7, val, mask);
2341                 insnlen += 2 + insn_displacement_len(insn[insnlen+1]);
2342         } else if (insn[0] == 0x88) { /* 8-bit iowrite */
2343                 mask = 0xff;
2344                 /* Next byte is r/m byte: bits 3-5 are register. */
2345                 val = getreg_num((insn[1] >> 3) & 0x7, mask);
2346                 emulate_mmio_write(d, off, val, mask);
2347                 insnlen = 2 + insn_displacement_len(insn[1]);
2348         } else if (insn[0] == 0x8a) { /* 8-bit ioread */
2349                 mask = 0xff;
2350                 val = emulate_mmio_read(d, off, mask);
2351                 setreg_num((insn[1] >> 3) & 0x7, val, mask);
2352                 insnlen = 2 + insn_displacement_len(insn[1]);
2353         } else {
2354                 warnx("Unknown MMIO instruction touching %#08lx:"
2355                      " %02x %02x %02x %02x at %u",
2356                      paddr, insn[0], insn[1], insn[2], insn[3], getreg(eip));
2357         reinject:
2358                 /* Inject trap into Guest. */
2359                 if (write(lguest_fd, args, sizeof(args)) < 0)
2360                         err(1, "Reinjecting trap 14 for fault at %#x",
2361                             getreg(eip));
2362                 return;
2363         }
2364
2365         /* Finally, we've "done" the instruction, so move past it. */
2366         setreg(eip, getreg(eip) + insnlen);
2367 }
2368
2369 /*L:190
2370  * Device Setup
2371  *
2372  * All devices need a descriptor so the Guest knows it exists, and a "struct
2373  * device" so the Launcher can keep track of it.  We have common helper
2374  * routines to allocate and manage them.
2375  */
2376 static void add_pci_virtqueue(struct device *dev,
2377                               void (*service)(struct virtqueue *),
2378                               const char *name)
2379 {
2380         struct virtqueue **i, *vq = malloc(sizeof(*vq));
2381
2382         /* Initialize the virtqueue */
2383         vq->next = NULL;
2384         vq->last_avail_idx = 0;
2385         vq->dev = dev;
2386         vq->name = name;
2387
2388         /*
2389          * This is the routine the service thread will run, and its Process ID
2390          * once it's running.
2391          */
2392         vq->service = service;
2393         vq->thread = (pid_t)-1;
2394
2395         /* Initialize the configuration. */
2396         reset_vq_pci_config(vq);
2397         vq->pci_config.queue_notify_off = 0;
2398
2399         /* Add one to the number of queues */
2400         vq->dev->mmio->cfg.num_queues++;
2401
2402         /*
2403          * Add to tail of list, so dev->vq is first vq, dev->vq->next is
2404          * second.
2405          */
2406         for (i = &dev->vq; *i; i = &(*i)->next);
2407         *i = vq;
2408 }
2409
2410 /* The Guest accesses the feature bits via the PCI common config MMIO region */
2411 static void add_pci_feature(struct device *dev, unsigned bit)
2412 {
2413         dev->features |= (1ULL << bit);
2414 }
2415
2416 /* For devices with no config. */
2417 static void no_device_config(struct device *dev)
2418 {
2419         dev->mmio_addr = get_mmio_region(dev->mmio_size);
2420
2421         dev->config.bar[0] = dev->mmio_addr;
2422         /* Bottom 4 bits must be zero */
2423         assert(~(dev->config.bar[0] & 0xF));
2424 }
2425
2426 /* This puts the device config into BAR0 */
2427 static void set_device_config(struct device *dev, const void *conf, size_t len)
2428 {
2429         /* Set up BAR 0 */
2430         dev->mmio_size += len;
2431         dev->mmio = realloc(dev->mmio, dev->mmio_size);
2432         memcpy(dev->mmio + 1, conf, len);
2433
2434         /*
2435          * 4.1.4.6:
2436          *
2437          *  The device MUST present at least one VIRTIO_PCI_CAP_DEVICE_CFG
2438          *  capability for any device type which has a device-specific
2439          *  configuration.
2440          */
2441         /* Hook up device cfg */
2442         dev->config.cfg_access.cap.cap_next
2443                 = offsetof(struct pci_config, device);
2444
2445         /*
2446          * 4.1.4.6.1:
2447          *
2448          *  The offset for the device-specific configuration MUST be 4-byte
2449          *  aligned.
2450          */
2451         assert(dev->config.cfg_access.cap.cap_next % 4 == 0);
2452
2453         /* Fix up device cfg field length. */
2454         dev->config.device.length = len;
2455
2456         /* The rest is the same as the no-config case */
2457         no_device_config(dev);
2458 }
2459
2460 static void init_cap(struct virtio_pci_cap *cap, size_t caplen, int type,
2461                      size_t bar_offset, size_t bar_bytes, u8 next)
2462 {
2463         cap->cap_vndr = PCI_CAP_ID_VNDR;
2464         cap->cap_next = next;
2465         cap->cap_len = caplen;
2466         cap->cfg_type = type;
2467         cap->bar = 0;
2468         memset(cap->padding, 0, sizeof(cap->padding));
2469         cap->offset = bar_offset;
2470         cap->length = bar_bytes;
2471 }
2472
2473 /*
2474  * This sets up the pci_config structure, as defined in the virtio 1.0
2475  * standard (and PCI standard).
2476  */
2477 static void init_pci_config(struct pci_config *pci, u16 type,
2478                             u8 class, u8 subclass)
2479 {
2480         size_t bar_offset, bar_len;
2481
2482         /*
2483          * 4.1.4.4.1:
2484          *
2485          *  The device MUST either present notify_off_multiplier as an even
2486          *  power of 2, or present notify_off_multiplier as 0.
2487          *
2488          * 2.1.2:
2489          *
2490          *   The device MUST initialize device status to 0 upon reset. 
2491          */
2492         memset(pci, 0, sizeof(*pci));
2493
2494         /* 4.1.2.1: Devices MUST have the PCI Vendor ID 0x1AF4 */
2495         pci->vendor_id = 0x1AF4;
2496         /* 4.1.2.1: ... PCI Device ID calculated by adding 0x1040 ... */
2497         pci->device_id = 0x1040 + type;
2498
2499         /*
2500          * PCI have specific codes for different types of devices.
2501          * Linux doesn't care, but it's a good clue for people looking
2502          * at the device.
2503          */
2504         pci->class = class;
2505         pci->subclass = subclass;
2506
2507         /*
2508          * 4.1.2.1:
2509          *
2510          *  Non-transitional devices SHOULD have a PCI Revision ID of 1 or
2511          *  higher
2512          */
2513         pci->revid = 1;
2514
2515         /*
2516          * 4.1.2.1:
2517          *
2518          *  Non-transitional devices SHOULD have a PCI Subsystem Device ID of
2519          *  0x40 or higher.
2520          */
2521         pci->subsystem_device_id = 0x40;
2522
2523         /* We use our dummy interrupt controller, and irq_line is the irq */
2524         pci->irq_line = devices.next_irq++;
2525         pci->irq_pin = 0;
2526
2527         /* Support for extended capabilities. */
2528         pci->status = (1 << 4);
2529
2530         /* Link them in. */
2531         /*
2532          * 4.1.4.3.1:
2533          *
2534          *  The device MUST present at least one common configuration
2535          *  capability.
2536          */
2537         pci->capabilities = offsetof(struct pci_config, common);
2538
2539         /* 4.1.4.3.1 ... offset MUST be 4-byte aligned. */
2540         assert(pci->capabilities % 4 == 0);
2541
2542         bar_offset = offsetof(struct virtio_pci_mmio, cfg);
2543         bar_len = sizeof(((struct virtio_pci_mmio *)0)->cfg);
2544         init_cap(&pci->common, sizeof(pci->common), VIRTIO_PCI_CAP_COMMON_CFG,
2545                  bar_offset, bar_len,
2546                  offsetof(struct pci_config, notify));
2547
2548         /*
2549          * 4.1.4.4.1:
2550          *
2551          *  The device MUST present at least one notification capability.
2552          */
2553         bar_offset += bar_len;
2554         bar_len = sizeof(((struct virtio_pci_mmio *)0)->notify);
2555
2556         /*
2557          * 4.1.4.4.1:
2558          *
2559          *  The cap.offset MUST be 2-byte aligned.
2560          */
2561         assert(pci->common.cap_next % 2 == 0);
2562
2563         /* FIXME: Use a non-zero notify_off, for per-queue notification? */
2564         /*
2565          * 4.1.4.4.1:
2566          *
2567          *  The value cap.length presented by the device MUST be at least 2 and
2568          *  MUST be large enough to support queue notification offsets for all
2569          *  supported queues in all possible configurations.
2570          */
2571         assert(bar_len >= 2);
2572
2573         init_cap(&pci->notify.cap, sizeof(pci->notify),
2574                  VIRTIO_PCI_CAP_NOTIFY_CFG,
2575                  bar_offset, bar_len,
2576                  offsetof(struct pci_config, isr));
2577
2578         bar_offset += bar_len;
2579         bar_len = sizeof(((struct virtio_pci_mmio *)0)->isr);
2580         /*
2581          * 4.1.4.5.1:
2582          *
2583          *  The device MUST present at least one VIRTIO_PCI_CAP_ISR_CFG
2584          *  capability.
2585          */
2586         init_cap(&pci->isr, sizeof(pci->isr),
2587                  VIRTIO_PCI_CAP_ISR_CFG,
2588                  bar_offset, bar_len,
2589                  offsetof(struct pci_config, cfg_access));
2590
2591         /*
2592          * 4.1.4.7.1:
2593          *
2594          * The device MUST present at least one VIRTIO_PCI_CAP_PCI_CFG
2595          * capability.
2596          */
2597         /* This doesn't have any presence in the BAR */
2598         init_cap(&pci->cfg_access.cap, sizeof(pci->cfg_access),
2599                  VIRTIO_PCI_CAP_PCI_CFG,
2600                  0, 0, 0);
2601
2602         bar_offset += bar_len + sizeof(((struct virtio_pci_mmio *)0)->padding);
2603         assert(bar_offset == sizeof(struct virtio_pci_mmio));
2604
2605         /*
2606          * This gets sewn in and length set in set_device_config().
2607          * Some devices don't have a device configuration interface, so
2608          * we never expose this if we don't call set_device_config().
2609          */
2610         init_cap(&pci->device, sizeof(pci->device), VIRTIO_PCI_CAP_DEVICE_CFG,
2611                  bar_offset, 0, 0);
2612 }
2613
2614 /*
2615  * This routine does all the creation and setup of a new device, but we don't
2616  * actually place the MMIO region until we know the size (if any) of the
2617  * device-specific config.  And we don't actually start the service threads
2618  * until later.
2619  *
2620  * See what I mean about userspace being boring?
2621  */
2622 static struct device *new_pci_device(const char *name, u16 type,
2623                                      u8 class, u8 subclass)
2624 {
2625         struct device *dev = malloc(sizeof(*dev));
2626
2627         /* Now we populate the fields one at a time. */
2628         dev->name = name;
2629         dev->vq = NULL;
2630         dev->running = false;
2631         dev->wrote_features_ok = false;
2632         dev->mmio_size = sizeof(struct virtio_pci_mmio);
2633         dev->mmio = calloc(1, dev->mmio_size);
2634         dev->features = (u64)1 << VIRTIO_F_VERSION_1;
2635         dev->features_accepted = 0;
2636
2637         if (devices.device_num + 1 >= MAX_PCI_DEVICES)
2638                 errx(1, "Can only handle 31 PCI devices");
2639
2640         init_pci_config(&dev->config, type, class, subclass);
2641         assert(!devices.pci[devices.device_num+1]);
2642         devices.pci[++devices.device_num] = dev;
2643
2644         return dev;
2645 }
2646
2647 /*
2648  * Our first setup routine is the console.  It's a fairly simple device, but
2649  * UNIX tty handling makes it uglier than it could be.
2650  */
2651 static void setup_console(void)
2652 {
2653         struct device *dev;
2654         struct virtio_console_config conf;
2655
2656         /* If we can save the initial standard input settings... */
2657         if (tcgetattr(STDIN_FILENO, &orig_term) == 0) {
2658                 struct termios term = orig_term;
2659                 /*
2660                  * Then we turn off echo, line buffering and ^C etc: We want a
2661                  * raw input stream to the Guest.
2662                  */
2663                 term.c_lflag &= ~(ISIG|ICANON|ECHO);
2664                 tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &term);
2665         }
2666
2667         dev = new_pci_device("console", VIRTIO_ID_CONSOLE, 0x07, 0x00);
2668
2669         /* We store the console state in dev->priv, and initialize it. */
2670         dev->priv = malloc(sizeof(struct console_abort));
2671         ((struct console_abort *)dev->priv)->count = 0;
2672
2673         /*
2674          * The console needs two virtqueues: the input then the output.  When
2675          * they put something the input queue, we make sure we're listening to
2676          * stdin.  When they put something in the output queue, we write it to
2677          * stdout.
2678          */
2679         add_pci_virtqueue(dev, console_input, "input");
2680         add_pci_virtqueue(dev, console_output, "output");
2681
2682         /* We need a configuration area for the emerg_wr early writes. */
2683         add_pci_feature(dev, VIRTIO_CONSOLE_F_EMERG_WRITE);
2684         set_device_config(dev, &conf, sizeof(conf));
2685
2686         verbose("device %u: console\n", devices.device_num);
2687 }
2688 /*:*/
2689
2690 /*M:010
2691  * Inter-guest networking is an interesting area.  Simplest is to have a
2692  * --sharenet=<name> option which opens or creates a named pipe.  This can be
2693  * used to send packets to another guest in a 1:1 manner.
2694  *
2695  * More sophisticated is to use one of the tools developed for project like UML
2696  * to do networking.
2697  *
2698  * Faster is to do virtio bonding in kernel.  Doing this 1:1 would be
2699  * completely generic ("here's my vring, attach to your vring") and would work
2700  * for any traffic.  Of course, namespace and permissions issues need to be
2701  * dealt with.  A more sophisticated "multi-channel" virtio_net.c could hide
2702  * multiple inter-guest channels behind one interface, although it would
2703  * require some manner of hotplugging new virtio channels.
2704  *
2705  * Finally, we could use a virtio network switch in the kernel, ie. vhost.
2706 :*/
2707
2708 static u32 str2ip(const char *ipaddr)
2709 {
2710         unsigned int b[4];
2711
2712         if (sscanf(ipaddr, "%u.%u.%u.%u", &b[0], &b[1], &b[2], &b[3]) != 4)
2713                 errx(1, "Failed to parse IP address '%s'", ipaddr);
2714         return (b[0] << 24) | (b[1] << 16) | (b[2] << 8) | b[3];
2715 }
2716
2717 static void str2mac(const char *macaddr, unsigned char mac[6])
2718 {
2719         unsigned int m[6];
2720         if (sscanf(macaddr, "%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x",
2721                    &m[0], &m[1], &m[2], &m[3], &m[4], &m[5]) != 6)
2722                 errx(1, "Failed to parse mac address '%s'", macaddr);
2723         mac[0] = m[0];
2724         mac[1] = m[1];
2725         mac[2] = m[2];
2726         mac[3] = m[3];
2727         mac[4] = m[4];
2728         mac[5] = m[5];
2729 }
2730
2731 /*
2732  * This code is "adapted" from libbridge: it attaches the Host end of the
2733  * network device to the bridge device specified by the command line.
2734  *
2735  * This is yet another James Morris contribution (I'm an IP-level guy, so I
2736  * dislike bridging), and I just try not to break it.
2737  */
2738 static void add_to_bridge(int fd, const char *if_name, const char *br_name)
2739 {
2740         int ifidx;
2741         struct ifreq ifr;
2742
2743         if (!*br_name)
2744                 errx(1, "must specify bridge name");
2745
2746         ifidx = if_nametoindex(if_name);
2747         if (!ifidx)
2748                 errx(1, "interface %s does not exist!", if_name);
2749
2750         strncpy(ifr.ifr_name, br_name, IFNAMSIZ);
2751         ifr.ifr_name[IFNAMSIZ-1] = '\0';
2752         ifr.ifr_ifindex = ifidx;
2753         if (ioctl(fd, SIOCBRADDIF, &ifr) < 0)
2754                 err(1, "can't add %s to bridge %s", if_name, br_name);
2755 }
2756
2757 /*
2758  * This sets up the Host end of the network device with an IP address, brings
2759  * it up so packets will flow, the copies the MAC address into the hwaddr
2760  * pointer.
2761  */
2762 static void configure_device(int fd, const char *tapif, u32 ipaddr)
2763 {
2764         struct ifreq ifr;
2765         struct sockaddr_in sin;
2766
2767         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
2768         strcpy(ifr.ifr_name, tapif);
2769
2770         /* Don't read these incantations.  Just cut & paste them like I did! */
2771         sin.sin_family = AF_INET;
2772         sin.sin_addr.s_addr = htonl(ipaddr);
2773         memcpy(&ifr.ifr_addr, &sin, sizeof(sin));
2774         if (ioctl(fd, SIOCSIFADDR, &ifr) != 0)
2775                 err(1, "Setting %s interface address", tapif);
2776         ifr.ifr_flags = IFF_UP;
2777         if (ioctl(fd, SIOCSIFFLAGS, &ifr) != 0)
2778                 err(1, "Bringing interface %s up", tapif);
2779 }
2780
2781 static int get_tun_device(char tapif[IFNAMSIZ])
2782 {
2783         struct ifreq ifr;
2784         int vnet_hdr_sz;
2785         int netfd;
2786
2787         /* Start with this zeroed.  Messy but sure. */
2788         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
2789
2790         /*
2791          * We open the /dev/net/tun device and tell it we want a tap device.  A
2792          * tap device is like a tun device, only somehow different.  To tell
2793          * the truth, I completely blundered my way through this code, but it
2794          * works now!
2795          */
2796         netfd = open_or_die("/dev/net/tun", O_RDWR);
2797         ifr.ifr_flags = IFF_TAP | IFF_NO_PI | IFF_VNET_HDR;
2798         strcpy(ifr.ifr_name, "tap%d");
2799         if (ioctl(netfd, TUNSETIFF, &ifr) != 0)
2800                 err(1, "configuring /dev/net/tun");
2801
2802         if (ioctl(netfd, TUNSETOFFLOAD,
2803                   TUN_F_CSUM|TUN_F_TSO4|TUN_F_TSO6|TUN_F_TSO_ECN) != 0)
2804                 err(1, "Could not set features for tun device");
2805
2806         /*
2807          * We don't need checksums calculated for packets coming in this
2808          * device: trust us!
2809          */
2810         ioctl(netfd, TUNSETNOCSUM, 1);
2811
2812         /*
2813          * In virtio before 1.0 (aka legacy virtio), we added a 16-bit
2814          * field at the end of the network header iff
2815          * VIRTIO_NET_F_MRG_RXBUF was negotiated.  For virtio 1.0,
2816          * that became the norm, but we need to tell the tun device
2817          * about our expanded header (which is called
2818          * virtio_net_hdr_mrg_rxbuf in the legacy system).
2819          */
2820         vnet_hdr_sz = sizeof(struct virtio_net_hdr_v1);
2821         if (ioctl(netfd, TUNSETVNETHDRSZ, &vnet_hdr_sz) != 0)
2822                 err(1, "Setting tun header size to %u", vnet_hdr_sz);
2823
2824         memcpy(tapif, ifr.ifr_name, IFNAMSIZ);
2825         return netfd;
2826 }
2827
2828 /*L:195
2829  * Our network is a Host<->Guest network.  This can either use bridging or
2830  * routing, but the principle is the same: it uses the "tun" device to inject
2831  * packets into the Host as if they came in from a normal network card.  We
2832  * just shunt packets between the Guest and the tun device.
2833  */
2834 static void setup_tun_net(char *arg)
2835 {
2836         struct device *dev;
2837         struct net_info *net_info = malloc(sizeof(*net_info));
2838         int ipfd;
2839         u32 ip = INADDR_ANY;
2840         bool bridging = false;
2841         char tapif[IFNAMSIZ], *p;
2842         struct virtio_net_config conf;
2843
2844         net_info->tunfd = get_tun_device(tapif);
2845
2846         /* First we create a new network device. */
2847         dev = new_pci_device("net", VIRTIO_ID_NET, 0x02, 0x00);
2848         dev->priv = net_info;
2849
2850         /* Network devices need a recv and a send queue, just like console. */
2851         add_pci_virtqueue(dev, net_input, "rx");
2852         add_pci_virtqueue(dev, net_output, "tx");
2853
2854         /*
2855          * We need a socket to perform the magic network ioctls to bring up the
2856          * tap interface, connect to the bridge etc.  Any socket will do!
2857          */
2858         ipfd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_IP);
2859         if (ipfd < 0)
2860                 err(1, "opening IP socket");
2861
2862         /* If the command line was --tunnet=bridge:<name> do bridging. */
2863         if (!strncmp(BRIDGE_PFX, arg, strlen(BRIDGE_PFX))) {
2864                 arg += strlen(BRIDGE_PFX);
2865                 bridging = true;
2866         }
2867
2868         /* A mac address may follow the bridge name or IP address */
2869         p = strchr(arg, ':');
2870         if (p) {
2871                 str2mac(p+1, conf.mac);
2872                 add_pci_feature(dev, VIRTIO_NET_F_MAC);
2873                 *p = '\0';
2874         }
2875
2876         /* arg is now either an IP address or a bridge name */
2877         if (bridging)
2878                 add_to_bridge(ipfd, tapif, arg);
2879         else
2880                 ip = str2ip(arg);
2881
2882         /* Set up the tun device. */
2883         configure_device(ipfd, tapif, ip);
2884
2885         /* Expect Guest to handle everything except UFO */
2886         add_pci_feature(dev, VIRTIO_NET_F_CSUM);
2887         add_pci_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_CSUM);
2888         add_pci_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO4);
2889         add_pci_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO6);
2890         add_pci_feature(dev, VIRTIO_NET_F_GUEST_ECN);
2891         add_pci_feature(dev, VIRTIO_NET_F_HOST_TSO4);
2892         add_pci_feature(dev, VIRTIO_NET_F_HOST_TSO6);
2893         add_pci_feature(dev, VIRTIO_NET_F_HOST_ECN);
2894         /* We handle indirect ring entries */
2895         add_pci_feature(dev, VIRTIO_RING_F_INDIRECT_DESC);
2896         set_device_config(dev, &conf, sizeof(conf));
2897
2898         /* We don't need the socket any more; setup is done. */
2899         close(ipfd);
2900
2901         if (bridging)
2902                 verbose("device %u: tun %s attached to bridge: %s\n",
2903                         devices.device_num, tapif, arg);
2904         else
2905                 verbose("device %u: tun %s: %s\n",
2906                         devices.device_num, tapif, arg);
2907 }
2908 /*:*/
2909
2910 /* This hangs off device->priv. */
2911 struct vblk_info {
2912         /* The size of the file. */
2913         off64_t len;
2914
2915         /* The file descriptor for the file. */
2916         int fd;
2917
2918 };
2919
2920 /*L:210
2921  * The Disk
2922  *
2923  * The disk only has one virtqueue, so it only has one thread.  It is really
2924  * simple: the Guest asks for a block number and we read or write that position
2925  * in the file.
2926  *
2927  * Before we serviced each virtqueue in a separate thread, that was unacceptably
2928  * slow: the Guest waits until the read is finished before running anything
2929  * else, even if it could have been doing useful work.
2930  *
2931  * We could have used async I/O, except it's reputed to suck so hard that
2932  * characters actually go missing from your code when you try to use it.
2933  */
2934 static void blk_request(struct virtqueue *vq)
2935 {
2936         struct vblk_info *vblk = vq->dev->priv;
2937         unsigned int head, out_num, in_num, wlen;
2938         int ret, i;
2939         u8 *in;
2940         struct virtio_blk_outhdr out;
2941         struct iovec iov[vq->vring.num];
2942         off64_t off;
2943
2944         /*
2945          * Get the next request, where we normally wait.  It triggers the
2946          * interrupt to acknowledge previously serviced requests (if any).
2947          */
2948         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out_num, &in_num);
2949
2950         /* Copy the output header from the front of the iov (adjusts iov) */
2951         iov_consume(vq->dev, iov, out_num, &out, sizeof(out));
2952
2953         /* Find and trim end of iov input array, for our status byte. */
2954         in = NULL;
2955         for (i = out_num + in_num - 1; i >= out_num; i--) {
2956                 if (iov[i].iov_len > 0) {
2957                         in = iov[i].iov_base + iov[i].iov_len - 1;
2958                         iov[i].iov_len--;
2959                         break;
2960                 }
2961         }
2962         if (!in)
2963                 bad_driver_vq(vq, "Bad virtblk cmd with no room for status");
2964
2965         /*
2966          * For historical reasons, block operations are expressed in 512 byte
2967          * "sectors".
2968          */
2969         off = out.sector * 512;
2970
2971         if (out.type & VIRTIO_BLK_T_OUT) {
2972                 /*
2973                  * Write
2974                  *
2975                  * Move to the right location in the block file.  This can fail
2976                  * if they try to write past end.
2977                  */
2978                 if (lseek64(vblk->fd, off, SEEK_SET) != off)
2979                         err(1, "Bad seek to sector %llu", out.sector);
2980
2981                 ret = writev(vblk->fd, iov, out_num);
2982                 verbose("WRITE to sector %llu: %i\n", out.sector, ret);
2983
2984                 /*
2985                  * Grr... Now we know how long the descriptor they sent was, we
2986                  * make sure they didn't try to write over the end of the block
2987                  * file (possibly extending it).
2988                  */
2989                 if (ret > 0 && off + ret > vblk->len) {
2990                         /* Trim it back to the correct length */
2991                         ftruncate64(vblk->fd, vblk->len);
2992                         /* Die, bad Guest, die. */
2993                         bad_driver_vq(vq, "Write past end %llu+%u", off, ret);
2994                 }
2995
2996                 wlen = sizeof(*in);
2997                 *in = (ret >= 0 ? VIRTIO_BLK_S_OK : VIRTIO_BLK_S_IOERR);
2998         } else if (out.type & VIRTIO_BLK_T_FLUSH) {
2999                 /* Flush */
3000                 ret = fdatasync(vblk->fd);
3001                 verbose("FLUSH fdatasync: %i\n", ret);
3002                 wlen = sizeof(*in);
3003                 *in = (ret >= 0 ? VIRTIO_BLK_S_OK : VIRTIO_BLK_S_IOERR);
3004         } else {
3005                 /*
3006                  * Read
3007                  *
3008                  * Move to the right location in the block file.  This can fail
3009                  * if they try to read past end.
3010                  */
3011                 if (lseek64(vblk->fd, off, SEEK_SET) != off)
3012                         err(1, "Bad seek to sector %llu", out.sector);
3013
3014                 ret = readv(vblk->fd, iov + out_num, in_num);
3015                 if (ret >= 0) {
3016                         wlen = sizeof(*in) + ret;
3017                         *in = VIRTIO_BLK_S_OK;
3018                 } else {
3019                         wlen = sizeof(*in);
3020                         *in = VIRTIO_BLK_S_IOERR;
3021                 }
3022         }
3023
3024         /* Finished that request. */
3025         add_used(vq, head, wlen);
3026 }
3027
3028 /*L:198 This actually sets up a virtual block device. */
3029 static void setup_block_file(const char *filename)
3030 {
3031         struct device *dev;
3032         struct vblk_info *vblk;
3033         struct virtio_blk_config conf;
3034
3035         /* Create the device. */
3036         dev = new_pci_device("block", VIRTIO_ID_BLOCK, 0x01, 0x80);
3037
3038         /* The device has one virtqueue, where the Guest places requests. */
3039         add_pci_virtqueue(dev, blk_request, "request");
3040
3041         /* Allocate the room for our own bookkeeping */
3042         vblk = dev->priv = malloc(sizeof(*vblk));
3043
3044         /* First we open the file and store the length. */
3045         vblk->fd = open_or_die(filename, O_RDWR|O_LARGEFILE);
3046         vblk->len = lseek64(vblk->fd, 0, SEEK_END);
3047
3048         /* Tell Guest how many sectors this device has. */
3049         conf.capacity = cpu_to_le64(vblk->len / 512);
3050
3051         /*
3052          * Tell Guest not to put in too many descriptors at once: two are used
3053          * for the in and out elements.
3054          */
3055         add_pci_feature(dev, VIRTIO_BLK_F_SEG_MAX);
3056         conf.seg_max = cpu_to_le32(VIRTQUEUE_NUM - 2);
3057
3058         set_device_config(dev, &conf, sizeof(struct virtio_blk_config));
3059
3060         verbose("device %u: virtblock %llu sectors\n",
3061                 devices.device_num, le64_to_cpu(conf.capacity));
3062 }
3063
3064 /*L:211
3065  * Our random number generator device reads from /dev/urandom into the Guest's
3066  * input buffers.  The usual case is that the Guest doesn't want random numbers
3067  * and so has no buffers although /dev/urandom is still readable, whereas
3068  * console is the reverse.
3069  *
3070  * The same logic applies, however.
3071  */
3072 struct rng_info {
3073         int rfd;
3074 };
3075
3076 static void rng_input(struct virtqueue *vq)
3077 {
3078         int len;
3079         unsigned int head, in_num, out_num, totlen = 0;
3080         struct rng_info *rng_info = vq->dev->priv;
3081         struct iovec iov[vq->vring.num];
3082
3083         /* First we need a buffer from the Guests's virtqueue. */
3084         head = wait_for_vq_desc(vq, iov, &out_num, &in_num);
3085         if (out_num)
3086                 bad_driver_vq(vq, "Output buffers in rng?");
3087
3088         /*
3089          * Just like the console write, we loop to cover the whole iovec.
3090          * In this case, short reads actually happen quite a bit.
3091          */
3092         while (!iov_empty(iov, in_num)) {
3093                 len = readv(rng_info->rfd, iov, in_num);
3094                 if (len <= 0)
3095                         err(1, "Read from /dev/urandom gave %i", len);
3096                 iov_consume(vq->dev, iov, in_num, NULL, len);
3097                 totlen += len;
3098         }
3099
3100         /* Tell the Guest about the new input. */
3101         add_used(vq, head, totlen);
3102 }
3103
3104 /*L:199
3105  * This creates a "hardware" random number device for the Guest.
3106  */
3107 static void setup_rng(void)
3108 {
3109         struct device *dev;
3110         struct rng_info *rng_info = malloc(sizeof(*rng_info));
3111
3112         /* Our device's private info simply contains the /dev/urandom fd. */
3113         rng_info->rfd = open_or_die("/dev/urandom", O_RDONLY);
3114
3115         /* Create the new device. */
3116         dev = new_pci_device("rng", VIRTIO_ID_RNG, 0xff, 0);
3117         dev->priv = rng_info;
3118
3119         /* The device has one virtqueue, where the Guest places inbufs. */
3120         add_pci_virtqueue(dev, rng_input, "input");
3121
3122         /* We don't have any configuration space */
3123         no_device_config(dev);
3124
3125         verbose("device %u: rng\n", devices.device_num);
3126 }
3127 /* That's the end of device setup. */
3128
3129 /*L:230 Reboot is pretty easy: clean up and exec() the Launcher afresh. */
3130 static void __attribute__((noreturn)) restart_guest(void)
3131 {
3132         unsigned int i;
3133
3134         /*
3135          * Since we don't track all open fds, we simply close everything beyond
3136          * stderr.
3137          */
3138         for (i = 3; i < FD_SETSIZE; i++)
3139                 close(i);
3140
3141         /* Reset all the devices (kills all threads). */
3142         cleanup_devices();
3143
3144         execv(main_args[0], main_args);
3145         err(1, "Could not exec %s", main_args[0]);
3146 }
3147
3148 /*L:220
3149  * Finally we reach the core of the Launcher which runs the Guest, serves
3150  * its input and output, and finally, lays it to rest.
3151  */
3152 static void __attribute__((noreturn)) run_guest(void)
3153 {
3154         for (;;) {
3155                 struct lguest_pending notify;
3156                 int readval;
3157
3158                 /* We read from the /dev/lguest device to run the Guest. */
3159                 readval = pread(lguest_fd, &notify, sizeof(notify), cpu_id);
3160                 if (readval == sizeof(notify)) {
3161                         if (notify.trap == 13) {
3162                                 verbose("Emulating instruction at %#x\n",
3163                                         getreg(eip));
3164                                 emulate_insn(notify.insn);
3165                         } else if (notify.trap == 14) {
3166                                 verbose("Emulating MMIO at %#x\n",
3167                                         getreg(eip));
3168                                 emulate_mmio(notify.addr, notify.insn);
3169                         } else
3170                                 errx(1, "Unknown trap %i addr %#08x\n",
3171                                      notify.trap, notify.addr);
3172                 /* ENOENT means the Guest died.  Reading tells us why. */
3173                 } else if (errno == ENOENT) {
3174                         char reason[1024] = { 0 };
3175                         pread(lguest_fd, reason, sizeof(reason)-1, cpu_id);
3176                         errx(1, "%s", reason);
3177                 /* ERESTART means that we need to reboot the guest */
3178                 } else if (errno == ERESTART) {
3179                         restart_guest();
3180                 /* Anything else means a bug or incompatible change. */
3181                 } else
3182                         err(1, "Running guest failed");
3183         }
3184 }
3185 /*L:240
3186  * This is the end of the Launcher.  The good news: we are over halfway
3187  * through!  The bad news: the most fiendish part of the code still lies ahead
3188  * of us.
3189  *
3190  * Are you ready?  Take a deep breath and join me in the core of the Host, in
3191  * "make Host".
3192 :*/
3193
3194 static struct option opts[] = {
3195         { "verbose", 0, NULL, 'v' },
3196         { "tunnet", 1, NULL, 't' },
3197         { "block", 1, NULL, 'b' },
3198         { "rng", 0, NULL, 'r' },
3199         { "initrd", 1, NULL, 'i' },
3200         { "username", 1, NULL, 'u' },
3201         { "chroot", 1, NULL, 'c' },
3202         { NULL },
3203 };
3204 static void usage(void)
3205 {
3206         errx(1, "Usage: lguest [--verbose] "
3207              "[--tunnet=(<ipaddr>:<macaddr>|bridge:<bridgename>:<macaddr>)\n"
3208              "|--block=<filename>|--initrd=<filename>]...\n"
3209              "<mem-in-mb> vmlinux [args...]");
3210 }
3211
3212 /*L:105 The main routine is where the real work begins: */
3213 int main(int argc, char *argv[])
3214 {
3215         /* Memory, code startpoint and size of the (optional) initrd. */
3216         unsigned long mem = 0, start, initrd_size = 0;
3217         /* Two temporaries. */
3218         int i, c;
3219         /* The boot information for the Guest. */
3220         struct boot_params *boot;
3221         /* If they specify an initrd file to load. */
3222         const char *initrd_name = NULL;
3223
3224         /* Password structure for initgroups/setres[gu]id */
3225         struct passwd *user_details = NULL;
3226
3227         /* Directory to chroot to */
3228         char *chroot_path = NULL;
3229
3230         /* Save the args: we "reboot" by execing ourselves again. */
3231         main_args = argv;
3232
3233         /*
3234          * First we initialize the device list.  We remember next interrupt
3235          * number to use for devices (1: remember that 0 is used by the timer).
3236          */
3237         devices.next_irq = 1;
3238
3239         /* We're CPU 0.  In fact, that's the only CPU possible right now. */
3240         cpu_id = 0;
3241
3242         /*
3243          * We need to know how much memory so we can set up the device
3244          * descriptor and memory pages for the devices as we parse the command
3245          * line.  So we quickly look through the arguments to find the amount
3246          * of memory now.
3247          */
3248         for (i = 1; i < argc; i++) {
3249                 if (argv[i][0] != '-') {
3250                         mem = atoi(argv[i]) * 1024 * 1024;
3251                         /*
3252                          * We start by mapping anonymous pages over all of
3253                          * guest-physical memory range.  This fills it with 0,
3254                          * and ensures that the Guest won't be killed when it
3255                          * tries to access it.
3256                          */
3257                         guest_base = map_zeroed_pages(mem / getpagesize()
3258                                                       + DEVICE_PAGES);
3259                         guest_limit = mem;
3260                         guest_max = guest_mmio = mem + DEVICE_PAGES*getpagesize();
3261                         break;
3262                 }
3263         }
3264
3265         /* We always have a console device, and it's always device 1. */
3266         setup_console();
3267
3268         /* The options are fairly straight-forward */
3269         while ((c = getopt_long(argc, argv, "v", opts, NULL)) != EOF) {
3270                 switch (c) {
3271                 case 'v':
3272                         verbose = true;
3273                         break;
3274                 case 't':
3275                         setup_tun_net(optarg);
3276                         break;
3277                 case 'b':
3278                         setup_block_file(optarg);
3279                         break;
3280                 case 'r':
3281                         setup_rng();
3282                         break;
3283                 case 'i':
3284                         initrd_name = optarg;
3285                         break;
3286                 case 'u':
3287                         user_details = getpwnam(optarg);
3288                         if (!user_details)
3289                                 err(1, "getpwnam failed, incorrect username?");
3290                         break;
3291                 case 'c':
3292                         chroot_path = optarg;
3293                         break;
3294                 default:
3295                         warnx("Unknown argument %s", argv[optind]);
3296                         usage();
3297                 }
3298         }
3299         /*
3300          * After the other arguments we expect memory and kernel image name,
3301          * followed by command line arguments for the kernel.
3302          */
3303         if (optind + 2 > argc)
3304                 usage();
3305
3306         verbose("Guest base is at %p\n", guest_base);
3307
3308         /* Initialize the (fake) PCI host bridge device. */
3309         init_pci_host_bridge();
3310
3311         /* Now we load the kernel */
3312         start = load_kernel(open_or_die(argv[optind+1], O_RDONLY));
3313
3314         /* Boot information is stashed at physical address 0 */
3315         boot = from_guest_phys(0);
3316
3317         /* Map the initrd image if requested (at top of physical memory) */
3318         if (initrd_name) {
3319                 initrd_size = load_initrd(initrd_name, mem);
3320                 /*
3321                  * These are the location in the Linux boot header where the
3322                  * start and size of the initrd are expected to be found.
3323                  */
3324                 boot->hdr.ramdisk_image = mem - initrd_size;
3325                 boot->hdr.ramdisk_size = initrd_size;
3326                 /* The bootloader type 0xFF means "unknown"; that's OK. */
3327                 boot->hdr.type_of_loader = 0xFF;
3328         }
3329
3330         /*
3331          * The Linux boot header contains an "E820" memory map: ours is a
3332          * simple, single region.
3333          */
3334         boot->e820_entries = 1;
3335         boot->e820_map[0] = ((struct e820entry) { 0, mem, E820_RAM });
3336         /*
3337          * The boot header contains a command line pointer: we put the command
3338          * line after the boot header.
3339          */
3340         boot->hdr.cmd_line_ptr = to_guest_phys(boot + 1);
3341         /* We use a simple helper to copy the arguments separated by spaces. */
3342         concat((char *)(boot + 1), argv+optind+2);
3343
3344         /* Set kernel alignment to 16M (CONFIG_PHYSICAL_ALIGN) */
3345         boot->hdr.kernel_alignment = 0x1000000;
3346
3347         /* Boot protocol version: 2.07 supports the fields for lguest. */
3348         boot->hdr.version = 0x207;
3349
3350         /* The hardware_subarch value of "1" tells the Guest it's an lguest. */
3351         boot->hdr.hardware_subarch = 1;
3352
3353         /* Tell the entry path not to try to reload segment registers. */
3354         boot->hdr.loadflags |= KEEP_SEGMENTS;
3355
3356         /* We tell the kernel to initialize the Guest. */
3357         tell_kernel(start);
3358
3359         /* Ensure that we terminate if a device-servicing child dies. */
3360         signal(SIGCHLD, kill_launcher);
3361
3362         /* If we exit via err(), this kills all the threads, restores tty. */
3363         atexit(cleanup_devices);
3364
3365         /* If requested, chroot to a directory */
3366         if (chroot_path) {
3367                 if (chroot(chroot_path) != 0)
3368                         err(1, "chroot(\"%s\") failed", chroot_path);
3369
3370                 if (chdir("/") != 0)
3371                         err(1, "chdir(\"/\") failed");
3372
3373                 verbose("chroot done\n");
3374         }
3375
3376         /* If requested, drop privileges */
3377         if (user_details) {
3378                 uid_t u;
3379                 gid_t g;
3380
3381                 u = user_details->pw_uid;
3382                 g = user_details->pw_gid;
3383
3384                 if (initgroups(user_details->pw_name, g) != 0)
3385                         err(1, "initgroups failed");
3386
3387                 if (setresgid(g, g, g) != 0)
3388                         err(1, "setresgid failed");
3389
3390                 if (setresuid(u, u, u) != 0)
3391                         err(1, "setresuid failed");
3392
3393                 verbose("Dropping privileges completed\n");
3394         }
3395
3396         /* Finally, run the Guest.  This doesn't return. */
3397         run_guest();
3398 }
3399 /*:*/
3400
3401 /*M:999
3402  * Mastery is done: you now know everything I do.
3403  *
3404  * But surely you have seen code, features and bugs in your wanderings which
3405  * you now yearn to attack?  That is the real game, and I look forward to you
3406  * patching and forking lguest into the Your-Name-Here-visor.
3407  *
3408  * Farewell, and good coding!
3409  * Rusty Russell.
3410  */